Aladdin : mission vers Phobos et Deimos

Le mot de la fin

Autant vous prévenir tout de suite, histoire que vous ne perdiez pas un temps précieux à lire ce chapitre, la mission Aladdin a de forte chance de ne jamais voir le jour ! 

Aladdin faisait partie du programme Discovery, qui comporte des missions à faible coût (moins de 299 millions de dollars) mais aux retombées scientifiques importantes. Malheureusement, il n'y a pas de place pour tout le monde dans le programme Discovery, et les différentes propositions vont l'objet d'une sélection rude et sévère. La mission Aladdin avait déjà été rejetée une fois, lors d'une précédente sélection. C'était la deuxième fois qu'elle concourait pour le titre. Avec un intérêt scientifique indéniable et l'exploration des lunes de Mars (une planète particulièrement à la mode ces derniers temps), elle avait toutes ses chances. Mais les responsables de la NASA en ont décidé autrement.

La première mission sélectionnée cette année dans le cadre du programme Discovery se nomme Messenger. La dessus, il n'y a rien à dire. Son objectif concerne l'exploration détaillée de la planète Mercure. Mercure est sans doute la planète la plus délaissée de tout le système solaire, après l'infortuné Pluton. Messenger sera la première sonde à retourner vers cet astre depuis les trois survols de la sonde Mariner 10 qui ont eu lieu en 1974 et 1975 ! A ce jour, seule la moitié de la planète a été cartographiée. Mercure a de nombreux secrets à livrer, et il est effectivement grand temps que l'on y retourne.

La ou la petite histoire devient soudain moins drôle, c'est que la deuxième mission retenue, Deep Impact (comme le film du même nom, particulièrement nul et affligeant) a pour objectif l'étude de la comète P/Tempel 1. La même comète (oh surprise !) que celle de la mission Champollion qui vient d'être annulé par la NASA. Champollion appartenait au programme New Millennium, comme les deux petits pénétrateurs emportés par l'atterrisseur Mars Polar Lander. C'est vrai que Deep Impact promet d'être spectaculaire, avec le lancement à grande vitesse (10 km/s) d'une masse de cuivre de 500 kg contre le noyau de la comète. Le résultat de l'impact devrait être un cratère aussi grand qu'un terrain de football et assez profond pour y loger un immeuble de 7 étages. Mais à mon humble avis, annuler une mission pour en choisir une autre aux objectifs similaires ne constitue pas la meilleure façon de procéder (j'avoue ici n'être sans doute pas totalement objectif, vu qu'Aladdin avait attrait à la planète rouge).

Il y avait cinq finalistes pour 1999. A part Aladdin et les heureux gagnants, on trouvait également une mission qui se proposait d'étudier le champ gravitationnel et magnétique de Jupiter, ainsi qu'un projet d'orbiteur pour étudier la planète Vénus et son atmosphère. Six missions ont déjà été sélectionnées comme faisant partie du programme Discovery depuis 1992. Deux missions ont été menées à terme (Pathfinder et Lunar Prospector), deux sont actuellement en cours (NEAR et Stardust) et les deux dernières sont en développement (Genesis et CONTOUR).

Quoi qu'il en soit, le résultat est la. Aladdin restera dans les cartons, et nous devrons attendre encore longtemps avant de savoir à quoi ressemble le globe martien depuis la surface poudreuse de Phobos. Carle Pieters, la principale responsable d'Aladdin, qui avait donné un exposé enthousiasmant au cours du Symposium International sur le Programme d'Exploration de Mars et les Missions de Retour d'Echantillons de Paris, doit être bien déçue. Même si cela ne sert sans doute plus à rien, je vais laisser cette page sur mon site. Qui sait, Aladdin n'est peut être pas tout à fait mort. Les génies (surtout ceux des lampes à huile) ont plus d'un tour dans leur sac !

Objectifs

La mission Aladdin a pour objectif l'exploration des fameuses lunes martiennes, Phobos et Deimos, ainsi que le retour d'échantillons prélevés sur ces deux satellites. Les échantillons, ainsi que les études menées par les instruments scientifiques devraient permettre de répondre aux questions fondamentales que l'on se pose encore sur les satellites martiens, en particulier sur leur origine et leur évolution.

Aladdin pourrait bien remporter plusieurs premières dans l'histoire de l'exploration spatiale martienne, comme le premier retour d'échantillons du système martien, la première collecte d'échantillons sur des corps primitifs qui ressemblent à ceux du système solaire externe (astéroïdes et comètes) ou encore la première utilisation d'un canon lanceur de projectiles suivie d'un survol à basse altitude pour effectuer des prélèvements !

La mission

Aladdin partira vers la planète rouge et ses satellites à bord d'une fusée Delta II 7925H lors d'une fenêtre de lancement qui durera 20 jours (du 30 mai 2003 au 18 juin 2003). La sonde devrait arriver en vue de la planète rouge à la fin du mois de décembre de la même année. Une fois en orbite, elle va réduire sa vitesse de manière significative pendant 408 jours (si la sonde décolle le premier jour de la fenêtre de lancement) au cours de l'année 2004. Pendant cette période, les instruments d'Aladdin seront disponibles pour quelques groupes d'étudiants américains, dont les différents projets scientifiques auront été retenus après une sélection rigoureuse. La phase scientifique de la mission commencera réellement à la fin de l'année 2004 et durera quelques 144 jours. Aladdin quittera définitivement le système martien le 28 juin 2005 et le retour sur Terre de la capsule et de son précieux contenu aura lieu le 6 janvier 2006.

Les instruments scientifiques

La charge scientifique d'Aladdin comprend :

  • Le canon à projectiles dont le "barillet" comprend 5 projectiles !
  • Les deux collecteurs d'échantillons et la capsule de retour d'échantillons.
  • Un compteur de particules de poussière, qui servira surtout à confirmer la capture de particules provenant des lunes par le dispositif de collecte.
  • Un spectromètre (ISPEC) fonctionnant dans le domaine visible et infrarouge (de 900 à 3600 nanomètres).
  • Une caméra couleur multi-spectrale haute résolution pour l'étude des lunes (CCAM).
  • Une caméra pour la navigation et l'étude de la morphologie des lunes (NAVCAM).
  • Une troisième caméra grand angle (Plume Camera ou PCAM) qui permettra d'obtenir des vues rapprochées de la surface des lunes martiennes et de visualiser le nuage de poussières soulevé par l'impact des projectiles du canon.

Les instruments scientifiques permettront d'étudier la morphologie de surface, la composition et l'histoire géologique des différents sites de prélèvements, histoire de pouvoir replacer les échantillons dans leur contexte géologique et de tirer le meilleur parti des résultats qui seront fournis par l'étude de ces échantillons dans les laboratoires terrestres.

La caméra couleur haute résolution effectuera l'étude morphologique de surface. Les deux satellites (Phobos en particulier) sont loin de posséder une surface uniforme. On y trouve des cratères d'impact qui ponctuent le sol (parfois de manière importante), des sillons plus ou moins profonds et des rochers isolés qui peuvent atteindre une taille imposante. Les images de la caméra à haute résolution d'Aladdin révéleront l'épaisseur et l'éventuelle stratification du régolite, ainsi que les mouvements qui l'animent : glissement de terrains, disparition du régolite dans une fracture, etc.

La composition chimique sera abordée par le spectromètre visible et infrarouge (ISPEC). Aladdin ne va pas se contenter d'étudier uniquement la surface, mais pourra aussi jeter un coup d'œil dans les profondeurs des satellites martiens, grâce aux cratères d'impacts, qui jouent un peu le rôle de puits de forage naturels. Les larges cratères d'impact exposent du matériel profond, alors que les petits cratères ne poinçonnent que la partie superficielle des lunes. La cartographie spectrale permettra de savoir si les satellites martiens sont constitués d'un empilement de couches de nature différente ou si le matériel est homogène, quelle que soit la profondeur.

Le décalage doppler du signal radio d'Aladdin lorsque la sonde passera à proximité des deux lunes permettra d'obtenir leur masse. Le volume sera déterminé par les images stéréo. En divisant la masse par le volume, on obtiendra la densité moyenne. En comparant celle ci avec celles des minéraux présents dans les échantillons, on aura une idée de la porosité interne. Enfin, la détermination de la libration et du taux de précession fournira de précieuses indications sur la structure interne des satellites et d'éventuelles variations de densité.

Malgré les nombreux instruments présent sur Aladdin, le retour d'échantillons est indispensable pour percer les secrets de lunes martiennes. Seuls les instruments des laboratoires terrestres permettront de mener à bien des analyses minéralogiques détaillées, de déterminer la composition élémentaire (l'abondance des atomes) et isotopiques (carbone et oxygène par exemple) des échantillons. Aladdin va en fait ramener très peu d'échantillons, mais nos laboratoires modernes peuvent très bien répondre à la majeure partie des questions que l'on se pose encore sur Phobos et Deimos avec des quantités de l'ordre du micro-gramme. A notre époque, on peut faire parler les roches sans en avoir récolté des tonnes !

La technologie d'obtention des échantillons est originale. La sonde s'approche d'abord à courte distance du satellite avant de tirer un projectile à grande vitesse grâce à un petit canon. Le projectile frappe la surface et l'impact libère une foule de particule qui vont s'échapper dans l'espace. Aladdin n'aura plus qu'à attraper au vol quelques-unes de ces précieuses particules. La sonde aura l'occasion d'effectuer de nombreux survols de Phobos et de Deimos, ce qui lui permettra de procéder à plusieurs collectes en des endroits différents et de ramener sur Terre environ 175 milligrammes de poudre lunaire. Aladdin comporte des dispositifs de protection pour éviter des dommages éventuels qui pourraient survenir pendant la traversée du nuage de poussière (suite au tir du canon à projectiles). Les principaux instruments scientifiques et le corps de la sonde sont protégés par la large plate-forme avant, qui supporte le dispositif de collecte d'échantillons. Des boucliers additionnels protégent aussi les côtés de la sonde. La protection de la face exposée aux particules des panneaux solaires n'a pas été oubliée.

Les mystères des lunes martiennes

Les lunes martiennes, tout comme la planète Mars, conservent encore une bonne part de mystères, et l'on se pose quelques questions fondamentales à leur sujet.

Origine

La première de ces questions concerne l'origine de Phobos et de Deimos. Pour certains, il s'agit d'astéroïdes capturés par la planète Mars, ultérieurement à sa formation. Effectivement, le spectre de la lumière solaire réfléchie indique que les deux lunes sont formées par un matériel noir rougeâtre très sombre qui ressemble comme deux gouttes d'eau à celui qui constitue astéroïdes et comètes. Dans ce cas, les échantillons devraient être constitués d'une mixture de composés carbonés et d'argiles, avec une grande quantité de composés volatils (comme l'eau). Pour d'autres, les deux lunes martiennes se sont formées en même temps que Mars (hypothèse de la co-accrétion). Ce n'est pas seulement une vue de l'esprit, car les propriétés spectrales des satellites concordent aussi avec cette hypothèse. Effectivement, elles peuvent aussi s'expliquer si l'on considère que les lunes sont formées d'un mélange de composés silicatés (identiques à ceux que l'on trouve dans la plupart des roches terrestres, lunaires ou martiennes) soumis à une sévère altération. Si les échantillons sont constitués d'un mélange de silicates et de métaux, il faudra se pencher plus avant sur la théorie de la co-accrétion. Enfin, une troisième hypothèse intéressante a été émise. Un énorme impact météoritique (comme celui qui a donné naissance au bassin d'Hellas) aurait projeté en orbite martienne une très grande quantité de poussières et de particules, qui se seraient ré assemblés pour former les satellites. Si la composition élémentaire et isotopique des échantillons prélevés sur Phobos et Deimos se rapproche fortement des roches martiennes, l'hypothèse de l'impact météoritique sera confirmée.

Densité et structure

La densité de Phobos et de Deimos (1,9) est 30 à 50% trop faible pour que ces deux corps soient solides. L'intérieur doit donc être poreux, sans que l'on sache précisément la taille des interstices (espaces vides) entre les différentes particules qui constituent sa masse. Phobos et Deimos pourraient être constitués de l'assemblage de fins grains de poussière, ou au contraire d'énormes blocs rocheux collés les uns avec les autres avec des espaces vides importants entre eux.

Altération spatiale

Phobos et Deimos ne possèdent pas d'atmosphère, et leur surface n'est donc pas protégée des agressions du milieu spatial comme les rayons cosmiques, le vent solaire ou les impacts de micrométéorites. Ces agents assombrissent la couleur du régolite et changent sa couleur, qui devient progressivement brune ou rougeâtre. Sur la Lune, des roches de composition bien différentes finissent par présenter le même aspect. Mais nous avons en fait bien peu d'information sur cette altération spatiale, et sur la manière dont elle agit au niveau de corps noirs et riches en carbone comme les astéroïdes. Aladdin réalisera l'étude de cette altération en étudiant des surfaces exposées plus ou moins longtemps aux agressions spatiales. Des échantillons seront prélevés par exemple sur le vieux régolite de Phobos, sur des éjecta un peu plus jeunes du cratère d'impact Stickney et au sein d'un jeune régolite de Deimos, exposé sur la paroi d'une pente qui connaît régulièrement des glissements de terrains.

Un anneau de poussière ?

Les impacts de micrométéorites qui frappent sans discontinuer la surface des satellites projettent de fines particules dans le vide spatial. Mais ces particules n'ont cependant pas la vitesse suffisante pour échapper à la gravité martienne et se perdre dans l'immensité de l'espace interplanétaire. On pense qu'elles finissent par former une sorte d'anneau de poussière autour de Mars en occupant des orbites similaires à celles des satellites dont elles sont issues. Finalement, les particules peuvent de nouveau s'écraser sur les satellites martiens, sur la surface martienne ou même s'échapper définitivement de l'attraction de la planète rouge et venir grossir les rangs des poussières interplanétaires. Cet anneau de poussière est prédit par la théorie, mais n'a jamais été mis en évidence jusque là. Nous ne savons pas non plus s'il présente un risque réel pour les futures missions. Aladdin devra confirmer ou infirmer sa présence grâce à son compteur de poussières martiennes. Si l'anneau existe, Aladdin étudiera sa localisation et la taille de particules qui le constituent. Le prélèvement d'un échantillon sera alors envisagé.

N'oublions pas Mars !

Enfin, comme bonus, Aladdin pourra aussi étudier la planète rouge. Une bonne partie de l'exploration future de Mars va porter sur le retour d'échantillons. Si la sonde Global Surveyor va dresser des cartes minéralogiques globales de la surface martienne, la sélection de sites d'atterrissage potentiellement intéressants passera par une cartographie spectrale à haute résolution. Ce travail est dévolu à Mars Odyssey. Aladdin pourra l'assister avec bonheur dans cette tache de longue haleine, en pointant ses instruments (caméra et spectromètre) sur des sites que Mars Odyssey n'aura pas le temps d'analyser.

Les capacités spectrométriques d'Aladdin (en particulier sa résolution spectrale et le domaine du spectre observé, visible et infrarouge) sont particulièrement bien adaptées à la détection de carbonates, d'argiles, ou de minéraux riches en fer, c'est à dire des minéraux dont l'importance est cruciale pour l'étude d'anciens environnements riches en eau liquide. Le spectromètre ISPEC comble un vide dans le domaine spectral, en s'intéressant à des régions du spectre qui ne sont pas couvertes par les instruments des missions précédentes, en cours ou prévues dans un futur proche. Pour simplifier, la région couverte par l'ISPEC se situe grossièrement entre celle du MARCI (emporté par Mars Climate Orbiter, qui a malheureusement connu une fin tragique lors de sa mise en orbite) d'un côté et les spectromètres TES (Mars Global Surveyor) et THEMIS (Mars Odyssey) de l'autre.

Avec une résolution spatiale de 600 mètres (un autre avantage de l'ISPEC par rapport à certains spectromètres qui possédant par une résolution spatiale moindre), Aladdin pourra étudier avec bonheur de nombreuses sites d'atterrissage potentiels pour le retour d'échantillons martiens ou la recherche d'une éventuelle forme de vie. Pour donner une petite idée de la contribution d'Aladdin à l'étude spectrale de la surface martienne, il suffit de savoir que la sonde devrait ramener au minimum 52 gigabytes de données et peut être bien plus (jusqu'à un maximum de 120 gigabytes !).

Les observations de la planète Mars n'auront pas d'impact sur l'étude de Phobos et de Deimos, car elles seront effectuées pendant le temps libre de la sonde.

Pour en savoir plus :

Go ! Les lunes de Mars : Phobos et Deimos.
Go ! Les images de Phobos de Mars Global Surveyor :  des images époustouflantes avec des détails que l'on avait jamais vu auparavant ! La vue du cratère Stickney est absolument superbe !

Schéma technique de la sonde Aladdin

Schéma technique d'Aladdin, montrant en particulier les différents instruments scientifiques (Crédit photo : droits réservés).

Aladdin : la mission

Aladdin est une mission ambitieuse qui se propose de ramener des échantillons des deux lunes martiennes, Phobos et Deimos. La sonde décollera en 2003 et arrivera dans le système martien à la fin de cette même année. La capsule de retour prendra le chemin de la Terre en 2005 pour délivrer son précieux contenu le 6 janvier 2006, soit moins de trois ans après son lancement (Crédit photo : droits réservés).

L'orbite d'Aladdin

La trajectoire que suivra Aladdin lui permettra de rencontrer l'orbite de Phobos (Ph) et de Deimos (De) à de nombreuses reprises. Aladdin effectuera au moins 19 révolutions autour de Mars (Crédit photo : droits réservés).

Sites de prelevement sur Phobos

Aladdin prélèvera des échantillons sur deux unités géologiques bien distinctes du satellite Phobos. Ces deux unités apparaissent clairement sur cette image en fausse couleur (visible et proche infrarouge) obtenue par la sonde Russe Phobos 2. Les deux rectangles blancs allongés indiquent les zones qui seront couvertes par la caméra haute résolution d'Aladdin, en vue du prélèvement d'échantillons (Crédit photo : droits réservés).

Canon a projectiles

Aladdin va utiliser une méthode originale pour prélever des échantillons sur les lunes martiennes. Une fois à proximité d'un satellite, la sonde va tirer des projectiles grâce à un petit canon (Crédit photo : droits réservés).

Impact !!!

L'impact des projectiles sur la surface des lunes va créer un petit cratère et une éruption en miniature. Un passage à basse altitude fournira à Aladdin l'occasion de traverser le nuage éjecté par l'impact. Un dispositif spécial sera alors chargé de ramasser le plus grand nombre de particules (Crédit photo : droits réservés).

Le dispositif de collecte d'échantillons

Le dispositif de collecte d'échantillons d'Aladdin comprend deux concentrateurs coniques qui devront ralentir les particules (par impacts multiples sur les parois des concentrateurs) et les canaliser ensuite vers les collecteurs proprement dits (en orange). Ceux ci seront capables de piéger les particules grâce à un épais filtre cotonneux. Un compteur de poussière confirmera l'interception des échantillons. Le filtre, porteur de son précieux contenu, sera ensuite rétracté puis transféré dans la capsule de retour d'échantillons (Crédit photo : droits réservés).

CCAM

Aladdin emporte trois caméras : une caméra couleur à angle étroit (CCAM) que l'on voit ici, une caméra à angle étroit pour la navigation (NAVCAM) et une caméra grand angle (PCAM) pour localiser avec précision le nuage de particule soulevé lors du prélèvement d'échantillons et obtenir des vues rapprochées de la surface des lunes. Les trois caméras partagent un design commun, histoire de réduire un peu les coûts de développements (Crédit photo : droits réservés).

ISPEC

Un spectromètre travaillant dans le domaine du visible et de l'infrarouge (ISPEC) permettra d'étudier les variations spectrales de la surface des satellites martiens et de caractériser la géologie des sites de prélèvements (Crédit photo : droits réservés).

 

Particule de poussière

Un grain de poussière interstellaire vu au microscope. Une théorie veut que Phobos et Deimos perdent sur leur passage des poussières microscopiques, qui ont dû, à la longue, former un anneau de poussière autour de Mars. Aladdin devra valider cette hypothèse. Cette image est aussi en relation avec la méthode originale qu'Aladdin mettra en œuvre pour récupérer des échantillons de lunes martiennes. La sonde n'atterrira pas sur les satellites, mais projettera à distance des projectiles qui soulèveront des nuages de poussières lors de leur impact avec la surface. Les particules seront ensuite collectées grâce à un dispositif adapté. Aladdin tire son nom de sa méthode d'échantillonnage. Tel un tapis volant, il flottera dans le panache de poussière que ses projectiles auront contribué à créer ... (Crédit photo : droits réservés).

Aladdin en résumé

Ce graphique résume parfaitement les objectifs de la mission Aladdin. La mission Aladdin a été conçue pour répondre à plusieurs questions clés que posent encore les deux lunes martiennes : origine et évolution, structure interne, caractéristique de surface et interaction avec l'environnement spatial. Le principal objectif consiste à ramener sur Terre différents échantillons de Phobos et de Deimos (2). L'analyse des échantillons dans les laboratoires sera bien plus précise que si elle était menée in-situ. Les deux satellites seront aussi étudiés d'un point de vue morphologie et géologique (1), et leur surface sera soumise à une étude spectrale (3). Cela permettra en particulier de caractériser les sites de prélèvements et de replacer les échantillons dans leur contexte. Aladdin tentera de détecter d'éventuels anneaux de poussière (4) entourant Mars qui seraient formés par les émissions poussiéreuses de Phobos et de Deimos. L'étude de Mars elle même est aussi au programme (5), et les informations acquises par le spectromètre ISPEC compléteront celles obtenues par les instruments des autres missions martiennes. Les différents objectifs d'Aladdin ont été pris en compte pour guider la conception de la sonde, le choix et les capacités des instruments qu'elle emporte, ainsi que son parcours orbital (Crédit photo : droits réservés).

La comete de Halley

Magnifique photographie du noyau de la comète de Halley, en train d'exhaler des gaz et des poussières devant l'objectif de la sonde Giotto. L'un des nombreux mystères encore non résolus qui enveloppe les deux satellites de Mars, Phobos et Deimos, concerne leur origine. Selon l'une des hypothèses, les deux lunes pourraient bien être des corps comparables aux astéroïdes ou aux comètes, capturés  par l'attraction gravitationnelle de Mars. Si cette hypothèse est vraie, Phobos et Deimos sont des corps d'un intérêt exceptionnel. Les astéroïdes et les comètes sont en effet les témoins directs de la formation du système solaire. De plus, les comètes ont délivré des quantités importantes de matière organique et de composés volatils comme l'eau aux planètes du système solaire interne. Elles ont peut être joué un rôle unique dans l'apparition de la vie. L'étude de Deimos et Phobos pourrait donc dépasser le cadre martien. Les résultats pourraient permettre en particulier une meilleure compréhension de la formation des planètes du système solaire et de l'origine des substances volatiles comme l'eau (Crédit photo : droits réservés).

 

Labrot © 1997-2017. Dernière mise à jour : 10 juillet 1999. Des commentaires, corrections ou remarques ? N'hésitez pas, écrivez moi!

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