Le démonstrateur Schiaparelli d'ExoMars

La mission martienne qui sera lancée en mars 2016 dans le cadre du programme ExoMars par l'Agence Spatiale Européenne (ESA) comporte deux volets : un orbiteur dédié à la recherche de composés gazeux présents à l'état de trace dans l'atmosphère martienne (TGO), et un démonstrateur technologique qui devrait permettre à l'ESA de s'essayer à l'exercice hautement complexe de l'atterrissage sur la planète rouge.

Baptisé Schiaparelli en hommage au grand astronome italien dont le nom honore déjà la surface de Mars sous la forme d'un immense cratère d'impact, ou dénommé plus simplement sous l'acronyme aride EDM (pour ExoMars Entry, Descent and Landing Demonstrator Module), c'est de lui seul dont il sera question dans ce dossier. Les lecteurs désireux de trouver des informations sur l'historique du programme ExoMars, malheureusement caractérisés par des reports en cascade, pourront consulter avec intérêt le dossier consacré à l'orbiteur TGO.

Objectifs

L'objectif du module EDM est simple, peut-être même trop de l'avis des scientifiques. Le but principal de l'engin est effectivement de valider un atterrissage en douceur sur Mars. En 2016, cinquante ans après le début de l'exploration martienne marqué par le survol réussi de la sonde américaine Mariner 4 en juillet 1965, l'opération qui consiste à se poser sur le sol rouillé de la planète rouge est toujours aussi difficile et périlleux. Pour l'instant, seuls les Etats-Unis, par l'intermédiaire de la NASA et de ses partenaires, sont capables de réussir cet exploit monumental. Les russes ne sont jamais parvenus à rejoindre sain et sauf la surface de Mars, et ce n'est pourtant pas faute d'avoir essayé, comme en témoignent les nombreuses tentatives effectuées dans les années 1960 et 1970. Avec Beagle 2 en 2003, l'Angleterre est passée à un cheveu d'un incroyable succès, mais dans le domaine spatial, le plus petit détail compte, et la chance ne s'assoit qu'aux côtés de ceux qui ont tout testé et validé de multiples fois.

Avec l'arrivée des puissances asiatiques, Inde, Japon et Chine, dans la grande course à l'espace, l'Europe souhaite désormais poser le pied sur Mars, et a choisi de commencer avec un véhicule très modeste, une petite capsule de 600 kilogrammes à peine, dont la durée de vie sera très brève. Avec une charge utile réduite à une peau de chagrin, bien inférieure à celle que les américains avaient embarqués sur la sonde Pathfinder, qui était elle aussi un démonstrateur technologique. En 1996, la NASA avait décidé de marcher à nouveau sur les traces des sondes Viking, qui, quarante années auparavant, étaient parvenues à rejoindre pour la première fois dans l'histoire de la conquête spatiale, la surface poussiéreuse et aride de Mars. Comparées aux sondes Viking, bardées d'instruments, dont des détecteurs de vie, Pathfinder était une sonde bien plus modeste, même si elle embarquait un mini-rover, Sojourner. Comme nous allons le voir, les capacités scientifiques du module Schiaparelli de l'ESA lancé en 2016 sont encore plus timorées. Pour résumer, le module n'embarque qu'une petite station météo. Même Beagle 2, lancé en 2003 dans le cadre de la mission Mars Express, était d'une toute autre ampleur.

Sans mini rover ni instrument d'analyse digne de ce nom, le module Schiaparelli est une sorte de poids mort, qui une fois planté dans la poussière martienne, ne servira pas à grand-chose scientifiquement parlant. Des débuts très modestes donc pour l'Agence Spatiale Européenne, en espérant qu'un succès conduisent à des missions de surface plus ambitieuses, à l'image du rover ExoMars, dont le lancement est désormais prévu pour 2020.

La mission

Le démonstrateur EDM Schiaparelli a décollé à bord d'un lanceur Proton au début du mois de mars 2016, monté sur le dos du satellite Trace Gas Orbiteur (TGO), qui lui sert de vaisseau mère. Après un voyage interplanétaire de neuf mois, le long d'une orbite de transfert de Hohmann de type I, l'attelage spatial doit arriver en vue de la planète rouge en octobre 2016. L'éjection du module d'atterrissage aura lieu quelques jours avant la mise en orbite proprement dite de la sonde TGO.

Une fois largué, EDM va continuer sur sa lancée comme une balle de fusil en suivant la trajectoire insufflé par TGO, et effectuera une rentrée atmosphérique directe. Si tout se déroule comme prévu, au terme d'une séquence d'atterrissage d'environ 6 minutes, le petit module devrait parvenir intact à la surface rouillée de la planète rouge. Une fois posé, il transmettra des données pendant environ 8 jours, avant de s'éteindre définitivement faute de courant électrique.

Le module

Le module Schiaparelli mesure 2,4 mètres de diamètre et pèse 600 kilogrammes au total, dont 300 kilogrammes une fois au sol. La capsule a été usinée dans des plaques d'aluminium possédant une structure en nid d'abeille et recouvertes de fibres de carbone, un matériel composite très utilisé dans le spatial.

L'engin se compose d'un bouclier thermique conique, qui vient s'emboiter sur un bouclier arrière qui abrite le parachute. Le bouclier thermique est composé de tuiles façonnées dans du liège, et qui brûleront lentement lors de l'entrée atmosphérique, dissipant ainsi la chaleur dégagée par la friction avec l'atmosphère. D'un diamètre de douze mètres, le parachute est dérivé de celui qui équipait la sonde Huygens, qui s'est posée en douceur sur Titan en janvier 2005. Son design est similaire à ceux utilisés par la NASA, avec une large coupole centrale, un intervalle vide et une bande extérieure de tissu.

Côté propulsion, le module Schiaparelli mettra à profit les moteurs de l'orbiteur TGO pendant le voyage Terre - Mars pour les manœuvres de correction de trajectoire. Pour son atterrissage, la capsule est néanmoins équipée de trois grappes de trois rétrofusées fonctionnant à l'hydrazine liquide en mode pulsé, et capables de délivrer chacune une poussée de 400 newtons. Stocké dans des réservoirs pressurisés, l'ergol est injecté dans la chambre de combustion, ou il est décomposé par un lit catalytique en azote et hydrogène. Le mode pulsé signifie que les moteurs ne fonctionnent pas de manière continue. Sous le contrôle de l'ordinateur de bord, ils vont s'éteindre et se rallumer une dizaine de fois par seconde, chaque pulse durant en moyenne 100 millisecondes.

Comme nous pouvons le voir, EDM n'utilise que des techniques abouties pour rejoindre la surface de Mars : la combinaison bouclier thermique / parachute / rétrofusées est effectivement couramment mise en œuvre par la NASA dans ses missions martiennes, y compris la sonde américaine InSight, qui aurait dû décoller vers Mars en même temps qu'ExoMars, et qui s'appuie exactement sur les mêmes dispositifs. La seule innovation d'EDM concerne l'utilisation d'une couche de matériel déformable, conçu pour absorber le choc final de la sonde avec la surface de Mars, après la coupure des rétrofusées à 2 mètres de hauteur. Lors du contact final, le module EDM va frapper le sol martien à une vitesse verticale d'environ 10 km/h.

Schiaparelli tire son énergie d'une batterie, qui sera rechargée à bloc juste avant la séparation avec l'orbiteur TGO. La capsule ne dispose d'aucun panneau solaire, et n'embarque aucun générateur thermoélectrique radio-isotopique (RTG). Sa survie à la surface de Mars, un milieu très hostile en termes de température, est donc fortement limitée. Au mieux, le module ne pourra fonctionner qu'une semaine environ, avant de s'éteindre de lui-même.

Les communications avec la Terre seront assurées grâce à deux antennes UHF, qui permettront d'envoyer des signaux radio à l'orbiteur TGO, équipé d'un transpondeur adapté, charge ensuite à ce dernier de relayer les informations vers le centre de contrôle de l'Agence Spatiale Européenne. D'autres sondes martiennes seront également disponibles pour les télécommunications, comme l'orbiteur européen Mars Express (équipé du transpondeur MELACOM), sachant que les engins américains pourront également servir de renfort.

Comme nous l'avons souligné, EDM voyage en tant que passager clandestin sur le dos de l'orbiteur TGO. Cependant, le module dispose de son propre système de guidage, qui sera activé après la séparation avec l'orbiteur, quelques jours avant l'atterrissage proprement dit. Ce système comporte deux centrales inertielles et des senseurs stellaires, qui vont permettre à EDM de déterminer avec précision son orientation dans l'espace. Un altimètre radar, enclenché durant la phase finale de l'atterrissage juste après l'éjection du bouclier thermique, servira également à mesurer la distance entre la sonde et la surface de Mars, ainsi que sa vitesse.

L'atterrissage

L'étape la plus critique de la courte vie de Schiaparelli aura lieu en octobre 2016, avec la phase, cruciale et spectaculaire, de l'atterrissage. Au cours de cet événement très violent qui s'étalera sur 6 minutes, où le moindre incident peut entraîner la destruction du module et la perte de la mission, Schiaparelli va parcourir une distance totale de 700 kilomètres, depuis les hautes couches de l'atmosphère martienne jusqu'au sol de la plaine équatoriale de Meridiani, son site d'atterrissage.

La séquence d'atterrissage à proprement parler commence le 16 octobre 2016 lorsque le module EDM va se séparer de son vaisseau mère, l'orbiteur TGO. A ce stade, le module est toujours en hibernation, de façon à limiter au maximum les dépenses en énergie. L'activation de la sonde n'aura lieu que quelques heures avant le choc frontal avec l'atmosphère martienne.

Le contact avec l'atmosphère martienne, qui signe le début de la phase d'entrée, aura lieu à une altitude d'environ 121 kilomètres. A ce stade, la vitesse de la sonde est de 21 000 km/h (soit 5,83 km/s, ou encore mach 30). La friction considérable entre la sonde et l'atmosphère provoque un ralentissement de cette dernière, mais également un échauffement conséquent, qui doit obligatoirement être pris en charge par le bouclier thermique. Ce cône de protection, pointé vers l'avant et recouvert d'un matériel ablatif, va devoir supporter des températures atteignant 1500°C. 99 % de l'énergie cinétique de la sonde est dissipée par cette étape cruciale.

Lorsque la vitesse de la capsule sera descendue aux alentours de mach 2 (soit approximativement 1700 km/h), le parachute de 12 mètres de diamètre est déployé par la mise à feu d'un mortier pyrotechnique. L'altitude du module est alors de 11 kilomètres. Assez rapidement après l'ouverture du parachute, le bouclier thermique, devenu inutile, est largué. Son départ dégage les antennes du radar altimétrique, qui est alors activé. Son rôle est de verrouiller la surface martienne pour contrôler à tout instant la vitesse de descente. Dans cette tâche cruciale, il est assisté par les accéléromètres des centrales de navigation inertielle. La caméra DECA, la seule qui équipe le module Schiaparelli, débute également une série de prise de vue (quinze clichés au total), qui doit permettre de documenter la descente vers le sol et d'identifier précisément le site d'atterrissage.

La phase terminale de l'atterrissage débute à environ 1200 mètres de hauteur, alors que la vitesse n'est plus que de 240 kilomètres par heure. Le parachute est éjecté, et la capsule tombe en chute libre, avant d'être rattrapée en vol 100 mètres plus bas par l'allumage des trois grappes de moteurs-fusées. L'objectif est d'amener la vitesse de l'engin à environ 4 km/h. A 2 mètres du sol, les rétrofusées sont coupées.

Contrairement à toutes les autres missions au sol jamais envoyées jusqu'à présent, le choc lié à l'impact final avec la surface de Mars sera absorbé par une couche de matériau déformable, qui est ici utilisée pour la première fois dans le cadre d'une mission martienne. L'impact aura lieu à une vitesse d'environ 10 km/h. Jusqu'à présent, les solutions retenues consistaient soit à atterrir sur des pieds (Viking, Phoenix, InSight) et des airbags (Mars Pathfinder, Spirit et Opportunity), ou a être déposé par une grue volante (Curiosity).

Le site d'atterrissage retenu pour la mission, la plaine désolée de Terra Meridiani, présente très peu de reliefs, mais le module a néanmoins été conçu pour atterrir sur un terrain accidenté, avec des rochers d'une hauteur pouvant atteindre 40 centimètres, et des pentes d'une inclinaison maximale de 12,5°.

Au cours de l'atterrissage, l'orbiteur TGO restera en contact avec le module EDM, de manière à pouvoir recevoir en temps réel les données les plus critiques. La totalité des données relatives à la séquence d'entrée, de descente et d'atterrissage (EDL) seront transmises dans les 8 jours après ce dernier.

Le site d'atterrissage

Etant donnée la très faible durée de vie de l'atterrisseur, ainsi que l'absence notable d'équipements scientifiques, le site d'atterrissage du module Schiaparelli a été principalement choisi sur la base de contraintes d'ingénierie simplifiées. Les facteurs les plus importants étaient une altitude basse, capable d'offrir une colonne d'air suffisamment haute pour rendre efficace le freinage sous parachute, et un sol plat, avec des pentes inférieures à 12,5° et une absence de rochers de grandes tailles, pour éviter tout endommagement ou déplacement de l'engin robotique.

Le site choisi est situé dans la vaste plaine de Meridiani Planum où s'est déjà posé avec succès le rover américain Opportunity en janvier 2004. L'ellipse d'incertitude, qui désigne la surface sur laquelle le module a 99% de chance de se poser, mesure 100 kilomètres de longueur pour 15 kilomètres de largueur. Elle est située par 1,9° de latitude sud et 6,1° de longitude ouest (pour une altitude de -1400 mètres sous le niveau moyen de la planète), au nord-ouest de l'endroit où repose la plateforme de dépose du robot Opportunity.

Il est à noter que l'atterrissage aura lieu durant la période des tempêtes de poussière. Le module Schiaparelli aura donc peut-être une occasion limitée d'en étudier une de près, mais ce type de manifestation atmosphérique augmente également les risques lors de l'atterrissage, comme peut en attester la sonde soviétique Mars 3, premier dispositif mécanique humain à rejoindre la surface de Mars en 1971, mais dont la durée de vie n'a hélas pas dépassé les 20 secondes, au grand dam de ses concepteurs.

Charge utile

Atterrir sur Mars c'est bien, y faire quelque chose c'est mieux. Le module EDM s'inscrit dans la continuité du programme ExoMars, qui n'a cessé, au fil des années, de voir ses ambitions revues à la baisse pour des raisons économiques et politiques. Initialement, le module EDM devait embarquer un package d'instruments géophysiques et environnementaux qui ravisaient les scientifiques, et donc une description succincte est donnée ci-dessous.

Package GEP

Le package GEP (Geophysical and Environmental payload), connu aussi sous le nom d'Humboldt, comportait onze appareils qui devaient fonctionner pendant plusieurs années à la surface de Mars. En voici la liste :

  • un sismomètre hybride trois axes, composés de deux pendules obliques très large bande (c'est à dire couvrant un spectre très large de fréquences sismiques), couplés à deux micro-senseurs large bande/courte période, hérité de la mission NetLander, et dont il faut dire ici quelques mots. Bien que la planète rouge soit la plus étudiée de tout le système solaire, la sismologie est effectivement le parent pauvre de l'exploration martienne, et même si l'on peut saluer les efforts réalisés dans le cadre de la mission InSight, ce n'est peut-être pas près de cesser.

En 1976, les atterrisseurs Viking avaient bien embarqué deux sismomètres, mais l'un d'eux n'a pas pu être déverrouillé, tandis que le second, fixé sur le pont (un déploiement au sol était hors de question à l'époque), n'a fait qu'enregistrer les sautes et rafales de vent. Vingt années plus tard, une seconde tentative d'envoyer vers Mars des sismomètres prend fin tragiquement avec la retombée de la mission Mars 96 dans l'océan Pacifique. Les projets suivants seront tous annulés avant de pouvoir être concrétisés : ce fut ainsi le cas du projet de sismologie de réseaux MESUR des années 1990 (dont l'unique station sera le démonstrateur Pathfinder, le sismomètre ayant entre-temps été débarqué), et de la mission NetLander dans les années 2000.

Enfin, la sonde américaine InSight, entièrement dévolue à des études géophysiques, a malheureusement vu son lancement en mars 2016 annulé, à cause d'une fuite critique dans le caisson de confinement des pendules du sismomètre SEIS. ExoMars représentait une occasion unique pour l'Europe d'envoyer un sismomètre vers Mars et de poser le premier élément d'un réseau de stations géophysiques fixes, mais l'occasion aura une fois de plus été manquée.

  • une station météorologique, compagnon indispensable des sismomètres, équipée de capteurs de température, de pression, de vitesse et de direction des vents, mais aussi d'humidité (HUM) et d'opacité atmosphérique. La station météo était également accompagnée d'un capteur du flux ultraviolet et visible, d'un capteur de radiations (IRAS), ainsi que d'un dispositif permettant d'étudier l'impact des particules de poussière (MEDUSA). Plusieurs de ces expériences étaient montées sur un mât télescopique.
  • un dispositif pour mesurer le flux de chaleur montant des profondeurs de Mars et s'échappant par la surface, basé sur le pénétrateur de la sonde anglaise Beagle 2, et capable de s'enfoncer à une profondeur maximale de 5 mètres sous la surface martienne (HP3, très similaire à l'expérience du même nom de la mission InSight).
  • un appareil pour caractériser la charge électrique de l'atmosphère martienne (AEP, dérivé lui aussi de la mission NetLander).
  • un capteur de champ magnétique trois axes. Aucun magnétomètre n'a encore jamais été déposé à la surface de Mars.
  • un radar pénétrant basé sur l'expérimentation NEIGE de la mission NetLander, pour détecter la présence éventuelle de poches de glace, ou initier l'étude de la structure du sous-sol.
  • enfin, une expérience de géodésie utilisant les équipements de télécommunication radio.

Le package Humboldt fut annulé en 2009 pour des raisons budgétaires, décision drastique qui causa de l'incompréhension et du désarroi au sein de la communauté scientifique européenne, déjà agacée par les atermoiements de l'ESA autour du programme ExoMars.

AMELIA

Pour le module EDM, l'effort de l'Agence Spatiale Européenne se porta finalement sur les capteurs permettant de juger des performances de la capsule durant la phase critique de l'atterrissage (EDL), et de sa survie à la surface de Mars. L'engin est donc bardé de senseurs thermiques, capteurs de pressions, calorimètres, accéléromètres et  jauge de contraintes, qui serviront aux études d'ingénierie, et qui sont regroupés sous l'expérience AMELIA (Atmospheric Mars Entry and Landing Investigation and Analysis). Une instrumentation séparée, baptisée COMARS+, va également surveiller l'évolution du flux thermique sur le bouclier arrière lors de la traversée de l'atmosphère.

En collectant des données d'ingénierie pendant la descente du module Schiaparelli vers le sol, en particulier sa trajectoire mais aussi les conditions atmosphériques, comme la densité de l'air, la vitesse et la direction des vents, l'Agence Spatiale Européenne pourra améliorer et perfectionner sa maitrise de l'atterrissage sur Mars. Les informations recueillies seront extrêmement précieuses non seulement pour comprendre la dynamique de l'atmosphère martienne, qui complexifie beaucoup les atterrissages, mais aussi pour l'amélioration des dispositifs de rentrée atmosphérique, comme les boucliers thermiques. AMELIA est similaire au package MEDLI de la sonde américaine Mars Science Laboratory.

DREAMS

Sur la charge utile initialement prévue, seul un petit lot de capteurs scientifiques, à la durée de vie très réduite, ont été conservés. Ils forment l'expérimentation DREAMS (pour Dust Characterisation, Risk Assessment, and Environment Analyser on the Martian Surface), dédié à la caractérisation de la poussière, l'évaluation des risques et l'analyse de l'environnement de surface martienne. La liste des capteurs est la suivante :

  • MetWind : monté sur le mât météorologique MestMAST, ces capteurs serviront à déterminer la vitesse ainsi que la direction des vents.
  • DREAMS-P (MetBaro) : ce capteur permettra d'enregistrer sur une courte période les variations de la pression atmosphérique.
  • DREAMS-H (MetHUMI) : fixé sur le mât météo, ce capteur renseignera sur l'humidité atmosphérique.
  • MarsTem : lui aussi monté sur le mât, ce capteur mesurera les températures de la surface martienne.
  • SIS (Solar Irradiance Sensor) : toujours situé sur le mât, qui a donc vraiment intérêt à se déployer correctement, ce capteur mesurera la transparence de l'atmosphère, ou, dit autrement, son opacité, liée à sa charge en poussière.
  • µ-ARES (Atmospheric Radiation and Electricity Sensor, capteur d'électricité et de rayonnement atmosphérique) : c'est sans nul doute l'expérience la plus intéressante de la charge utile d'EDM, et celle qui fait regretter que la durée de vie de la sonde soit si faible. µ-ARES, fixée sur un mât dédié, a pour objectif de mesurer l'électrification de l'air martien. Couplées avec les données provenant du capteur SIS, les informations fournies par µ-ARES permettront de comprendre le rôle de l'électricité dans la mise en suspension des particules de poussière dans l'air, phénomène qui peut parfois aboutir à des tempêtes de poussière planétaire, qui recouvre totalement le globe martien sous un voile opaque. Des champs électriques intenses, de plusieurs milliers de volt, pourraient être impliquées. µ-ARES pourrait fournir les premières mesures du niveau d'électrification de l'atmosphère martienne depuis le début de l'étude de cette planète. Le capteur a d'autant plus de chance de fournir des données intéressantes que la sonde va arriver durant la saison des tempêtes de poussière.
  • INRRI (INstrument for landing-Roving laser Retroreflector Investigations) : INRRI est un petit dispositif de dernière minute fourni par l'Italie, qui pourrait rendre certains services dans le futur. Ce dôme d'aluminium de 54 mm de diamètre et d'une masse de 25 grammes est un réflecteur laser compact regardant vers le ciel. Son rôle est de permettre au module EDM d'être localisé très précisément depuis l'orbite par un futur orbiteur disposant d'un laser télémétrique. Passif, il ne consomme pas d'énergie, et pourra donc fonctionner aussi longtemps que ces huit surfaces réflectrices de silice resteront libres de poussière. Le réflecteur va constituer le premier point d'un réseau géodésique martien, et il permettra également de réaliser des expériences de physique en relativité générale. Il pourra également servir de cible de test pour de futurs satellites martiens de télécommunication optiques. On peut imaginer qu'il puisse également servir à des mesures scientifiques, comme par exemple l'étude de composés présents à l''état de traces dans l'atmosphère martienne grâce à des LIDARS orbitaux. Des réflectomètres, déposés sur la Lune par les rovers soviétiques Lunokhod et les astronautes américains des missions Apollo continuent encore aujourd'hui d'être utilisés, par exemple pour mesurer l'évolution de la distance Terre-Lune.

DECA

Malgré son nom, le package d'instruments DREAMS ne risque pas de faire beaucoup rêver les masses. Les bulletins météorologiques en provenance de la surface martienne ne sont plus vraiment une grande nouveauté, et la quantification de la charge électrique de l'atmosphère martienne, même si cette dernière intervient dans la levée des spectaculaires tempêtes de poussière qui balayent parfois la planète, ne va sans doute pas susciter un intérêt soutenu de la part du public. Enfin, le réflectomètre INRRI est un ajout bienvenu, mais pour l'instant, aucune sonde orbitale n'est en mesure de l'exploiter.

Heureusement, l'Agence Spatiale Européenne n'a pas oublié d'ajouter une indispensable caméra. L'astronome Schiaparelli ayant terminé sa vie aveugle, après avoir observé pendant des décennies le ciel étoilé, il aurait été particulièrement dommage que son module soit affecté par une pareille cécité. Les ingénieurs ont donc équipé la capsule d'une petite caméra de 600 grammes baptisée DECA, et qui a déjà été utilisée comme caméra de maintenance sur le télescope spatial Herschel. Mesurant 9 centimètres de côté, son rôle sera d'acquérir des images à haute résolution du site d'atterrissage durant la phase de descente, de mesurer la transparence de l'air martien, et de permettre la création d'un modèle numérique 3D du terrain sur lequel la sonde finira par se poser.

Comme les caméras de descente embarquées sur les précédentes sondes martiennes (DIMES pour les Mars Exploration Rover, MARDI pour Phoenix et Curiosity), les prises de vue débuteront juste après l'éjection du bouclier thermique. Un peu moins ambitieuse que le dispositif équipant Curiosity, DECA se contentera de capturer seulement une quinzaine de clichés, qui ne seront pas transmis immédiatement à la Terre. De par sa configuration, elle ne pourra pas ensuite imager les terrains situés aux alentours du site d'atterrissage. De son périple martien, le module EDM ne ramènera donc pas de panorama, mais une poignée de clichés pris durant la descente. C'est mieux que rien, si l'atterrissage n'a pas lieu au beau milieu d'une tempête de poussière !

Pour en savoir plus :

Go !Liste de liens concernant ExoMars (page de bibliographie).

Peu après son lancement en mars 2016, l'orbiteur TGO, qui transporte le démonstrateur Schiaparelli, s'est séparé de l'étage supérieur de la fusée russe Proton. C'est le début d'un voyage de 9 mois dans l'espace pour rejoindre Mars (Crédit Photo : Thales Alenia Space).

Vue de l'orbiteur TGO, avec la capsule EDM à droite. Le bouclier thermique, qui protégera l'engin durant la traversée hypersonique des hautes couches de l'atmosphère martienne, est bien visible (Crédit photo : ESA).

Transporté comme passager clandestin sur le dos de la sonde Trace Gas Orbiter, le module EDM volera de ses propres ailes le 16 octobre 2016, trois jours avant son atterrissage (Crédit photo : © David Ducros/ESA).

Après avoir largué le module EDM, qui plonge désormais vers son destin, la sonde TGO se préparera à la mise en orbite autour de Mars. Elle assurera cependant par la suite les communications avec le module EDM, en particulier durant l'atterrissage (Crédit photo : ESA).

Une fois séparée de son vaisseau mère, la capsule EDM va demeurer en hibernation, de façon à économiser au maximum ses batteries. Le module d'atterrissage ne se réactivera que quelques heures avant l'atterrissage. S'il devra faire confiance à la trajectoire sur laquelle l'a injecté TGO, Schiaparelli pourra toutefois déterminer précisément sa position et son orientation, grâce à des senseurs stellaires et une centrale de navigation inertielle. Aucune modification de trajectoire n'est cependant plus possible à ce stade (Crédit photo : ESA).

La structure en poupée russe de la sonde EDM. De haut en bas : le bouclier arrière, qui abrite un parachute de 12 mètres de diamètre, la capsule de surface proprement dite (une sorte de disque supportant, quelques capteurs scientifiques, les rétrofusées et les réservoirs de carburant), le radar altimétrique et la structure d'absorption des chocs, et enfin, en bas, l'imposant bouclier thermique bardée de capteurs (Crédit photo : ESA).

L'atterrissage du module Schiaparelli débute par l'entrée dans l'atmosphère martienne à 120 kilomètres d'altitude, la sonde étant protégé de l'échauffement dû à la friction avec l'air par un large bouclier thermique. S'ensuit alors une descente sous parachute, puis un freinage terminal grâce à des rétrofusées consommant de l'hydrazine. Le choc final avec la surface martienne sera absorbé grâce à une couche de matériel déformable. L'objectif du démonstrateur est de réussir son atterrissage, et de le documenter en enregistrant les performances de différents sous-systèmes. Les études scientifiques ici sont accessoires (Crédit photo : © David Ducros/ESA).

Séquence d'atterrissage du module Schiaparelli. Cliquez sur l'image pour l'agrandir (Crédit photo : ESA).

Le module Schiaparelli au sol. L'engin ne ressemble à rien de ce à quoi les ingénieurs de la NASA nous ont habitués. Il ressemble à une sorte de soucoupe dont un étourdi aurait oublié d'installer le capot (© David Ducros/ESA).

Si l'atterrissage du module EDM est conventionnel, l'engin va cependant utiliser une couche de matériau déformable pour absorber les chocs liés à l'impact avec la surface de Mars. Effectivement, les rétrofusées sont programmées pour s'éteindre à 2 mètres de hauteur, et la capsule ne dispose pas de pieds. Au moment du contact, la vitesse sera d'environ 10 km/h (© droits réservés).

L'instrumentation scientifique du module Schiaparelli est réduite à un minimum : la capsule n'est grosso modo qu'une station météo à durée de vie limitée (8 jours maximum), avec des capteurs de température (MarsTEM), de pression (MetBARO), de vents (MetWIND) et d'humidité (MetHUMI). Le capteur ODS (ou SIS) mesurera la transparence de l'atmosphère. La seule expérience originale va consister à mesurer la charge électrique de l'atmosphère, avec le capteur m-ARES, qui possède un mât dédié. La sonde embarque également une caméra (DECA), qui ne fonctionnera cependant que durant la descente vers le sol martien. Seul une dizaine de clichés seront obtenus (Crédit photo : ESA).

Le réflectomètre redonne un peu d'espoir quant à l'utilité de la mission. Le module EDM embarque effectivement un dôme d'aluminium sur lequel sont montées huit surfaces réflectrices. Baptisé INRRI, ce dispositif va constituer la première borne d'un réseau géodésique martien. Pour peu que des sondes orbitales capables de l'utiliser soient envoyées sur place, il servira également de support à diverses expériences (© droits réservés).

 

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