L'exploration spatiale, fenêtre de tir de 1971 : les sondes soviétiques Mars 2 et Mars 3

Les sondes soviétiques de 1971

Après deux lancements un peu honteux de 1969, les soviétiques reviennent à la charge en 1971 avec trois nouvelles sondes...

Kosmos 419

On pense que les russes s'étaient arrangés pour lancer Kosmos 419 sur une trajectoire qui devait lui permettre de prendre de vitesse la sonde Mariner 8 lancée par les américains deux jours plus tôt. Il faut dire que la concurrence entre russes et américains se situait maintenant à un autre niveau. Les sondes de 1971 n'avaient plus pour objectif d'effectuer un simple survol, mais bien de se placer en orbite autour de la planète Mars. Il est donc crucial d'arriver le premier ! Contrairement aux deux sondes soviétiques qui seront lancées peu de temps après (Mars 2 et Mars3), Kosmos 419 ne comprenait qu'un orbiteur. C'est ce gain de poids qui devait lui permettre d'emprunter une trajectoire plus rapide et de doubler en plein vol les sondes américaines, en particulier Mariner 8.

La sonde ressemblait fortement au compartiment orbital de la sonde Mars 2. C'était un énorme engin de 4650 kg, constitué principalement d'un corps en forme de cylindre de 3 mètres de haut avec deux panneaux solaires enfichés sur les côtés et deux antennes paraboliques. Il emportait comme charge scientifique un instrument fourni par la France pour étudier les radiations émises par le soleil, ainsi que les appareils nécessaires pour photographier la surface martienne.

Lorsque Kosmos 419 arrive sur son pas de tir, il possède déjà un bel avantage sur les américains. Son concurrent direct, Mariner 8, a effectivement décidé de tenir compagnie aux poissons de l'océan atlantique, au grand dépit des américains. Le lanceur Proton K décolle finalement et place la sonde sur une orbite de parking (174 km sur 159 km) avec une inclinaison de 51,4°. Malheureusement, l'étage supérieur qui devait injecter Kosmos 419 vers Mars ne s'allume pas comme prévu. Une grossière erreur de programmation s'était glissée dans le planning des évènements. Le moteur de l'étage supérieur devait normalement s'allumer 1,5 heures après la mise en orbite. Mais un technicien malchanceux s'était trompé en rentrant les données, et avait programmé l'allumage de l'étage au bout d'une durée de 1,5 années ! Aucune chance, donc, de voir le moteur s'allumer. Les responsables russes ont qualifié cette erreur de "lourde et d'impardonnable" (humm, je n'aurai pas aimé être à la place du type qui a commis la faute !). L'orbite de parking de Kosmos 419 était provisoire et les paramètres orbitaux ont commencé à décliner. Kosmos 419 s'est rapproché de l'orbite terrestre et la rentrée atmosphérique a finalement eu lieu 2 jours plus tard, le 12 mai 1971.

Le nom Kosmos était donné aux sondes russes qui restaient en orbite terrestre et cela quelle que soit leur destination finale. La plupart des sondes soviétiques séjournaient pendant quelques jours sur une orbite de parking terrestre. Les engins étaient ensuite propulsés vers leur objectif grâce à un moteur qui fonctionnait pendant plusieurs minutes. Si ce moteur venait à tomber en panne, ou si la poussée reçue par la sonde n'était pas suffisante pour lui permettre d'échapper à l'attraction terrestre, la sonde restait en orbite basse autour de notre planète et se voyait affecté le nom générique Kosmos, suit d'un numéro.

Un nouveau type de sonde

Les deux dernières missions Russes pour l'année 1971 étaient basées sur un nouveau concept de sonde. Chaque sonde comportait un compartiment orbital destiné, comme son nom l'indique, à se placer en orbite autour de la planète rouge et un compartiment de descente, destiné à se poser sur la surface martienne. Les principaux objectifs des compartiments orbitaux étaient d'étudier la surface martienne d'un point de vue topographie, chimique et physique, l'atmosphère et ses nuages, le vent solaire, les champs magnétiques martien et interplanétaire, tout en servant de satellite relais pour les communications entre la terre et les atterrisseurs. Les modules de descente devaient atterrir en douceur sur la planète Mars pour pouvoir renvoyer des images de la surface, des mesures météorologiques (température, pression, vitesse des vents, composition de l'atmosphère) et effectuer des analyses chimiques et mécaniques du sol martien. La recherche de composés organiques dans le sol, indice de la présence éventuelle d'une vie martienne, était également au programme.

Mars 2

Le compartiment orbital

La sonde pesait plus de quatre tonnes au lancement (4650 kg exactement), dont 3440 kg pour le compartiment orbital avec les réservoirs pleins et 1210 kg pour l'atterrisseur lui-même. Rappelons ici que la sonde américaine Mariner 9 pesait moins d'une tonne au moment de son lancement une dizaine de jours plus tard. L'atterrisseur soviétique seul pesait quelques centaines de kilogrammes de plus que Mariner 9 et la sonde Mars 2 dans son ensemble était quatre fois plus lourde que son homologue américain. Les soviétiques n'avaient donc pas perdu la folie des grandeurs pour ce qui était du poids de leurs vaisseaux !

Mars 2 était grossièrement composé d'un cylindre de 2 mètres de diamètre (le compartiment orbital) dont la majeure partie était occupée par un réservoir de carburant. Le système de propulsion était fixé sur la partie inférieure du cylindre central. Deux panneaux solaires s'étendaient sur les côtés et la parabole de 2,5 mètres de diamètre de l'antenne grand gain était également accroché au cylindre. Elle était accompagnée par des antennes auxiliaires de faible puissance. Les antennes dédiées à la communication avec le module de descente étaient situées à l'extrémité des deux panneaux solaires. Le système de navigation et la plupart des instruments étaient arrangés sur le pourtour de la partie inférieure de la sonde. Le module de descente prenait place au sommet de l'ensemble. La sonde mesurait en tout 4,1 mètres de haut et sa plus grande envergure était de 5,9 mètres.  

La charge scientifique embarquée à bord de la sonde Mars 2 comprenait dix expériences scientifiques . Deux expériences sur les dix concernaient l'étude du milieu interplanétaire ainsi que l'étude des radiations en provenance du soleil et du milieu galactique. Ces deux expériences faisaient intervenir un radiomètre et un spectromètre (RIEP 208). Les huit autres expériences étaient spécifiquement dédiés à l'étude de la planète Mars et quatre instruments étaient réunis au sein d'un complexe d'astrophysique baptisé FKM-71.

  • Un radiomètre infrarouge opérant dans le domaine spectral de 8 à 40 microns pour déterminer la température de la surface martienne. Cet instrument faisait partie du complexe FKM-71.

  • Un photomètre infrarouge pour mesurer l'absorption de la vapeur d'eau atmosphérique vers 1,38 microns, ce qui permettait de déterminer sa concentration. Cet instrument faisait partie du complexe FKM-71.

  • Un photomètre infrarouge fonctionnant dans la bande spectrale de 2,06 microns ou la raie d'absorption du dioxyde de carbone peut être étudiée. Il permettra de quantifier les reliefs martiens. Suivant l'altitude des régions survolées, l'épaisseur de la couche d'air entre la surface et l'instrument varie, ce qui se traduit par une diminution ou une augmentation de la quantité de CO2 mesurée (le CO2 étant le constituant majoritaire de l'atmosphère martienne). Cet instrument faisait partie du complexe FKM-71.

  • Un photomètre opérant dans six bandes spectrales du domaine visible (0,35 à 0,70 microns). Cet instrument faisait partie du complexe FKM-71.

  • Un photomètre ultraviolet fonctionnant dans trois bandes spectrales différentes pour détecter l'hydrogène atomique, l'oxygène et l'argon dans la haute atmosphère.

  • Un capteur opérant dans la bande alpha de la série de Lyman pour détecter l'hydrogène dans la haute atmosphère.

  • Un ensemble radiotélescope/radiomètre (équipé d'une antenne de 60 centimètres) pour mesurer la réflectivité de la surface et de l'atmosphère dans le domaine du visible (0,30 à 0,60 microns), la réflectivité de la surface dans le domaine radio (3,4 centimètres), et la constante diélectrique à une profondeur comprise entre 35 et 50 centimètres. La connaissance de la valeur de la constante diélectrique permet de se faire une idée des températures du sol et du sous-sol.

  • Un magnétomètre trois axes monté sur une perche (elle-même fixée à l'extrémité de l'un des panneaux solaires) pour mesurer la valeur du champ magnétique interplanétaire et de l'éventuel champ magnétique martien.

  • Des capteurs de plasma, au nombre de huit, disséminés un peu partout sur le corps de la sonde et qui avaient pour objectif de mesurer la température, la vitesse et la composition du vent solaire. En plus de l'étude des particules du vent solaire, Mars 2 pouvaient également étudier celles du rayonnement cosmique.

  • Deux unités de photo-télévision, appelé aussi blocs de prises de vues, comprenant une caméra grand angle FTU-1 (52 mm de focale) et une caméra à angle étroit FTU-2 (350 mm de focale) munies de différents filtres (vert, rouge, bleu, UV). Les caméras retournaient des images comportant 1000 lignes de 1000 pixels avec une résolution variant entre 10 et 100 mètres/pixel. Les images étaient développées à bord grâce à un laboratoire automatique, scannées puis transmises à la Terre.

  • Le système de communication radio permettait enfin de se livrer à des expériences d'occultation lorsque la sonde passait derrière la planète Mars, ce qui provoquait alors la traversée par les ondes radios de l'atmosphère martienne. La variation du signal enregistrée à ce moment là permettait de déduire de nombreux paramètres atmosphériques.

Le module de descente

Le module de descente était fixé au somment du cylindre du corps principal, exactement à l'opposé du système de propulsion. Il comportait une capsule sphérique de 1,2 mètres de diamètre surmontée d'un imposant bouclier thermique de 2,9 mètres de diamètre. Ce bouclier devait servir à protéger l'atterrisseur de l'échauffement généré lors de la traversée de l'atmosphère. En offrant une large surface de résistance à l'air, il permettait également de freiner l'engin dans sa descente vers la surface. L'atterrisseur était aussi équipé d'un parachute et de rétrofusées, placées sous le contrôle d'un radar altimétrique et qui étaient mises à feu pendant la phase finale de l'atterrissage. Le module de descente pesait 1210 kg au total, dont 350 kg pour la capsule proprement dite. Une fois à la surface, cette capsule s'ouvrait comme la corolle d'une fleur, ses quatre pétales triangulaires servant à la fois de stabilisateur et de support aux différents instruments scientifiques. Quatre protubérances en haut de la sphère servaient aux communications avec les orbiteurs. L'alimentation électrique était fournie par un ensemble de batteries rechargées avant la séparation de l'atterrisseur avec le compartiment orbital. Le module de descente avait été stérilisé avant le lancement de manière à éviter toute contamination biologique du site d'atterrissage par des microorganismes terrestres.

L'atterrisseur était équipé d'un certain nombre d'instruments scientifiques : 

  • Deux caméras de télévision avec un champ de vision de 360°.

  • Un spectromètre de masse pour l'étude de la composition chimique de l'atmosphère.

  • Une station météorologique pour mesurer la température, la pression et la vitesse des vents.

  • Un dispositif expérimental pour étudier les propriétés chimiques et mécaniques du sol martien, incluant une pelle capable de creuser des tranchées à la surface pour mener après collecte une recherche de matières organiques et d'éventuels signes de vie.

  • Un petit fanion aux couleurs de l'Union Soviétique, qui n'a sans doute rien à faire dans la liste des instruments scientifiques, mais qui sera le seul à réussir sa mission dans le cas de Mars 2 !

L'atterrisseur comportait également un bloc de sondage qui devait être catapulté vers la surface martienne. Ce dispositif original permettait d'effectuer des mesures à une certaine distance du site d'atterrissage, le bloc étant relié à l'atterrisseur par un câble de liaison. Bien qu'extrêmement simplifié, il est difficile de ne pas voir dans ce bloc de sondage un précurseur des futurs robots martiens.

La mission

La sonde Mars 2 décolle du cosmodrome de Baïkonour le 19 mai 1971 et elle est injectée peu après vers la planète Mars grâce à une plate-forme orbitale terrestre Tyazheliy Sputnik. Des manœuvres de correction de trajectoire ont lieu pendant le voyage le 17 juin et le 20 novembre 1971. 4,5 heures avant d'atteindre la planète Mars, le 27 novembre 1971, le module de descente se désengage du compartiment orbital. Ce dernier termine son voyage en s'insérant correctement en orbite. Malheureusement pour les soviétiques, les américains étaient déjà sur place grâce à Mariner 9 qui s'était inséré en orbite 13 jours avant, le 14 novembre 1971.

Le module de descente connaîtra une fin peu glorieuse. Lorsque les américains étaient arrivés à proximité de Mars avec Mariner 9, il avait eu la mauvaise surprise de découvrir une planète complètement ennoyé dans une vaste tempête de poussière planétaire, dont la naissance avait d'ailleurs été suivie par quelques astronomes émérites. Contrairement à la sonde américaine qui pouvait être reprogrammée à distance, les sondes soviétiques étaient des véritables robots aveugles. Elles allaient suivre à la lettre un programme chargé à bord un peu avant le lancement, sans pouvoir tenir compte des conditions extérieures. Larguer un module de descente en plein dans le cœur d'une tempête de poussière n'est peut être pas la meilleure chose à faire pour réussir une mission, mais Mars 2 n'avait pas le choix. Les soviétiques s'étaient sans doute rendu compte que les conditions n'étaient pas du tout réunies pour un atterrissage mais ils ne pouvaient plus qu'assister, impuissant, à la séparation de l'atterrisseur et à sa descente vers l'enfer de poussière.

Ce qui devait arriver arriva. Le module de descente aborda l'atmosphère avec une vitesse de 6 km/s. Peu après, il fut victime d'un dysfonctionnement, que l'on peut attribuer soit à un défaut de conception, soit à une panne causée par la tempête elle-même. Toujours est-il que la séquence d'atterrissage n'eu pas lieu comme prévu et le module se crasha à la surface de la planète à une vitesse particulièrement élevée. Il en fallait plus cependant pour que les soviétiques acceptent de perdre la face. Ceux ci annoncèrent en grande pompe que le module de descente de Mars 2 n'était qu'un petit fanion aux couleurs de l'Union Soviétique et qu'ils venaient de réussir le premier atterrissage (même si le terme de collision est préférable) sur la planète Mars. Le premier artefact humain s'était écrasé à la surface de la planète rouge à 44,2° de latitude sud et 313,2° de longitude ouest, un peu au nord du bassin d'Hellas, et il était soviétique !

Le compartiment orbital n'avait pas une manœuvre aussi risquée à accomplir que son complice, mais la tempête de poussière planétaire n'allait pas non plus lui laisser le moindre répit. Le compartiment orbital de Mars 2 commence par se positionner sur une orbite possédant les paramètres suivants : 1380 km de périapse, 24 900 km d'apoapse, 18 heures de période et 48,9° d'inclinaison . Les instruments scientifiques s'allumaient les uns après les autres 30 minutes avant chaque passage au périapse, seule portion de l'orbite autorisant une étude rapprochée de la surface et de l'atmosphère.

Mais le compartiment orbital va être handicapé par le même problème que le module de descente. Il obéit lui aussi aveuglement à une programmation implacable. Ainsi, lorsque ses caméras vont commencer à mitrailler la surface martienne, les soviétiques verront arriver les unes après les autres des images pratiquement identiques, ne montrant qu'une surface grise et terme, et sur lesquelles aucun détail n'apparaît. Mars 2 n'a que faire de la qualité déplorable des images qu'elle envoie. Elle continue à prendre ses clichés jusqu'à épuisement de son magasin.

Mars 3

La sonde

La sonde soviétique Mars 3 était pratiquement identique à la sonde Mars 2, mais elle transportait une expérience exclusive d'origine française qui n'était pas à bord de Mars 2. Cette expérience nommée Stéréo comportait une antenne de mesure fixée sur l'un des panneaux solaires. Elle devait permettre l'étude du rayonnement solaire dans le domaine métrique (169 MHz) en même temps que des observations menées depuis la surface terrestre (en particulier à Nancay), et cela pour tenter de mieux comprendre les sursauts d'activité dont le soleil fait preuve par moment, et qui s'accompagnent de la libération de véritables bouffées de particules très énergétiques.

La mission

La sonde Mars 3 fut lancé grâce à un lanceur Proton depuis le cosmodrome de Baïkonour le 28 mai 1971. Son injection sur une orbite de transfert vers Mars eu lieu grâce à l'utilisation d'une plate-forme orbitale Tyazheliy Sputnik. Une manœuvre de correction de trajectoire a lieu le 8 juin 1971. Le module de descente se désengage du compartiment orbital 4,5 heures avant l'arrivée sur Mars le 2 décembre 1971, à une distance d'environ 50 000 km.

L'atterrissage du module de descente

15 minutes après la séparation, le moteur de descente est mis à feu pour pointer le bouclier thermique vers la surface martienne. Le module aborde les hautes couches de l'atmosphère martienne avec une vitesse de 5,7 km/s et un angle inférieur à 10° par rapport à la verticale. Le bouclier thermique abaissera la vitesse de l'atterrisseur à 0,7 km/s par freinage atmosphérique. Le parachute intervient ensuite, mais son ouverture s'effectuera en deux temps. Il s'ouvre d'abord de manière incomplète avant de se déployer complètement après que la vitesse de la sonde soit tombée en dessous de la vitesse du son. Le bouclier thermique, devenu inutilisable, est abandonné tandis que le radar altimétrique s'allume. A une altitude de quelques dizaines de mètres, alors que la vitesse de descente est encore de 60 à 110 m/s, le parachute se détache avant d'être emporté au loin grâce à l'allumage d'une petite fusée latérale (il serait en effet dommage que le parachute retombe sur la sonde, une fois celle ci au sol !). Simultanément, le radar altimétrique commande la mise à feu des rétrofusées de l'atterrisseur. Après une phase de rentrée atmosphérique qui n'a duré au total qu'un peu plus de 3 minutes, l'atterrisseur de Mars 3 atteint enfin la surface avec une vitesse de 20,7 m/s. Le module de descente se pose à 45° de latitude sud et 158° de longitude ouest, sur une basse plaine entre Electris et Phaethontis, au niveau de la région de Terra Sirenum.

Largué en pleine tempête de poussière, l'atterrisseur de Mars 3 a réussi à se poser impeccablement sur Mars,  Pour la première fois dans l'histoire de l'exploration spatiale, un engin humain effectue un atterrissage en douceur à la surface d'une autre planète.

L'impact avec la surface est violent, la vitesse d'arrivée n'étant pas négligeable, mais des absorbeurs de chocs sont la pour éviter tout dommage. Les quatre pétales s'ouvrent et les communications avec l'orbiteur Mars 3 commencent peu après l'atterrissage, le temps pour les antennes de se déployer.

Malheureusement, la joie des soviétiques responsables du petit appareil allait être de courte durée. Environ 20 secondes après l'atterrissage, alors que les instruments et en particulier la caméra s'étaient déjà attelés à la tache, les communications radios furent coupées pour une raison qui demeure inconnue. Elles ne seront plus rétablies. Impossible de savoir si l'incident incombe à l'atterrisseur lui-même ou au système de relais radio de l'orbiteur. La courte session de communication avait servi à transmettre des données en provenance de la caméra. Mais sur l'image panoramique incomplète, aucun détail n'était visible. La photographie était de plus extrêmement peu lumineuse, comme si elle avait été prise en pleine obscurité. Les données obtenues sur l'atmosphère pendant la descente vers la surface seront également perdues. Elles ne pouvaient malheureusement pas être transmises pendant la descente, mais uniquement après l'atterrissage.

Si l'atterrisseur avait réussi à sortir vivant d'une descente qui avait du être éprouvante, il lui a fallu ensuite affronter les conditions qui régnaient en surface. Une bourrasque violente a peut être malmené un peu trop fortement le petit atterrisseur, endommageant de manière irréversible ses systèmes de bord. La forte teneur en poussière des couches atmosphériques de surface explique peut être le faible éclairage de l'unique photographie acquise par Mars 3.

Notons ici que certaines personnes ont suggéré que les 20 secondes de transmission avec l'atterrisseur n'avaient en fait jamais eu lieu, et que cette information avait uniquement servi aux soviétiques à s'octroyer le titre du premier atterrissage en douceur à la surface de la planète Mars.

Echec de la mise en orbite pour le compartiment orbital 

Le compartiment orbital allait avoir beaucoup moins de chance que son prédécesseur. Pendant le voyage Terre-Mars, une fuite de carburant avait vidé partiellement ses réservoirs, et il ne lui restait plus assez de carburant pour s'insérer sur l'orbite initialement prévue. La sonde put cependant être placée sur une orbite d'une période de 12,7 jours (contre 18 heures pour Mars 2 !), avec un périapse à 1530 km et un apoapse à 190 000 km. L'inclinaison était par contre similaire à celle de l'orbite suivie par Mars 2. Cette orbite de secours était particulièrement défavorable aux observations, car la sonde ne passait que très peu de temps au périapse (seul endroit ou la surface de Mars était assez proche pour pouvoir être étudiée) et il fallait attendre une douzaine de jours avant de repasser dans cette partie de l'orbite !

Résultats scientifiques de Mars 2 et Mars 3

Les deux sondes Mars 2 et Mars 3 ont envoyé vers la Terre un total de 60 images. La majorité est inutilisable. Cet exemple montre l'avantage que peut apporter une programmation à distance d'un engin spatial. Adaptabilité et flexibilité sont deux facteurs essentiels dans la réussite d'une mission. Une leçon que les soviétiques auront payé très cher.

Mars 2 et Mars 3, en dépit de la tempête qui gâche tout, ont cependant retourné un large volume de données scientifiques sur la période qui s'étend du mois de décembre 1971 au mois de mars 1972. Les communications ont continué jusqu'au mois d'août 1972 et la mission s'est officiellement terminé le 22 août 1972 pour les deux sondes, après 362 orbites pour Mars 2 et 20 orbites seulement pour Mars 3 (à cause de sa période de révolution beaucoup plus importante). Il faut noter que la qualité des données transmises par Mars 2 était vraiment médiocre, et à l'exception des informations accumulées lors des périodes d'occultation, presque toutes les données étaient illisibles.

Les rares informations valables transmises par les deux engins soviétiques de 1971 peuvent être résumées en quelques lignes. Mars 2 et Mars 3 mettront en évidence la présence de reliefs élevés à la surface. La quantité de vapeur d'eau atmosphérique est mesurée. Pendant la tempête de poussière, cette quantité ne dépasse pas quelques microns, mais pendant le mois de mars de l'année suivante, elle monte à 20 microns au-dessus de certaines régions. L'humidité est plus élevée au niveau de l'équateur qu'au niveau des régions circumpolaires.

Le radiomètre infrarouge mettra en évidence des contrastes thermiques très importants à la surface, et les températures enregistrées varieront entre -93° C et +13°C, les températures les plus basses étant enregistrées au-dessus de la calotte polaire nord (-110°C). Le sol est caractérisé par une conductivité thermique très faible et les régions sombres sont 10° à 15° plus chaudes que les régions claires (un résultat qui sera confirmé par Mariner 9). La température de la calotte polaire boréale est plus basse que celle de la calotte polaire australe, ce qui explique que cette dernière disparaisse entièrement pendant l'été, alors que ce n'est pas le cas pour les glaces de la région polaire nord.

La pression atmosphérique varie entre 5,5 mbars et 6 mbars. La base de l'ionosphère commence entre 80 et 110 kilomètres d'altitude et les particules de poussière des tempêtes peuvent atteindre, d'après les soviétiques, une hauteur record de 7 km, sans qu'une valeur limite supérieure puisse être fixée (en fait on sait maintenant que les grains de poussière peuvent monter bien plus haut, jusqu'à 50 km). La taille des particules était très faible (quelques microns) et la quantité de poussière brassée pendant la grande tempête a été estimée à 109 tonnes. 

A 40 km d'altitude, l'atmosphère martienne n'est plus constituée que d'atomes isolés d'oxygène et d'hydrogène, la densité étant bien sûr très faible (quelques centaines d'atomes tout au plus par cm3).

D'autres informations seront retournées à propos du champ de gravité martien et du champ magnétique de la planète. Le magnétomètre décèle à proximité de Mars un champ magnétique 7 à 10 fois plus puissants que le champ magnétique interplanétaire, sans qu'il soit possible d'en connaître l'origine. Il pourrait s'agir soit du véritable champ magnétique de la planète Mars, soit d'un champ magnétique issu de l'interaction des particules du vent solaire avec la haute atmosphère martienne. Cette collision donne également naissance à une onde de choc qui a été détectée par les sondes soviétiques.

Une seule photographie montrant le globe martien et obtenue à grande distance par la sonde Mars 3 a été publié. Je n'ai encore jamais réussi à mettre la main sur les photographies prises depuis l'orbite martienne par les sondes Mars 2 et Mars 3.

Croquis de la sonde Mars 2

La sonde Mars 2 mesurait 4,1 mètres de haut pour un diamètre de base de 2 mètres et une envergure de 5,9 mètres, panneaux solaires déployés. Le système de propulsion est en bas, alors que le module de descente est en haut, protégé par un imposant bouclier de 2,9 mètres de diamètre. Une antenne de 2,5 mètres de diamètre est montée sur l'un des côtés. Les instruments et le système de navigation sont situés autour de la partie inférieure de la sonde, alors que la partie centrale est principalement occupée par un énorme réservoir de carburant. Les antennes pour communiquer avec le module de descente sont fixées sur les panneaux solaires, qui s'étendent de chaque côté de la sonde. Trois antennes omnidirectionnelles de faible puissance sont également montées près de l'antenne parabolique. Les sondes soviétiques Mars 2 et Mars 3 n'ont ramené qu'une très faible quantité de résultats par rapport à la sonde Mariner 9, qui a connu un succès sans précédent. Entièrement sous le contrôle d'une programmation rigide et non modifiable, les caméras de deux sondes prendront des photographies sans intérêt de la planète (alors voilée par une tempête de poussière aux dimensions planétaires) jusqu'à épuisement de leur magasin. Mars 2 et Mars 3 ont cependant permis d'obtenir des informations sur les températures de surface, l'inertie thermique et la taille des grains qui constituent le sol martien, la teneur en vapeur d'eau de l'atmosphère, l'altitude de certains reliefs, les variations d'albédo et les propriétés optiques des nuages pendant la grande tempête de poussière. Les deux modules de descente échoueront dans leur mission. Le premier deviendra muet alors qu'il aborde les hautes couches de l'atmosphère. Le deuxième aura plus de chance et parviendra à toucher la surface, mais il se taira à son tour après 20 secondes de fonctionnement, sans avoir pu transmettre une seule photographie de son site d'atterrissage (Crédit photo : NASA/JPL).

La sonde soviétique Mars 3

La sonde soviétique Mars 3. On distingue au centre la structure colorée de l'antenne omnidirectionnelle. Une hélice blanche et orange a été dessinée sur l'antenne, ce qui lui donne cet aspect un peu fête foraine. Aplatie au moment du lancement, l'ensemble se détend ensuite comme un chapeau haut de forme. On note également au sommet de la sonde le module de descente (visible grâce au retrait du bouclier thermique), les panneaux solaires et la coupole de l'antenne grand gain vue de dos à gauche (Crédit photo : Mark Wade).

L'atterrisseur de Mars 3

Photographie d'un modèle du module de descente de la sonde Mars 3 au Memorial Museum of Cosmonautics en Russie. Les sondes Mars 2 et Mars 3 comportaient chacune un atterrisseur qui avait la forme d'une sphère. Protégé par un bouclier thermique pendant la rentrée atmosphérique, chaque atterrisseur s'ouvrait une fois en sol en déployant quatre pétales triangulaires. On note au sommet du module les antennes de communication radio (Crédit photo : Alexander Chernov, Virtual Space Museum).

Vue rapprochée du module de descente de Mars 3

Vue rapprochée du module de descente de Mars 3, prise au NPO Lavochkin Museum. On note clairement la présence d'instruments scientifiques (en bleu) à l'intérieur des pétales triangulaires de l'engin (Crédit photo : Alexander Chernov, Virtual Space Museum).

Bras et bloc de sondage de Mars 3

Chaque module de descente comportait également un bras relié à une plate-forme qui supportait un bloc de sondage destiné à être catapulté au loin (peut être une quinzaine de mètres). Ce dispositif peut être considéré comme étant le précurseur des robots mobiles martiens (Crédit photo : Andy Salmon).

La seule image de Mars 3 ?

Tous les livres d'histoire nous le disent, les premières images de la surface martienne ont été transmises par la sonde Viking 1, peu après son atterrissage sans faute sur les terres désolées de la plaine de Chryse. Pourtant, cinq ans avant l'exploit des Viking, les soviétiques avaient failli réussir à atterrir sur Mars. En mai 1971, deux sondes martiennes dotées d'un atterrisseur avaient décollé du cosmodrome de Baïkonour. Le contact est perdu avec Mars 2 peu après la rentrée atmosphérique, mais Mars 3 parvient à se frayer un chemin jusqu'à la surface de la planète rouge, sur une basse plaine entre Electris et Phaethontis, au niveau de la région de Terra Sirenum, le 2 décembre 1971. Malheureusement, 20 secondes après son atterrissage, les communications sont brutalement coupées, et l'engin restera définitivement silencieux. Or, durant ces 20 secondes fatidiques, Mars 3 avait commencé à transmettre des données vers la Terre. Une image incomplète de la surface de Mars, d'une qualité exécrable, et qui pour cette raison, n'a pas été rendue publique à l'époque. L'unique image de Mars 3 est une rareté, du moins à l'ouest, à tel point que certains estiment qu'elle n'a jamais existé, et qu'elle n'est qu'une tentative désespérée des soviétiques pour s'octroyer le titre du premier atterrissage sur Mars. A quoi ressemblait cette image, qui à ma connaissance n'a jamais été publiée dans aucun livre traitant de la conquête martienne, et qui demeurait introuvable sur Internet ? Et bien, à ceci. Sur son site internet, Ted Stryk présente ce cliché historique. 80 lignes transmises par la caméra de la petite capsule soviétique Mars 3. Incomplète, floue, granuleuse, l'image permet néanmoins d'apercevoir la surface rocailleuse de Mars et un ciel étrangement uniforme. A moins que cela ne soit l'inverse. Car lors de son arrivée, la pauvre sonde a du affronter l'une des pires tempêtes de poussière qui soit, et la forte teneur en poussière de l'atmosphère avait d'ailleurs été rendue responsable du faible éclairage de la photographie acquise par Mars 3. Il est tout à fait possible qu'une fois au sol, la petite sonde ait été violemment secouée, et qu'elle ait fini par se retourner. L'image transmise par la caméra juste avant la perte de contact pourrait donc être inversée, avec le ciel en bas et le sol en haut. Le cliché présenté sur ce site est certes plus artistique qu'autre chose, et l'auteur ne s'en cache pas. Les données originales ont été fortement retouchées, le contraste a été augmenté et l'image colorisée. L'image est néanmoins frappante, et son intérêt historique incontestable, surtout en regard des dizaines d'images transmises chaque jour depuis la surface martienne par les rovers américains Spirit, Opportunity ou Curiosity. Si l'unique image de Mars 3 montre vraiment la surface de Mars, alors il faudra corriger les livres d'histoire, et rendre à la petite capsule soviétique la place qui lui revient (Crédit photo : Ted Stryk).

Tableau récapitulatif des missions soviétiques vers Mars pour l'année 1971

Numéro

Date de lancement

Nom(s)

Pays

Lanceur et sonde

Résultat

16 10 mai 1971 (Baïkonour, complexe LC81L) Kosmos 419 Drapeau soviétique Proton 8K82K s/n 253-01 / 11S824. Sonde de type M71 (s/n 170). Echec : le moteur du troisième étage ne s'allume pas à cause d'une regrettable erreur de programmation dans le timing des évènements. Un technicien avait programmé la mise à feu du moteur après une durée de 1,5 années au lieu de 1,5 heures !
17 19 mai 1971
(Baïkonour, complexe LC81P)
Mars 2, 05234 Drapeau soviétique Proton 8K82K s/n 255-01 / 11S824. Sonde de type M71 (s/n 171). Succès partiel : le compartiment orbital se place en orbite martienne le 27 novembre 1971. Cependant l'atterrissage du module de descente est un échec et le contact est perdu juste avant la rentrée atmosphérique. L'engin s'écrase dans Hellespontus Montes, au nord du bassin d'Hellas (44,2° S, 313,2° W). Le premier artefact humain vient cependant de toucher la surface de Mars ! L'orbiteur continuera à retourner des données jusqu'au mois d'avril 1972. Toutes les photographies seront ratées à cause de la grande tempête de poussière, et des problèmes de télémétries empêcheront la transmission de la plupart des autres données scientifiques. 
18 28 mai 1971 (Baïkonour, complexe LC81L) Mars 3, 05252 Drapeau soviétique
Proton 8K82K s/n 249-01 / 11S824. Sonde de type M71 (s/n 172).
Succès partiel : le compartiment orbital se place en orbite martienne le 2 décembre 1971. L'atterrissage du module de descente est un succès et marque le premier atterrissage en douceur à la surface de Mars. Le module se pose à proximité de Terra Sirenum, entre Electris et Phaethontis (45° S, 158° W). Mais cet heureux événement est bien vite gâché par la perte des communications avec l'atterrisseur, 20 secondes après son arrivée. Aucune image ni donnée ne sera transmise. L'orbiteur fonctionnera jusqu'au mois d'août 1972. Toutes les photographies seront ratées à cause de la grande tempête de poussière (les images seront blanches et uniformes), mais il retournera cependant des informations de valeurs grâce à ses autres instruments scientifiques.

 

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