L'exploration de Mars : fenêtre de tir de 1976, le triomphe des Viking

De Voyager ...

Le projet Viking représente encore aujourd'hui le projet le plus ambitieux de l'exploration planétaire. Mais si les sondes Viking ont décollé en direction de Mars au cours de l'année 1975, ce fabuleux projet avait pris naissance bien des années plus tôt. Dès la mise au point des premières sondes Mariner au début des années soixante, le JPL avait envisagé pour 1969 l'envoi d'un Mariner "avancé" qui comportait à la fois un orbiteur, destiné à se placer en orbite autour de Mars, et un atterrisseur qui devait se poser à sa surface. En 1964, un groupe travaillant au centre de recherche de la NASA à Langley avait commencé à plancher sur les techniques à mettre en oeuvre pour pouvoir faire atterrir en douceur une sonde à la surface de Mars.

Cette première ébauche d'une mission comportant un atterrissage va donner naissance au projet Voyager (à ne pas confondre avec les sondes Voyager lancées vers les géantes gazeuses du système solaire externe en 1977 et qui ont accompli le grand tour, à savoir la visite de Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune). Destiné à prendre la relève des sondes Mariner, l'ambitieux projet Voyager devait aboutir au lancement d'une sonde au cours de l'année 1965 par une fusée Saturn I-B. Voyager, un engin de 4 tonnes en forme de cône, devait se placer en orbite autour de Mars et larguer des capsules vers sa surface. La sonde disposait d'une large panoplie d'expérimentations pour détecter une éventuelle vie martienne. Mais la mission Voyager coûtait énormément cher et le gouvernement américain y était de plus en plus hostile. Certains doutaient même de son l'utilité.

Au milieu de l'année 1967, alors que Voyager est en train de passer à la trappe, le centre de Langley essaye de persuader la NASA de monter malgré tout une mission comprenant un atterrissage à la surface de Mars. En janvier 1968, la NASA assigne au Jet Propulsion Laboratory la responsabilité de la mission Mariner Mars 71 (l'orbiteur Mariner 9) et au centre de Langley la mission Titan Mars 73, qui comprend orbiteur et atterrisseur. Dans les 11 mois qui suivent, les seules décisions qui vont être prises concerneront les éléments à inclure dans la mission ainsi que le choix des personnes qui recevront la responsabilité des différentes taches. Le projet est rebaptisé Viking et démarre officiellement au mois de décembre 1968. Il s'agit cette fois de réaliser un appareil capable de se placer en orbite autour de Mars et d'atterrir ensuite à sa surface pour y mener différentes expériences et rechercher en particulier des signes d'une éventuelle vie martienne.

Au niveau de l'attribution des différentes taches, le centre de Langley (situé à Hampton en Virginie) devra s'occuper de la gestion du projet dans sa totalité, ainsi que de la mise au point de l'atterrisseur, qui sera construit par un partenaire industriel. Le Jet Propulsion Laboratory récupère quant à lui la mise au point de l'orbiteur, ainsi que la navigation, l'acquisition des données et le contrôle des opérations. A partir du 1er avril 1978, le JPL récupère aussi la gestion du projet, qui avait été la prérogative du centre de Langley depuis la naissance officielle de la mission Viking en 1968. Enfin le centre de recherche de Lewis de la NASA (situé à Cleveland dans l'Ohio) reçoit la lourde tache de s'occuper du lanceur Titan/Centaur. 

Pendant la première année du projet, les choses semblent avancer à bon train. Le choix de l'industriel sensé dessiner et construire l'orbiteur et l'atterrisseur est arrêté : ce sera la division de Denver de la firme Martin Marietta Aerospace (basé au Colorado). La plupart des décisions concernant les deux sondes sont effectuées, les instruments scientifiques qui seront embarqués sont sélectionnés, ainsi que les équipes de scientifiques qui auront la responsabilité de les mettre au point et de les employer au mieux ensuite. Mais dans les derniers jours de l'année 1969, le couperet tombe sur l'ambitieux projet américain. Un trou de quatre milliards de dollars a été découvert dans le budget et Viking doit faire l'objet d'une coupe drastique dans son financement. D'abord hésitante sur la conduite à tenir, la NASA décide finalement de ne pas toucher au projet lui-même, mais simplement de le retarder de deux années supplémentaires. La mission Viking est maintenant prévue pour 1975 et les américains se retrouvent sans sonde martienne pour l'année 1973. Ils céderont ainsi bien malgré eux la place aux sondes soviétiques Mars 4, Mars 5, Mars 6 et Mars 7.

Toujours est-il qu'avec l'abandon de la fenêtre de tir de 1973, les américains se retrouvent avec un délai supplémentaire de deux ans pour construire les Viking, un délai qui sera tout sauf inutile. Les problèmes techniques à surmonter pour réaliser les sondes sont énormes et les deux années supplémentaires seront une véritable bouffée d'air pur.

Notons ici que si les Viking étaient des engins d'une complexité effarante, ils étaient cependant issu du dégraissage du projet Voyager. Certaines expérimentations, en particulier celles concernant la recherche d'une éventuelle vie martienne, allaient passer à la trappe (au sens propre et au sens figuré, puisque qu'une expérience cruciale prévue dans le cadre de Voyager, le Wolf Trap, ne sera pas retenue pour Viking) et l'absence de certains instruments se fera cruellement sentir par la suite. Certains scientifiques avaient déjà compris que la mission Viking, doté d'un matériel trop simple, allait avoir du mal à se prononcer sur l'existence ou non d'une vie martienne. L'avenir leur donnera raison, même si on considère aujourd'hui que Viking a été une réussite exceptionnelle et que les appareillages dévolus à la recherche d'une vie martienne ont été des merveilles de technologies.

A Viking !

Le projet Viking comprenait deux engins, Viking 1 et Viking 2, chacun formé d'un orbiteur destiné à se placer en orbite autour de Mars et d'un atterrisseur capable de se poser en douceur à la surface de la planète. Lorsque les orbiteurs se sont insérés en orbite, ils étaient encore reliés aux atterrisseurs. Ce n'est qu'après la sélection d'un site d'atterrissage que ces derniers se désengageaient de la plate-forme orbitale pour accomplir leur mission. Les orbiteurs pouvaient alors se consacrer à la cartographie complète de Mars. Le projet Viking a coûté environ 1 milliard de dollars.

Un atterrissage direct n'était pas souhaitable dans le cas des Viking, et cela pour trois raisons. La première, c'est que le choix du site d'atterrissage devait être confirmé par les caméras et les autres instruments des orbiteurs. La deuxième raison est un problème de précision. A l'époque des Viking, la position de Mars n'était pas connue avec assez de précision pour pouvoir lancer une sonde sur une trajectoire directe de collision et assurer son atterrissage sur une région particulière. Le risque de manquer le site d'atterrissage de plusieurs centaines de kilomètres ou, pire, de passer carrément à côté de la planète était réel. La troisième raison concerne un aspect pratique. Une fois l'atterrisseur en orbite, les contrôleurs pouvaient prendre tout leur temps pour la phase d'atterrissage. Celle ci pouvait être retardée selon leurs desiderata : attendre des conditions météorologiques plus favorables ou modifier l'orbite pour passer au-dessus d'un site plus intéressant. Depuis, nos moyens de navigation se sont sensiblement améliorés, comme Pathfinder l'a démontré. La sonde Pathfinder a été effectivement lancé directement vers Mars et l'atterrissage a eu lieu sans passer par une mise en orbite préalable.

Les principaux objectifs de la mission Viking étaient l'étude de la surface martienne grâce en particulier à l'obtention d'images à haute résolution, la caractérisation de la structure et de la composition de la surface et de l'atmosphère, ainsi que la recherche d'éventuelles formes de vie. Même si la mission Viking comprenait deux atterrisseurs, des observations coordonnées utiles dans certains domaines comme la météorologie ou la sismologie (comme celles qui vont être réalisées par les pénétrateurs Deep Space 2 ou les modules Netlander) n'étaient malheureusement pas au programme.

Les orbiteurs

Objectifs

Le premier objectif des orbiteurs Viking était d'amener à bon port les atterrisseurs, qui effectuaient le voyage Terre Mars comme passager sur le dos des orbiteurs. Une fois la mise en orbite effectuée, chaque orbiteur devait se livrer à une reconnaissance détaillée pendant plusieurs jours des sites d'atterrissage préalablement sélectionnés. Après une étude rigoureuse, les sites étaient certifiés et la mission des atterrisseurs pouvaient véritablement commencer. Ceux ci se désengageaient de la plate-forme orbitale pour réaliser une descente atmosphérique freinée. Les orbiteurs servaient alors de relais de transmission entre les atterrisseurs et la Terre, tout en accomplissant leur travail de cartographie.

Structure de la sonde

Le design des orbiteurs était basé sur celui de Mariner 9. Chaque orbiteur était constitué d'un prisme central octogonal de 2,5 mètres de diagonale. L'octogone comprenait quatre faces latérales longues (de 140 centimètres de longueur) et quatre faces latérales courtes (de 58 centimètres de longueur). La hauteur du corps prismatique était de 45,7 centimètres et la hauteur totale de 3,29 mètres. La structure centrale était découpée en 16 compartiments, 3 pour chaque face longue et 1 pour chaque face courte. Les différents compartiments hébergeaient les équipements électroniques comme l'ordinateur de bord, le système de télécommunications et les enregistreurs de données. 

4 ailes solaires disposées en croix s'étendaient de chaque côté de la sonde, ce qui lui conférait une envergure horizontale de 9,75 mètres. Chaque aile comportait deux panneaux solaires de 1,57 mètres de long pour 1,23 mètres de large, chaque panneau étant lui-même formé par l'accolement de cinq sections rassemblant chacune 87 séries de 10 photopiles, ce qui représentait un total de 34 800 cellules solaires recouvrant une surface de 14,53 m2. La puissance fournie par les panneaux solaires atteignait 620 W à proximité de Mars. Des batteries étaient disponibles pour stocker un maximum d'énergie en prévision des périodes de forte consommation ou du passage de la sonde dans l'ombre de Mars.

La régulation thermique était assurée de manière passive par des volets mobiles équipant 10 compartiments et de manière active par des radiateurs.

Le moteur, monté sur la partie supérieure du corps octogonal métallique, brûlait un mélange de carburant liquide (tetroxide d'azote et hydrazine monométhylée) et était capable de fournir une poussée de 1323 Newtons. Le moteur était orientable sur 9° en tangage et en lacets. Les réservoirs (l'un contenant l'hydrazine monométhylée, l'autre le tétroxide d'azote) étaient fixés sur la partie supérieure de l'orbiteur, en dessous du moteur lui-même.

Le système de contrôle d'attitude comportait 12 buses réparties sur l'ensemble de la sonde et éjectant de l'azote sous pression. L'orbiteur Viking avait à sa disposition plusieurs instruments de navigation : un capteur solaire, un capteur stellaire pointé sur l'étoile Canopus et une unité de navigation inertielle dotée de 6 gyroscopes et de deux accéléromètres. Pour parer à l'épuisement de l'azote alimentant les éjecteurs du système de contrôle d'attitude (ce qui pouvait mettre fin prématurément à la mission, comme ce fut le cas avec Mariner 9), les ingénieurs avaient mis en place une canalisation qui permettait de transférer l'hélium servant à pressuriser les réservoirs du moteur principal vers les circuits destinés initialement à l'azote (l'hélium pouvait ici aisément remplacer l'azote, car il s'agit juste d'éjecter le gaz dans l'espace et de profiter de la poussée obtenue pour modifier l'orientation de la sonde).

Les communications étaient rendues possibles grâce à la présence d'une antenne grand gain parabolique de 1,5 mètres de diamètre orientable sur deux axes fixée sur l'un des côtés de l'orbiteur et d'une antenne à faible gain montée sur la partie supérieure du bus central. Les bandes de fréquence S (2,3 Ghz en émission, 2,1 Ghz en réception) et X (8,1 Ghz en émission, 8,4 Ghz en réception) étaient utilisées. Les orbiteurs étaient enfin équipés d'un relais radio UHF à 381 Mhz pour les communications avec les atterrisseurs. Deux enregistreurs de bord pouvaient stocker 1280 mégabits de données avant leur transmission vers la Terre.

Le couple orbiteur/atterrisseur pesait 3527 kg. Chaque orbiteur pesait 2352 kg ( dont 1423 kg de carburant pour assurer quatre manœuvres de correction de trajectoire pendant le voyage Terre - Mars, la satellisation autour de Mars et 20 changements d'orbite une fois l'insertion orbitale réussie), soit un poids de 929 kg à sec.

La charge scientifique

Les instruments scientifiques (d'un poids de 72 kg) étaient montés sur une plate-forme orientable fixée à la base de l'orbiteur. Le premier instrument était un système d'imagerie composé de deux caméras similaires à celles de Mariner 9, mais dans des versions améliorées et dotées d'un ensemble de six filtres couleurs. Chaque image comportait 1056 lignes de 1182 pixels, le codage de la luminosité se faisant sur 7 bits. A l'altitude de survol minimale des orbiteurs (300 km), la résolution atteignait 7,5 mètres par pixel, soit une amélioration d'un facteur 150 par rapport aux premières images de Mariner 4. Le léger décalage des axes de visée optique des deux caméras et le mode de fonctionnement retenu ont permis d'obtenir une couverture pratiquement complète de la surface de Mars (97 %). Les bandes couvertes au cours d'une révolution étaient assez larges et empiétaient suffisamment sur les bandes précédentes et suivantes pour réduire de manière significative le nombre de "trou" dans les prises de vue.

On trouvait ensuite un spectromètre infrarouge permettant de mesurer le taux de vapeur d'eau dans l'atmosphère martienne (MAWD, Mars Atmospheric Water Detectors). L'appareil observait le rayonnement solaire réfléchi par le sol martien après une double traversée de l'atmosphère. La vapeur d'eau atmosphérique induisait la présence de bandes d'absorption dans l'infrarouge (vers 1,4 microns), ce qui permettait de connaître sa teneur au micron près sur un intervalle de 1 à 100 microns, le tout avec une précision de 5% ou moins (la teneur en vapeur d'eau atmosphérique est ici exprimée en hauteur d'eau précipitable). Les orbiteurs pouvaient ainsi suivre de manière globale les variations de l'humidité atmosphérique au cours des saisons. Cet instrument a permis de découvrir le cycle saisonnier de transport de l'eau entre les deux calottes polaires et a montré que la calotte polaire résiduelle du pôle nord (visible en été) était principalement constituée de glace d'eau.

Le dernier instrument fonctionnait dans le domaine de l'infrarouge thermique (IRTM, Infrared Thermal Mappers). Ce radiomètre était destiné à mesurer l'albédo, la température (à 1°C près sur un intervalle de -130° C à +57°C) et l'inertie thermique de la surface martienne et de l'atmosphère. L'appareil comportait quatre petits télescopes doté de 7 détecteurs chacun, qui étaient tous sans exception orientés dans l'axe de visée optique de la plate-forme instrumentale. Il a permis en particulier la détection de tempêtes locales de poussière, la découverte (en collaboration avec le MAWD) de la composition de la calotte polaire résiduelle boréale (glace d'eau) et de la calotte polaire résiduelle australe (dioxyde de carbone solide, au moins en surface).

Des investigations scientifiques pouvaient enfin être menées grâce à l'équipement radio de communication.

Les atterrisseurs

Objectifs

Les objectifs scientifiques des atterrisseurs étaient nombreux. Chaque atterrisseur emportait non seulement un ensemble d'expériences pour détecter d'éventuelles formes de vie à la surface de Mars, mais aussi des instruments capables d'étudier la composition chimique du sol et ses propriétés magnétiques, l'apparence et les propriétés physiques de la surface martienne et de l'atmosphère et de mener à bien des observations météorologiques et sismologiques.

Structure de la sonde

Les atterrisseurs étaient constitués d'une plate-forme en aluminium à six faces (trois faces longues, trois faces courtes) soutenue par trois pieds fixés au niveau des faces courtes. Les instruments scientifiques étaient montés en haut de la plate-forme. La puissance électrique était fournie par deux générateurs radio isotopiques (RTG) capable de fournir 70 W en permanence grâce à la chaleur dégagée par la désintégration radioactive de plutonium 238 et convertie ensuite en électricité par des thermocouples. Les générateurs radio isotopiques étaient fixés de part et d'autre du corps de l'atterrisseur. L'énergie fournie par les générateurs servait en outre à recharger quatre batteries cadmium nickel.

Le système de propulsion comprenait un moteur à 12 tuyères consommant de l'hydrazine monométhylée et fournissant 35 Newtons de poussée pour la manœuvre de désorbitation et des rétrofusées pour l'atterrissage proprement dit. L'orientation de la sonde était sous le contrôle d'une centrale de navigation inertielle, de quatre gyroscopes, d'un accéléromètre et d'un radar altimétrique pour la phase finale de descente.

L'atterrisseur était équipé d'une antenne parabolique grand gain montée sur un mât et attachée sur l'un des côtés du corps de l'atterrisseur ainsi que d'une antenne omnidirectionnelle à faible gain. Ces deux antennes permettaient des communications directes avec la Terre. Une antenne UHF (381 Mhz) pouvait être utilisée pour établir une liaison radio unilatérale avec les orbiteurs. Un enregistreur d'une capacité de 40 mégabits était capable de stocker les données en attendant leur transmission vers la Terre.

La masse de l'atterrisseur au moment du décollage (module de surface et module de descente) est de 1193 kg. Cette masse s'abaisse à 1066 kg après le largage du bouclier biologique, à 989 kg au moment de la rentrée atmosphérique, à 796 kg dans la basse atmosphère (après largage du bouclier thermique). Le module de surface pèse lui-même 656 kg, dont 85 kg d'ergols pour alimenter les rétrofusées, ce qui laisse une marge de 27 kg de carburant, la consommation théorique pour un atterrissage étant de 58 kg. Au sol, l'atterrisseur va donc peser 598 kg, soit environ une demi tonne.

Le système d'entrée, de descente et d'atterrissage

L'atterrissage en douceur des Viking à la surface de Mars était rendu possible grâce à la présence de trois éléments que nous allons décrire en détails : un bouclier thermique, un parachute et un ensemble de rétrofusées.

L' imposant bouclier thermique mesurait 3,60 mètres de diamètre pour 1,91 mètres de hauteur et était constitué d'une couche de fibre de verre recouvrant une structure en aluminium. Ce bouclier devait remplir deux fonctions : freiner la sonde pendant la rentrée atmosphérique (la décélération maximale ayant lieu entre 30 et 25 kilomètres d'altitude) tout en la protégeant d'une trop forte élévation de température consécutive aux frottements avec les couches denses de l'atmosphère.

Le bouclier thermique a également joué le rôle de support pour trois expériences conduites pendant la phase de rentrée atmosphérique. La première expérience a permis d'étudier la composition, la structure et la température de l'ionosphère grâce à la présence de 7 grilles sensibles à la différence de potentiel. Ces grilles, montées sur la face avant du bouclier thermique, recevaient le flux atmosphérique de face. Différents potentiels étaient appliqués aux grilles et le courant était mesuré pendant la rentrée toutes les 10 millisecondes. Un orifice percé sur le bouclier permettait ensuite à un spectromètre de masse d'avoir un contact direct avec l'atmosphère et d'étudier sa composition et sa densité. Cette expérience a servi à dénombrer et à identifier les éléments neutres (non ionisés) de l'atmosphère martienne. Enfin, une gamme de capteur a fonctionné en dessous de 132 km. Il s'agissait principalement de capteurs de température et de pression (grâce auxquels on a pu établir des profils verticaux de température et de pression) et d'accéléromètres. Ces données ont permis d'estimer par la suite la densité de l'atmosphère martienne en fonction de l'altitude. Ne servant plus à rien et alourdissant inutilement la sonde, le bouclier thermique était éjecté à 6300 mètres d'altitude.

Avec son largage, le bouclier thermique cède la place à un parachute de 16 mètres de diamètre spécialement conçu pour fonctionner dans les couches très ténues de l'atmosphère martienne. Ce parachute était constitué de deux couronnes circulaires séparées par une fente de 67 centimètres : la couronne intérieure (le disque) d'une surface totale de 109m2 et percée d'un trou en son centre et la couronne extérieure (la ceinture) d'une surface identique. Le parachute est reliée au corps de la sonde par 48 suspentes de 27,4 mètres de longueur. Enfermé à l'origine dans un cylindre, il est libéré sous l'action d'un mortier extracteur. Devenu inutile, il est abandonné à 1000 mètres d'altitude.

La dernière phase de l'atterrissage est propulsée, et l'atterrisseur met en action des rétrofusées fixées sur les longs côtés de sa base pour ralentir et atteindre avec une vitesse raisonnable le sol martien. Les rétrofusées étaient composées d'un ensemble de trois moteurs comportant chacun 6 éjecteurs (soit 18 buses au total capables de délivrer une poussée maximale de 2650 Newtons). Les rétrofusées étaient conçues pour permettre une dispersion maximale des gaz chauds s'échappant des tuyères tout autour de l'atterrisseur. L'engin devait pouvoir se poser sur tout type de terrain en n'exerçant qu'une pression minimale sur le sol martien. D'un point de vue scientifique, il fallait à tout prix éviter une trop forte contamination chimique ou des perturbations physiques importantes du site d'atterrissage par les gaz d'échappement. La surface sur laquelle l'atterrisseur allait se poser ne devait pas subir un échauffement de plus de 1°C et la couche de surface qui allait être expulsé sous la poussée de gaz ne devait pas mesurer plus de 1 mm d'épaisseur. C'est pourquoi chaque moteur comportait un grand nombre de petits propulseurs, orientés pour la plupart vers l'extérieur.

La charge scientifique

Deux caméras panoramiques possédant un champ de vision horizontal de 340° et un champ de vision vertical de 40° au-dessus de l'horizon et de 60° en dessous étaient montées près de l'un des longs côtés de la base. Les deux caméras étaient espacées de 80 centimètres et pouvaient donc fournir des vues stéréoscopiques de la surface. Une série de filtres colorés permettait également l'obtention d'images à haute ou basse résolution dans le domaine du visible et du proche infrarouge. Les caméras permettaient de plus de surveiller certains systèmes de l'atterrisseur comme le bras mécanique. Elles étaient effectivement disposées de façon à pouvoir observer deux des trois pieds de l'atterrisseur ainsi que la majeure partie du système de collecte et de distribution d'échantillons. Une cible de calibrage pour les caméras était positionnée près de l'antenne grand gain.

On trouvait ensuite un bras extensible (3,57 mètres de longueur maximale) avec une tête articulée de conception ingénieuse pour la collecte d'échantillons. Cette tête comportait un capteur de température et deux plaques circulaires aimantées pour piéger des particules dotées de propriétés magnétiques.

L'étude des particules magnétiques du sol martien était effectivement rendue possible par la présence de trois paires d'aimants au samarium cobalt. En plus des deux paires fixées sur la pelle qui terminait le bras mécanique de collecte d'échantillons, une dernière paire se trouvait sur la partie supérieure du corps de l'atterrisseur. Chaque paire d'aimant était constituée d'un anneau magnétique extérieur de 2,5 centimètres de diamètre et d'un anneau interne de polarité opposé. Les aimants étaient observés à intervalles réguliers par la caméra qui fournissait des images en noir et blanc. Les aimants de la pelle pouvaient également être présentés à la caméra par l'intermédiaire d'un miroir grossissant 4 fois, ce qui permettait l'obtention d'images à haute résolution des particules collés sur la surface aimantée.

Une petite station météorologique était supportée par un mât de 1 mètre de hauteur qui s'étendait à partir du sommet de l'un des pieds de l'atterrisseur. Cette station rassemblait des capteurs de températures (un ensemble de trois thermocouples), mais elle pouvait également mesurer la direction et la vitesse des vents grâce à un anémomètre d'un style un peu particulier. Cet anémomètre était composé d'un cylindre métallique chauffé en permanence par un fil de platine. La consommation de courant nécessaire pour le maintenir à une température donnée permettait de connaître la vitesse du vent auquel il était soumis (plus le vent soufflait fort, plus le refroidissement du cylindre était important et plus il fallait dépenser de courant pour le ramener à sa température de référence).

Les atterrisseurs étaient équipés d'un sismomètre trois axes fixé sur le pied n°1 pour étudier la structure interne de Mars et le niveau de l'activité sismique de la planète. Chaque sismomètre était capable de fonctionner sous différents régimes (4 à 20 mesures par minute).

Le spectromètre à fluorescence (XRFS) était chargé de l'analyse chimique inorganique du sol pour obtenir sa composition élémentaire, c'est à dire l'abondance des différentes atomes le constituant. L'appareil pesait moins de 2 kilogrammes, ce qui représentait un bel exploit technique (un de plus me direz vous !). Le principe du XRFS est le suivant : l'échantillon à analyser est bombardé par une source radioactive (Fer 55 et Cadmium 109), ce qui provoque l'excitation des atomes. Après un certain temps, ceux ci se désexcitent et retournent alors dans leur état fondamental en émettant un ensemble des rayonnements (ici des rayons X) dans une ou plusieurs longueurs d'onde caractéristiques. Chaque atome possède ainsi une carte d'identité et peut être facilement détecté et quantifié. Le calibrage de l'appareil était effectué grâce à une plaque test d'aluminium et une plaque en argent recouverte d'oxyde de zinc. La précision allait de quelques % pour les éléments majeurs à quelques dizaines de parties par million pour les éléments de trace.

Les atterrisseurs étaient également équipés d'un autre appareil permettant de réaliser des analyses chimiques : un chromatographe phase gazeuse couplé à un spectromètre de masse (GC-MS). Inutile de vous sauver en courant si vous n'êtes pas familier de cet appareil ! Son principe peut se comprendre aisément sans avoir fait de longues études de chimie ou de biochimie.

Le GC-MS est un petit bijou qui a permis aux atterrisseurs Viking de connaître la composition moléculaire et isotopique de l'atmosphère et de tenter la détection de matière organique dans le sol. Son fonctionnement comprend trois étapes. La première étape consiste à chauffer l'échantillon que l'on veut étudier pour briser les molécules et obtenir un mélange gazeux. Les constituants de ce mélange sont ensuite séparés les uns des autres par le chromatographe lors d'une deuxième étape puis identifiés finalement lors d'une troisième étape par le spectromètre de masse. Voyons cela plus en détails.

Les échantillons sont d'abord portés à haute température (200° C) dans un four, ce qui provoque la dissociation des molécules sous l'effet de la chaleur. Dans certains cas, l'échantillon de sol est à nouveau chauffé à plus haute température (500° C) pour faire sortir des éléments moins volatils que les précédents. A la fin de cette pyrolyse, on obtient un mélange gazeux.

Les résidus gazeux sont ensuite dirigés vers le chromatographe grâce à un flux porteur d'hydrogène. La place manque ici pour décrire en détail le fonctionnement de cet appareil fondamental, mais sachez seulement qu'il est capable de séparer de façon très fine tous les constituants du mélange gazeux. Il est principalement constitué par une longue colonne circulaire que les composés à séparer vont devoir parcourir. L'appareil est conçu de telle manière que les constituants les plus légers cheminent à travers la colonne de séparation beaucoup plus vite que les constituants lourds. Ainsi, alors que tous les composants partent en même temps sur la ligne de départ (le début de la colonne), la sortie va s'effectuer en fonction de leur masse. Les plus légers passent la ligne d'arrivée en premier, les plus lourds en dernier. La course à travers la colonne de chromatographie dure 84 minutes en tout.

La dernière étape consiste à identifier les espèces chimiques qui sortent une par une de la colonne de chromatographie (en sortie de colonne, l'hydrogène porteur est éliminé grâce à un filtre au palladium). On utilise pour cela un spectromètre de masse, qui n'est rien d'autre qu'une balance incroyablement sophistiquée capable de peser les constituants qui sortent de la colonne et d'indiquer leur poids, ce qui va conduire à leur identification. Les produits de décomposition sont ionisés à leur sortie de la colonne par un jet d'électrons, puis accélérés par un champ magnétique situé à l'intérieur du spectromètre de masse. Au cours de leur trajet dans l'appareil, les molécules ionisées vont affronter une courbe. Les molécules les plus légères seront à ce moment là plus déviées que les molécules plus lourdes. Grâce à cette courbure, un spectromètre de masse est donc capable de séparer les molécules les unes des autres en fonction de leur masse. A la fin du trajet, chaque molécule frappe une plaque capable de mesurer toutes les masses moléculaires.

Le spectromètre de masse des atterrisseurs Viking tenait dans un cube de 30 centimètres de côtés et pesait 20 kg, pour une consommation électrique de 60 W. Il faut savoir que les spectromètres de masse de laboratoire occupent en général une pièce entière. On a donc une petite idée de la prouesse technique réalisée par les ingénieurs sur le spectromètre de masse des Viking. D'un autre côté, chaque médaille ayant son revers, l'appareil des sondes Viking n'a rien à voir en terme de précision et de sensibilité avec les spectromètres de masse de laboratoire.

En plus du sol, l'atmosphère martienne pouvait être également être étudiée avec le GC-MS. Dans ce cas, l'atmosphère était directement conduite vers le spectromètre de masse sans passer par la colonne de chromatographie.

L'appareillage nécessaire aux expérimentations biologiques (décrites dans un chapitre à part) ainsi que le spectromètre de masse et le spectromètre à fluorescence X prenaient place à l'intérieur du corps de l'atterrisseur, dans un compartiment à ambiance contrôlée. Enfin, un capteur de pression était attaché sous l'atterrisseur. La masse totale de la charge scientifique était de 91 kg.

Viking 1

Viking 1 a été lancé avec succès le 20 août 1975 par une fusée Titan III E depuis le complexe 41 de Cap Canaveral, qui a d'ailleurs été lamentablement dynamité pour laisser place à un  nouveau complexe de tir au cours du mois d'octobre 1999. Après un voyage de 10 mois sans incident notable, l'orbiteur prend ses premières photographies de la planète Mars 5 jours avant l'étape fatidique de l'insertion orbitale. La sonde se place autour de Mars le 19 juin 1976. L'orbite initiale est rapidement modifié pour conduire à l'orbite de certification des sites d'atterrissage. Cette orbite, atteinte le 21 juin, est caractérisée par un périapse de 1513 km et un apoapse de 33 000 km. Elle est parcourue en 24,66 heures, la période de révolution étant synchronisée avec la rotation de la planète. L'orbiteur peut alors survoler toujours la même région à chaque passage au périapse, ce qui est bien pratique pour certifier les sites d'atterrissage.

L'atterrisseur Viking 1 et Chryse Planitia

L'arrivée sur le sol martien de l'atterrisseur de Viking 1 était normalement prévue pour le 4 juillet 1976, ce qui lui permettait de coïncider avec la fête de l'indépendance américaine. D'après des observations radars menées depuis la Terre grâce au radio télescope d'Arecibo et des études détaillées des photographies obtenues par Mariner 9, un site remarquable avait été retenu. Il s'agissait d'une ellipse de 300 x 80 km située à l'endroit précis ou l'un des plus imposants chenaux d'inondations de la planète rouge, Ares Vallis, débouche dans le bassin de drainage de Chryse Planitia. 

Cette région était très prisée pour la recherche de formes de vie et de substances organiques, car les inondations titanesques qui y avait pris place dans un lointain passé avaient du favoriser la présence d'eau ou de glace à proximité de la surface. Mais les images fournies par l'orbiteur Viking 1 ont vite montré que la région était trop complexe et accidentée pour un atterrissage. De nombreux petits cratères d'impact et une multitude de rochers de tailles variées apparaissaient sur les clichés. Le 26 juin, le site principal est officiellement abandonné. Plus le temps passait, et plus il devenait clair que l'atterrissage n'allait pas pouvoir avoir lieu le 4 juillet 1976. De nouvelles photographies permettent de sélectionner le 1er juillet un site dont la surface semble parfaitement lisse. Mais une diffusion anormale des ondes radios prouve ensuite que la surface doit être très rugueuse à l'échelle de l'atterrisseur, c'est à dire à l'échelle du mètre (la densité du sol pouvait également être très faible, ce qui était tout aussi problématique). La date du 4 juillet passe et Viking est toujours en orbite. Deux manœuvres sont effectuées le 5 et le 8 juillet pour survoler le site de secours (situé à proximité du volcan Alba Patera) et prendre des photographies. Malheureusement les images montrent que le site de secours, qui devait être utilisé si le site principal se révélait impraticable, était aussi constellé de petits cratères d'impact et de collines bases. Le 9 juillet, après l'examen de 600 images, un site acceptable de tous les points de vue est finalement identifié dans la région de Chryse Planitia. Le 14 juillet l'orbite est modifiée pour permettre au couple orbiteur/atterrisseur de survoler la région choisie. Contrairement à ce qui était initialement prévu, la recherche et la certification d'un site d'atterrissage avaient pris plusieurs semaines.

Il est étonnant de penser que 20 ans après, la sonde américaine Pathfinder a accompli ce que les ingénieurs responsables de la mission Viking souhaitaient. La sonde Pathfinder et son petit robot ont atterri en effet dans Ares Vallis (le premier site choisi pour Viking 1) le 4 juillet 1997, jour de la fête de l'indépendance ! Mais Viking 1 va aussi bénéficier d'une heureuse coïncidence et son atterrissage aura lieu lors d'une autre date anniversaire. Et pas n'importe laquelle, puisqu'il s'agit de celle des premiers pas de l'homme sur la Lune !

L'atterrisseur se sépare définitivement de l'orbiteur le 20 juillet 1976 et l'atterrissage doit avoir lieu trois heures après. Au moment de la séparation, l'atterrisseur orbitait autour de Mars à une vitesse de 4 km/s. La manœuvre de désorbitation commence et après quelques heures à 300 km d'altitude, la sonde est parée pour la rentrée atmosphérique. L'atterrisseur plonge dans l'atmosphère, protégé par son bouclier thermique. Les instruments scientifiques sont déjà au travail et ils vont collecter des informations qui permettront ensuite de reconstituer le profil vertical de la structure de l'atmosphère. A 6 km d'altitude, alors que la vitesse de l'atterrisseur Viking est encore de 250 m/s, le parachute de 16 mètres de diamètre est déployé. 7 secondes plus tard, le bouclier thermique devenu inutile est abandonné et les trois pieds sont alors libres de se déployer 8 secondes après. En 45 secondes le parachute a fortement diminué la vitesse de l'atterrisseur qui n'est plus que de 60 m/s. A une altitude de 1,5 km, les rétrofusées prennent le relais pour la phase finale de descente. Elles fonctionneront jusqu'au contact avec le sol martien qui aura lieu 40 secondes plus tard, à une vitesse relativement douce de 2,4 m/s. Après l'atterrissage, il reste environ 22 kg de carburant dans les réservoirs.

L'atterrisseur de Viking 1 touche le sol de Mars à l'ouest de Chryse Planitia au beau milieu d'une froide après midi martienne, à 16:13 heure martienne. L'atterrissage a eu lieu par 22,48° de latitude nord et 47,97° de longitude ouest, à 1,5 km en dessous du niveau de référence. La partie avant de l'appareil qui porte les caméras et le bras (la base du triangle formé par les trois pieds) est orientée vers le sud. Pour une personne située sur l'atterrisseur, le pied n° 2 (à gauche) désignait l'est, le pied n° 3 (à droite) pointait vers l' ouest, tandis que le pied n°1 marquait l'arrière de l'appareil.

La transmission de la première image commence 25 secondes après l'atterrissage. C'est la caméra n°2 (située près du pied n°2) qui est chargée de ce travail. Pour le premier cliché, c'est le pied n°3 ainsi qu'une partie du sol alentour qui doivent poser pour une photographie historique. La distance qui sépare Mars de la Terre est alors de 342 millions de kilomètres et le signal met 19 minutes pour parcourir cette distance. 19 minutes qui semblent une éternité pour ceux qui attendent le premier cliché jamais pris depuis la surface martienne.

A ce moment là règne une véritable euphorie au centre de contrôle de Pasadena. L'atterrisseur Viking 1 est en effet le premier engin à avoir touché en douceur le sol de la planète Mars, mais il semble de plus fonctionner parfaitement, comme l'atteste la première image noir et blanc que les ingénieurs et les scientifiques ne tardent pas à recevoir. On y aperçoit comme prévu le pied n°3 de l'atterrisseur ainsi qu'une portion du sol martien jonché de cailloux de petites tailles. Et lorsque la deuxième image, qui n'est rien de moins qu'un panorama noir et blanc sur 300° du site d'atterrissage, s'affiche sur les écrans, la salle de contrôle tremble sur les applaudissements et les vivats (à se demander si certains ne sont pas évanouis !). 

Le panorama offre une vue imprenable sur Chryse Planitia. C'est une plaine volcanique dont la surface est constellée de nombreuses roches noires. Certaines émergent par endroit d'une couche de poussière très fine qui forme ici et la des dunes ou des amoncellements. Un gros rocher de 3 mètres de long pour un mètre de hauteur, situé à moins de 8 mètres de la sonde, attire tout de suite le regard. La garde au sol de Viking n'était de 22 centimètres. Si la sonde était tombée sur ce rocher, qui sera plus tard baptisé Big Joe, l'engin n'aurait pas résisté au choc et serait parti en morceaux. Malgré tout le mal que les scientifiques s'étaient donnés pour sélectionner un site d'atterrissage relativement sur, Viking 1 avait atterri à quelques mètres seulement d'une roche assez haute pour compromettre toute la mission ! Comme quoi, même dans le spatial, on ne peut jamais être sur de rien !

Les images couleurs arriveront le lendemain, dans la journée du 21 juillet 1976 et seront assez étonnantes comme en témoigne l'anecdote suivante. Sur les clichés couleurs de Viking, le ciel apparaît en bleu pâle, le sol dans des teintes oscillant entre le brun et le jaune, alors que les roches ont une teinte typique des basaltes, un noir très sombre avec des reflets bleutés. Le panorama est étonnamment terrestre. Le problème, c'est que le drapeau américain peint sur le corps blanc de la sonde affiche des couleurs vraiment bizarres : il est violet et jaune ! Pour les responsables de la communication, c'est inacceptable et il est hors de question de diffuser des photographies avec un drapeau américain chromatiquement mutilé. Les spécialistes en retouche d'image modifient les palettes des photographies pour rendre au drapeau américain ses couleurs naturelles. Après traitement, le ciel a perdu sa couleur terrestre et apparaît rose saumon, tandis que le sol est devenu rouge orangé. Les premières photographies couleurs sont publiées en l'état, mais des corrections plus rigoureuses et subtiles aboutiront à la disparition de ces tons criards. Le sol prendra une teinte rouge brun et le ciel aura une couleur caramel.

Les premières journées martiennes

Une fois Viking sur Mars, les scientifiques vont se voir imposer des horaires un peu particuliers : il va falloir travailler en journée martienne (Sol) plutôt qu'en journée terrestre ! Non seulement une journée martienne dure environ 40 minutes de plus qu'une journée terrestre, mais de surcroît, le soleil ne se lève ni ne se couche sur les deux planètes à la même heure. Le jour de l'atterrissage de Viking sur Chryse Planitia marque le Sol 0. Et le Sol 1 va commencer à minuit, heure locale martienne. Voici en résumé l'activité des premiers jours passés sur Mars : 

Le premier jour d'activité (Sol 1, 21 juillet), les deux caméras sont mises en service et calibrées grâce à la mire de test, ceci pour s'assurer de l'exactitude des couleurs des images. Le bras est également mis en service et doit effectuer 17 mouvements de tests. Lors du 13ème mouvement, il se bloque subitement et les ingénieurs ne tardent pas à découvrir qu'une goupille de sécurité ne s'est pas détachée comme prévu. Les ingénieurs reproduisent la situation au sol sur un simulateur de l'atterrisseur et commencent à étudier un moyen de remédier à cette situation alarmante. Si le bras n'est pas pleinement fonctionnel, une bonne partie des expérimentations (dont celles relatives à la vie) ne pourront être menées à bien.

5 jours après (Sol 5, 25 juillet), la procédure de déblocage du bras commence. Après s'être étiré de 35 centimètres, le bras pivote un certain nombre de fois, ce qui a pour effet de faire tomber la goupille. Lorsque les ingénieurs l'aperçoivent au sol sur l'une des photographies, tout le monde reprend son souffle !

Le jour du 8ème Sol (28 juillet), le bras creuse sa première tranchée à la surface de Mars. Il égratigne la surface d'une bande de 17 centimètre de long, de 6,3 centimètres de large et de 5 centimètre de profondeur. La cicatrice qu'il laisse à la surface apparaîtra de manière très nette devant les caméras. Le sol recueilli est tamisé puis dirigé vers le spectromètre à fluorescence rayons X (XRFS), le spectromètre de masse et les détecteurs de vie. Les premiers résultats arrivent au cours du Sol 10 (30 juillet). Dans un premier temps, il semble que le spectromètre de masse n'a pas reçu les échantillons qui lui étaient destinés.

Le 14ème Sol (3 août), l'atterrisseur reçoit l'ordre de prélever à nouveau un échantillon du sol martien au même endroit que précédemment. Il s'agit en particulier de fournir au spectromètre de masse un nouvel échantillon et de vérifier que celui ci est bien apte à les recevoir. Le prélèvement en lui-même se passe correctement, mais une image va montrer que le bras s'est de nouveau bloqué au moment de la rétraction à 2,3 mètres. Une procédure de dépannage est mise au point. Elle sera exécutée avec succès le jour du 22ème Sol (11 août). Cette fois ci, le spectromètre de masse accuse réception de la livraison du sol martien.

Le 31ème Sol (20 août), le bras creuse une nouvelle tranchée à la surface de Mars dans le but de recueillir des échantillons pour le spectromètre à fluorescence rayons (XRFS) et le chromatographe phase gazeuse.

L'atterrisseur de Viking 1 est rebaptisé Mutch Memorial Station en janvier 1982 en l'honneur de Tim Much, le responsable de l'équipe du système d'imagerie des atterrisseurs Viking, qui a trouvé la mort dans le massif de l'Himalaya. Les opérations avec l'atterrisseur de Viking 1 cesseront le 11 novembre 1982 après l'envoi à la sonde d'une commande erronée qui provoque une perte de contact définitive. Pendant six mois et demi, les contrôleurs du Jet Propulsion Laboratory essayeront de reprendre le contact avec la sonde, en vain. Prévu pour fonctionner à l'origine pendant 3 mois, l'atterrisseur de Viking 1 aura survécu 6 années à la surface de Mars ! Avec la perte de la dernière sonde Viking, la mission prend fin officiellement le 21 mai 1983.

L'orbiteur Viking 1

Après le largage de l'atterrisseur, l'orbiteur de Viking 1 peut se consacrer à sa tache principale, la cartographie de la planète rouge. Sa mission principale, d'une durée de 90 jours, prend fin au début de la conjonction solaire le 5 novembre 1976. Mars passe à ce moment la derrière le soleil et les communications radios sont interrompues ou sérieusement dégradées. Comme l'orbiteur se porte à merveille il est hors de question d'arrêter les opérations et sa mission étendue commence le 14 décembre, alors que la conjonction solaire est terminée. Cette seconde partie de sa mission va durer plusieurs années ...

Phobos est approché de près pendant le mois de février 1977. Le 11 mars 1977, le périapse de l'orbite est abaissé à 300 km. Des ajustements fréquents de l'orbite auront lieu tout au long de la mission. Le périapse est remonté à 357 km le 20 juillet 1979.

En 1978, l'orbiteur de Viking 1 a presque entièrement épuisé ses réserves de gaz destinées au système de contrôle d'attitude, mais un gestion prudente va permettre à la sonde de conserver le peu de gaz qu'il lui reste et de rester fonctionnelle pour deux années supplémentaires (l'acquisition des données s'effectuant cependant à un rythme inférieur à la normale). Puis les réservoirs finissent par se vider définitivement et il est alors temps pour Viking 1 de terminer sa mission. L'orbite suivie (357 x 33943 km) est modifiée de manière à éviter un impact sur Mars (qui pourrait provoquer une éventuelle contamination du sol martien) jusqu'en 2019 ! La sonde est désactivée le 7 août 1980, après 1489 orbites parcourues. Prévue à l'origine pour 90 jours, sa mission aura finalement duré quatre ans !

Viking 2

La deuxième sonde de la mission Viking décolle à destination de la planète Mars le 9 septembre 1975 à bord d'une fusée Titan III E. Viking 2, qui s'appelait avant le lancement Viking-A, aurait du partir en première position et arriver sur Chryse Planitia. Elle avait d'ailleurs été installée sous la coiffe d'une fusée Titan III E dont le départ était prévu pour le 11 août. Mais divers incidents techniques et la nécessité de démonter une batterie ont entraîné un retard d'un mois, et c'est finalement Viking 1 (Viking B avant le lancement) qui s'est élancé vers Mars à la place de sa sœur jumelle. Viking 2 a d'ailleurs bien failli ne jamais partir vers la planète rouge. Elle avait accumulé tellement de retard que le décollage a eu lieu alors que la fenêtre de tir était sur le point de se refermer. Quelques heures avant le départ de la fusée Titan III E, les conditions météorologiques étaient devenues très mauvaises. En temps normal, le lancement aurait été reporté d'une journée ou deux, le temps que la météorologie redevienne plus clémente. Mais ce n'était plus possible avec Viking 2 et il fallait impérativement faire partir la sonde. Le lancement de Viking 2 a finalement eu lieu in extremis. Quelques minutes plus tard, la météorologie empirait encore et les conditions qui régnaient alors sur le pas de tir auraient interdit le décollage pour des raisons de sécurité ...

Une correction de trajectoire a lieu le 14 septembre. Le 31 octobre, le dispositif sensé charger les batteries de l'atterrisseur en vue de son atterrissage à la surface de Mars refuse de fonctionner. Le dispositif de secours est alors activé et, au grand soulagement des ingénieurs, il fonctionne correctement. Si les batteries de l'atterrisseur n'avaient pu être rechargées à temps, sa mission était terminée.

Le 16 mars, les caméras recueillent des images de Jupiter, ce qui permet leur calibration. Une seconde manœuvre de correction de trajectoire a lieu le 27 juillet. Après un voyage de 333 jours, l'orbiteur commence à renvoyer des images de la planète Mars quelques jours avant son insertion en orbite. La mise en orbite se déroule sans incident et le couple orbiteur/atterrisseur se positionne d'abord sur une orbite temporaire (périapse à 1500 km, apoapse à 33 000 km, période de 24,6 heures) le 7 août 1976 avant de rejoindre l'orbite de certification des sites d'atterrissage deux jours plus tard (1499 km de périapse, inclinaison de 55,2° et période de révolution de 27,3 heures). L'intense activité liée à Viking 1 va repousser l'atterrissage au mois suivant, ce qui laisse du temps pour la certification du site d'atterrissage primaire. Comme le site d'atterrissage devait être choisi dans une bande de moyenne latitude (entre 40° et 50° de latitude nord), les observations radars depuis la Terre étaient impossibles, les moyennes et hautes latitudes n'étant pas visibles. Pour la certification des sites, les caméras de l'orbiteur reçoivent alors l'aide de deux autres instruments, le MWAD et l'IRTM.

L'atterrisseur Viking 2 et Utopia Planitia

Le site d'atterrissage principal de Viking 2 se trouve dans la région de Cydonia (qui héberge le fameux visage de Mars). C'était une ellipse de 350 km de longueur sur 100 km de large. Situé sur la bordure inférieure de la calotte polaire boréale à une latitude élevée, le sol du site d'atterrissage devait être particulièrement riche en glace ou en eau. C'était de plus une vaste dépression localisée à 600 mètres sous le niveau moyen de référence. L'eau avait donc pu s'y accumuler et l'atmosphère pouvait même être assez dense pour permettre à l'eau d'exister sous forme liquide dans les interstices du sol. Mais le site, en dépit de ses promesses, se révèle trop dangereux, tout comme le site de secours dans Arcadia Planitia. L'atterrissage va donc avoir lieu sur le site de secours n°2 dans Utopia Planitia, une grande plaine assez plate vraisemblablement recouverte par des dépôts d'origine éolienne.

La décision d'atterrir sur Utopia Planitia est prise le 21 août. Des manœuvres propulsives ont lieu le 25 et le 27 août et 80 photographies de la région ou doit avoir lieu l'atterrissage sont obtenues le 29 août. Ces photographies vont permettre de choisir définitivement les coordonnées du site le 31 août. Le compte à rebours pour le déroulement de la séquence automatique d'atterrissage commence le 2 septembre et le feu vert est transmis à la sonde dans la soirée du 3 septembre. L'atterrisseur, obéissant aux ordres, se sépare alors de l'orbiteur. C'est alors que l'on se rend compte avec stupeur que le bouclier biologique (qui protége l'atterrisseur d'une contamination par des organismes terrestres - ce qui pourrait fausser les résultats des expérimentations biologiques - et qui sert également d'interface entre le module orbital et le module de surface) est resté accroché à l'orbiteur !

A cause de cette surcharge inattendue, la caméra stellaire de l'orbiteur perd l'étoile Véga qui lui servait de repère et se retrouve désorienté. Les équipes au sol vont pourtant laisser l'orbiteur en l'état. Les contrôleurs redoutent de perdre le contact avec l'atterrisseur si un ordre de réorientation est transmis à l'orbiteur. Leur décision présente cependant un inconvénient majeur. Avant que la situation ne soit rétablie, les communications ne pourront avoir lieu qu'à très faible débit. Juste après l'atterrissage, les équipes au sol seront aveugles. Elles apprendront seulement avec soulagement que la sonde émet toujours après le contact avec la surface. Pendant plusieurs heures, tout le monde sera privé du débit nécessaire à la retransmission des premières images qui avaient constitué l'apothéose de l'atterrissage de Viking 1. L'orbiteur ne se replace dans la bonne position que 4 heures après l'atterrissage.

L'atterrisseur de Viking 2 touche la surface martienne dans Utopia Planitia au beau milieu d'une froide matinée martienne (09:50 heure locale). Le site est localisé à 47,97° de latitude nord et 225,74° de longitude ouest, à 3 km sous le niveau de référence. Contrairement à l'atterrisseur Viking 1, la face avant de Viking 2 est orientée vers l'est. Le nord est donc à droite et le sud à gauche. Les émissions de l'atterrisseur seront d'abord relayées par l'orbiteur Viking 2 puis par l'orbiteur Viking 1, ce qui déchargera de sa tache l'orbiteur Viking 2 qui pourra alors survoler les régions polaires sur une orbite inclinée à 70°.

A cause d'une mauvaise identification d'un rocher ou de la présence au sol d'une surface à haut pouvoir de réflexion, les rétrofusées fonctionnent 0,4 secondes de trop avant le contact, ce qui chauffe la surface et soulève énormément de poussière au niveau du site d'atterrissage. De plus, le pied n° 3 de la sonde s'est posé sur un caillou et l'engin est incliné de 8,2° par rapport à l'horizontale. Effectivement, les deux premières images de l'atterrisseur qui arrivent enfin au centre de contrôle après le redressement de l'orbiteur (une image du sol au voisinage du pied n°3 et le panorama) montrent un horizon incliné. Les ingénieurs sont d'abord pris de panique en imaginant les conséquences d'un atterrissage brutal sur la santé de l'appareil, mais ils sont bien vite rassurés par les données de télémétrie. Viking 2 est en parfaite condition. Les américains viennent de réussir un véritable exploit. Les deux premiers atterrisseurs qu'ils ont mis au point sont arrivés sain et sauf à la surface de Mars ! L'inclinaison de l'horizon visible sur les premières images sera corrigée ensuite par retouche d'image.

Contrairement aux apparences, Utopia Planitia n'était pas une région de dunes de sable. Sa surface était recouverte par un très grand nombre de rochers. Les images renvoyées par l'atterrisseur Viking 2 montrent des paysages en tout point similaires aux regs terrestres, ces déserts de rochers (par opposition aux ergs qui désignent des déserts dunaires). Les deux sites d'atterrissage présentent quelques différences. Les rochers sont en moyenne assez gros et sont distribués de manière uniforme sur Utopia Planita, alors que Chryse Planitia se caractérise plutôt par une grande variété de rochers du point de vue de la taille, ceux ci étant distribués plus aléatoirement. Les roches d'Utopia Planitia possèdent de plus une apparence singulière. La plupart d'entre elles sont extrêmement bulleuses, et certaines ressemblent à de la pierre ponce, une roche volcanique terrestre. Ces cavités sont sans doute dues à la présence d'une grande quantité de bulles de gaz dans la lave qui a donné naissance à ces rochers. Utopia Planitia est une région désespérément plate et monotone, peut être à cause de la présence à 170 kilomètres du cratère d'impact Mie (90 kilomètres de diamètre). Chryse Planitia présentait plus de reliefs, avec ses dunes de sable entrecoupant des lits rocheux.

Le bras mécanique est testé le 8 septembre et il creuse sa première tranchée de 30 centimètres de long le 12 septembre. Les détecteurs de vie reçoivent une première fournée de sol martien mais au moment ou le bras se déplace pour alimenter les entonnoirs des autres appareils, il se bloque. Il ne redeviendra opérationnel que le 18 septembre. Les scientifiques ont commencé à réfléchir aux implications des résultats négatifs des détecteurs biologiques de Viking 1. Le sol martien serait exposé à un rayonnement ultraviolet très puissant qui pourrait détruire les molécules organiques et toutes formes de vie. Les prélèvements en surface n'ont pas d'intérêts si le sol est ainsi stérilisé. Viking 2 va donc aller chercher du sol sous des pierres, après avoir déplacé ces dernières d'un coup de bras mécanique. L'atterrisseur s'attache d'abord à soulever une pierre trop grosse pour lui, le rocher Bonneville. Mais le 8 octobre, il réussit à déplacer de 10 centimètres un rocher de 3 kg baptisé Badger, avant de le faire basculer en effectuant un déplacement latéral de son bras de 10 centimètres. Viking 2 peut alors enfin avoir accès à du sol protégé des impitoyables rayons solaires. Mais les résultats seront décevant par rapport à la peine que s'est donné l'atterrisseur. Le sol situé sous Badger ne contient pas plus de matières organiques que les échantillons prélevés sur le site de Viking 1, et les détecteurs de vie continuent à afficher des résultats négatifs.

L'atterrisseur Viking 2 va fonctionner pendant 1281 jours martiens avant d'être désactivé le 12 avril 1980 à cause d'un problème de batterie. A ce moment là, seul l'atterrisseur Viking 1 est encore en action à la surface de Mars. 

L'orbiteur Viking 2

Après la séparation de l'atterrisseur, l'orbiteur de Viking 2 peut se livrer à son travail de cartographie. L'inclinaison de l'orbite suivie par le satellite passe à 75° le 30 septembre ce qui lui permet de survoler les hautes latitudes.

Comme pour Viking 1, la mission officielle de l'orbiteur Viking 2 prend officiellement fin avec l'arrivée de la conjonction solaire le 8 novembre 1976. A ce moment, Mars allait passer derrière le Soleil, ce qui allait interdire ou dégrader de manière sensible les communications radios avec la Terre. Après la période de conjonction qui se termine le 14 décembre, les communications radios reprennent et la mission étendue peut commencer. Prévue pour fonctionner pendant 3 mois, Viking 2 va faire preuve d'une très grande longévité et sa mission va se poursuivre des années durant.

Le 20 décembre, une nouvelle modification des paramètre orbitaux porte l'inclinaison à 80° et abaisse le périapse à 778 km. Au cours du mois d'octobre 1977, Viking 2 a l'occasion d'effectuer une étude rapprochée du satellite Deimos. Le 23 octobre, le périapse est abaissé à 300 km et la période de révolution passe à 24 heures.

L'orbiteur de Viking 2 sera le premier à cesser de fonctionner. Une fuite dans le système de propulsion conduit à une vidange des réservoirs d'azote du système de contrôle d'attitude. La sonde ne peut plus contrôler son orientation dans l'espace et les panneaux solaires finissent par s'écarter du soleil. Privée de source d'énergie, l'orbiteur devient inutilisable. Les contrôleurs décident alors de le placer sur une orbite de 302 km de périapse et de 33176 km d'apoapse avant de l'éteindre le 25 juillet 1978. L'orbiteur de Viking 2 a retourné environ 16 000 images et parcouru 706 orbites autour de Mars.

Résultats scientifiques

Les résultats ramenés par les sondes Viking sont tout simplement colossaux. Il suffit de savoir que 20 ans après cette mission extraordinaire, nous n'avons toujours pas fini de dépouiller les données ! Les Viking nous ont offert la vue la plus complète et la plus détaillée jamais obtenue de la planète rouge. Toutes les informations de ce site proviennent en grande partie du travail des Viking. Les chapitres concernant la géologie, les volcans, les cratères d'impact, l'atmosphère, la météorologie, l'eau et la glace, sans compter celui sur la recherche de formes de vie, ne constituent qu'un minuscule résumé des données accumulées par cette mission exemplaire. La vision de Mars selon Viking n'a pas été aussi révolutionnaire que celle fournie par Mariner 9 en son temps, mais la mission a surpassé toutes les missions précédentes par la variété, la qualité et la quantité des résultats transmis et cela grâce à quatre facteurs : le nombre de sondes impliquées, le nombre d'expérimentation menées, la longueur de la mission et le débit de transmission des données.

Les résultats des orbiteurs

Les orbiteurs ont photographié la presque totalité de la surface de la planète (97 %) avec une résolution variant entre 150 et 300 mètres par pixel. Certaines zones ont fait l'objet d'une couverture encore plus précise avec des images dont la résolution atteignait 7,5 mètres par pixel. L'altitude minimale de survol de la surface martienne a été de 300 km pour les deux orbiteurs. Ils ont collecté au total 52 603 images qui offrent une vue globale et complète de la planète, ainsi que des images des deux satellites de Mars, Phobos et Deimos.

Les tempêtes de poussière régionales ou locales ont été observées, ainsi que les variations de la pression atmosphérique au cours d'une année martienne (ce qui a conduit à la découverte du cycle du CO2, lié au développement et au retrait des calottes polaires). Les sondes Viking ont même pu assister au formidable déchaînement de deux tempêtes globales de poussière au cours de l'année 1977.

Enfin, l'équipement radio des sondes a permis de mener à bien de nombreuses expériences fondamentales. Le décalage Doppler ainsi que les informations de distance ont été utilisés pour déterminer avec précision la position de l'atterrisseur à la surface de la planète, mais aussi la vitesse de rotation de Mars, l'inclinaison de son axe de rotation, son champ de gravité, la constante diélectrique de surface, le mouvement de précession, le déplacement de Mars sur son orbite, sans compter l'étude des propriétés de l'atmosphère et de l'ionosphère. Des expériences d'astrophysiques et de mécanique céleste ont également eu lieu (éphémérides de Mars et de la Terre, masse des satellites martiens, étude du milieu interplanétaire, de la couronne solaire et expérience de relativité générale).

Les résultats des atterrisseurs

4587 images de la surface martienne, la plupart en couleurs, ont été acquises par les deux atterrisseurs. Les caméras ont non seulement observé les alentours du site d'atterrissage en recueillant des images époustouflantes, mais également l'opacité de l'atmosphère lié à la présence de poussière, le soleil ainsi que le passage de l'ombre de l'un des deux satellites martiens, Phobos, au-dessus du site d'atterrissage (cette ombre a également été suivie par les orbiteurs, ce qui a permis de localiser à 1 kilomètre près le site d'atterrissage de Viking 1).

Les deux stations météorologiques ont enregistré la pression, la température, la direction et la vitesse des vents pendant plus de trois années martiennes (soit six années terrestres) pour Viking 1 et deux années martiennes (soit quatre années terrestres) pour Viking 2. L'ensemble représentait plus de 3 millions de mesures météorologiques.

Lorsque les atterrisseurs sont arrivés sur Mars, c'était le début de l'été dans l'hémisphère nord et l'atmosphère était peu poussiéreuse. Le cycle de variation diurne de la température se répétait d'un jour sur l'autre. La température moyenne sur Chryse Planitia était de -50°C, avec un minimum de -83°C à l'aube et un maximum de -33°C au début de l'après midi. Le site d'atterrissage de Viking 2 étant situé plus au nord, les températures étaient plus basses de 5 à 10 °C. La densité de l'atmosphère n'est pas suffisante pour lui permettre de retenir de la chaleur, et l'air était toujours plus froid d'une vingtaine de degrés par rapport à la surface. Les vents martiens soufflaient de manière bien plus faible que prévue, de 2 mètres par seconde pendant la nuit jusqu'à 7 mètres par seconde en cours de journée. Les tempêtes de poussière globales avaient des effets particulièrement importants sur la météorologie. L'atmosphère, chargée de particules de poussière, devenait soudain plus opaque. La poussière en suspension permettait à l'air de se réchauffer plus vite et jouait le rôle de tampon en abaissant le contraste thermique journalier. Les vents soufflaient alors beaucoup plus vite avec des pointes de plusieurs dizaines de mètres par seconde. Ce qui était cependant loin d'atteindre les souhaits des scientifiques, qui, ayant observé le déchaînement de la tempête de poussière qui avait retardé la mission de Mariner 9, pensait trouver des vents soufflants à une bonne centaine de mètres par seconde !

Le spectromètre de masse a mesuré la composition chimique de l'atmosphère ainsi que la composition isotopique pour cinq de ces constituants. L'argon était apparemment un composé minoritaire de l'atmosphère (1,6 % seulement), ce qui invalidait les hypothèses émises sur la base du fonctionnement du spectromètre de masse de l'atterrisseur soviétique Mars 6 (15 à 30 % d'argon).

L'analyse chimique inorganique du sol a été menée par le spectromètre à fluorescence (XRFS) et les résultats se sont révélés déconcertants. Si Mars semble être constitué comme la Terre principalement par du silicium et de l'oxygène, c'est le fer qui occupe la troisième position, et non l'aluminium, qui se retrouve à la septième place loin derrière le magnésium, le calcium et le soufre. Les aluminosilicates terrestres laissent la place sur Mars à des ferrosilicates. Aucune analyse minéralogique n'est possible, mais les trois aimants circulaires ont donné des indications sur la nature des composés auxquels le fer a donné naissance. Les particules collées sur les aimants permettent bientôt d'identifier deux minéraux particuliers riches en fer et dotés de propriétés magnétiques : la magnétite bien répandue sur Terre et la maghémite, bien plus rare.

Le sismomètre de Viking 2 a enregistré des vibrations dues aux vents, mais n'a pas envoyé de signaux qui peuvent être reliés sans ambiguïté à une activité sismique. Sur toute sa période de fonctionnement, il n'aurait enregistré qu'un seul évènement sismique. Aucun résultat ne nous est parvenu du sismomètre de Viking 1, cet instrument étant le seul à n'avoir jamais fonctionné.

Le bras mécanique a creusé des tranchées dans le sol, poussé des cailloux pour prélever des échantillons de sol non exposés aux rudes conditions de surface et formé des petits tas pour étudier la texture et la cohésion des particules de sol. Des jauges situées sur les pieds de l'atterrisseur ont permis de déduire certaines propriétés physiques du sol au moment de l'atterrissage.

La phase d'entrée des atterrisseurs a permis d'obtenir à partir de 200 km la composition moléculaire et isotopique, la structure thermique et la densité de l'atmosphère traversée en fonction de l'altitude, et cela en deux endroits différents. Les Viking ont également réalisé la première étude in situ de l'ionosphère d'une autre planète.

Les expérimentations radio menées avec l'atterrisseur utilisaient la bande S. Ces expériences différaient en deux points de celles effectuées avec les orbiteurs. Premièrement, la période de suivi des signaux radios de l'atterrisseur n'excédait pas deux heures à cause d'une contrainte technique (l'échauffement trop important provoqué par le fonctionnement du transpondeur). Ensuite, l'atterrisseur ne pouvait pas émettre de signaux en bande X, qui permettent de tenir compte des interférences dues à la présence du plasma ionosphérique et interplanétaire. C'est pourquoi les périodes de suivi des atterrisseurs étaient couplées avec celles des orbiteurs dont l'émission en bande X rendait possible des corrections sur les données des atterrisseurs.

Décollage de Viking 1 à bord d'une Titan III E

Le 20 août 1975, une fusée Titan IIIE propulse la sonde Viking 1 vers la planète rouge. La mission va dépasser les espérances les plus folles de toutes les personnes qui assistent, émerveillées, au lancement (Crédit photo : NASA/JPL).

Décollage de Viking 2 à bord d'une Titan III E

9 septembre 1975. Viking 2 s'envole vers la planète Mars grâce à la formidable poussée du lanceur Titan III E. La sonde Viking 2 (Viking A) aurait du être la première à partir vers la planète rouge, mais des problèmes techniques ont retardé son départ. Viking 1 (Viking B) s'est donc envolé à la place de sa sœur jumelle le 20 août 1975. Le lancement de Viking 2 s'effectuera in extremis, alors que la fenêtre de tir allait se refermer, le 9 septembre 1975. Comme on peut le voir sur la photographie ci-dessus, les conditions météorologiques n'étaient pas fameuses et la fusée a décollé sous un ciel de plomb. Quelques minutes plus tard, les conditions étaient devenues si désastreuses qu'elles auraient tout simplement interdit le lancement (Crédit photo : NASA/JPL).

Schéma technique du lanceur Titan III. Cliquez sur l'image pour l'agrandir (Crédit photo : NASA/JPL).

Première esquisse de Viking

Représentation d’une des premières versions des sondes Viking. Si l’orbiteur a déjà un air familier, l’atterrisseur est sensiblement différent du modèle qui se posera sur Mars : la plate-forme est octogonale (elle sera finalement hexagonale) et l’engin repose sur quatre pieds au lieu de trois (Crédit photo : NASA/JPL).

Schéma des sondes Viking

Structure d'une sonde Viking. L'atterrisseur est fixé sur l'orbiteur par la base du bouclier biologique. Lors de sa préparation et avant d'être stérilisé, l'atterrisseur a été enfermé dans un bouclier biologique. Ce cocon le protégeait d'une éventuelle contamination par des microorganismes terrestres, qui auraient pu une fois sur Mars fausser les détecteurs de vie. Le couvercle du bouclier biologique est largué après le lancement, et la base après la séparation de l'atterrisseur. Ce dernier, en position repliée, est pris en sandwich entre le bouclier thermique muni de rétrofusées et le bouclier arrière supportant le parachute. L'ensemble forme la capsule de descente (Crédit photo : NASA/JPL).

L'orbiteur et l'atterrisseur Viking

L'orbiter de Viking n'est rien d'autre qu'un orbiteur de type Mariner que l'on a équipé d'un atterrisseur. On distingue ici les quatre panneaux solaires disposés en croix ainsi que l'antenne grand gain et la tuyère du moteur de manœuvre qui pointe tout en bas. L'atterrisseur, en capsulé dans son bouclier blanc de protection biologique, est en haut. La mission des orbiteurs était triple : après avoir amené à bon port l'atterrisseur qu'ils portaient sur leur dos, ils devaient s'assurer que les sites d'atterrissage préalablement choisis ne présentaient pas de dangers. Contrairement aux sondes Mars soviétiques, les sites présélectionnés pour l'atterrissage devaient effectivement être certifiés par les orbiteurs avant la descente des atterrisseurs. Il fallait éviter les sites présentant un changement récent d'albédo, les sites accidentés, les terrains trop durs (prélèvement impossible par le bras mécanique) ou trop meubles (risque d'enlisement) et les régions trop élevées (pression atmosphérique trop faible pour que le parachute freine efficacement l'engin). Si les sites initiaux se révélaient impraticables, les orbiteurs devaient en sélectionner d'autres grâce à leurs instruments scientifiques. Les orbiteurs devaient également jouer le rôle de relais de transmission entre les atterrisseurs au sol et la Terre. Ce n'est qu'après avoir accompli ces deux objectifs que les orbiteurs Viking pouvaient se livrer à leur troisième tâche, l'étude de la surface et de l'atmosphère de la planète rouge. Les orbiteurs comprenaient l'équipement nécessaire pour photographier la surface, établir une cartographie thermique de la planète (spectromètre infrarouge), mesurer la quantité de vapeur d'eau atmosphérique et effectuer des expériences radio (Crédit photo : NASA/JPL).

Orbiteur Viking

Schéma technique d'un orbiteur Viking. Cliquez sur l'image pour l'agrandir (Crédit photo : NASA/JPL).

Dessin d’artiste d’un orbiteur Viking en train de cartographier la surface de Mars (Crédit photo : droits réservés).

Un atterrisseur Viking

Le module d'atterrissage de la mission Viking mesurait 3 mètres de haut, pour une masse d'une demi tonne. Il emportait un total de 15 expériences scientifiques. Ses principaux objectifs étaient l'étude du sol martien, des vents et de l'atmosphère ainsi que la recherche d'éventuelles formes de vie. L'un des deux atterrisseurs Viking présente ici sa face avant. Cette face porte les deux caméras stéréoscopiques qui encadrent l'antenne grand gain de 76 centimètres de diamètre et le bras mécanique, ici en positon replié. Le mât météorologique s'étend vers la droite, alors que le compartiment blanc à gauche abrite les générateurs radio isotopiques et le réservoir sphérique d'ergols. Le pied n°3 est à gauche, le pied n°2 est à droite (Crédit photo : NASA/JPL).

Un atterrisseur Viking (bras déplié)

Une vue de face de l'atterrisseur pratiquement identique à la vue précédente, à l'exception du bras mécanique qui est ici déplié. Élément essentiel de l'atterrisseur, il avait pour but de creuser des tranchées à la surface de Mars et de recueillir des échantillons qui étaient ensuite distribués après tamisage entre différentes expérimentations (détecteurs de vie, chromatographe phase gazeuse, spectromètre à fluorescence). Le capuchon métallique qui protégeait le bras avant son extension repose sur le sol, au centre à gauche (Crédit photo : NASA/JPL).

Carl Sagan aux côtés d'un Viking

Le célèbre astronome américain Carl Sagan pose aux côtés d'un modèle grandeur nature d'un atterrisseur Viking dans la vallée de la Mort (Crédit photo : NASA/JPL).

La désorbitation des atterrisseurs

Schéma de la désorbitation des atterrisseurs Viking. Cliquez sur l'image pour l'agrandir (Crédit photo : NASA/JPL).

Expériences sur le bouclier thermique de Viking

Le bouclier thermique des atterrisseurs Viking comportait des expériences pour étudier l'ionosphère et l'atmosphère martienne. Le premier instrument, le RPA (Retarding Potential Analyser) était dédié à l'étude de la composition, de la structure et de la température de l'ionosphère, ainsi qu'à la caractérisation de l'interaction du vent solaire avec la haute atmosphère. Un orifice percé sur le bouclier permettait à un spectromètre de masse, l'UAMS (Upper Atmosphere Mass Spectrometer) d'analyser la composition moléculaire de la haute atmosphère. L'instrument pouvait mesurer la concentration de tous les gaz neutres dont le poids moléculaire était inférieur ou égal à 50. L'appareil pouvait aussi effectuer des mesures isotopiques. Enfin, un ensemble de capteurs réunis sous l'appellation LASE ont dressé des profils verticaux de température, de pression et de densité depuis une altitude de 132 km (Crédit photo : NASA/JPL).

Une vision artistique de la mission Viking, qui montre l'orbiteur en train de se séparer de son atterrisseur (Crédit photo : Wilson Hurley/NASA).

Déploiement du parachute de Viking

L'atterrissage des sondes Viking se décomposait en quatre phases. Un puissant ressort séparait d'abord l'atterrisseur de l'orbiteur. Quelques minutes après la séparation, un moteur se mettait en marche pour faire quitter à l'atterrisseur la tranquillité de l'orbite martienne et le lancer la tête la première vers Mars. La seconde phase est celle de la rentrée atmosphérique. Lorsque l'atterrisseur va rencontrer l'atmosphère martienne, l'imposant bouclier thermique va diminuer fortement sa vitesse en profitant de la résistance générée par les frottements des couches denses de l'atmosphère. Le bouclier a également pour fonction de protéger la sonde contre l'échauffement subi lors de la rentrée atmosphérique. Une fois son rôle terminé, il est éjecté et laisse place à un parachute spécialement conçu pour fonctionner dans l'atmosphère ténue de Mars. Sur ce dessin d'artiste, un mortier extracteur vient juste de libérer le parachute, qui va se déployer d'un instant à l'autre. L'atterrisseur est alors à une altitude de 6000 mètres et sa vitesse est de 900 km/h. Au sol, on reconnaît les fameuses îles en forme de larme qui sont caractéristiques des régions ayant connu à une époque reculée des gigantesques inondations. Parce que l'un des objectifs principaux des Viking était la recherche d'une éventuelle vie martienne, les sites d'atterrissage avaient été choisis dans des régions jadis riches en eau (Crédit photo : NASA/JPL).

Atterrissage d'un Viking

La dernière phase de l'atterrissage, l'approche finale, était une phase propulsée. Après l'abandon du parachute à une altitude d'environ 1500 mètres, des rétrofusées placées sous le contrôle d'un altimètre radar s'allument pour ralentir la sonde et permettre un atterrissage en douceur. Le contact avec le sol martien a lieu à la vitesse de 2 m/s. Les rétrofusées comportaient trois moteurs, chacun muni d'un faisceau de 6 petites tuyères. Ce grand nombre de propulseurs de faible puissance permettait un atterrissage quelle que soit la conformation du terrain et minimisait la poussée subie par le sol, donc la quantité de poussière soulevée et les perturbations mécaniques. Au moment du contact avec la surface, l'énergie cinétique résiduelle est absorbée par les amortisseurs qui équipent les trois pieds de l'engin. Sur ce dessin d'artiste, l'atterrisseur n'est plus qu'à un mètre du sol. Les rétrofusées fonctionnent encore, tandis qu'au loin (en haut à gauche), le parachute et la partie supérieure du bouclier de protection poursuivent leur vol (Crédit photo : NASA/JPL).

Première photographie de l'atterrisseur Viking 1

Cette image est historique ! Il s'agit de la première image de la surface martienne renvoyée par l'atterrisseur Viking 1. La caméra a commencé à balayer la scène 25 secondes après l'atterrissage et a continué pendant 5 minutes. Ligne par ligne, l'image s'affichait progressivement dans une salle de contrôle ou régnait une excitation absolument indescriptible. On distingue parfaitement l'un des pieds de l'atterrisseur en bas à gauche et la surface caillouteuse de Mars. Les personnes qui ont assisté en direct à la retransmission de cette image s'en souviennent encore aujourd'hui avec une forte émotion (Crédit photo : NASA/JPL).

Le drapeau des Viking

Les deux caméras stéréoscopiques des atterrisseurs Viking devaient être calibrées pour que les couleurs des images soient véritablement celles de la surface de Mars. Une partie de la mire qui a servi à la calibration est visible dans le coin inférieur droit (la série de petits carrés colorés). On raconte une anecdote intéressante à propos des premières images couleur obtenues par l'atterrisseur Viking 1. Sur les photographies, le ciel était bleu pâle alors que la teinte du sol oscillait entre l'orange franc et le rose saumon. Des couleurs étonnantes dignes d'une autre planète, mais moins que celles du drapeau américain peint sur le corps de la sonde (et que l'on aperçoit ici au centre) : celui ci était jaune et violet ! Un aspect inacceptable pour les dossiers de presse. Sur un appel du président de la NASA, la palette de couleurs des images fut retouchée, le drapeau américain repris son aspect conventionnel et tout rentra dans l'ordre. Le ciel martien avait alors perdu sa coloration terrestre est était devenu orange, et il s'étendait au-dessus d'un sol rouge brique. Après d'autres modifications plus fines des palettes de couleur, le sol finira par prendre une teinte rose orange (dont le principal responsable est la forte teneur en oxyde de fer) et le ciel une coloration jaune brun, à cause de la présence d'une grande quantité de poussière en suspension (Crédit photo : NASA/JPL/Erik Vandencbulek).

Le sol de Chryse Planitia vu depuis Viking 1

Le site d'atterrissage de Viking 1, dans Chryse Planitia. Le gros rocher au premier plan, baptisé Big Joe, est situé à moins de 10 mètres de l'atterrisseur. Si la sonde avait atterri dessus, la mission se serait terminé de façon catastrophe et le fragile engin aurait sans doute été mis en pièce. La garde au sol de l'atterrisseur Viking n'était que de 22 cm, alors que Big Joe mesure 1 mètre de haut pour 3 mètres de large. La résolution des photographies prises par l'orbiteur au cours de la phase de certification des sites d'atterrissage n'était pas suffisante pour déceler des dangers de petite échelle tel que celui-ci. Les sondages radar effectués depuis la Terre avaient indiqué que le site ne pouvait pas posséder de cailloux plus hauts que 15 cm. Mais il y a toujours une exception pour confirmer la règle, le genre d'exception que les ingénieurs ne cessent de redouter (Crédit photo : NASA/JPL).

Coucher de soleil

Le soleil se couche sur le site d'atterrissage de l'un des deux atterrisseurs Viking. Les ingénieurs et scientifiques avaient découpé la mission des atterrisseurs en jours martiens (des Sols) plutôt qu'en journées terrestres et ils vivaient donc à l'heure de la planète rouge (Crédit photo : NASA/JPL).

Vue du site d'atterrissage de Viking 2

Une vue du site d'atterrissage de Viking 2 dans Utopia Planitia (on aperçoit au premier  plan une partie de l'atterrisseur). L'atterrisseur a eu la bonne idée de poser son pied n°3 sur un caillou, et l'engin est donc incliné de 8° par rapport à l'horizontale, ce qui explique que l'horizon soit penché sur les images. Des traitements informatiques ultérieurs redresseront artificiellement l'horizon (Crédit photo : NASA/JPL).

Une tranchée creusée par le bras de Viking 2

Utopia Planitia, le site d'atterrissage de Viking 2. Ce gros plan de la surface martienne montre clairement deux tranchées parallèles creusées par le bras de l'atterrisseur. L'un des pieds de Viking 2 est visible en bas à droite. Le capuchon métallique qui protégeait le bras de l'atterrisseur avant son déploiement repose sur le sol dans la partie supérieure droite de l'image (Crédit photo : NASA/JPL).

 Olympus Mons vu par Viking

L'imposante caldeira du volcan Olympus Mons émerge d'une mer de nuages. Cette vue à couper le souffle est l'une des plus célèbres de la mission Viking. Contrairement à ce que l'on pourrait penser, il ne s'agit pas d'une photographie réelle en couleur, mais d'une mosaïque de trois images noir & blanc coloriées à la main par un artiste (Crédit photo : NASA/JPL).

 

Schémas techniques relatifs aux atterrisseurs Viking

Schéma technique d'un prototype des atterrisseurs Viking (modèle à quatre pieds). Cliquez sur l'image pour l'agrandir (Crédit photo : NASA/JPL).

Schéma technique d'un prototype des atterrisseurs Viking (modèle à trois pieds). Cliquez sur l'image pour l'agrandir (Crédit photo : NASA/JPL).

Atterrisseur Viking

Schéma technique de l'atterrisseur Viking dans sa version finale. Cliquez sur l'image pour l'agrandir (Crédit photo : NASA/JPL).

Schéma technique de la caméra facsimilé des atterrisseurs Viking. Cliquez sur l'image pour l'agrandir (Crédit photo : NASA/JPL).

Le bras robotique des atterrisseurs Viking

Schéma technique du bras robotique des atterrisseurs Viking. Cliquez sur l'image pour l'agrandir (Crédit photo : NASA/JPL).

Mât météorologique des atterrisseurs Viking

Schéma technique du mât météorologique des atterrisseurs Viking. Cliquez sur l'image pour l'agrandir (Crédit photo : NASA/JPL).

XRFS

Schéma technique de l'instrument XRFS des atterrisseurs Viking dédié aux analyses inorganiques. Cliquez sur l'image pour l'agrandir (Crédit photo : NASA/JPL).

GC-MS

Schéma technique du GC-MS des atterrisseurs Viking pour l'analyse de la matière organique. Cliquez sur l'image pour l'agrandir (Crédit photo : NASA/JPL).

Laboratoire de microbiologie des atterrisseurs Viking

Schéma technique du laboratoire de microbiologie des atterrisseurs Viking. Cliquez sur l'image pour l'agrandir (Crédit photo : NASA/JPL).

 

Tableau récapitulatif des missions vers Mars pour l'année 1976

Numéro

Date de lancement

Nom(s)

Pays

Lanceur et sonde

Résultat

23 a 20 août 1975 (Cap Canaveral, complexe LC41) Viking 1 Orbiteur, Viking-B, 08108
Drapeau américain Titan III E s/n TC-4 / Centaur D-1T s/n E-4. Sonde de type Viking Succès  : la mise en orbite a lieu le 19 juin 1976. L'orbiteur va réaliser une cartographie pratiquement complète de la surface de Mars en ramenant plus de 30 000 images dont la résolution varie entre 300 et 8 mètres par pixel. Il étudiera aussi l'atmosphère martienne (quantité de vapeur d'eau) et dressera une carte des températures de la surface. L'orbiteur Viking 1 fut désactivé le 7 août  1980, après l'épuisement du gaz utilisé par le système de contrôle d'attitude.
23 b 20 août 1975 (Cap Canaveral, complexe LC41) Viking 1 Atterrisseur, Viking-B, 09204 Drapeau américain Titan III E s/n TC-3 / Centaur D-1T s/n E-3. Sonde de type Viking. Succès : après l'abandon du site d'atterrissage principal dans Ares Vallis, l'atterrisseur réussit un atterrissage impeccable sur Chryse Planitia le 20 juillet 1976 (22,27° N et 47,97° W). Seul point noir après l'atterrissage, le sismomètre ne fonctionne pas. L'atterrisseur Viking 1 a photographié pour la première fois la surface martienne (ainsi que l'atmosphère et des objets astronomiques comme le soleil et les deux lunes martiennes). Au total, les deux atterrisseurs ont renvoyé à la Terre 4587 images. De nombreuses expériences ont été menées à bien : étude de la composition minérale du sol martien, de ses propriétés physiques et magnétiques, recherche de matière organique, mesures météorologiques (3 millions pour les deux atterrisseurs), sans oublier les fameuses expériences conçues pour détecter une éventuelle forme de vie, et qui donneront des résultats négatifs ou controversés. Lors de sa rentrée atmosphérique, l'atterrisseur a également étudié les composés neutres et ionisés des couches supérieures de l'atmosphère martienne. L'atterrisseur Viking 1 a été baptisé Mutch Memorial Station en mémoire de Tim Mutch, chef de l'équipe du système d'imagerie des atterrisseurs Viking, qui a trouvé la mort dans un accident de montagne au Népal en 1980. L'engin a terminé sa mission le 11 novembre 1982, après avoir été désactivé involontairement. Durant six mois, les contrôleurs tenteront de rétablir le contact, en vain. La mission Viking s'est officiellement terminée le 21 mai 1983 avec l'arrêt des tentatives de reprise de contact. Avec plus de 6 années de fonctionnement, Viking 1 détient encore aujourd'hui le record de longévité à la surface de la planète rouge.

 

24 a 9 septembre 1975 (Cap Canaveral, complexe LC41) Viking 2 Orbiteur, Viking-A, 08199 Drapeau américain Titan III E s/n TC-3 / Centaur D-1T s/n E-3. Sonde de type Viking. Succès : la mise en orbite a lieu le 7 août 1976. L'orbiteur va réaliser une cartographie pratiquement complète de la surface de Mars en ramenant plus de 20 000 images dont la résolution varie entre 300 et 8 mètres par pixels. Il étudiera aussi l'atmosphère martienne (quantité de vapeur d'eau) et dressera une carte des températures de la surface. Le 25 juillet 1978, l'orbiter Viking 2 fut le premier à interrompre sa mission, par épuisement des gaz servant au système de contrôle d'attitude.
24 b 9 septembre 1975
(Cap Canaveral, complexe LC41)
Viking 2 Atterrisseur, Viking-A, 09408 Drapeau américain Titan III E s/n TC-3 / Centaur D-1T s/n E-3. Sonde de type Viking. Succès : après l'abandon du site d'atterrissage principal dans la région de Cydonia, l'atterrisseur réussit un atterrissage impeccable sur Utopia Planitia le 3 septembre 1976 (47,67° N et 225,5° W), à 6460 km de l'atterrisseur de Viking 1. L'atterrisseur Viking 2 a photographié la surface martienne (ainsi que l'atmosphère et des objets astronomiques comme le soleil et les deux lunes martiennes). Au total, les deux atterrisseurs ont renvoyé à la Terre 4587 images. De nombreuses expériences ont été menées à bien : étude de la composition minérale du sol martien, de ses propriétés physiques et magnétiques, recherche de matière organique, mesures météorologiques (3 millions pour les deux atterrisseurs), sans oublier les fameuses expériences conçues pour détecter une éventuelle forme de vie, et qui donneront des résultats négatifs ou controversés. Lors de sa rentrée atmosphérique, l'atterrisseur a également étudié les composés neutres et ionisés des couches supérieures de l'atmosphère martienne. Le 12 avril 1980, l'engin est désactivé et sa mission se termine officiellement. Pendant de très nombreuses années, l'atterrisseur Viking 2 a détenu la seconde place du record de longévité à la surface de Mars, avant de se faire ravir ce titre par le rover Spirit fin août 2007.

 

Labrot © 1997-2017. Dernière mise à jour : 15 décembre 2001. Des commentaires, corrections ou remarques ? N'hésitez pas, écrivez moi! précédent Suivant index