Mars Climate Orbiter

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Mars Climate Orbiter


Le Lancement

Après un retard d'un jour, la sonde Mars Climate Orbiter a décollé avec succès à 19h45 (heure française) le vendredi 11 décembre, depuis le pas de tir 17A de Cap Canaveral. Rappelons que deux fenêtres de lancement étaient utilisables. La première s'ouvrait le 10 décembre et se refermait le 17 décembre, la seconde s'ouvrait le 18 décembre et se refermait le 25 décembre. Mars Climate Orbiter a été lancée par une fusée Delta II 7425 à trois étages. Cette fusée est similaire au lanceur Delta II 7925 qui a propulsé Mars Pathfinder et Mars Global Surveyor vers Mars, mais elle ne comporte que quatre accélérateurs latéraux au lieu de neuf.

Le lancement initial, qui était programmé lors de la journée du 10 décembre 1998 (soit le premier jour de la première fenêtre de lancement), n'a pas eu lieu. C'est un problème impliquant l'unité de contrôle de charge (CCU), le dispositif qui régule la charge des batteries à partir de l'unique panneau solaire, qui l'a empêché. Si l'unité de contrôle primaire avait lâché pendant le vol vers Mars, les batteries auraient été surchargées avant que les routines de protection ne détectent le problème et interviennent en activant l'unité de contrôle de secours. Le résultat aurait été catastrophique pour la mission. Un correctif logiciel, testé avec Mars Polar Lander, a été utilisé pour éliminer le problème.

Au moment du lancement, le ciel était couvert par quelques nuages (la couverture nuageuse apparaît d'ailleurs parfaitement sur les premières images de la caméra embarquée, voir plus bas). Environ soixante secondes après le décollage, les quatre boosters à poudre latéraux sont largués, événement spectaculaire suivi ensuite par la séparation du premier étage et l'allumage du moteur du deuxième étage. Le moteur du deuxième étage a fonctionné pendant 11 minutes et 22 secondes, plaçant ainsi la sonde martienne sur une orbite basse terrestre à 189 kilomètres d'altitude. Ensuite le troisième étage s'est séparé et l'allumage de son moteur a permis à la sonde de s'affranchir de la gravité terrestre. Le moteur du troisième étage a fonctionné pendant 88 secondes, à l'issue de quoi la sonde s'est dégagée elle même du troisième étage en utilisant ses propulseurs. 4 minutes après, le panneau solaire s'est déployé, avant d'être pointé vers le Soleil. L'antenne de Canberra (Australie) du Deep Space Network a acquis le signal radio de l'orbiter à 20:45 (heure française).

Le lancement en images

Décollage de Mars Climate Orbiter

Il était possible de suivre le lancement de Mars Climate Orbiter en direct sur Internet à partir du site officiel de Mars Surveyor 98. On voit ici le lanceur Delta II quelques minutes avant le décollage (image Nasa TV).

Décollage de Mars Climate Orbiter

Vendredi 11 décembre 1998, Cap Canaveral, 19:45. Allumage des moteurs et ... décollage ! Dans un éclair de lumière aveuglante, le lanceur Delta II s'élève vers le ciel, et la sonde Mars Climate Orbiter commence son voyage vers Mars (image Nasa TV).

Décollage de Mars Climate Orbiter

Le décollage était un grand moment. Les plus belles images ont été fournies par une caméra embarquée sur le lanceur. Notez la couverture nuageuse en arrière plan et les deux boosters latéraux attachés au premier étage (image NASA TV).

launch_s98_4.jpg (11076 octets)

Les deux boosters latéraux ont été éjectés et seul le moteur du premier étage continue de fonctionner. En arrière plan, le disque bleu de la Terre commence à se dessiner peu à peu (image NASA TV).

Première manœuvre de correction de trajectoire (TCM 1)

La première manœuvre de correction de trajectoire a eu lieu avec succès le 21 décembre 1998, afin d'éliminer certaines erreurs qui sont apparues au moment du lancement. Le moteur de la sonde a fonctionné pendant 2,8 minutes. La course de Mars Climate Orbiter ainsi que sa vitesse n'ont subi que des changements mineurs pendant cette manœuvre, ce qui atteste de l'excellente précision obtenue lors du lancement le 11 décembre 1998.

Quelques problèmes mineurs

Début janvier il était impossible de connaître l'état (ouvert ou fermé) de la porte du système de refroidissement du PMIRR (l'un des instruments de la sonde). Les données télémétriques reçues laissaient effectivement planer un doute quand à la bonne ouverture de cette porte, suite à l'envoi d'une séquence de commandes. Les températures observées par différents détecteurs et les données télémétriques reçues semblent confirmer le bon fonctionnement du moteur de la porte et la réponse de celle ci aux commandes d'ouverture et de fermeture.

Mars Climate Orbiter a connu dernièrement un problème mineur concernant le comportement d'un gyroscope laser de la plate-forme de navigation inertielle. Les gyroscopes de la sonde Stardust, ainsi que ceux de la sonde Mars Polar Lander, semblent être affectés du même problème. Celui ci serait donc lié au design et à la conception de l'instrument incriminé. Le constructeur (Honeywell) s'est penché dessus. D'autre part, les équipes au sol ont mis en évidence une interaction ennuyeuse entre certains composants de la sonde et son antenne UHF.

Deuxième manœuvre de correction de trajectoire (TCM 2)

La deuxième manœuvre de correction de trajectoire a été exécutée avec succès le 4 mars 1999. Quatre fusées d'appoints ont été allumées pendant 8,2 secondes et la vitesse a varié de 0,86 m/s. La prochaine manœuvre est prévue pour le 25 juillet, soit deux mois environ avant l'arrivée de la sonde sur la planète rouge.

Correctif logiciel pour les caméras stellaires

Les équipes au sol ont terminé le 16 avril l'installation d'une série de correctifs logiciels (patch) qui doivent optimiser le comportement du système de télémétrie. Une série de tests a été effectuée pour vérifier les mises à jour des logiciels nécessaires au passage de la sonde en mode "tout stellaire", mode dans lequel le système de contrôle d'attitude (qui détermine l'orientation de la sonde dans l'espace) s'appuiera exclusivement sur les caméras stellaires. Effectivement, des problèmes logiciels ont été reportés avec le système de contrôle d'attitude de la sonde Stardust. Les logiciels concernés doivent en particulier interpréter et traiter les images fournies par les caméras stellaires. Ces caméras prennent des photos du ciel étoilé, ce qui permet à la sonde de déterminer avec précision sa position et son orientation dans l'espace.

Passage en mode tout-stellaire

Les techniciens ont réalisé le 11 juin une démonstration du passage de la sonde en mode "tout stellaire", alors que Mars Climate orbiter était suivie par l'antenne du Deep Space Network de Madrid. Le 16 juin 1999, le pilote automatique a été autorisé à contrôler la sonde en utilisant les données fournies par les caméras stellaires. Les performances du pilote automatique ont dépassé les attentes des techniciens. L'université de Stanford, qui avait réalisé un test sensé simuler une communication radio UHF entre Mars Climate Orbiter et l'atterrisseur Mars Polar Lander à l'aide d'une antenne de 40 mètres de diamètre, a terminé l'analyse des résultats. Tout s'est apparemment passé comme prévu.

Mars Climate Orbiter est finalement passé en mode "tout stellaire", après deux mois de tests intensifs. Le mode "tout stellaire" est un mode dans lequel le système de contrôle d'attitude (qui détermine l'orientation de la sonde dans l'espace) s'appuie exclusivement sur les caméras stellaires. La mise en place du mode "tout stellaire" a apparemment été plus complexe que prévue, et l'équipe responsable a réalisé un excellent travail en développant et en validation cette méthode de navigation bien particulière. Après une ultime vérification pour s'assurer que le pilote automatique fonctionnait correctement, le gyroscope laser de la plate-forme de navigation inertielle a été désactivé pour augmenter sa durée de vie. Il sera de nouveau utilisé pendant la phase d'aérofreinage et de cartographie. Même si la durée de vie du gyroscope laser n'est pas un véritable problème, sa désactivation réduit quand même les risques de panne. Avec cet évènement, tous les objectifs techniques de la phase de croisière ont été accomplis.

Troisième manœuvre de correction de trajectoire (TCM 3)

Mars Climate Orbiter a effectué avec succès sa troisième manœuvre de correction de trajectoire (TCM, Trajectory Correction Maneuver) le 25 juillet 1999. Les analyses menées à l'issue de la manœuvre ont montré que celle ci a été extrêmement précise (en partie à cause de l'expérience acquise avec les deux manœuvres précédentes). La sonde est maintenant sur une trajectoire qui va l'amener directement à son point d'insertion orbitale.

Un éventuel problème avec l'articulation d'un panneau solaire

A la fin de la troisième manœuvre de correction de trajectoire, l'articulation du panneau solaire a montré un comportement inattendu. Après la manœuvre, le panneau solaire (dont la position avait été modifiée pour la manœuvre) devait retrouver son orientation initiale. A ce moment la, le système de tolérance de panne de la sonde a détecté une anomalie avec l'un des systèmes de l'articulation qui mesure la position angulaire du panneau solaire. Le système de secours a été activé, et le panneau solaire a retrouvé sa position normale. Il s'agit maintenant de comprendre ce qui s'est réellement passé, et de déterminer si cet incident pourrait avoir des conséquences pour la suite de la mission.

Un test en vol a été développé et transmis au vaisseau le 18 août. Il devrait permettre d'obtenir des données supplémentaires nécessaires pour compléter le diagnostic et s'assurer de l'intégrité des deux articulations. Il faut en tout cas espérer que le problème ne soit pas gênant pour l'insertion orbitale et la phase de freinage atmosphérique qui suivra.

Préparation de l'insertion orbitale et de l'aérofreinage

Le 30 juillet, les équipes au sol ont également conduit une série de tests mettant en difficulté le simulateur de la sonde pour vérifier son aptitude à réaliser une insertion orbitale dans n'importe quelle circonstance. Les tests se sont déroulés avec succès. Mars Climate Orbiter semble donc capable de s'adapter à la situation, de reconnaître des situations dangereuses ou alarmantes et d'y remédier de manière satisfaisante.

Les équipes au sol se sont ensuite entraînées intensivement pour la phase d'insertion orbitale et d'aérofreinage en examinant les différentes procédures, en revoyant en détails la check-list des opérations et en effectuant des tests sur simulateur. Leurs efforts se sont portés plus particulièrement vers la vérification de l'habilité de la sonde à manœuvrer correctement son panneau solaire. Effectivement, lors du freinage atmosphérique et avant chaque passage dans l'atmosphère, le panneau sera plaqué contre le corps de la sonde. A la sortie de l'atmosphère, il retrouvera sa position initiale. Les techniciens étaient ennuyés par un incident survenu lors de la troisième manœuvre de correction de trajectoire le 25 juillet dernier. La sonde avait effectivement connu quelques difficultés à replacer son panneau solaire dans la bonne position, juste après la manœuvre. L'articulation du panneau solaire en question semblait fonctionner correctement, mais le problème avait bien eu lieu, et il était préoccupant.

La solution vient cependant d'être trouvée. Il semble que des petites pièces, fixées sur le panneau, rentrent en contact de manière inattendue avec le corps de la sonde pendant les allers et retours de ceux ci. La procédure qui contrôle le basculement du panneau solaire a donc été modifiée pour éviter ces contacts intempestifs et testée avec succès sur le simulateur de la sonde. Un test grandeur nature a été ensuite réalisé le 8 septembre. Il a prouvé que les mouvements du panneau solaire étaient maintenant redevenus normaux. Les séquences de commande pour l'insertion orbitale et l'aérofreinage ont donc été mises à jour avec la nouvelle procédure. Il semble donc que le panneau solaire devrait se tenir tranquille pendant l'aérofreinage !

Quatrième manœuvre de correction de trajectoire (TCM 4)

La dernière manœuvre de correction de trajectoire, destinée à ajuster finement la trajectoire en vue de la mise en orbite, a eu lieu avec succès le 14 septembre 1999. Au cours de cette ultime correction, le moteur a fonctionné pendant 15 secondes, modifiant la vitesse de la sonde de 1,37 m/s. Le statut de Mars Climate Orbiter est excellent et l'unique panneau solaire se comporte maintenant parfaitement bien lors de son va et vient.

Première image de Mars

Mars Climate Orbiter a obtenu récemment avec sa caméra (MARCI) sa première image de Mars, alors qu'elle était encore à 4,5 millions de kilomètres de son objectif. L'image, prise le 7 septembre 1999, montre un croissant du globe martien.

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