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Mars Global Surveyor


A la recherche de Mars Polar Lander (et accessoirement de Mars Pathfinder)

La première campagne de recherche de la sonde Mars Polar Lander s'est terminée sans aucun résultat le 24 décembre 1999, après 19 passages répétés au-dessus de la zone présumée d'atterrissage. Aucun signe de l'atterrisseur, du parachute ou du bouclier thermique sur les images de Mars Global Surveyor

L'image A montre le site d'atterrissage présumé de Mars Polar Lander, ainsi que les différentes ellipses d'incertitude (c'est à dire les zones ou l'atterrisseur avait de grandes chances de poser les pieds). L'ellipse d'incertitude la plus large a été calculée par le centre de Langley de la NASA (LaRC), alors que les deux ellipses plus petites ont été déterminées par le constructeur de l'atterrisseur, Lockheed Martin Astronautics (LMA). 

L'ellipse la plus petite (LMA 1-sigma "Original") a été utilisée pour débuter les recherches et toutes les images obtenues par Mars Global Surveyor jusqu'au 26 décembre 1999 étaient contenues à l'intérieur. Puis, en prenant en compte les paramètres d'entrée et les conditions atmosphériques qui régnaient au moment de l'atterrissage, les limites de l'ellipse d'incertitude ont été recalculées. La nouvelle ellipse proposée par Lockheed Martin Astronautics (LMA 2-sigma) est agrandie et légèrement décalée par rapport à l'originale, alors que l'ellipse du centre de Langley (LaRC 1-sigma) est considérablement étendue. Les images collectées initialement par l'orbiteur ne couvraient donc plus totalement la zone présumée d'atterrissage. Une deuxième campagne d'observation a alors été planifiée pour le début du mois de janvier 2000, histoire de tenir compte de ces changements.

L'image B est une mosaïque réalisée en accolant toutes les images obtenues par Mars Global Surveyor au cours de sa campagne de recherche. On note que les images couvrent une bonne partie de l'ellipse d'incertitude (la surface couverte par Global Surveyor apparaît en jaune clair sur l'image A). La réception des signaux radio par les stations d'écoute du Deep Space Network (DSN) n'est pas fiable à 100 % et des pertes de données se sont produites à plusieurs reprises, ce qui explique l'aspect crénelé et les bandes noires qui ponctuent la couverture photographique. Une dépression circulaire dans la partie inférieure gauche de la mosaïque attire tout de suite le regard. Il s'agit peut être du fameux canyon qu'un individu de Lockheed Martin a rendu responsable, un peu trop précipitamment, de la disparition de l'atterrisseur polaire.

L'image B prouve au moins une chose. Même si elle ne débouche sur rien, la recherche de Mars Polar Lander n'aura pas été sans intérêt : Le site d'atterrissage de la malheureuse sonde est effectivement devenu la région la plus vaste jamais observée avec autant de précision (330 km2 de terrains à une résolution de 1,5 mètres/pixel !).

Le test Pathfinder

La caméra de Mars Global Surveyor possède une résolution de 1,5 mètres par pixel. Mais même à cette résolution, Mars Polar Lander est un objet si petit qu'il n'occupera au mieux qu'un seul pixel sur les images de Mars Global Surveyor. Autant dire que son repérage est extrêmement difficile, voire impossible. Dans le but de s'assurer que la recherche de Mars Polar Lander n'est pas vaine, un passage au-dessus du site d'atterrissage de Mars Pathfinder a été programmé. Cet atterrisseur va constituer une excellente cible de test, car sa position est connue avec une bonne précision (les nombreux reliefs qui marquent le site d'atterrissage facilitent grandement sa localisation). Les personnes qui écarquillent les yeux depuis plusieurs semaines dans l'espoir insensé d'apercevoir l'atterrisseur polaire vont pouvoir s'entraîner avec Pathfinder. Et si la sonde, le parachute ou le bouclier thermique ne sont pas clairement visibles sur les clichés de Global Surveyor, il sera temps d'arrêter les frais.

La première tentative pour photographier Pathfinder a eu lieu en avril 1998. La tache était alors particulièrement ardue (et, nous allons le voir, elle l'est encore !). Une rotation complète de la sonde avait été nécessaire pour pointer la caméra dans la bonne direction et il avait fallu s'y reprendre à trois fois avant d'obtenir des clichés. Les images étaient bonnes mais la résolution (3,3 mètres par pixel) n'était cependant pas suffisante pour apercevoir l'atterrisseur.

La première opportunité de survol du site d'atterrissage de Pathfinder depuis le mois d'avril 1998 a eu lieu le 26 décembre 1999, mais la tentative s'est soldée par un échec. Une erreur dans les coordonnées transmises à Mars Global Surveyor a conduit la sonde à survoler une mauvaise région ...

La deuxième opportunité de survol du site d'atterrissage n'a également rien donné, la plupart des images n'ayant pas pu être récupérées par les antennes du Deep Space Network. Nous l'avons déjà dit, la réception de données par le DSN n'est pas un processus fiable à 100 %. Des problèmes techniques divers ou des mauvaises conditions météorologiques peuvent causer des interruptions dans les transmissions. En général, Mars Global Surveyor stocke ses images et données sur des enregistreurs de bord. Sur demande, les informations contenues dans les enregistreurs peuvent être lues à nouveau et transmises à la Terre. Le processus peut être répété autant de fois que nécessaire, jusqu'à la transmission complète de toutes les données. Malheureusement, le temps de séjour des informations dans les enregistreurs est très faible et la sonde doit faire en permanence de la place pour stocker les nouvelles données que ses instruments collectent continuellement.

Malheureusement, lors du deuxième survol du site d'atterrissage, les données n'étaient pas transmises en différé, mais en temps réel, au débit de 40 000 bps, sans enregistrement simultané à bord. Sans stockage, il n'y a aucune possibilité de rattraper un incident de transmission. Lors de l'envoi des données, qui dure environ 30 minutes, les stations d'écoute du DSN doivent fonctionner de manière irréprochable. Le moindre accroc conduit à la perte définitive d'une partie des informations.

Comme pour la tentative précédente en 1998, le troisième essai fut le bon ! Le 16 janvier 2000, le site d'atterrissage de Pathfinder est photographié pour la première fois à la résolution record de 1,5 mètres par pixel. L'image C permet de se faire une idée du gain de résolution (à gauche, une portion du site d'atterrissage photographiée en 1998, à droite la même région photographiée en janvier 2000). On aperçoit sur les deux images des cratères d'impact érodés de différentes tailles et sur la partie droite des séries de crêtes plus ou moins parallèles, vestiges laissés par les gigantesques inondations qui ont submergé il y a des centaines de millions d'années le site d'Ares Vallis. Ces crêtes (ainsi que les dépressions qui les séparent) ont d'ailleurs été observées depuis le sol par la caméra de Pathfinder.

Dans la semaine qui a suivi la réception des nouvelles images du site d'atterrissage, une certaine euphorie régnait parmi les scientifiques : Pathfinder avait été identifié ! Après un agrandissement d'un facteur trois, les lignes pointant vers les différents reliefs du site d'atterrissage (les pics jumeaux, le pic nord ou le grand cratère) ont été soigneusement tracées sur l'image. Il ne restait alors plus qu'à rechercher une particularité au niveau de leur intersection. Après un examen attentif et minutieux, deux positions possibles pour l'atterrisseur sont repérées. En se basant sur la forme, la taille, l'orientation de l'engin, ainsi que sur l'éclairage de la scène au moment de la prise de vue, les enquêteurs localisent de manière certaine Pathfinder : Il s'agit du point situé le plus au nord. 

Hélas, leur joie sera de courte durée et des analyses ultérieures vont infirmer cette hypothèse. Pour déterminer avec une plus grande précision la position de l'atterrisseur, un ordinateur va dériver la topographie de la région photographiée par Global Surveyor en se basant sur l'illumination (technique de photoclinométrie). Les reliefs, les dépressions et les endroits plats sont ainsi déterminés. Le résultat obtenu est ensuite superposé avec une carte topographique du site d'atterrissage de Pathfinder construite d'après les mesures de parallaxe effectuées par la caméra de l'atterrisseur. En faisant correspondre les reliefs de l'image de Global Surveyor avec ceux de la carte topographique de Pathfinder, la position de l'atterrisseur est définie avec précision. Et la petite bosse que l'on avait pris pour Pathfinder n'est en fait qu'un vulgaire rocher. 

Mais l'histoire est quand même intéressante, car le vulgaire rocher en question a peut être été identifié ! Il s'agirait du rocher Couch, qui apparaît parfaitement sur les images prises par la caméra de Pathfinder. Couch signifie divan en anglais, et le rocher a effectivement la forme d'un canapé (il est visible sur l'image D, au niveau de la ligne d'horizon). Rappelons que les scientifiques de la mission Pathfinder n'ont pas hésité à affubler les différentes roches du site d'atterrissage avec des noms souvent comiques pour pouvoir les identifier avec plus de facilité.

Contrairement à ce que pourrait laisser croire cette note humoristique, le résultat du test de Pathfinder n'est guère réjouissant. L'atterrisseur n'est pas visible sur les images pourtant incroyablement précises de Mars Global Surveyor (image E). Le parachute ou le bouclier thermique n'ont pas non plus été identifiés. Si le bouclier thermique repose sur le côté, il est quasiment impossible de pouvoir l'apercevoir depuis l'orbite martienne. Le parachute aurait du être visible, mais il suffit qu'il soit recouvert de poussière ou roulé en boule pour que l'on ne puisse pas le distinguer de la surface martienne.

Ainsi, à une résolution aussi élevée que 1,5 mètres par pixel, il est extrêmement difficile de distinguer un objet aussi petit qu'un atterrisseur, même en connaissant avec une grande précision sa position. La recherche de Mars Polar Lander, dont la localisation est inconnue, est donc une mission pratiquement impossible. A moins d'avoir une chance phénoménale, aucun signe de l'atterrisseur ne sera jamais visible sur les images de Mars Global Surveyor.

Ellipse MPL A
Malin Space Science Systems/NASA

Couverture photographique du site d'atterrissage de MPL B
Malin Space Science Systems/NASA

Site d'atterrissage de Pathfinder C
Malin Space Science Systems/NASA

Le rocher Couch D
NASA/JPL

Site d'atterrissage de Pathfinder E
Malin Space Science Systems/NASA


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