Statut de Mars Polar Lander

Résumé des épisodes précédents

 Mars Polar Lander


Le Lancement

La sonde Mars Polar Lander a décollé avec succès dès le premier jour de sa fenêtre de lancement, depuis le pas de tir 17B de Cap Canaveral, le 3 janvier 1999 à 21:21 (heure française). Le décollage a eu lieu sous un ciel couvert par d'épais nuages. Quelques jours avant le lancement, les conditions météorologiques représentaient un souci plutôt sérieux. Il y avait en effet 70 % de chance que le lancement soit reporté. Mais la situation s'est finalement améliorée, rendant le départ de Mars Polar Lander possible.

66 secondes après le décollage, les quatre boosters latéraux à poudre ont été éjectés. L'arrêt du moteur du premier étage a eu lieu quatre minutes et 24 secondes plus tard. 8 secondes après, le premier étage se séparait du deuxième étage. Puis c'est allumage du moteur du deuxième étage, suivi par l'éjection de la coiffe. Le moteur du deuxième étage a fonctionné pendant 6 minutes et 44 secondes, plaçant la sonde sur une orbite basse à 191 km au dessus de la surface terrestre. Le moteur du troisième étage a quant à lui permis à la sonde de s'affranchir de la gravité terrestre en fonctionnant pendant 88 secondes. Peu après, Mars Polar Lander s'est séparée du troisième étage et les panneaux solaires de l'étage de croisière se sont déployés, avant d'être pointés vers le Soleil. A 22:19 (heure française), l'antenne de 34 mètres de diamètre du Deep Space Network située à Canberra (Australie) a acquis le signal radio de la sonde.

Le lancement en images

Lancement de Mars Polar Lander

Le lanceur utilisé, une fusée Delta II 7425, est identique à celui qui a propulsé la sonde Mars Climate Orbiter (image Nasa TV).

Lancement de Mars Polar Lander

3 janvier 1999, 21:21. Enveloppée par les gaz qui s'échappent de ses tuyères, la fusée Delta II va décoller ...

Lancement de Mars Polar Lander

... emportant avec elle la sonde Mars Polar Lander et ses deux petits pénétrateurs pour un voyage de 11 mois vers Mars la rouge (image Nasa TV).

Lancement de Mars Polar Lander

Vue de la caméra embarquée, montrant le premier étage et deux des quatre boosters latéraux (image Nasa TV). Notez l'importante couverture nuageuse derrière la fusée.

Lancement de Mars Polar Lander

Quelques soixante secondes après le décollage, les boosters latéraux sont largués et seul le moteur du premier étage continue de cracher des flammes (image Nasa TV).

 Lancement de Mars Polar Lander

Le moteur du premier étage s'est éteint, et celui du deuxième étage s'apprête à prendre la relève (image Nasa TV).

Chronologie des évènements pendant le lancement

Événements Temps
Décollage T + 0 s
Extinction des accélérateurs latéraux T + 63,1 s
Ejection des accélérateurs latéraux T + 66 s pour les deux premiers, T + 67 s pour les deux autres
Extinction du moteur principal du premier étage T + 4 min et  24 s
Allumage du moteur du deuxième étage T + 4 min et  37,5 s
Ejection de la coiffe T + 4 min et  42 s
Extinction du moteur du deuxième étage T + 11 min et 17,5 s Altitude de la sonde : 191 kilomètres.
Deuxième allumage du moteur du deuxième étage T + 34 min et 11,9 s
Extinction définitive du moteur du deuxième étage T + 34 min et 30,3 s
Séparation du troisième étage T + 39 min et 56,2 s
Allumage du moteur du troisième étage T + 40 min et 33,2 s La sonde quitte l'orbite terrestre.
Extinction du moteur du troisième étage T + 42 min et 1s
Séparation de la sonde T + 46 min et 48,2 s
Ouverture des panneaux solaires de l'étage de croisière T + 50 min.

Les caméras stellaires deviennent aveugles !

Après un lancement parfait et la séparation du troisième étage, Mars Polar Lander a connu un léger problème. Celui ci s'est produit alors que la sonde exécutait une séquence pour obtenir des informations sur son attitude, de manière à basculer dans une position permettant les communications avec la Terre via les antennes du Deep Space Network (DSN). Après plusieurs essais infructueux, il a fallu se rendre à l'évidence. Les senseurs stellaires primaire et secondaire de Mars Polar Lander n'arrivaient pas à renseigner la sonde sur son attitude (les senseurs stellaires sont en fait des petites caméras qui photographient des portions du ciel étoilé, ce qui permet à la sonde de se repérer avec précision dans l'espace). Un plan d'urgence a alors été déclenché.

10 heures après le lancement, les équipes au sol ont réussi à positionner la sonde dans une position permettant les communications, mais avec un signal radio très faible. Le statut de la sonde était excellent, à l'exception des caméras stellaires. La sonde a ensuite reçu l'ordre de se placer dans une nouvelle orientation qui a permis une amélioration substantielle des communications radios. Comme cette orientation ne risquait pas de violer les contraintes énergétique et thermique du vaisseau, Mars Polar Lander est restée dans cette position. Des images obtenues par les senseurs stellaires ainsi que des données de télémétries ont été transmises à la Terre pour analyse. Le système de tolérance de panne a également été reparamétré pour tenir compte de la nouvelle position.

Après dépouillement des données, il s'est avéré que les senseurs stellaires de Mars Polar Lander n'étaient pas capables d'identifier correctement des groupements d'étoiles dans leur champ de vision, suite à la réflexion de lumières parasites sur les surfaces situées à proximité des senseurs. Depuis le sol, la sonde a été réorientée dans une position telle que les surfaces proches du champ de vision des petites caméras se retrouvent plongées dans l'ombre, éliminant ainsi les réflexions parasites. Certains paramètres du système de tolérance de panne ont été de nouveau modifiés. Après ces opérations, Mars Polar Lander s'est réorientée d'elle même dans une orientation correcte, très proche de l'orientation initialement prévue après le lancement. La caméra stellaire assure de nouveau ses fonctions en étant capable d'identifier des champs stellaires, ce qui lui permet de déterminer l'attitude de la sonde.

Première manœuvre de correction de trajectoire (TCM 1)

Le 21 janvier à 12h30 UTC, la première manœuvre de correction de trajectoire a eu lieu avec succès. La manœuvre, qui a duré 3 minutes et a nécessité l'allumage de quatre des huit fusées d'appoint, a corrigé la trajectoire initiale de la sonde. Celle ci avait été en effet conçue pour empêcher que le troisième étage, qui suivait la sonde dans sa course, n'entre en collision avec Mars (mesure de protection planétaire). Des petites erreurs accumulées lors de l'injection ont aussi été éliminées. La manœuvre a modifié la vitesse de la sonde de 16 m/s.

Deuxième manœuvre de correction de trajectoire (TCM 2)

La deuxième manœuvre de correction de trajectoire a eu lieu avec succès le 15 mars 1999. Quatre fusées d'appoints ont été allumées pendant 10 secondes et la vitesse a varié de 0,89 m/s.

Tests des principaux instruments

Des tests impliquant cinq des instruments scientifiques de la sonde (caméra de descente MARDI, caméra de surface SSI, bras robotique RAC, station météorologique MET et TEGA) ont été effectués avec succès au début du mois d'avril 1999. Ils faisaient partie de la première vérification générale des instruments scientifiques. Les instruments ont également été calibrés.

Problème logiciel

Les ingénieurs, en travaillant sur une anomalie qui s'était produite pendant le test pré-vol d'un système impliqué dans la phase d'atterrissage, ont découvert un comportement anormal d'un logiciel. Celui ci pourrait poser problème lorsque les ordinateurs doivent effectuer des taches qui manipulent des données de manière intensive. Une manifestation de ce comportement avait déjà eu lieu pendant la première vérification des instruments scientifiques, le 7 avril. Les équipes au sol travaillent sur ce problème et tentent de déterminer son étendue pour les deux compagnes de Mars Polar Lander, Mars Climate Orbiter et Stardust. Les trois sondes partagent effectivement les mêmes logiciels, pour des questions de standardisation.

Rendre la vue aux caméras stellaires

Mars Polar Lander emploie actuellement une nouvelle stratégie de contrôle d'attitude qui lui permet d'éviter l'éblouissement de ses caméras stellaires. Au sol, les équipes se préparent activement pour l'atterrissage et effectuent des tests intensifs en utilisant un simulateur. Un premier test simulant les deux premiers jours après l'atterrissage (sol 0 et sol 1) s'est déroulé avec succès. Une tentative de communication UHF entre le simulateur de Mars Climate Orbiter et celui de Mars Polar Lander s'est aussi passé comme prévu.

Validation des procédures pour la phase d'entrée, de descente et d'atterrissage

La séquence principale de commande qui va contrôler le vaisseau pendant la phase critique d'entrée, de descente et d'atterrissage (EDL, Entry Descent Landing) a été testée avec le simulateur de Mars Polar Lander le 21 et 22 juin. Le test s'est globalement déroulé avec succès, mais quelques petits problèmes ont cependant été identifiés. Ils seront rapidement corrigés, et le premier test opérationnel aura lieu avec la nouvelle séquence entre le 28 et le 30 juin.

Le premier test opérationnel de la phase critique d'entrée, de descente et d'atterrissage (EDL, Entry Descent Landing) a été effectué avec succès sur le simulateur de Mars Polar Lander. La simulation de l'atterrissage a duré en tout 29 heures (du mardi 29 juin au mercredi 30 juin). Les ingénieurs ont suivi minute par minute la progression de la sonde alors qu'elle approchait de Mars, tout en envoyant à celle ci des instructions planifiées. La simulation s'est prolongée 45 minutes après l'atterrissage, pour vérifier le suivi radio de la sonde ainsi que le bon fonctionnement des routines de vérification de l'atterrisseur. Un deuxième test a eu lieu entre le 12 et le 15 juillet. Il a pris en compte non seulement Mars Polar Lander, mais aussi Mars Climate Orbiter, les deux pénétrateurs Deep Space 2 ainsi que l'activité de Mars Global Surveyor pour les premiers jours qui suivront l'arrivée au sol de Mars Polar Lander. Une fois que le site d'atterrissage définitif sur Mars aura été choisi, l'heure précise de l'atterrissage sera connue et les séquences de tests seront mises à jour avec le timing correct.

Choix du site d'atterrissage

Le 8 juillet, une équipe de scientifiques s'était déjà réunie et avait retenu 6 sites d'atterrissage potentiels. Le 4 août 1999, l'atelier de certification du site d'atterrissage a eu lieu comme prévu. Le comité de cet atelier, constitué d'un panel d'expert venant de différents domaines scientifiques et d'ingénieurs, a approuvé à l'unanimité la zone ciblée pour l'atterrissage. Cette recommandation sur le site d'atterrissage ainsi que le plan de vol prévu doivent maintenant être présentés à la NASA pour approbation.

Troisième manœuvre de correction de trajectoire (TCM 3)

La troisième manœuvre de correction de trajectoire a eu lieu avec succès le 1er septembre 1999. La manœuvre n'a duré en tout que 30 secondes et les quatre fusées d'appoints ont augmenté la vitesse de la sonde de 2,3 m/s. Grâce à cette manœuvre propulsive, l'heure de l'atterrissage est légèrement avancée et la sonde touchera la surface de la planète rouge avec une bonne heure d'avance sur son programme (21:00:26 heure de Paris si mes calculs de conversion horaire sont corrects !). Non contente d'être partie à l'heure, de parcourir des centaines de millions de kilomètres et d'atteindre la surface d'une autre planète, la sonde a en plus le toupet d'arriver avec de l'avance ! Pensez donc un peu à ça lorsque vous emprunterez un train à la SNCF ! :-)

Le 9 octobre, le système de tolérance de panne s'est activé et a placé la sonde dans un mode de contingence, après une interaction non conforme entre le système de contrôle d'attitude et les commandes que la sonde utilisait pour ses opérations courantes. L'incident n'a cependant pas eu de conséquences et Mars Polar Lander a quitté le mode de contingence un peu plus tard dans la journée.

La rumeur concernant le bouclier thermique

Depuis quelques temps et surtout depuis la destruction de Mars Climate Orbiter, une rumeur concernant Mars Polar Lander s'est faite de plus en plus insistante. L'atterrisseur pourrait connaître un problème sérieux avec son bouclier thermique. Pendant les inspections finales qui ont précédé le lancement, un trou pratiquement invisible de la taille d'une tête d'épingle a été détecté au niveau du bouclier thermique. Au moment de la découverte, personne ne s'est réellement inquiété, mais après le lancement, certains individus ont suggéré de s'assurer que le bouclier thermique allait bien fonctionner comme prévu malgré cette imperfection structurale. Bien entendu, après le crash désastreux du satellite météorologique qui devait accompagner Mars Polar Lander, cet élément est revenu sur le tapis et certains personnes ont commencé à s'agiter dans tous les sens. La semaine dernière, une série de tests simulant les conditions d'échauffement que le bouclier thermique aura à supporter pendant la traversée de l'atmosphère martienne a donc été effectuée. Les tests ont montré que le trou d'épingle du bouclier thermique ne devrait en aucune façon l'empêcher de jouer son rôle.

Deuxième report consécutif de la quatrième manœuvre de correction de trajectoire (TCM 4)

Les navigateurs de Mars Polar Lander ont décidé de repousser pour la deuxième fois consécutive la quatrième manœuvre de correction de trajectoire qui doit conduire la sonde droit vers son site d'atterrissage, situé à proximité du pôle sud. Cette manœuvre de correction de trajectoire, initialement programmée pour le 7 octobre, avait déjà été retardée jusqu'au 20 octobre, pour permettre aux ingénieurs de reprogrammer la sonde et de prendre ainsi en compte la perte de Mars Climate Orbiter comme moyen principal de communication. Le premier report de 13 jours avait également permis de s'assurer que Mars Polar Lander elle-même n'allait pas devenir une autre victime de l'erreur stupide qui a causé la disparition brutale de Mars Climate Orbiter le 23 septembre dernier, lors de sa mise en orbite. 

La manœuvre de correction de trajectoire est désormais programmée pour le 30 octobre. Il reste six semaines à la sonde avant la fin du voyage et les navigateurs disposent donc encore d'une certaine période pour programmer la ou les manœuvres restantes. De plus, les comités d'investigation qui se penchent sur les véritables causes de la perte de Mars Climate Orbiter émettent des recommandations qui sont immédiatement applicables sur Mars Polar Lander. Et les ingénieurs veulent profiter au maximum des leçons données par la perte de Mars Climate Orbiter avant la date fatidique ou la trajectoire de l'atterrisseur devra être infléchie. Il faut dire que les navigateurs ne veulent plus courir le moindre risque. Avec ce qu'il s'est passé pour Mars Climate Orbiter, le monde entier a les yeux rivés sur l'équipe du Jet Propulsion Laboratory responsable de Mars Polar Lander.

Quatrième manœuvre de correction de trajectoire effectuée (TCM 4)

Après deux reports consécutifs, la quatrième manœuvre de correction de trajectoire de Mars Polar Lander a finalement eu lieu le 30 octobre 1999 à 17:28 UTC . Les reports avaient permis aux contrôleurs de s'assurer que la sonde n'était pas affectée du même problème qui a causé la perte tragique de Mars Climate Orbiter le 23 septembre dernier. Les petits moteurs d'attitude ont fonctionné pendant 12 secondes, ce qui a altéré la vitesse de la sonde de 0,6 mètres par seconde. Tout s'est apparemment déroulé comme prévu. Les données préliminaires obtenues après la manœuvre ont été analysées par les navigateurs et la trajectoire de la sonde serait optimale. Cette manœuvre était destinée à affiner la trajectoire de la sonde pour la faire pointer vers le site d'atterrissage, situé à proximité du pôle sud martien.

Les dernières images du site d'atterrissage principal choisi pour Mars Polar Lander avait fait naître une certaine confusion chez les scientifiques. La région était apparemment plus accidentée et dangereuse que prévu et l'abandon du site principal en faveur du site de secours a commencé à être envisagé avec sérieux. Le choix devait être fait rapidement, car la date de l'exécution de la manœuvre de correction de trajectoire ne pouvait pas être repoussée indéfiniment.

Le site d'atterrissage principal est finalement retenu

Les scientifiques ont finalement décidé de s'en tenir à leur premier choix et de faire atterrir Mars Polar Lander sur le site d'atterrissage principal, en dépit des dangers que va malheureusement encourir la sonde. Le site de secours possédait la surface la plus monotone et la plus lisse de toute la région sélectionnée pour l'atterrissage, sans que les dangers soient cependant absents. Etant donné la précision relative de l'atterrissage (qui doit avoir lieu sur une zone de 200 kilomètres de long et de 20 kilomètres de large) et le caractère inconnu des terrains sur lesquels l'engin doit se poser, aucun des sites ne présentait un avantage décisif sur l'autre. Quitte de toute façon à affronter les aléas d'un atterrissage sur une surface accidentée et inconnue, autant choisir le site le plus intéressant du point de vue géologique. C'est pourquoi le site d'atterrissage principal a été conservé.

Mars Polar Lander ne risque pas de glisser sur de la glace !

Les données les plus récentes fournies par le spectromètre d'émission thermique (TES) de Mars Global Surveyor montre que le retrait de la calotte polaire sud est en bonne fois et que le site d'atterrissage de Mars Polar Lander devrait être complètement dégelé dans quelques jours. La bordure de la calotte polaire se trouve actuellement entre 65° et 75° de latitude sud, alors que le site d'atterrissage est à 76° de latitude sud. Lorsque cette bordure sera située à moins de 60 km du site d'atterrissage, la surface de celui ci sera complètement débarrassé de sa couverture de glace de CO2 (glace sèche). Cela devrait se produire aux alentours du  7 novembre.

En présence de glace sèche, la température ne peut pas dépasser les -128°C. Mais lorsqu'elle aura complètement disparue, les températures pourront recommencer à grimper, sans compter que le soleil sera chaque jour un peu plus haut dans le ciel. Le bulletin météorologique prévoit des températures assez clémentes le jour de l'arrivée de Mars Polar Lander. Sur le site d'atterrissage à midi il devrait faire entre -19° C et -11°C. D'une manière générale, les conditions météorologiques de la région polaire sud sont dans les normes martiennes et correspondent à celles observées il y a deux ans (1997) par le TES de Mars Global Surveyor (une année martienne vaut deux années terrestres) et il y a 22 ans (1977) par le radiomètre infrarouge IRTM des orbiteurs Viking.

Températures de la région polaire sud (TES)

Ce diagramme, généré grâce aux données obtenues entre le 29 et le 31 octobre (Ls = 234) par le bolomètre du spectromètre d'émission thermique de Mars Global Surveyor, montre la température moyenne de la région polaire sud. Chaque cercle représente 10 ° de latitude. La région choisie pour l'atterrissage de Mars Polar Lander correspond au rectangle incurvé vert et le site d'atterrissage proprement dit est marqué par une croix verte. Les températures sont indiquées en degrés Celsius, le violet correspondant à -120°C, le rouge à 0° C. La bordure de la calotte polaire sud résiduelle (délimitée sur le schéma par le passage du bleu au vert) se situe actuellement entre 65° et 75° de latitude sud. Le site d'atterrissage est localisé quant à lui à 76° de latitude sud. Pour l'instant il est donc encore partiellement gelé (des zones couvertes de glace sèche alternent avec des terrains dégelés), mais la glace sèche devrait avoir complètement disparu pour le 7 novembre 1999, date à laquelle les températures vont commencer à augmenter sensiblement. Mars Polar Lander ne risque donc pas de se casser une patte sur la glace ! (Crédit photo : droits réservés).

Albédo de la région polaire sud (TES)

Cette vue en fausse couleurs de la région polaire sud montre les variations d'albédo. L'albédo est une valeur qui permet de connaître le pouvoir réfléchissant d'une surface. Une zone couverte de neige ou de glace réfléchit fortement la lumière du soleil et possède alors un albédo assez élevé. Au contraire, une surface sombre (comme un tas de charbon par exemple) absorbe presque toute la lumière et son albédo est alors très faible. On peut remarquer deux régions particulièrement intéressantes sur l'image. La glace sèche (dioxyde de carbone solide) qui recouvre encore certaines régions polaires est généralement blanche et brillante et elle réfléchit habituellement assez bien la lumière du soleil (zones verte et orange, albédo de 0,40 à 0,50). Mais il y a une exception (la tache bleutée en bas à droite du centre de l'image) ou la glace semble beaucoup plus sombre, sans que l'on sache vraiment pourquoi. On appelle cette région la "crypte". Le diagramme permet également d'apercevoir une région connue depuis bien longtemps par les observateurs de la planète Mars, les montagnes de Mitchel. Certains astronomes avaient noté que lors du retrait de la calotte polaire sud, une région finissait toujours pas de détacher de la masse de glace et restait plus longtemps gelée que les autres. On avait alors pensé qu'il s'agissait d'une chaîne de montagnes, ce qui expliquait que la neige et la glace pouvaient y persister plus longtemps que sur les terrains avoisinants. Les montagnes de Mitchel sont visibles en haut à droite sous la forme d'une tache possédant un albédo important (zone rouge). On sait maintenant qu'il n'y a pas réellement de montagnes à cet endroit, mais une particularité encore inexpliquée des terrains qui permet à la glace de résister plus longtemps à l'impitoyable réchauffement (Crédit photo : droits réservés).

Test du radar

Parmi les bonnes nouvelles, le radar altimétrique qui va contrôler la phase finale de descente a été activé pour être testé. Il se porte apparemment à merveille. Ce radar ne sera plus utilisé avant l'atterrissage. Il sera réactivé juste après l'abandon du bouclier thermique qui suit le déploiement du parachute et commencera alors à rechercher la surface (cliquez ici si vous voulez plus de détails sur le déroulement de l'atterrissage). Une fois le sol martien localisé, le radar va générer des données pendant environ 60 secondes (vitesse et altitude) qui seront transmises au système de guidage qui va contrôler la descente.

Labrot © 1997-2017. Dernière mise à jour : 23 novembre 1999. Des commentaires, corrections ou remarques ? N'hésitez pas, écrivez moi! index