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Mars Polar Lander

 Mars Polar Lander


Bras de fer entre la NASA et Lockheed Martin

Il fallait s'y attendre. Le crêpage de chignons entre Lockheed Martin, le constructeur de la sonde Mars Polar Lander, et la NASA a commencé. Une source anonyme appartenant à la société a rompu avec le silence et s'est fendu d'une révélation fracassante auprès du journal américain Denver Post. Selon cette source, la cause de la perte de Mars Polar Lander ne fait aucun doute. Le malheureux atterrisseur, après une phase de descente parfaite, s'est tout simplement cassé la figure dans un canyon martien qui a eu le bon goût de se trouver en plein milieu du site d'atterrissage. La présence de cette fissure meurtrière de 1,6 km de profondeur et de 9,3 km de long n'était apparemment pas connue des membres de Lockheed Martin. Ceux ci l'ont découvert avec stupeur deux semaines après l'atterrissage manqué, après avoir positionné le site d'atterrissage sur une carte topographique réalisée grâce aux données de l'altimètre laser (MOLA) de Mars Global Surveyor.

Les coordonnées du site d'atterrissage de Mars Polar Lander sont connues avec une bonne précision (76,13° de latitude sud et 164,66° de longitude est). Le calcul a été effectué par le Jet Propulsion Laboratory (JPL) en tenant compte des dernières indications sur le point d'entrée de la sonde dans l'atmosphère martienne et du chemin qu'elle a du suivre ensuite jusqu'à la surface. Il intègre des facteurs aussi variés que la vitesse des vents ou la densité de l'air. Malgré tout, ces coordonnées restent une estimation et il est impossible aujourd'hui de situer avec certitude sur une carte l'endroit ou Mars Polar Lander a peut être posé ses pieds. Pour l'instant, la technologie mise en oeuvre dans les missions martiennes ne nous permet pas d'effectuer des atterrissages au mètre près (ce point constitue justement un beau challenge pour les années à venir). Le seul moyen d'être fixé serait d'apercevoir la sonde sur les images de Mars Global Surveyor.

Selon Lockheed, les pentes du canyon auraient été fatales à l'atterrisseur polaire. Celui ci avait été conçu pour se poser sur des pentes dont l'inclinaison devait être inférieure à 10°. Or la cicatrice qui défigure le site d'atterrissage posséderait des pentes allant jusqu'à 20 ° d'inclinaison. Impossible dans ces conditions d'atterrir correctement. Mars Polar Lander aurait juste eu le temps de poser l'un de ses pieds sur la surface martienne avant de commencer à dévaler la pente pour terminer sa course en mille morceaux au fond du canyon. Et pour couronner le tout, la dernière manœuvre de correction de trajectoire (TCM), qui a été exécutée quelques heures avant l'atterrissage en vue d'éviter un cratère d'impact qui se trouvait à la limite nord du site d'atterrissage, a apparemment rapproché un peu plus la sonde du canyon ! 

De leur côté, les scientifiques du Jet Propulsion Laboratory reconnaissent qu'ils étaient bien au courant de l'existence de ce canyon, mais ce dernier ne présentait pas pour eux une menace réelle. Ils estiment (avec raison) que les conclusions de la source anonyme de Lockheed Martin sont prématurées. Le soi-disant canyon ne serait rien d'autre qu'une dépression aux pentes assez douces. Le terme de canyon lui-même est trompeur. Il fait aussitôt penser à une gorge aux parois verticales et au fond plat, comme celle du Grand Canyon au Colorado, alors qu'il faudrait plutôt parler ici de vallée. L'élévation verticale n'est que de quelques centaines de mètres pour une distance de plusieurs kilomètres. Ainsi, vue depuis le sol, la pente serait à peine décelable. Si la sonde a bel et bien atterri dans le fond du bassin, les reliefs ne sont même pas suffisamment importants pour bloquer les communications radios.

Il est vrai que lorsque l'on jette un coup d'œil sur la carte topographique du site d'atterrissage, on a l'impression de voir un gouffre aux parois abruptes plutôt qu'une vallée aux pentes douces. Mais, pour souligner intentionnellement les reliefs et faciliter leurs études, les cartes altimétriques produites par l'altimètre laser de Mars Global Surveyor présentent souvent une forte exagération verticale. Les hauteurs peuvent être multipliées par un facteur 10 ou 20, et quiconque n'est pas au courant peut aisément prendre la moindre dépression pour un puits sans fond. Certaines personnes de chez Lockheed Martin ont peut être commencé à s'exciter sur la carte topographique sans prendre le temps de lire la légende !

D'autre part, le canyon ne représente même pas la moitié de la surface du site d'atterrissage, et rien ne dit que la sonde s'y est obligatoirement précipitée. Les endroits pentus véritablement dangereux pour Mars Polar Lander ne couvrent qu'une petite partie, 5 à 10 % seulement, de la région choisie pour l'atterrissage (notons cependant que les rafales de vent soufflant sur une pente peuvent aggraver la situation). Le reste du site d'atterrissage est relativement plat et accueillant et ces terrains constituent peut être même l'une des zones les plus sûres de tout le secteur polaire austral.

  Carte topographique du site d'atterrissage de MPL

Carte topographique de la région polaire sud, incluant le site d'atterrissage de la sonde Mars Polar Lander, et construite d'après les données altimétriques de l'altimètre laser de Global Surveyor. L'échelle de couleur à droite représente l'élévation en mètres par rapport au niveau zéro. L'atterrisseur s'est apparemment posé dans un bassin situé à 76,13 ° de latitude sud et 164,66 ° de longitude est. Les pentes du bassin sont très faibles, mais l'exagération verticale de la carte laisse facilement croire à une dépression très profonde aux pentes abruptes (Crédit photo : NASA/JPL).

 Carte topographique du site d'atterrissage de MPL

Carte en courbes de niveau du site d'atterrissage de Mars Polar Lander. Si tout s'est déroulé correctement pendant la phase de descente, la sonde a du se poser dans une région située juste au-dessus de la zone noire centrale. Les courbes de niveau indiquent la valeur de la pente. La courbe à gauche indique une altitude de 2000 mètres, et celle de droite une altitude de 2400 mètres. L'élévation peut sembler importante (400 mètres), mais il ne faut pas oublier que les deux courbes de niveau sont séparées l'une de l'autre par plusieurs kilomètres. La pente est donc très faible et la région n'est pas plus dangereuse qu'une autre (Crédit photo : NASA/JPL).

La thèse du canyon arrange fortement Lockheed Martin. En montrant du doigt la nature accidentée du site d'atterrissage et en le propulsant cause première de la perte de Mars Polar Lander, certains individus peu scrupuleux à l'intérieur de la société géante espèrent peut être détourner l'attention d'une autre cause probable du crash de l'atterrisseur : le design. Comme nous l'avons vu précédemment (voir les soucis de Mars Polar Lander), l'atterrisseur lui-même n'est pas au-dessus de tout soupçon. Des problèmes potentiels, qui pouvaient tous conduire à une catastrophe lors de l'atterrissage, ont été mentionnés. On peut citer l'étage de croisière, qui ne s'est peut être pas séparé de l'atterrisseur, ou encore les rétrofusées qui ne se sont peut être pas allumés. La thèse du canyon n'explique pas non plus la disparition simultanée des deux petits pénétrateurs Deep Space 2 (qui devaient se détacher de la sonde avant l'entrée atmosphérique), contrairement à un incident avec l'étage de croisière. Lockheed Martin procède actuellement à l'assemblage d'une autre sonde martienne pratiquement identique du point de vue structure à Mars Polar Lander : l'atterrisseur de la mission Mars Surveyor 2001. La société a donc tout intérêt à innocenter le design de la sonde pour pouvoir continuer à travailler sur cet atterrisseur. Je doute que l'on sache vraiment un jour ce qui a frappé Mars Polar Lander. Et comme dans le doute, on doit s'abstenir, la réaction la plus saine serait de retarder ou d'annuler l'atterrisseur programmé pour 2001, même si celui ci est déjà à moitié achevé. Le site d'atterrissage est peut être un coupable idéal, mais je ne vois pas ce que Lockheed Martin pourrait bien gagner en l'accusant sans preuve, à part une autre catastrophe dans deux ans...

Commission d'enquête

Deux commissions d'enquêtes ont été constituées autour de la perte de Mars Polar Lander. La première, interne au JPL, aura la lourde tache de déterminer les causes de l'échec de l'atterrisseur polaire et de deux petits pénétrateurs Deep Space 2. Elle n'aura pas grand chose à sa disposition, car l'atterrissage s'est déroulé en aveugle et les ingénieurs ne disposent d'aucune données télémétriques. La recherche de la sonde à la surface de Mars à l'aide de la caméra de Mars Global Surveyor n'ayant pour l'instant rien donné, cette commission sera sans doute condamnée à compiler la liste de toutes les causes possibles d'échec, sans pouvoir en désigner une comme cause principale. Le rapport risque donc d'être identique à celui délivré pour la disparition de Mars Observer en 1993.

La deuxième commission (MPIAT, Mars Program Independent Assessment Team), mandatée par la NASA, a un travail plus large, puisqu'elle va se pencher non seulement sur les deux dernières missions martiennes envoyées par l'agence américaine, Mars Climate Orbiter et Mars Polar Lander, mais aussi sur des missions plus anciennes du programme Mars Surveyor (comme Mars Pathfinder et Mars Global Surveyor) et enfin sur les deux premières missions du programme New Millennium (Deep Space 1 et Deep Space 2). Cette commission devra analyser en profondeur ces différents échecs ou succès pour en tirer tous les enseignements possibles. Un certain nombre de points seront passés à la loupe : budget, objectifs et organisation scientifique, calendrier, management. 

Les 17 membres de la commission MPIAT viennent d'horizons divers (industrie, université, gouvernement). Dirigée par A. Thomas Young, on y trouve en particulier deux experts reconnus de la planète rouge (Michael Carr et Larry Soderblom) et une ancienne astronaute (Kathy Thornton). Certaines critiques ont été émises sur la composition de l'équipe. Quelques personnes ont effectivement entretenus des liens plus ou moins étroit avec Lockheed Martin, le constructeur des deux dernières sondes qui se sont crashées sur Mars, et on peut se laisser aller à douter de leur impartialité (A. Thomas Young était par exemple l'un des vice-présidents de Lockheed Martin en 1995). La commission a deux mois pour rendre son travail, qui sera présenté au milieu du mois de mars à l'administrateur de la NASA, Dan Goldin. Le rapport inclura les résultats de la commission d'enquête interne du JPL. Les recommandations qu'il contiendra pourraient bien affecter d'une manière non négligeable le programme d'exploration martien américain.

Mars Global Surveyor joue les Sherlock Holmes

Après avoir utilisé son relais radio pour tenter de communiquer avec Mars Polar Lander et les deux petits pénétrateurs Deep Space 2, Mars Global Surveyor a ajouté une nouvelle corde à son arc en enquêtant sur la disparition de l'atterrisseur polaire. Tout contact a été perdu avec Mars Polar Lander 15 minutes avant son atterrissage à proximité du pôle sud martien, à 76,3° de latitude sud et 195° de longitude ouest, le 3 décembre 1999. Sans données télémétriques pendant la phase de descente, d'entrée et d'atterrissage (EDL), il est pratiquement impossible de savoir ce qui a frappé l'atterrisseur dans sa course vers le sol martien. Mars Global Surveyor reste le seul moyen à la disposition de la NASA pour obtenir des indices sur le déroulement de l'atterrissage et tirer ainsi une leçon du désastre.

Le 16 décembre 1999 à 14:38 heure française, la caméra MOC a commencé à enregistrer des images à haute résolution du site d'atterrissage probable de Mars Polar Lander pour essayer de retrouver la petite sonde martienne (ou plutôt ce qu'il en reste). Une parcelle de terrain de plusieurs km2 de côté a été délimitée avec précision en tenant compte des dernières mesures de température, de pression et de densité atmosphérique au moment de l'atterrissage. Les prises de vues de cette première campagne de recherche se sont poursuivies jusqu'au 24 décembre 1999. A ce moment là, la zone ou l'atterrisseur avait deux chances sur trois de se poser (l'ellipse d'incertitude "1 sigma") était complètement couverte, mais la recherche n'a rien donné. Il est possible que la NASA décide d'étendre la recherche à l'ellipse d'incertitude "3 sigma" qui représente la région ou la sonde avait 99 % de chance d'atterrir. Par contre, si un évènement imprévu a transformé l'atterrissage relativement doux en crash, la trajectoire finale de Mars Polar Lander a du être sensiblement modifiée, avec pour conséquence un impact à une distance relativement importante du site d'atterrissage programmé. Si les recherches ne donnent aucun résultat sur l'ellipse "3 sigma", l'œil électronique de Mars Global Surveyor sera peut être amené à se décaler pour photographier une région située 30 km plus au sud. Il s'agira cette fois ci d'identifier le cratère d'impact que Mars Polar Lander n'aura pas manqué de laisser à la surface de Mars. 

Même avec une résolution de 1,5 mètres par pixel, la caméra de Mars Global Surveyor n'est peut être pas assez puissante pour apercevoir l'atterrisseur lui-même. Celui ci est tellement petit qu'il n'occuperait dans le meilleur des cas qu'un seul pixel sur les images. Malgré tout, il existe une chance infime de le localiser, et les spécialistes vont se faire la main en essayant de repérer sur les images de Mars Global Surveyor la sonde Pathfinder, qui n'est pas plus grande que Mars Polar Lander, mais dont la position est connue avec précision. L'ombre au sol de Mars Polar Lander pourrait aussi être décelée sur les photographies.

Les deux images ci-dessous illustrent bien la difficulté de la tache de Mars Global Surveyor. Une maquette de la sonde Mars Polar Lander (image A) a été photographiée avec le même éclairage que celui qui règne actuellement au pôle sud martien, et ce avec différentes résolutions : de 1 centimètre/pixel en haut à gauche à 1,5 mètres/pixel en bas à droite. La meilleure résolution possible de la caméra qui équipe Mars Global Surveyor est justement de 1,5 mètres/pixel. A ce niveau, l'atterrisseur n'occupe au sein de l'image qu'un seul pixel grisâtre. L'image B est une partie de la première image collectée par Mars Global Surveyor en vue de localiser l'atterrisseur polaire. Elle date du 16 décembre 1999. A gauche, la surface martienne telle qu'elle apparaît avec une résolution de 1,5 mètres/pixel. A droite, la même surface grossie 10 fois :  les éléments individuels qui composent l'image (les pixels) sont visibles. Au moment de la prise de vue, c'était le début de l'après midi sur Mars (14:00). Comme le site d'atterrissage est situé très au sud, le soleil est bas sur l'horizon, et les conditions d'illumination ne sont pas optimales. Les images obtenues ne sont pas nettes, comme le prouve l'aspect granulé, bien visible ici (le bruit serait beaucoup moins important si les images étaient acquises avec une résolution inférieure et si le soleil était plus haut dans le ciel). C'est pourtant avec des images de ce type que l'on recherche désespérément une trace de Mars Polar Lander, sachant que celui ci n'occupe qu'un seul pixel, noyé parmi les centaines d'autres pixels similaires de la surface martienne. On se rend bien compte que sa localisation sur les images de Mars Global Surveyor est pratiquement impossible. Le bruit qui dégrade la qualité des clichés et les mauvaises conditions d'illumination n'arrangent rien et rendent la tache encore plus ardue. 

Recherche de Mars Polar Lander A

Recherche de Mars Polar Lander B

Les chances sont en fait bien plus grandes d'apercevoir le parachute (si celui ci ne s'est pas mis en boule ou s'il n'est pas recouvert par un linceul de poussière) ou le bouclier thermique. Ces deux objets devraient se trouver à moins de 1 kilomètre de l'atterrisseur. Le parachute et le bouclier thermique sont blancs, et ils devraient donc se détacher correctement du sol martien. Même si le bouclier thermique n'occupe qu'un pixel, celui ci sera beaucoup plus brillant que les pixels alentours, ce qui facilitera son repérage. Quant au parachute, s'il est complètement étalé sur le sol, il mesure 21 mètres de long. Sur les images, il devrait donc couvrir trois à quatre pixels, un avantage non négligeable pour son repérage. Si les équipes responsables de la recherche de Mars Polar Lander arrivent à mettre la main sur le parachute, la zone de recherche pourra être restreinte à quelques km2 de terrains. On saura également que la première partie de la séquence d'atterrissage s'est déroulée comme prévu et que l'atterrisseur s'est bien séparé de son étage de croisière. 

Il existe enfin d'autres possibilités pour retrouver Mars Polar Lander. Si son atterrissage s'est déroulé correctement, l'atterrisseur a du soulever une grande quantité de poussière, exposant le sol sous-jacent. Si le terrain n'a pas été balayé par la suite par des vents trop violents, les perturbations pourraient encore être visibles. Le site d'atterrissage aura alors prendre l'aspect d'un cercle noir (les zones ou la poussière a été soufflée par les rétrofusées) entourant un point blanc (l'atterrisseur proprement dit). Enfin, malgré la puissance de sa caméra, il sera malheureusement impossible à l'orbiteur de détecter la cicatrice correspondant à l'impact des deux pénétrateurs Deep Space 2, car ceux ci sont bien trop petits.

Des larmes pour Mars Polar Lander

Le 23 septembre dernier, ce jour maudit ou Mars Climate Orbiter s'est envolé en fumée, j'avais passé ma journée entière, penché sur mon clavier, à mettre à jour ce site. Un travail difficile, qui avait été pour moi l'occasion de me rendre compte d'une chose : Il n'y a rien de plus triste que de raconter la perte d'une sonde spatiale. Au lieu d'admirer des images inédites ou de s'ébahir devant les premiers résultats scientifiques, on ne récolte qu'un grand vide noir.

Lorsque Mars Polar Lander a plongé vers la surface martienne, j'étais au Jet Propulsion Laboratory, heureux comme un gamin. L'attente du signal, je l'ai vécu en direct. Tout comme la consternation des scientifiques devant le silence de leur sonde. Tout comme la salle de contrôle de mission qui se vidait petit à petit au fil des jours, pour finir désertée. Tout comme la contemplation chaque fois plus douloureuse de la magnifique maquette grandeur nature de l'atterrisseur qui trônait dans l'auditorium Von Karman, et qui ne cessait de nous rappeler ce que nous avions perdu.

J'ai ramené de là bas un grand nombre de choses, mais je n'ai pas vraiment le cœur de les coucher sur le papier. Je compte bien sûr mettre en place un chapitre complet relatant la perte de Mars Polar Lander, avec un récit détaillé des évènements et de nombreuses photographies, anecdotes et impressions prises sur le vif. Mais aujourd'hui, travailler la dessus me semble une sinistre perte de temps, car il a de nombreux autres sujets beaucoup moins tristes et plus passionnants à traiter.

Pour en savoir plus :

Go ! Chroniques martiennes : Un atterrissage et deux enterrements pour Mars Polar Lander
Go ! Chroniques martiennes : Sur Mars, personne ne vous entend hurler
Go ! Chroniques martiennes : Une minute de silence pour Mars Polar Lander.
Go ! Chroniques martiennes : Les soucis de Mars Polar Lander.
Go ! Chroniques martiennes : La sélection d'un site d'atterrissage, un choix difficile, un risque calculé.
Go ! Chroniques martiennes : Les conséquences de la perte de Mars Climate Orbiter.
Go ! Chroniques martiennes : Vivez l'atterrissage de Mars Polar Lander en direct depuis le Palais de la découverte et la Cité de l'espace.
Go ! Mars Polar Lander : Le site d'atterrissage.
Go ! Mars Polar Lander : Description complète de la mission et de la sonde.
Go ! Accès aux archives de la mission.

 
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