La nuit du Phoenix

Si l'on déroule la grande fresque de l'histoire de l'Humanité pour faire la synthèse, avec une vision lucide et objective, des activités humaines, force est de constater que le tableau ainsi dressé est bien sombre. Que ce soit au quotidien ou sur de grands laps de temps, l'homme y révèle immanquablement sa grande stupidité et son incommensurable médiocrité. Pourtant, sur ce fond grisâtre et désolant, il lui arrive parfois d'exprimer des qualités inattendues, qui aboutissent à des réalisations pacifiques pouvant dépasser, par leur ampleur, l'entendement. La conception d'une sonde d'exploration spatiale destinée à se poser à la surface d'un autre monde rentre dans cette catégorie.

La sonde Phoenix, dont l'atterrissage a eu lieu durant la nuit du 26 mai 2008, n'est pas la première à rejoindre le sol gelé de la planète rouge, et si l'on fait le bilan de toutes les sondes ayant jamais réussi à se poser sur Mars, Phoenix arrive en sixième position, après les deux Viking, Pathfinder et son petit robot Sojourner, et enfin les deux rovers Spirit et Opportunity. Pourtant, son arrivée sur le sol martien ne doit en aucun cas être banalisée, et ce qui s'est déroulé ce jour là sur la planète rouge relève bel et bien de l'exploit.

Pour parvenir à la surface de Mars, Phoenix a repris les systèmes développés au cours des années 1970 pour les sondes Viking, et d'une manière générale, sa conception repose en grande partie sur l'expérience acquise lors de la mise au point de ses illustres prédécesseurs. Il serait donc facile de croire que trente années après Viking, l'atterrissage de Phoenix n'est qu'une morne répétition d'une prouesse du passé. L'atterrissage sur Mars n'est pourtant pas, et ne sera pas avant longtemps, une science exacte. A cause de l'incroyable sophistication des engins qui sont envoyés là bas, la moindre erreur est fatale. Et malgré cette même sophistication, le hasard a malgré tout son rôle à jouer. Rien n'est donc jamais joué d'avance, et au vu des risques encourus, la seule solution consiste à mettre toutes les chances de son côté. Dans cette activité, si l'homme ne se donne pas toutes les conditions nécessaires au succès, il est presque certain d'échouer, comme le prouve le triste destin de l'atterrisseur Mars Polar Lander, dont l'ombre n'a jamais cessé de planer au dessus de Phoenix.

Au vu de la remarquable randonnée qu'effectuent toujours les deux rovers américains Spirit et Opportunity, on pourra aussi objecter que la nature statique de l'atterrisseur Phoenix (qui n'est pas conçu pour se déplacer, même si son bras robotique pourrait éventuellement lui permettre de se repositionner au besoin) lui confère un aspect vieillissant et désuet. Due au poids de l'histoire et à sa filiation étroite avec l'atterrisseur Mars Surveyor 2001 (lui-même copie conforme de Mars Polar Lander), l'immobilité de Phoenix est un fait qu'il n'est pas possible de négliger. Pourtant, Phoenix est bien partie pour accumuler des premières et ouvrir un nouveau chapitre du grand livre de l'exploration martienne.

Que l'on songe donc à ce que l'atterrissage nous a offert, par rapport à ce qui s'est produit pour Viking. Comme nous allons le voir en détail ci-dessous, les progrès en télécommunication sont tels que nous avons pu suivre avec précision la moindre étape de la descente de Phoenix vers son site d'atterrissage, avec en particulier un décompte de l'altitude durant la phase finale contrôlée par les rétrofusées. Grâce à des calculs d'une précision étourdissante, les ingénieurs de la NASA sont parvenus à orienter Mars Reconnaissance Orbiter de telle manière à ce que sa caméra haute résolution HiRISE puisse prendre en photo, à 760 km de là, Phoenix en train de se balancer sous son parachute dans l'atmosphère de Mars ! Plus tard, cette même caméra a renvoyé de superbes images montrant l'atterrisseur au sol, panneaux solaires déployés, et plus au sud le bouclier thermique et le parachute. Ces images permettent de replacer la sonde dans son contexte planétaire (et compensent ainsi la désactivation volontaire de la caméra MARDI), et plus encore que les images fournies par la caméra panoramique de l'atterrisseur, procurent une véritable sensation d'immersion. Toujours grâce à Mars Reconnaissance Orbiter, le site d'atterrissage a été parfaitement caractérisé, à tel point que de nombreux artistes et spécialistes du traitement d'image ont pu en peindre une vision très proche de la réalité (ainsi les fameux polygones qui zèbrent la surface n'étaient absolument pas une surprise).

Il faut également noter que comme Opportunity, le site d'atterrissage de Phoenix a été choisi sur la base de critères spectrométriques, et qu'il y a donc de grandes chances que l'atterrisseur mette à jour, à très faible profondeur, la glace d'eau détectée par Mars Odyssey. Enfin, est-il utile de rappeler que la grande aventure de Phoenix se joue pratiquement en temps réel grâce à Internet, et que des millions d'internautes ont pu assister en temps réel à l'arrivée de la sonde ? Que les images obtenues par cette dernière sont mises pratiquement immédiatement à l'entière disposition des curieux et des passionnés de géologie ou de conquête spatiale ? Qu'il est même désormais possible de les découvrir non plus uniquement sur l'écran d'un ordinateur de bureau, mais aussi sur celui de son téléphone portable ? Et que l'analyse de la glace que Phoenix devrait logiquement trouver sur Vastitas Borealis sera commentée avec force détail sur les sites de la NASA ?

Au fil des décennies, l'Homme s'est doté de moyens de plus en plus puissants pour vivre, presque comme s'il y était, l'arrivée d'une sonde sur Mars, et pour maximiser les chances qu'une fois posée saine et sauve à la surface de la planète rouge, cette dernière pour effectuer de belles découvertes scientifiques. Comme nous allons le voir ci-dessous, Phoenix en est l'exemple le plus concret.

Une sonde sur écoute

L'un des points les plus importants, durant tout atterrissage sur Mars, est de rester en contact permanent avec l'engin qui s'apprête à faire le grand saut. Non pas pour lui envoyer des instructions et le contrôler en temps réel, ce qui est tout bonnement impossible à cause du temps nécessaire aux signaux radios pour parcourir la distance Terre - Mars. Mais pour pouvoir suivre seconde après seconde le déroulement des opérations, et se donner ainsi les moyens de réaliser une autopsie au cas où les choses tourneraient mal (une capacité qui a gravement fait défaut à Mars Polar Lander, voir ci-dessous).

Phoenix a ainsi bénéficié d'une attention toute particulière durant son atterrissage, puisque ce dernier a été suivi par trois orbiteurs martiens (deux américains et un européen), dont les orbites avaient été subtilement altérées pour l'occasion.

L'orbiteur Mars Odyssey, a qui l'on doit également les données qui ont permis la sélection du site d'atterrissage de Phoenix, a joué un rôle de tout premier plan lors de l'atterrissage. Mars Odyssey portait effectivement la lourde responsabilité d'enregistrer le signal de l'atterrisseur, d'abord à 8 kbps, puis à 32 kbps, le tout de manière continue. Une tache dont elle s'est acquittée avec brio, puisqu'elle est même parvenue à suivre Phoenix durant le fameux blackout, cette phase ou la friction entre l'atmosphère et le bouclier thermique abouti à la formation d'un plasma qui englobe la capsule de rentrée et empêche toute communication.

Au cas ou Mars Odyssey se soit montrée défaillante, la sonde Mars Reconnaissance Orbiter était également à son poste pour relayer vers la Terre les signaux émis par Phoenix. Mais ce que l'histoire retiendra surtout, ce sont les images de l'événement qu'elle a transmise. Ainsi, 22 heures après l'atterrissage, elle a réalisé un superbe cliché de la sonde Phoenix à la surface de Mars. L'image permet aisément de distinguer, sur la surface rouillée du sol martien, le petit atterrisseur, qui ressemble à s'y méprendre à un grain de pollen de sapin. Un peu plus loin, une tache noire marque l'emplacement ou le bouclier thermique, éjecté durant la descente, s'est écrasé au sol. D'un blanc éclatant, le parachute, toujours attaché au bouclier arrière, est également visible à 300 mètres de distance l'atterrisseur. Sa toile est fripée, et les scientifiques s'attendent à ce qu'elle se déplace au grès des vents.

Si ces images, bien que spectaculaires, sont devenues classiques après les prises de vue des atterrisseurs Mars Pathfinder, Viking ou des rovers Spirit et Opportunity, il n'en est pas de même pour l'image que Mars Reconnaissance Orbiter a obtenu non pas après, mais durant l'atterrissage. Effectivement, pour la première fois dans l'histoire de l'exploration spatiale, une sonde en orbite a réussi l'impossible, photographier un engin spatial lors de sa descente vers la surface d'une autre planète que la Terre !

L'image de Mars Reconnaissance Orbiter est proprement étourdissante, dès lors qu'elle est placée dans son contexte. Selon moi, elle rivalise avec les images les plus émouvantes et célèbres de la conquête spatiale, comme le fameux cliché du lever de Terre de la mission Apollo 8. L'atterrissage de Phoenix a eu lieu au beau milieu d'un après midi martien, mais pour augmenter le contraste et mieux faire ressortir la sonde et son parachute, la surface martienne a été obscurcie. L'impression qui se dégage de cette image retouchée est alors extraordinaire, et selon moi cette dernière symbolise parfaitement la démarche d'exploration. Nimbée d'une lumière blanche, telle une torche éclairant les ténèbres, la sonde, placée sous la seule protection d'une fragile coupole de tissu, plonge sans peur dans l'obscurité menaçante d'un monde inconnu ...

Pour bien prendre toute la mesure de cet acte de bravoure, il faut se rappeler que Mars Reconnaissance Orbiter boucle une orbite autour de Mars en deux heures, et qu'elle se déplace donc à grande vitesse. Quand à Phoenix, la trajectoire de son plongeon vers Mars était certes connue avec une relativement bonne précision, mais l'objet est si petit que la moindre incertitude aurait pu faire sortir l'engin du champ de la caméra HiRISE. Pour réaliser cette prise de vue, Mars Reconnaissance Orbiter a du s'incliner de 62° par rapport à la verticale, et la distance entre la sonde filant sur son orbite et sa cible mouvante était de 760 km. Dans ses conditions, parvenir à saisir le module d'atterrissage de Phoenix en train de se balancer sous son parachute est bel et bien un acte héroïque de la part des ingénieurs.

Accompagnant Mars Odyssey et Mars Reconnaissance Orbiter, la sonde européenne Mars Express a également été mise à contribution pour relayer les données télémétriques (via le package MELACOM) émises continuellement par Phoenix durant sa descente. L'Agence Spatiale Européenne était également aux premières loges pour tenter un véritable coup de poker : photographier, avec le canal super haute résolution (SRC) de la caméra allemande HRSC, la boule de feu provoquée par la friction intense de l'atmosphère martienne sur le bouclier thermique de Phoenix ! Hélas, l'absence de communication de la part de l'ESA sur le sujet laisse penser que cette tentative a échoué. Il faut préciser qu'arrivant presque en sens inverse de l'engin américain, les vitesses relatives des deux sondes l'une par rapport à l'autre étaient très importantes (alors que la trajectoire de Mars Reconnaissance Orbiter était "seulement" de 90° par rapport à celle de Phoenix).

D'une manière générale, on ne peut qu'être admiratif devant l'incroyable ballet orbital que la NASA et l'ESA avaient mis en oeuvre pour assurer la couverture aérienne de l'arrivée de Phoenix. Sans compter qu'en plus des trois orbiteurs, les faibles signaux radios UHF lâchés par l'atterrisseur durant sa descente ont également été traqués directement depuis la Terre, et avec succès, par le radiotélescope de Green Bank aux Etats-Unis.

L'ombre de Mars Polar Lander

L'atterrisseur polaire de la NASA ne s'appelle pas Phoenix pour rien. Pour bien comprendre l'enjeu lié à son atterrissage, et les moyens titanesques mis en oeuvre par la NASA, que ce soit en homme ou en machine, pour qu'il soit couronné de succès, il est nécessaire de remonter le temps.

Nous sommes le 3 décembre 1999. L'auteur de ce site a l'insigne honneur d'être au Jet Propulsion Laboratory (JPL), le centre de la NASA en charge des missions d'exploration du système solaire, pour assister à l'atterrissage de Mars Polar Lander. Conçu durant le programme better, faster, cheaper, cet atterrisseur doit marcher sur les traces de Pathfinder, qui s'est posé avec succès sur Mars en juillet 1997, redynamisant un programme d'exploration de Mars moribond depuis l'atterrissage des sondes Viking en 1976 et la perte des sondes russes Phobos en 1988 et de Mars Observer en 1992.

Contrairement à Pathfinder, qui est arrivé à bon port en utilisant un système révolutionnaire d'airbags (fortement décrié à l'époque), Mars Polar Lander va utiliser des rétrofusées pour contrôler sa phase finale de descente vers la surface de la planète rouge. Contrairement à celles de Viking, elles fonctionnent par jet pulsé, et non de manière continue. Le budget de la mission étant fortement réduit, des choix cruciaux ont été réalisés, en particulier celui de ne pas utiliser de système radio pour transmettre des informations durant la descente.

Il est approximativement midi à Pasadena quand Mars Polar Lander entame son plongeon vers les régions glacées du pôle sud de Mars, une région qui demeure encore aujourd'hui inconnue. Les derniers signaux radios qui parviennent à la Terre sont ceux annonçant l'entrée atmosphérique. Puis Mars Polar Lander disparaît des écrans de contrôle, à jamais. Malgré des tentatives désespérées pour rentrer en contact avec l'atterrisseur, la NASA doit se rendre à l'évidence. 3 mois après avoir perdu Mars Climate Orbiter pour un simple problème de conversion d'unité, une seconde sonde martienne vient de disparaître. Pour l'agence spatiale américaine, c'est un désastre, d'autant que la relève était déjà assurée.

Mars Polar Lander avait effectivement un frère jumeau, Mars Surveyor 2001. Bien que n'ayant aucune donnée télémétrique de l'atterrissage, la commission d'enquête mandatée par la NASA pour déterminer la cause de l'échec de Mars Polar Lander pointe rapidement des défauts critiques de la plateforme d'atterrissage, défauts qui sont aussi présents sur Mars Surveyor 2001. Son lancement est donc annulé et l'atterrisseur est remisé dans un hangar en attendant que la NASA décide de son sort.

Finalement, après bien des incertitudes, l'agence spatiale américaine décide de le réutiliser, à la condition que toutes les faiblesses de Mars Polar Lander soient éliminées, et qu'une étude de vulnérabilité soit menée. Tel le Phénix, Mars Surveyor 2001 va alors renaître de ses cendres. Contrairement à son objectif initial, il sera dirigé non plus vers le pôle austral, mais vers la région polaire nord, pour des questions d'accessibilité du site au moment du lancement. Entre temps, les rovers Spirit et Opportunity, capables de parcourir des kilomètres à la surface de Mars, ont démontré leur efficacité. Etant par définition immobile, à l'image des atterrisseurs Viking, Phoenix apparaît comme une sonde d'une ancienne génération, vieillissante et inadaptée face aux exigences des scientifiques. S'il s'agit sans doute du dernier gros atterrisseur stationnaire envoyé vers Mars par la NASA, et si la mission traîne derrière elle le spectre effrayant de l'échec, Phoenix n'en demeure pas moins une pièce importante sur l'échiquier martien. Elle va effectivement nous faire découvrir une région totalement inconnue de la planète rouge et va peut-être permettre aux scientifiques d'étudier pour la première fois, de manière directe, l'eau de Mars. Mais encore faut-il que la sonde réussisse son atterrissage ...

7 minutes de terreur

Avec ce sens du dramatique qui semble tout droit sorti d'une production Hollywoodienne, les ingénieurs impliqués dans l'atterrissage de Phoenix en parlent comme d'une période très courte, effrayante et terrifiante, ou tout peut arriver, le pire comme le meilleur. L'EDL (un acronyme barbare qui signifie entry, descent and landing) est effectivement la phase la plus critique de toute mission destinée à fouler le sol poussiéreux de la planète rouge. A cause du délai de transmission entre la Terre et Mars (15 minutes, le temps pour les signaux de parcourir les 276 millions de kilomètres qui séparent Mars de la Terre à ce moment là), l'ensemble de la procédure d'atterrissage s'effectue en automatique, avec une conséquence fascinante, lié à la finitude de la vitesse de la lumière : quand les premiers signaux indiquant le largage de l'étage de croisière parviennent à la Terre, Phoenix est déjà campée sur ses trois pieds à la surface de Mars et attend sagement que la poussière soulevée par son arrivée tonitruante veuille bien sédimenter !

L'atterrissage de Phoenix a commencé à proprement parler avec la pressurisation du système de propulsion à 01:16 (heure française). 22 minutes plus tard, Mars Odyssey et Green Bank se placent sur écoute pour suivre le premier événement critique (qui aura lieu à 01:39), la séparation de l'étage de croisière. Ce vaisseau porteur, qui a joué un rôle crucial durant le long voyage de la sonde entre la Terre et Mars, n'est désormais plus utile et est donc éjecté 7 minutes avant le contact avec l'atmosphère martienne. Immédiatement après, la capsule d'entrée effectue un tour de 90° pour orienter son bouclier thermique en direction de l'atmosphère martienne. Vous trouverez en italique la transcription des communications qui ont eu lieu dans la salle de contrôle de la NASA durant la descente de Phoenix.

A 01:46:33, Phoenix frappe avec une violence extrême les hautes couches de l'atmosphère martienne, à une altitude de 125 km.

- Entrée atmosphérique à mon top... 5, 4, 3, 2, 1, top ! Pic thermique attendu dans une minute et 40 secondes. En attente de l'éventuel blackout du au plasma.

L'avant du bouclier thermique s'enflamme, et 30 secondes plus tard, le halo de plasma qui entoure l'atterrisseur va perturber, sans toutefois les empêcher complètement, les liaisons radio. Phoenix subit alors un freinage intense, et va passer un pic de décélération à 9,2 G.

- Phoenix est maintenant à une minute du point d'entrée. Nous avons toujours un signal par liaison directe (directement depuis la Terre) et par Odyssey. A ce niveau nous notons une baisse d'intensité du signal d'Odyssey, mais nous avons toujours les données OC.

A 01:49:00, le blackout radio prend fin, peu de temps après que le bouclier thermique ait franchi un pic d'outrage thermique maximal (46 Watts par cm2).

- A ce niveau, Phoenix doit normalement passer le pic thermique. En ce moment nous continuons à voir un signal d'Odyssey.

- Phoenix est maintenant à 2 minutes et 25 secondes du point d'entrée. Nous avons toujours un signal d'Odyssey. En attente de la réacquisition par la Terre. En attente de la bascule d'Odyssey sur le débit de 32k dans 45 secondes. Arrêt des données d'Odyssey et bascule sur 32k ... Dans 10 secondes.

- Bascule d'Odyssey sur 32k détectée. Nous avons Odyssey verrouillé sur la porteuse de Phoenix. En attente (...brouillé...) et bascule d'Odyssey sur 32 k. A ce niveau, Phoenix devrait avoir déployé son parachute. En attente pour l'acquisition de la télémétrie.

A une altitude de 12,6 kilomètres (il est 01:50:15), Phoenix déploie la coupole de son parachute dans le ciel martien, puis 15 secondes plus tard, abandonne son bouclier thermique devenu inutile. Dans la salle de contrôle, la tension est à son comble, mais quelques ingénieurs ne peuvent déjà plus s'empêcher de crier leur joie.

- Bascule d'Odyssey sur 32k détectée. Nous avons un verrouillage. Détection de l'ouverture du parachute. Détection du largage du bouclier thermique. Vitesse relative par rapport au sol 90 mètres par seconde. Vitesse relative par rapport au sol 80 mètres par seconde (applaudissements).

- A ce niveau, en attente de l'activation du radar et de la convergence altimétrique. Le radar bascule sur le mode altitude, en attente de la convergence d'altimétrique.

Pourtant, le pire est à venir. Dix secondes après le largage du bouclier thermique, les trois pieds de l'atterrisseur se déploient. Il y a un peu moins de neuf ans, c'est cette étape qui avait coûté la vie à la soeur jumelle de Phoenix, l'atterrisseur Mars Polar Lander. Effectivement, au moment du verrouillage des pieds dans leur position finale, un capteur, sensé détecter le contact avec la surface martienne, s'était activé sous le choc et avait envoyé à l'ordinateur de bord une information comme quoi l'atterrissage était terminé ! A plus de 40 mètres de haut, l'ordinateur avait alors allumé les rétrofusées pour les éteindre aussitôt, condamnant Mars Polar Lander à une chute libre mortelle. Comme nous l'avons vu, l'ombre de cette mission fatidique pesait clairement sur Phoenix, à tel point qu'après l'atterrissage, certains ingénieurs exprimeront le fait que le stress par lequel ils sont passés était bien plus intense que celui ressenti lors de l'atterrissage des rovers Spirit et Opportunity.

- Déploiement des pieds détectés. Vitesse relative par rapport au sol 60 mètres par seconde. En attente de la convergence d'altimétrique.

- A ce niveau, Phoenix devrait avoir atteint l'altitude de convergence. En attente de la confirmation télémétrique.

A 01:51:30, le radar altimétrique de l'atterrisseur, un modèle inspiré de celui équipant les avions de chasse américain F16 Falcon, doit absolument acquérir la surface martienne. C'est désormais sous son contrôle que l'étape finale de l'atterrissage va se dérouler. Les informations télémétriques transmissent par Phoenix sont alors tellement riches en information que pour la première fois, les ingénieurs peuvent connaître avec précision l'altitude de la sonde.

- Radar fiable ! (applaudissements). Altitude 2000 mètres. Détection de la convergence altimétrique. Altitude 1800 mètres, 1700 mètres, 1600 mètres ...

A 01:53:08, une seconde avant l'éjection du parachute et le début d'une chute libre paralysante pour les nerfs des ingénieurs, les transmissions doivent basculer de l'antenne UHF montée sur le bouclier arrière vers l'antenne UHF de l'atterrisseur. Puis, à une altitude de 1000 mètres, alors que sa vitesse est encore de 56 mètres par seconde, Phoenix doit se libérer de son parachute.

- En attente de la séparation de l'atterrisseur. Altitude 1100 mètres. Le signal radio peut être perdu durant la séparation de l'atterrisseur. Altitude 1000 mètres ... Séparation détectée ! Nous sommes à nouveau verrouillé sur le signal, rotation détectée (applaudissements).

Avec cette séparation, l'atterrisseur chute désormais vers la surface de Mars comme une pierre, et il doit impérativement être freiné trois secondes plus tard par l'allumage salvateur de ses douze rétrofusées. Si celles-ci vont permettre à Phoenix une descente à vitesse constante vers le sol de Mars, elles vont également imprimer à l'engin une impulsion qui lui permettra de s'éloigner le plus possible de son parachute devenu soudain très dangereux. L'objectif de cette manoeuvre d'évitement est effectivement d'empêcher que la toile du parachute ne retombe sur l'atterrisseur, compromettant ainsi par un affreux coup du sort la mission. La technique d'évasion est assez simple : grâce à son radar, Phoenix détermine la vitesse du vent et s'oriente dans la direction opposée. D'après les indications données par la télémétrie, il semble évident que les rétrofusées se sont allumées, et que l'ordinateur de bord effectue correctement son travail ...

- Altitude 600 mètres ..., 500 mètres ..., 400 mètres ..., 250 mètres ..., 150 mètres ..., 100 mètres ..., 80 mètres ..., 60 mètres ..., phase de vitesse constante détectée. Altitude 40 mètres, 30 mètres ..., 27 mètres ..., 20 mètres ..., 15 mètres ... (silence de mort dans la salle de contrôle), en attente du touchdown. Signal du touchdown détecté ! (applaudissements frénétiques). Initiation de la séquence d'atterrissage. Ventilation de l'hélium détectée !

Le contact avec la surface gelée de Vastitas Borealis a lieu à 01:53:52, sous les applaudissements effrénés et les innombrables cris de joie de toutes les personnes impliquées de près ou de loin dans la mission. L'ambiance dans le centre de contrôle de la NASA est devenue extatique. Un dégazage de l'hélium pressurisant le système de propulsion a immédiatement eu lieu, le résidu de propergol étant destiné à geler dans les réservoirs.

- En attente de la terminaison nominale des télécommunications EDL. En attente de la terminaison nominale des télécomm ... Nous avons une terminaison nominale des télécommunications EDL de la part d'Odyssey et directement de la Terre ! Phoenix ... Phoenix a atterri ! Phoenix a atterri ! Bienvenue sur les plaines nordiques de Mars ! 

Tout n'est cependant pas encore fini. Mars Odyssey est désormais passé sous l'horizon, et n'est donc plus disponible pour relayer les informations en provenance de la sonde, et en particulier les premières images. De plus, d'importantes opérations vont avoir lieu au sol, et les ingénieurs ne peuvent qu'imaginer avec angoisse leur déroulement réel. Après avoir attendu une vingtaine de minute que la poussière soulevée par les jets des rétrofusées retombe, Phoenix doit effectivement déployer ses panneaux solaires (ce qui aura effectivement lieu avec succès à 02:13), en espérant qu'aucun rocher plus haut qu'un demi mètre ne vienne contrarier sérieusement, voire même empêcher, l'élégant étirement des éventails. Sans eux, la durée de vie de l'engin, qui tournerait alors sur batterie, ne serait que de quelques dizaines d'heure.

Vers 02:30, les deux orbiteurs américains Mars Odyssey et Mars Reconnaissance Orbiter commencent à relayer des données télémétriques plus complètes qu'ils ont acquises au cours de l'atterrissage. Celles-ci sont décryptées par des ingénieurs absolument stupéfaits de voir que tout s'est déroulé comme prévu. Cependant, de nombreuses questions restent encore sans réponse. La chaleur des rétrofusées n'auraient-elle pas pu provoquer la fonte de la glace que les scientifiques supposent affleurer à proximité de la surface ? Phoenix ne s'est-elle pas enterrée elle-même ? Et quant est-il de l'inclinaison de la sonde ? Un pied ne se serait-il pas posé sur un caillou, orientant la sonde dans une direction opposée à celle du soleil ? Autant de questions qui hantent l'esprit des ingénieurs et qui ne peuvent trouver de réponses immédiates. Débute alors une longue attente ...

A 03:43, soit deux heures après son premier passage, Mars Odyssey est enfin de nouveau en position pour capter des données de la sonde Phoenix. Cette fois-ci, elle ne va plus se contenter de relayer des données télémétriques, mais va transmettre le saint Graal de toutes missions martiennes : des images. Certes, il ne s'agira pas encore de panoramas en couleur, mais de clichés techniques. La caméra stéréo SSI a effectivement pour instructions de photographier un pied de la sonde (pour s'assurer de sa bonne assise sur le sol martien, c'est le fameux cliché "Armstrong"), le bras robotique (pour vérifier qu'il s'est bien dégagé de son cocon de protection biologique) et enfin les panneaux solaires (pour confirmer leur déploiement). Les images noirs et blancs qui parviennent au centre de contrôle déclenchent instantanément un vent de folie : sur Mars, tout s'est absolument déroulé comme prévu ! La sonde est orientée au degré près par rapport à ce qui était prévu, et son inclinaison est très faible : moins de 0,25°. Autant dire que la surface sur laquelle elle s'est posée est très plate.

Le site d'atterrissage de Phoenix se situe par 68,2° de latitude nord et 234,4° de longitude est. Les calculs montrent que la sonde est presque sortie de son ellipse, alors que la NASA nous avait habituée à plus de précision. Il est possible que la dérive de Phoenix soit due à la descente sous parachute, qui a duré 7 minutes de plus que ce qui était initialement prévu. Les derniers relevés effectués avant l'atterrissage avait également montré que la sonde s'était écarté de 10 kilomètres de son point d'atterrissage nominal, mais les navigateurs, par prudence sans doute, n'ont pas jugé nécessaire d'effectuer la dernière manoeuvre de correction de trajectoire (TCM) prévue à cet effet.

Le site d'atterrissage

Si les images techniques sont d'une importance extrême pour les ingénieurs, il faut avouer que la majorité du public n'attend qu'une chose après un atterrissage sur Mars : des images de la surface ! Mais il est vrai que grâce aux prouesses techniques de Mars Reconnaissance Orbiter, ce satellite espion martien doté d'une caméra à très haute résolution, nous avions déjà pu nous faire une idée assez précise du site d'atterrissage de Phoenix.

Comme toutes les sondes martiennes, Phoenix s'est posée à l'intérieur d'une ellipse, dont la surface avait été scrutée par tous les orbiteurs martiens, non seulement pour valider son intérêt scientifique (à 420 millions de dollars la mission, il vaut mieux se poser sur un endroit intéressant), mais aussi pour y dresser l'inventaire de tous les dangers pouvant potentiellement menacer l'atterrissage. Il est inutile de se le cacher, les ingénieurs préfèrent les sites extrêmement plats, sans pente ni colline ni cratère, dépourvus de cailloux, et situés à des altitudes basses, pour profiter d'une plus grande épaisseur d'atmosphère (qui, comme nous l'avons vu, sert au freinage de la sonde). Ainsi, de très nombreux sites de la surface martienne nous sont encore inaccessibles, en particulier ceux situés sur les hauts plateaux de l'hémisphère sud.

Le moins que l'on puisse dire, en regardant les images de Mars Reconnaissance Orbiter, c'est que les ingénieurs n'ont pas dérogé à la règle. Pire, comme nous l'avons vu, les clichés de MRO sont tellement précis que des passionnées de retouches d'images ont été capables de prévoir presque exactement à quoi ressemblerait le site d'atterrissage : une plaine incroyablement morne, s'étendant sur 360°, jonché d'une multitude de petits cailloux et dont le seul élément marquant est la présence de (superbes) polygones de gel/dégel typiques des régions polaires. De la à dire que tous les sites d'atterrissage martiens se ressemblent d'un point de vue topographique, et que cela commence à devenir légèrement ennuyeux, il n'y a qu'un pas, que je franchis allégrement. Certes, l'escalade du rover Spirit le long des collines Columbia nous a fourni de bien belles images de la bordure du gigantesque cratère d'impact Gusev, mais nous sommes encore loin des falaises de Valles Marineris ou de la caldera de Pavonis Mons !

Bien entendu, cette platitude dépressive cache peut-être des trésors d'un point de vue scientifique. Il est effectivement tout à fait probable que Phoenix connaisse le même succès qu'Opportunity, à cause de la manière dont son site d'atterrissage a été sélectionné. En 2003, les rovers Spirit et Opportunity ont été envoyés sur deux sites à haut potentiel scientifique. Le premier s'est posé au fond du cratère Gusev. Sur la base de données topographiques (donc en étudiant ses reliefs), des planétologues ont émis l'hypothèse que Gusev aurait accueilli, il y a des milliards d'années, un vaste lac d'eau liquide. Spirit a donc été dépêché sur place pour confirmer cette idée, mais jusqu'à présent, il n'a pas trouvé la moindre trace attestant de l'occupation, dans un lointain passé, du cratère par de l'eau. Certes, cette dernière s'est peut-être infiltrée dans le sous-sol et y réside désormais sous la forme d'une lentille de glace, mais n'étant pas doté d'équipements de forage, Spirit ne pourrait de toute façon par l'atteindre.

Contrairement à son infortuné collégue, Opportunity a été envoyé sur le site de Meridiani Planum non pas pour des motifs topographiques, mais sur la base d'observations minéralogiques troublantes. La sonde Mars Global Surveyor avait effectivement détecté, grâce à son spectromètre infrarouge (TES), des quantités significatives d'hématite dans cette région. Une fois sur place, Opportunity a immédiatement touché le gros lot. Non seulement l'hématite, un minéral contenant du fer qui peut se former en présence d'eau, était bien présent sous la forme de petites sphérules, mais il était également associé à des roches sulfatées, qui signent l'existence d'eau liquide.

D'une manière similaire, le site d'atterrissage de Phoenix a été choisi d'après des données spectrométriques de la sonde Mars Odyssey. Equipée d'un spectromètre à neutrons, cette dernière a permis de découvrir que la surface des régions de haute latitude était très riche en glace, et formait donc un permafrost. Sur le site choisi pour Phoenix, les scientifiques estiment que de la glace d'eau pourraient se trouver à moins de 5 centimètres de profondeur, et qu'en masse, elle constituerait à elle seule plus de 50 % du sol. Si ces hypothèses se révèlent exactes, après avoir grattées la surface avec son bras robotique, Phoenix pourrait éventuellement être la première sonde martienne à avoir jamais excavé de l'eau sur Mars.

Le frisson du direct

Comme vous l'aurez sûrement compris en lisant l'introduction, un atterrissage sur Mars constitue pour moi un moment unique, un pinacle dans l'histoire de l'exploration spatiale, des minutes pleines d'émotions et d'attentes anxieuses, au sein desquelles s'exprime clairement le génie de l'Homme.

En 1999, j'ai eu la chance d'assister à un atterrissage sur Mars en direct du Jet Propulsion Laboratory de Pasadena en Californie (il s'agissait de l'arrivée, certes malheureuse, de la sonde Mars Polar Lander). Être dans la Mecque de l'exploration spatiale quand une sonde arrive sur Mars procure certes des sensations uniques, mais cette initiation n'entache en rien le plaisir d'assister à d'autres atterrissages dans l'environnement plus modeste et tranquille de mon domicile. Pour Phoenix, j'ai testé une forme hybride de cet événement, qui m'a aussi beaucoup plu.

La soir ou Phoenix s'est posé, j'avais été invité à la Cité des Sciences et de l'Industrie de la Villette, ou une grande soirée avait été organisée en l'honneur de ce nouvel atterrisseur martien. L'événement a été une grande réussite, et l'ambiance dans le grand auditorium de la Cité m'a laissé un souvenir marquant. La soirée était organisée par Gilles DAWIDOWICZ de la Société Astronomique de France, qui s'est démené comme un diable pour qu'elle connaisse le succès. Conférences, direct avec les Etats-Unis et l'ESA, interview de nombreuses personnalités impliquées dans la mission, diaporamas d'images en relief, rien ne manquait à l'appel. La salle était d'ailleurs comble et de nombreuses personnes ont du suivre la déroulement des opérations sur un grand écran, depuis le Hall de la Cité des Sciences.

Olivier de Goursac, auteur du beau livre "Vision de Mars" et membre de l'association Planète Mars, était également présent, et a apporté à la soirée sa bonne humeur contagieuse, ainsi que son enthousiasme débordant. Parmi les grands moments, on retiendra l'utilisation d'un gond tibétain pour marquer la bonne exécution des événements cruciaux de l'atterrissage (rentrée atmosphérique, ouverture du parachute, séparation du bouclier thermique, etc), ainsi que les directives qu'il lançait depuis la régie pour remettre sur le droit chemin une technique qui faisait parfois des siennes.

Enfin, il faut remercier également Francis Rocard, responsable du programme d'exploration du système solaire au CNES (et auteur de Planète rouge), pour sa présence durant la totalité de la soirée (qui a débuté à 20h30 pour se prolonger tard dans la nuit, jusqu'à 3h30 du matin). En plus de ses activités professionnelles, Francis Rocard effectue en France un véritable effort de vulgarisation scientifique, une activité très courante aux Etats-Unis, mais qui l'est beaucoup moins dans notre pays. Il est également d'une grande honnêteté scientifique, et ses conférences et explications sont toujours un véritable plaisir à écouter. Sa prudence, face à certaines thématiques, contraste parfois fortement avec les exagérations et l'arrogance de certains scientifiques, qu'ils soient français ou non.

Seul regret, la Villette ayant fermé ses portes à 3h30, nous n'avons malheureusement pas pu assister à l'arrivée des premières images (alors que la salle était encore comble à cette heure là). Pour ma part, n'ayant pas embarqué avec moi mon ordinateur portable, j'ai découvert les premiers clichés de Phoenix sur le petit écran de 3,2 pouces de mon téléphone portable 3G. Un petit détail qui illustre parfaitement la marche inexorable d'un progrès qui, quand il est employé à bon escient, permet de vivre des moments extraordinaires.

Pour en savoir plus :

Go ! Liste de liens concernant Phoenix (page de bibliographie).

L'étage de croisière de Phoenix

Juste avant l'atterrissage, la sonde Phoenix, encapsulée sous son bouclier arrière (blanc) et son bouclier thermique (dont on voit la bordure crème), est encore attachée à son étage de croisière (en jaune). Devenu un poids mort, celui-ci sera éjecté 7 minutes avant l'entrée dans l'atmosphère martienne. Le délai de communication entre la Terre et Mars étant de 15 minutes, au moment où nous avons reçu le signal confirmant sa bonne séparation avec son étage de croisière, Phoenix était en fait déjà à la surface de Mars. Ainsi, pour la Terre, rien n'a encore vraiment débuté, alors que sur Mars, tout est déjà terminé (Crédit photo : NASA).

Phoenix : comité d'accueil

Le 26 mai 2008, Phoenix était attendue de pied ferme par trois orbiteurs martiens :  la sonde européenne Mars Express et les sondes américaines Mars Odyssey et Mars Reconnaissance Orbiter. Mars Odyssey a joué le rôle le plus important, puisqu'elle a relayé les signaux de Phoenix vers les antennes du Deep Space Network (DSN) de la NASA durant la totalité de la phase d'atterrissage (Crédit photo : NASA).

Phoenix : Entrée atmosphérique (boule de feu)

A 125 kilomètres d'altitude, Phoenix frappe avec une violence inouïe (5,7 km/s) les hautes couches de l'atmosphère martienne et s'enflamme, protégé par le matériel ablatif de son bouclier thermique. A ce moment là, la sonde européenne Mars Express a tenté de photographier la boule de feu grâce à sa caméra HRSC, apparemment sans succès (Crédit photo : NASA/Mass Digital LLC).

Phoenix : ouverture du parachute

Une fois passé le pic de décélération et le pic thermique, Phoenix va ouvrir son parachute de 10 mètres de diamètre : il est 01:50 heure française (Crédit photo : NASA/Mass Digital LLC).

Phoenix : descente sous parachute

La descente sous parachute va durer un peu moins de 3 minutes (mais 7 secondes de plus que prévu), une éternité pendant laquelle tout peut arriver (Crédit photo : NASA/Mass Digital LLC).

Phoenix vue par MRO lors de sa descente vers la surface de Mars

A 760 km de distance, la sonde Mars Reconnaissance Orbiter (via sa caméra HiRise) va réaliser un exploit sans précédent : capturer l'image de la sonde Phoenix alors qu'elle descend vers la surface de Mars sous son parachute. Même les sangles qui relient la capsule à la coupole du  parachute sont visibles ! C'est la première fois, dans l'histoire de la conquête spatiale, qu'un vaisseau observe la descente d'une autre sonde vers une planète du système solaire. Une véritable prouesse technique, pour une image absolument étourdissante (Crédit photo : NASA).

Phoenix : largage du bouclier thermique

Quinze secondes après l'ouverture du parachute, le bouclier thermique noirci des brûlures infligées par l'atmosphère est éjecté, exposant ainsi pour la première fois l'atterrisseur aux frimas de Mars (Crédit photo : NASA/Mass Digital LLC).

Phoenix : déploiement des pieds

A 01:50:40, les trois pieds de l'atterrisseur se déploient. C'est durant cette phase que s'est vraisemblablement joué le destin de Mars Polar Lander, un atterrisseur en tout point similaire à Phoenix, et qui s'est écrasé le 3 décembre 1999 au pôle sud de Mars (Crédit photo : NASA/Mass Digital LLC).

Phoenix : chute libre !

Libéré de son parachute, Phoenix entame une vertigineuse chute libre vers la surface martienne ... (Crédit photo : NASA/Mass Digital LLC).

Phoenix : allumage des rétrofusées

... qui sera stoppée, 3 secondes plus tard, par l'allumage de trois grappes de 4 rétrofusées fonctionnant à l'hydrazine. Composé de deux atomes d'azote et de quatre atomes d'hydrogène (formue N2H4), l'hydrazine est une molécule qui se décompose de manière violente dans les tuyères des moteurs lorsqu'elle est exposée à un catalyseur adéquat. Les gaz produits assurent la propulsion, et ce sans qu'une goutte d'oxygène ne soit nécessaire (ce n'est donc pas une combustion). C'est la première fois depuis les sondes Viking (1976) qu'un atterrisseur se pose sur la planète rouge en utilisant ce système. Avec ce système de propulsion, la vitesse de descente finale sera de 2,4 mètres par seconde, soit 1/10ème de celle des rovers Spirit et Opportunity. Cette vitesse est également 2375 fois plus faible que la vitesse de l'entrée atmosphérique ! (Crédit photo : NASA/Mass Digital LLC).

Phoenix : touchdown !

Atterrissage réussi à 01:53:52, c'est une superbe revanche pour la NASA, après le revers subi avec Mars Polar Lander (Crédit photo : NASA/Mass Digital LLC).

Phoenix : le traditionnel cliché du pied (Armstrong)

L'une des premières images obtenue par l'atterrisseur n'est autre que celle d'un de ses trois patins d'atterrissage, déjà sali par la poussière martienne. Ce n'est pas du narcissisme, mais le respect d'une tradition débutée sur la Lune. Ce genre de photographie, qui possède bien sûr une utilité technique, porte effectivement le nom de cliché "Armstrong", en l'hommage de l'empreinte laissée par le premier homme ayant jamais foulé la surface de notre satellite (Crédit photo : NASA/Mass Digital LLC).

Phoenix photographiée au sol par Mars Reconnaissance Orbiter

En plus de la somptueuse image de la descente de Phoenix sous son parachute, la sonde Mars Reconnaissance Orbiter a également pris d'excellents clichés de la sonde au sol. Obtenus par la caméra haute résolution HiRISE, ils montrent l'atterrisseur, panneaux solaires bleutés déployés (en haut), le bouclier thermique et l'impact qu'il a provoqué en heurtant la surface martienne, et enfin le parachute d'un blanc éclatant (pour l'instant !), attaché à son bouclier arrière (Crédit photo : NASA/HiRISE Team).

Phoenix : simulation du site d'atterrissage de Phoenix

Les reliefs de la surface martienne n'ont hélas plus de secret pour nous. L'image ci-dessous a été réalisée dans le cadre d'un concours organisé par la NASA. Il s'agissait d'imaginer à quoi ressemblerait le site d'atterrissage de Phoenix, en se basant sur les images de Mars Reconnaissance Orbiter. Le gagnant, Doug Ellison, a presque réalisé un sans faute. Le site de Phoenix est effectivement très similaire à son oeuvre, à l'exception des blocs qui sont encore moins nombreux que prévu ! (Crédit photo : Doug Ellison).

 

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