Mars Global Surveyor

Présentation de la sonde

En novembre 1996, la NASA et le Jet Propulsion Laboratory (JPL) sonne le retour de l'exploration martienne (après une absence de près de 20 ans) en lançant la sonde Mars Global Surveyor (MGS).

La mission Global Surveyor a été décidé après la perte tragique de la sonde Mars Observer le 21 août 1993. La mission Mars Observer était en effet capitale, car elle devait fournir d'importants renseignements sur la planète Mars (en particulier pour les retours d'échantillons). Il était donc nécessaire de remplacer cette sonde. Mais il n'était pas question de remettre plus de 500 millions de dollars dans l'opération, et des économies substantielles devaient être réalisées.

Le lanceur utilisé est une fusée Delta II 7925 équipée d'un étage supplémentaire PAM-D, bien moins coûteuse que le lanceur Titan III qui a propulsé Mars Observer vers  la planète rouge et sa triste destinée. Comme ce lanceur ne peut pas envoyer plus de 1100 kg vers Mars, la sonde elle même devait subir un lifting (Mars Observer pesait 2487 kg) :

  • Mars Global Surveyor se mettra en orbite grâce à une technique spéciale qui consiste à utiliser la résistance des hautes couches de l'atmosphère martienne pour ralentir, plutôt que d'avoir recourt à un moteur de freinage. MGS emporte 385 kg d'ergol, contre 900 kg pour Mars Observer. La différence est de taille !
  • La sonde n'emporte plus que 6 des 8 instruments de Mars Observer, les deux autres étant réservés à d'autres missions (le PMIRR pour l'orbiteur de Mars Surveyor 98 et le GRS pour Mars Odyssey). Les instruments embarqués sur MGS sont identiques à ceux de Mars Observer, car il n'était plus possible après la perte de cette dernière, de se lancer dans le développement de nouvelles expériences. On a donc fait les étagères pour constituer la charge utile de MGS. Au total, Mars Global Surveyor ne pèse plus que 1050 kg (590 kg pour la plate-forme, 385 kg d'ergol et 75 kg de charge utile), soit la moitié du poids de Mars Observer. Quand au prix de la sonde, il n'est que de 154 millions de dollars, avec le coût d'exploitation mais sans les frais de lancement.

Concevoir un engin qui devra recueillir de nombreuses données pour éclaircir les mystères qui entourent la planète rouge n'est pas une tache facile. Depuis le lancement en 1996 jusqu'à la fin des opérations de cartographie de la planète en l'an 2001, la sonde devra fonctionner sans incidents. Si l'un des composants tombe en panne, il n'est pas possible de le réparer. La sonde Mars Global Surveyor a été fabriquée par Lockheed Martin Astronautics. Elle apparaît comme une boite rectangulaire flanquée de deux panneaux solaires. La majeure partie de la masse de la sonde se retrouve dans le module cubique qui occupe son centre. En fait, ce module est composé de deux modules plus petits, posés l'un sur l'autre.

Le premier des deux modules, le module de propulsion, contient le moteur principal et les réservoirs de carburant. Le moteur principal est fixé à l'opposé des instruments scientifiques. Durant les principales manœuvres, il fournira une poussée de 659 newtons. Ce moteur utilise un mélange de tétraoxide d'azote (N2O4) et d'hydrazine (un dérivé de N2H4) pour fonctionner. Ces deux composés rentrent spontanément en combustion lorsqu'ils sont mélangés, une étincelle n'est donc pas nécessaire pour démarrer le moteur. La sonde comporte aussi des petits moteurs d'appoints attachés à chaque coin du module de propulsion. Chacun de ces petits moteurs peut délivrer une puissance de 4,55 newtons. Ils sont utilisés pour les petites corrections de trajectoire et pour éviter le dandinement de la sonde lorsque le moteur principal fonctionne. 75 % des 385 kg d'ergol sera consommé pendant la phase d'insertion en orbite martienne (MOI).

L'autre module contient l'équipement de la sonde, c'est à dire les composants électroniques (à l'intérieur) et les instruments scientifiques (à l'extérieur, sur le côté opposé au module de propulsion). Ce module mesure 80 cm de haut. A l'intérieur, deux ordinateurs orchestrent les activités de la sonde. A un temps donné, un seul de ces deux ordinateurs contrôle la sonde, alors que l'autre joue le rôle d'ordinateur de sauvegarde en cas d'urgence. Chacun de ces ordinateurs comporte un microprocesseur Marconi 1750 A, 128 Kbytes de mémoire pour stocker les programmes de contrôle de la sonde et 20 Kbytes de ROM pour stocker les routines élémentaires (le système d'exploitation) dans le cas d'une réinitialisation d'un ordinateur. D'autres unités de stockage sont prévues pour conserver les données scientifiques et le statut de la sonde (375 mégabytes au total). MGS est la première sonde américaine à être envoyée sur une autre planète avec des unités de stockage de type RAM à la place de la classique cassette magnétique. Enfin, ce module comporte trois roues montées à angle droit les unes des autres. L'ordinateur de vol peut contrôler la rotation et la vitesse de ces roues qui permettent ainsi d'orienter la sonde dans n'importe quelle direction.

Les deux panneaux solaires mesurent 3,53 mètres de long pour 1,85 mètre de largueur. Ils alimentent la sonde en énergie à partir du rayonnement solaire. Une petite plaque métallique est fixée à l'extrémité de chaque panneau solaire (ajoutant ainsi 81,3 cm à l'ensemble). Ces deux plaques serviront d'aérofreins lorsque la sonde passera dans l'atmosphère martienne pour réduire son orbite autour de la planète. Durant les opérations de cartographie, la quantité d'énergie produite par les panneaux solaires variera de 980 Watts lorsque Mars sera le plus proche possible du soleil à 600 Watts lorsque Mars sera le plus loin possible de notre étoile. Pour comprendre la difficulté qu'il y a à concevoir et à utiliser une sonde interplanétaire, il faut savoir qu'une puissance de 980 Watts représente un peu moins de la consommation d'un sèche-cheveux. Les panneaux solaires ne fourniront de l'énergie à la sonde que pendant la journée. La nuit, MGS sera alimentée grâce à deux batteries nickel-hydrogène (NiH2). Ces deux batteries peuvent fournir de l'énergie pendant une heure (après cette durée, une recharge via les panneaux solaires est nécessaire).

Pour communiquer avec la Terre, la sonde utilise une antenne grand gain de 1,5 mètre de diamètre attachée à une perche de 2 mètres de long. L'antenne est mobile et peut pointer automatiquement la Terre pendant que les instruments scientifiques observent Mars. La première fonction de cette antenne est de recevoir des séquences de commande de la Terre (ces séquences contiennent les opérations que la sonde devra effectuer sur une période maximale de 7 semaines) à un débit de 500 bits/s. L'autre fonction de l'antenne est d'envoyer des données vers la Terre. Ces données sont véhiculées par un signal radio à une fréquence de 8,4 gigaHertz (bande X). L'émission se fait à faible puissance (25 Watts) et le signal qui atteint la Terre après les millions de kilomètres franchis est considérablement affaibli. Pour recueillir ce signal, la NASA utilise les gigantesques antennes de 34 mètres de diamètre du DNS (Deep Space Network) situées dans le désert de Mojave, en Espagne et en Australie. Le débit de réception est de 85,333 bits/s (c'est donc plus rapide que mon modem !).

La fusée qui a lancé Mars Global Surveyor est une Delta II 7925, construite par Mc Donnel Douglas Aerospace. Elle comporte trois étages. Avec la sonde, elle pèse avant le lancement 231325 kg (dont une grande quantité de carburant) et mesure 37 mètres de haut. C'est le premier lancement qui utilise une fusée de faible coût (comme la fusée Delta) à la place des lanceurs Titan utilisés pour les précédentes missions vers Mars. La NASA a ainsi économisé 300 millions de dollars. Dans le passé, les fusées Delta étaient utilisés par la NASA, l'Air Force et des organisations commerciales pour lancer des petits ou moyens satellites en orbite terrestre.

Pour en savoir plus :

Go ! Un résumé des résultats obtenus par la mission Mars Global Surveyor est disponible dans le tableau suivant.

Mars Global Surveyor

Mars Global Surveyor en construction (Crédit photo : NASA/JPL).

La sonde Mars Global Surveyor

La sonde Mars Global Surveyor (d'après un schéma original de la NASA).

Schéma technique de la sonde Mars Global Surveyor. Cliquez sur l'image pour l'agrandir (Crédit photo : NASA/JPL).

Delta II 7925

Décollage de Mars Global Surveyor à bord d'une fusée Delta II 7925, le 7 novembre 1996. La première tentative avait été annulée pour cause de mauvais temps (Crédit photo : NASA/JPL).

 

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