Malgré le fait que Mars Polar Lander se porte plutôt bien, quelques nuages s'accumulent à l'horizon et laissent penser que l'atterrissage ne va pas être une partie de plaisir et qu'il va falloir, plus que jamais, retenir son souffle. La perte récente de Mars Climate Orbiter rend tout le monde un peu nerveux, et la NASA fait actuellement tout son possible pour éviter la destruction d'une deuxième sonde. Inutile de vous dire qu'un second échec serait catastrophique pour le programme martien américain.

Le risque de voir disparaître Mars Polar Lander au cours de l'atterrissage est pourtant bien réel. Un atterrissage est une manœuvre autrement plus complexe qu'une mise en orbite. Le premier risque auquel s'expose la sonde concerne le site d'atterrissage lui-même. Le terrain sur lequel l'atterrisseur va se poser est apparemment accidenté, sans compter que sa nature est relativement inconnue. Malgré certains optimistes qui estiment que le terrain retenu est bien meilleur que les sites sélectionnés pour les missions précédentes (Viking et Pathfinder), il faudra à Mars Polar Lander un minimum de chance pour éviter de se retrouver les trois pieds en l'air sur la pente d'une colline.

Mais le site d'atterrissage et ses dangers potentiels n'est pas le seul point qui pourrait ruiner la mission. Le 7 novembre 1999, une dépêche tombée sur le site Internet NASA Watch fait le point sur un éventuel problème qui concerne les charges pyrotechniques destinées à assurer la séparation de l'atterrisseur avec son module de croisière 5 minutes avant l'entrée dans l'atmosphère martienne. Chaque charge pyrotechnique est normalement accompagnée d'un élément chauffant, mais ceux ci, à la suite d'une épouvantable erreur, n'auraient pas été connectés lors de l'intégration de l'atterrisseur. Bilan, les pétard explosifs seraient alors trop froids pour fonctionner et l'étage de croisière resterait accroché à l'atterrisseur pour le précipiter dans une chute incontrôlée vers le sol de Mars. Pour corriger la situation, une idée abracadabrante a été émise : il faudrait laisser l'étage de croisière attaché à l'atterrisseur jusqu'au moment de la rentrée atmosphérique. A ce moment la, la chaleur libérée par la friction avec l'atmosphère martienne serait suffisante pour réchauffer suffisamment les charges explosives et l'étage de croisière pourrait enfin être abandonné !

Heureusement, le scénario catastrophe que nous venons d'évoquer n'est sans doute qu'une mauvaise rumeur. Il a été démenti par des officiels, bien qu'un problème similaire ait été annoncé trois jours plus tard par la NASA ...

L'agence spatiale américaine a rendu publique le 10 novembre un rapport sur la perte tragique de la sonde Mars Climate Orbiter lors de sa manœuvre d'insertion orbitale le 23 septembre dernier. Ce document de 45 pages est intéressant à plus d'un titre et il récapitule les principales causes qui sont à l'origine de la disparition du satellite martien. Une mise à jour du chapitre sur la disparition de Mars Climate Orbiter avec les éléments essentiels de ce rapport est prévue dans les semaines qui viennent, et je ne vais pas m'étendre plus longtemps sur le sujet. 

Sélection du site d'atterrissage de MPL

Les conséquences de la perte de MCO

Le rapport de la NASA contient cependant une foule de recommandations adressées aux équipes de Mars Polar Lander pour éviter que l'atterrisseur ne subisse le même sort que son malheureux compagnon. Parmi ces recommandations, l'une d'elle semble particulièrement inquiétante. Un problème qui pourrait être fatal à l'atterrisseur polaire a été découvert au niveau du moteur de descente. Lors de la phase finale de l'atterrissage, Mars Polar Lander va utiliser un moteur qui doit lui permettre de ralentir suffisamment pour toucher le sol à une vitesse raisonnable. Or il semble que le froid extrême qui règne au niveau des régions polaires pourrait bien empêcher ce moteur de fonctionner comme prévu.

Le moteur de descente est programmé pour s'allumer à environ 1800 mètres au-dessus de la surface martienne, juste après que l'atterrisseur ait éjecté son parachute. Malgré un plongeon important dans l'atmosphère martienne et le freinage du parachute, la vitesse de la sonde est encore bien trop élevée pour lui permette d'atteindre la surface de Mars saine et sauve sans l'aide d'un moteur. 

Le moteur de descente doit fonctionner pendant 30 secondes, jusqu'au moment ou les pieds de l'atterrisseur vont toucher le sol. Ce moteur consomme de l'hydrazine, un ergol stable dans les conditions normales mais qui peut se décomposer de manière explosive pour donner naissance à de l'eau et de l'ammoniac sous l'action d'un catalyseur. Malheureusement le lit catalytique du moteur, qui sert à déclencher l'allumage, risque de ne pas jouer son rôle s'il est soumis à un froid trop intense. Si les rétrofusées de descente ne sont pas capables de s'allumer, Mars Polar Lander va tomber comme une pierre et se fracasser sur la surface martienne. De plus, si les températures sont vraiment trop basses, l'hydrazine elle-même pourrait bien se solidifier à l'intérieur des réservoirs.

Mais les ingénieurs ont déjà trouvé la solution à cet épineux problème. Ils vont activer le dispositif de chauffage du moteur plusieurs heures avant l'arrivée sur Mars, ce qui permettra de réchauffer suffisamment le lit catalytique pour lui permettre de fonctionner. Il suffirait de chauffer le catalyseur jusqu'à une température de 8°C pour que les rétrofusées s'allument. Des tests effectués sur une copie du moteur de Mars Polar Lander ont montré que le moteur continue à fonctionner jusqu'à une température de -20° C. Des tests supplémentaires sont en cours pour caractériser au mieux le comportement et les performances du moteur à basse température.

Le moteur de descente de Mars Polar Lander est cependant d'un type nouveau et il n'a jamais été utilisé jusqu'ici dans une mission planétaire. Bien entendu, la séquence d'atterrissage suivie par l'atterrisseur est désormais bien connue et elle a déjà été mise en oeuvre avec succès lors des missions Viking. Les atterrisseurs Viking utilisaient eux aussi des rétrofusées à hydrazine pour freiner pendant la phase finale de descente, mais ces propulseurs étaient à poussée réglable. La poussée de chaque rétrofusée pouvait être modifiée indépendamment des autres, et cela sur un large intervalle. En fonction des données reçues par le radar, la vitesse de descente de la sonde et sa position horizontale étaient donc contrôlées par la variation de la poussée des moteurs.

Mars Polar Lander emporte par contre trois groupes de quatre propulseurs dont la poussée est fixe. La vitesse de descente et l'inclinaison sont réglées par l'extinction et l'allumage sur des délais très courts de l'ordre du dixième de seconde (technique de la pulse). Pendant la descente, les douze rétrofusées ne vont donc pas cesser de s'éteindre et de se réallumer en permanence.

Le moteur à pulse n'avait jamais été retenu jusqu'à maintenant pour un atterrissage, car son fonctionnement produit de nombreuses vibrations qui peuvent se révéler à la longue stressantes pour le vaisseau. Le fonctionnement est de plus complexe et de nombreuses interactions peuvent se produire, au cours desquels certains moteurs pourraient fournir une poussée proche de zéro, et une poussée double de la poussée initiale pour d'autres ! Mais le coût d'un moteur à pulse est inférieur à celui d'un moteur à poussée réglable et le JPL a estimé en connaître assez sur les problèmes posés par la technique pulsée pour retenir cette solution économique. Espérons qu'ils ont fait le bon choix !

Site d'atterrissage accidenté et de nature inconnue, moteur capricieux, Mars Polar Lander a le droit de se faire du souci pour son avenir. Mais il existe encore un problème plutôt sournois. Si la sonde se crashe, nous risquons bien de ne jamais savoir pourquoi, simplement par manque de données télémétriques. Effectivement, pendant la séquence de l'atterrissage, nous n'aurons absolument aucun signal radio. Une fois à la surface, la sonde n'enverra même pas les signaux que Pathfinder nous avait fait parvenir dès son arrivée en terre martienne. Après la séparation de l'étage de croisière, la sonde ne reprendra le contact avec la Terre qu'à l'issue d'une période de 20 minutes après l'atterrissage. Pour cela, un capteur solaire devra avoir localisé le soleil pour permettre à l'atterrisseur de connaître son orientation et de pointer en direction de la Terre son antenne parabolique à gain moyen (MGA). Plus tard, Mars Polar Lander pourra utiliser son antenne UHF à faible gain pour transmettre des données à Mars Global Surveyor, mais au moment de l'atterrissage, celui ci sera occupé à relayer les informations des pénétrateurs Deep Space 2. Et l'antenne UHF n'a pas la puissance nécessaire pour communiquer directement avec la Terre, contrairement à l'antenne à gain moyen.

Ainsi, lorsque Mars Polar Lander va arriver sur Mars, nous n'aurons rien d'autre à faire qu'attendre. Attendre un faible signal radio qui viendra ..., ou ne viendra pas. Dans le second cas, nous ne pourrons que faire des hypothèses sur la perte de la seconde sonde du programme Mars Surveyor 98, et nous ne saurons probablement jamais ce qui lui est vraiment arrivé. Mais inutile de polémiquer plus avant sur les conséquences de la perte de Mars Polar Lander. Pour l'instant, l'engin continue tranquillement sa route vers son objectif. Et avec un peu de chance, l'homme passera l'an 2000 sur Mars ...

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