La mission

La sonde Mars Global Surveyor a été lancée depuis Cap Canaveral en Floride le 7 novembre 1996 (décollage à 19:00:50 heure française) à l'aide d'une fusée Delta II 7925. La sonde, qui pesait au décollage 1062 kilogrammes, est arrivée sur Mars le 12 septembre 1997 après un voyage de 300 jours pour une distance parcourue de 750 millions de kilomètres.

Durant ce voyage, les équipes au sol ont contrôlé la sonde pour s'assurer de son fonctionnement. Des changements mineurs de la direction et de la vitesse de la sonde ont été effectués (Trajectory Correction Maneuvers ou TCMs). Pour réaliser ces modifications de trajectoires, le moteur de la sonde a été allumé pendant un court instant. La première modification de trajectoire a eu lieu 14 jours après le lancement de manière à corriger les erreurs de vitesse accumulées pendant celui ci. Effectivement, même si les ordinateurs de vol de la fusée Delta II sont précis, les moteurs de la fusée manquent de finesse pour donner à la sonde sa vitesse exacte. Les autres modifications de trajectoire ont eu lieu en Mars, Avril et Août. Chaque modification a diminué un peu la vitesse de la sonde. Ces modifications doivent être extrêmement précises. Ainsi, une erreur aussi petite qu'un mètre par seconde peut mettre en échec la mission et la sonde risquerait de manquer Mars. Pour donner un exemple, il faut obtenir la même précision que celle qui serait nécessaire pour envoyer une balle de base ball depuis San Francisco et toucher la torche de la statue de la liberté à New York !

L'insertion en orbite martienne

Lors de l'insertion en orbite, le moteur principal s'est allumé pendant 22 minutes pour ralentir le vaisseau et placer la sonde en orbite autour de la planète rouge (la sonde a consommé 280 kilogrammes de carburant et la vitesse est passé de 2930 m/s à 973 m/s). Sans cette étape, la sonde aurait survolé Mars et ne serait jamais revenue. L'insertion en orbite martienne a eu lieu le 12 septembre 1997 à 03:31 heure française. Pendant la manœuvre, la gigantesque antenne de Goldstone en Californie et la station de Canberra en Australie ont suivi le signal radio de MGS. Cependant, 12 minutes après le début de cette phase, la sonde est passée derrière Mars et le contact radio a été perdu. Lorsque la sonde est réapparue à 03:57 heure française, la mise en orbite était terminée. Cette mise en orbite a été d'une grande précision, puisque la sonde a achevé sa première révolution en 44 heures 59 minutes et 34 secondes, pour une durée prévue de 45 heures ! L'altitude du périapse était de 262 km et l'altitude de l'apoapse de 54026 km au dessus de l'hémisphère sud. Grâce aux données recueillies par les accéléromètres, les ingénieurs de la NASA ont également découvert qu'ils avaient obtenu une grande précision dans la vitesse de la sonde. L'insertion en orbite a consommé presque tout le carburant et après cette manœuvre, il ne restait plus que 31 % d'hydrazine et 9 % de tetroxide d'azote dans les réservoirs du vaisseau.

Le freinage atmosphérique

Après cette insertion en orbite, la sonde s'est mise à tourner autour de la planète rouge (une révolution en 44 h 59 m 34 s) en suivant une orbite fortement elliptique, avec une altitude de 54026 km pour le point le plus haut (au dessus de l'hémisphère Sud) et une altitude de 262 km pour le point le plus bas de l'orbite (au dessus de l'hémisphère Nord). MGS est ensuite descendue petit à petit vers Mars en utilisant la résistance de l'atmosphère martienne comme frein. La technique classique pour transformer une orbite elliptique en une orbite circulaire basse est d'utiliser les moteurs de la sonde pour abaisser l'altitude du point le plus bas de l'orbite. Mais la fusée qui a lancé MGS n'était pas assez puissante pour envoyer à la fois celle-ci et le carburant nécessaire pour une insertion en orbite comportant des manœuvres propulsives. MGS utilise donc une technique originale pour atteindre son orbite de cartographie. L'altitude de l'orbite à l'apoapse (le point le plus haut de l'orbite) dépend de la vitesse et de l'altitude au périapse (le point le plus bas). Au périapse, la sonde passe à travers les couches hautes de l'atmosphère martienne et ralentit à cause de la friction avec les molécules de l'atmosphère. L'altitude à l'apoapse après le passage dans l'atmosphère est plus basse que celle de l'orbite précédente. A chaque révolution, la sonde perd un petit peu d'altitude et l'orbite devient circulaire. Grâce à cette technique, le point haut de l'orbite de Mars Global Surveyor doit passer d'une altitude de 54 000 kilomètres à une altitude de 400 km. L'altitude du point le plus bas de l'orbite pendant le freinage doit être comprise entre 105 km et 110 km. Si cette altitude est plus basse, la résistance de l'air est trop forte et la sonde brûlerait en un éclair. Si l'altitude est plus haute, la résistance de l'air n'est pas assez forte pour ralentir suffisamment la sonde et abaisser l'orbite. Le principal problème est que nous ne connaissons que d'une manière approximative la densité de l'air dans les hautes couches de l'atmosphère de Mars. Comme la densité de l'air détermine l'altitude du point bas de l'orbite, cette altitude doit être modifiée (par des changements rapides mais mineurs de l'orbite) si les conditions atmosphériques varient. A cause d'un problème survenu avec l'un des panneaux solaires de la sonde, la phase de freinage atmosphérique doit durer un an supplémentaire. Elle doit se terminer en mars 1999 au lieu de mars 1998.

La phase de cartographie

La cartographie de la planète commencera au début du mois de mars 1999. Durant cette phase, la sonde tournera autour de Mars en effectuant une nouvelle révolution toutes les 118 minutes à une altitude moyenne de 450 km. MGS travaillera en continu pendant 678 jours. Le demi grand axe de l'orbite de la sonde sera de 3775 km et l'inclinaison de 92,886° (donc la sonde passera très près des pôles). Quand à l'excentricité, elle sera de 0,007 et l'orbite sera donc presque circulaire. Après cette période de dur labeur pour la sonde (période qui se terminera au plus tard en janvier de l'an 2001), celle-ci fonctionnera comme un satellite relais pour les communications entre les atterrisseurs des futures missions spatiales et la Terre.

Le nouveau parcours de Mars Global Surveyor (d'après un schéma original de la NASA).

L'insertion en orbite martienne (MOI). La ligne bleue indique la trajectoire initiale de la sonde, la ligne rouge représente la phase d'allumage du moteur principal et l'insertion en orbite de Mars Global Surveyor alors que la ligne verte montre l'orbite finale de la sonde (d'après un schéma original de la NASA).

Vue de l'orbite de Mars Global Surveyor depuis le soleil (Crédit photo : NASA/JPL).