Une sélection des 23 caméras du rover Mars 2020 de la NASA. Beaucoup sont des versions améliorées des caméras du rover Curiosity, avec quelques nouveautés également. Crédit :NASA/JPL-Caltech
Lorsque Mars Pathfinder de la NASA a atterri en 1997, il avait cinq caméras :deux sur un mât qui sortait de l'atterrisseur, et trois sur le premier rover de la NASA, Séjournant.
Depuis, la technologie des caméras a fait un bond en avant. Les capteurs photo qui ont été améliorés par le programme spatial sont devenus commercialement omniprésents. Les caméras ont diminué de taille, ont augmenté en qualité et sont maintenant transportés dans chaque téléphone portable et ordinateur portable.
Cette même évolution est revenue dans l'espace. La mission Mars 2020 de la NASA aura plus d'"yeux" que n'importe quel rover avant elle :un total de 23, pour créer des panoramas grandioses, révéler les obstacles, étudier l'atmosphère, et aider les instruments scientifiques. Ils offriront des vues spectaculaires lors de la descente du rover vers Mars et seront les premiers à capturer des images d'un parachute alors qu'il s'ouvre sur une autre planète. Il y aura même une caméra à l'intérieur du corps du rover, qui étudiera les échantillons au fur et à mesure qu'ils sont stockés et laissés à la surface pour être collectés par une future mission.
Un instantané de certaines caméras Mars 2020
Toutes ces caméras seront intégrées lors de la construction du rover Mars 2020 au Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, Californie. Ils représentent une progression constante depuis Pathfinder :après cette mission, les rovers Spirit et Opportunity ont été conçus avec 10 caméras chacun, y compris sur leurs atterrisseurs; Le rover Curiosity du Mars Science Laboratory en a 17.
"La technologie des caméras continue de s'améliorer, " a déclaré Justin Maki de JPL, Scientifique en imagerie de Mars 2020 et chercheur principal adjoint de l'instrument Mastcam-Z. "Chaque mission successive est capable d'utiliser ces améliorations, avec de meilleures performances et un moindre coût."
Cet avantage représente un cercle complet de développement, de la NASA au secteur privé et vice-versa. Dans les années 1980, JPL a développé des capteurs à pixels actifs qui utilisaient moins d'énergie que la technologie d'appareil photo numérique précédente. Ces capteurs ont ensuite été commercialisés par la Photobit Corporation, fondée par l'ancien chercheur du JPL Eric Fossum, maintenant au Dartmouth College, Hanovre, New Hampshire.
Vision 20/20
Les caméras sur 2020 incluront plus d'images couleur et 3D que sur Curiosity, a déclaré Jim Bell de l'Université d'État de l'Arizona, Tempé, chercheur principal pour la Mastcam-Z de 2020. Le "Z" signifie "zoom, " qui sera ajouté à une version améliorée de la Mastcam haute définition de Curiosity, les yeux principaux du rover.
Les caméras stéréoscopiques de Mastcam-Z peuvent prendre en charge plus d'images 3D, qui sont idéales pour examiner les caractéristiques géologiques et rechercher des échantillons potentiels à de longues distances. Des caractéristiques telles que l'érosion et les textures du sol peuvent être repérées le long d'un terrain de football. Il est important de documenter des détails comme ceux-ci :ils pourraient révéler des indices géologiques et servir de « notes de terrain » pour contextualiser les échantillons pour les futurs scientifiques.
« L'utilisation régulière d'images 3D à haute résolution pourrait être très rentable, ", a déclaré Bell. "Ils sont utiles pour les cibles scientifiques à longue portée et en champ proche."
L'une des caméras d'ingénierie améliorées avec un objectif prototype pour les Hazcams, qui surveillera les obstacles rencontrés par le rover Mars 2020. Crédit :NASA/JPL-Caltech
Finalement, en couleur
L'esprit, Les rovers Opportunity et Curiosity ont tous été conçus avec des caméras d'ingénierie pour planifier les trajets (Navcams) et éviter les dangers (Hazcams). Ceux-ci ont produit des images de 1 mégapixel en noir et blanc.
Sur le nouveau rover, les caméras d'ingénierie ont été mises à niveau pour acquérir une haute résolution, Images couleur de 20 mégapixels.
Leurs objectifs auront également un champ de vision plus large. C'est essentiel pour la mission 2020, qui essaiera de maximiser le temps passé à faire de la science et à collecter des échantillons.
"Nos précédentes Navcams prenaient plusieurs photos et les cousaient ensemble, " a déclaré Colin McKinney de JPL, responsable de la livraison des produits pour les nouvelles caméras d'ingénierie. "Avec le champ de vision plus large, nous obtenons la même perspective d'un seul coup."
Cela signifie moins de temps passé à panoramique, prendre des photos et coudre. Les caméras sont également capables de réduire le flou de mouvement, afin qu'ils puissent prendre des photos pendant que le rover est en mouvement.
Une liaison de données vers Mars
Il y a un défi dans toute cette mise à niveau :cela signifie transmettre plus de données à travers l'espace.
"Le facteur limitant dans la plupart des systèmes d'imagerie est la liaison de télécommunications, " dit Maki. " Les caméras sont capables d'acquérir beaucoup plus de données qu'elles ne peuvent être renvoyées sur Terre. "
Pour résoudre ce problème, les caméras de rover sont devenues "plus intelligentes" au fil du temps, en particulier en ce qui concerne la compression.
Sur l'esprit et l'opportunité, la compression a été effectuée à l'aide de l'ordinateur de bord ; sur la curiosité, une grande partie a été réalisée à l'aide de l'électronique intégrée à l'appareil photo. Cela permet plus d'imagerie 3D, Couleur, et même la vidéo à haute vitesse.
La NASA a également amélioré son utilisation des engins spatiaux en orbite comme relais de données. Ce concept a été mis au point pour les missions de rover avec Spirit et Opportunity. L'idée d'utiliser des relais a commencé comme une expérience avec l'orbiteur Mars Odyssey de la NASA, dit Bell.
"Nous nous attendions à faire cette mission sur seulement des dizaines de mégabits chaque jour sur Mars, ou sol, " dit-il. " Quand nous avons eu ce premier survol de l'Odyssée, et nous avions environ 100 mégabits par sol, nous avons réalisé que c'était un tout nouveau jeu de balle."
La NASA prévoit d'utiliser un vaisseau spatial existant déjà en orbite autour de Mars, le Mars Reconnaissance Orbiter, MAVEN, et Trace Gas Orbiter de l'Agence spatiale européenne, relais de la mission Mars 2020, qui soutiendra les caméras pendant les deux premières années du rover.
