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    Le nouveau rover de Mars est prêt pour les lasers spatiaux

    Le dôme de la taille d'une paume appelé Laser Retroreflector Array (LaRA) est visible près du centre du rover Perseverance Mars de la NASA dans cette illustration. Dans un futur lointain, les orbiteurs martiens équipés de laser pourraient utiliser un tel réflecteur pour des études scientifiques. Perseverance a été construit et est exploité par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA, une division de Caltech à Pasadena, Californie. Le rétroréflecteur a été fourni par l'Institut national italien de physique nucléaire, qui a construit l'instrument pour le compte de l'Agence spatiale italienne. Crédit :NASA/JPL-Caltech

    Lorsque les astronautes d'Apollo ont atterri sur la Lune, ils ont apporté avec eux des appareils appelés rétroréflecteurs, qui sont essentiellement de petits réseaux de miroirs. Le plan était que les scientifiques sur Terre pointent des lasers sur eux et calculent le temps qu'il a fallu pour que les faisceaux reviennent. Cela a fourni des mesures exceptionnellement précises de l'orbite et de la forme de la Lune, y compris comment il a légèrement changé en fonction de l'attraction gravitationnelle de la Terre.

    La recherche avec ces rétroréflecteurs lunaires de l'ère Apollo se poursuit à ce jour, et les scientifiques veulent réaliser des expériences similaires sur Mars. Le rover Perseverance de la NASA, qui doit atterrir sur la planète rouge le 18 février 2021—porte le Laser Retroreflector Array (LaRA) de la taille d'une paume. Il y en a aussi un petit à bord de l'atterrisseur InSight de l'agence, appelé rétroréflecteur laser pour InSight (LaRRI). Et un rétroréflecteur sera à bord du rover ExoMars de l'ESA (Agence spatiale européenne) qui sera lancé en 2022.

    Bien qu'il n'y ait actuellement aucun laser en préparation pour ce type de recherche sur Mars, les appareils sont tournés vers l'avenir :des réflecteurs comme ceux-ci pourraient un jour permettre aux scientifiques menant ce qu'on appelle des recherches par télémétrie laser de mesurer la position d'un rover sur la surface martienne, tester la théorie de la relativité générale d'Einstein, et contribuer à rendre plus précis les futurs atterrissages sur la planète rouge.

    "Les rétroréflecteurs laser sont brillants, marqueurs de position ponctuels, " a déclaré Simone Dell'Agnello, qui a dirigé le développement des trois rétroréflecteurs à l'Institut national italien de physique nucléaire, qui a construit les appareils pour le compte de l'Agence spatiale italienne. "Parce qu'ils sont simples et sans entretien, ils peuvent travailler pendant des décennies.

    Une boite de miroirs

    Les appareils fonctionnent beaucoup comme un réflecteur de vélo, faire rebondir la lumière dans la direction de sa source. LaRA de Persévérance, par exemple, est un dôme de 2 pouces de large (5 centimètres de large) tacheté de trous d'un demi-pouce contenant des cellules de verre. Dans chaque cellule, trois faces réfléchissantes sont positionnées à des angles de 90 degrés les unes par rapport aux autres de sorte que la lumière entrant dans les trous soit renvoyée exactement dans la même direction d'où elle provient.

    LaRA est beaucoup plus petit que les rétroréflecteurs sur la Lune. Les plus anciens, livrés par les missions Apollo 11 et 14, ont à peu près la taille d'un écran d'ordinateur typique et sont intégrés à 100 réflecteurs ; ceux livrés par Apollo 15 sont encore plus grands et intégrés avec 300 réflecteurs. C'est parce que les lasers doivent parcourir jusqu'à 478, 000 milles (770, 000 kilomètres) vers la Lune et retour. Par le voyage de retour, les faisceaux sont si faibles, ils ne peuvent pas être détectés par l'œil humain.

    Les faisceaux que le LaRA de Perseverance et le LaRRI d'InSight ont été conçus pour refléter auraient en fait un trajet beaucoup plus court, bien que Mars se trouve à quelque 249 millions de miles (401 millions de kilomètres) à son point le plus éloigné de la Terre. Plutôt que de faire des allers-retours depuis la Terre, ce qui nécessiterait d'énormes rétroréflecteurs, les faisceaux laser n'auraient qu'à faire des allers-retours depuis un futur orbiteur martien équipé d'un laser approprié.

    Illuminer la science

    Un tel orbiteur pourrait déterminer la position précise d'un rétroréflecteur sur la surface martienne. Et puisque Persévérance sera mobile, il pourrait fournir plusieurs points de référence. Pendant ce temps, la position de l'orbiteur serait également suivie depuis la Terre. Cela permettrait aux scientifiques de tester la théorie de la relativité générale d'Einstein, comme ils l'ont fait avec les rétroréflecteurs sur la Lune. L'orbite de chaque planète est fortement influencée par la courbure de l'espace-temps créée par la grande masse du Soleil.

    Une vue rapprochée, prise le 5 février, 1971, du Rétro-Réflecteur Télémétrique Laser (LR3), que les astronautes d'Apollo 14 ont déployés sur la Lune lors de leur activité extravéhiculaire à la surface lunaire. Crédit :NASA

    "Ce genre de science est important pour comprendre comment la gravité façonne notre système solaire, l'univers entier, et finalement les rôles de la matière noire et de l'énergie noire, " a noté Dell'Agnello.

    Dans le cas de l'atterrisseur InSight, qui a atterri le 26 novembre, 2018, la science de la télémétrie laser pourrait également aider la mission principale du vaisseau spatial d'étudier l'intérieur profond de Mars. InSight s'appuie sur un instrument radio pour détecter des différences subtiles dans la rotation de la planète. En apprenant de l'instrument comment la planète vacille avec le temps, les scientifiques peuvent enfin déterminer si le noyau de Mars est liquide ou solide.

    Et si l'équipe scientifique pouvait utiliser le rétroréflecteur de l'atterrisseur, ils pourraient obtenir des données de positionnement encore plus précises que celles fournies par la radio d'InSight. LaRRI pourrait également détecter comment le terrain InSight se déplace au fil du temps et dans quelle direction, révélant comment la croûte martienne se dilate ou se contracte.

    De meilleurs atterrissages sur Mars

    Les atterrissages sur Mars sont difficiles. Pour aider à faire remonter Persévérance à la surface en toute sécurité, la mission s'appuiera sur la navigation relative au terrain, une nouvelle technologie qui compare les images prises pendant la descente à une carte embarquée. Si le vaisseau spatial se voit trop près du danger (comme une falaise ou des dunes de sable), il peut s'éloigner.

    Mais dans un événement aussi critique, vous ne pouvez jamais avoir trop de sauvegardes. Les futures missions se dirigeant vers la surface de la planète rouge pourraient utiliser la série de points de référence des rétroréflecteurs laser pour vérifier les performances de leurs systèmes de navigation relative au terrain - et peut-être même augmenter leur précision jusqu'à quelques centimètres. Lorsque la différence entre un atterrissage réussi près d'une formation géologique attrayante ou une descente de la pente raide d'un mur de cratère peut être mesurée en quelques pieds, les rétroréflecteurs peuvent être critiques.

    "La télémétrie laser pourrait ouvrir de nouveaux types d'exploration de Mars, " a déclaré Dell'Agnello.

    En savoir plus sur la mission

    Un objectif clé de la mission de Persévérance sur Mars est l'astrobiologie, y compris la recherche de signes d'une vie microbienne ancienne. Le rover caractérisera également le climat et la géologie de la planète, ouvrir la voie à l'exploration humaine de la planète rouge, et soyez la première mission planétaire à collecter et à mettre en cache la roche et le régolithe martiens (roche brisée et poussière). Missions ultérieures, actuellement à l'étude par la NASA en coopération avec l'Agence spatiale européenne, enverrait un vaisseau spatial sur Mars pour collecter ces échantillons cachés à la surface et les renvoyer sur Terre pour une analyse approfondie.

    Géré pour la NASA par JPL, une division de Caltech à Pasadena, Californie, le rover Mars 2020 Perseverance fait partie d'un programme plus vaste qui comprend des missions sur la Lune comme moyen de se préparer à l'exploration humaine de la planète rouge. Chargé de ramener les astronautes sur la Lune d'ici 2024, La NASA établira une présence humaine soutenue sur et autour de la Lune d'ici 2028 grâce aux plans d'exploration lunaire Artemis de la NASA.


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