Sur le flanc nord de couleur rouille de l'un des plus grands volcans de la Terre, un instrument de la taille d'un sac à dos surveille notre atmosphère et, à la fois, aide à préparer le terrain pour une éventuelle exploration humaine d'autres mondes.

Conçu et construit au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, l'instrument suit les niveaux de méthane et de dioxyde de carbone, deux gaz cruciaux pour l'étude de la chimie de l'atmosphère terrestre. Portable et presque autonome, l'unité pourrait représenter le début d'un réseau mondial à faible coût pour fournir une surveillance atmosphérique même dans des endroits difficiles d'accès.

Récemment, une équipe Goddard a déployé l'instrument pour des tests sur le terrain en altitude sur le Mauna Loa, dans une région éloignée considérée comme un site analogique pour Mars. Là, l'instrument est entretenu par l'équipage vivant dans l'habitat connu sous le nom de HI-SEAS, abréviation de Hawai'i Space Exploration Analog and Simulation, un projet financé par la NASA et géré par l'Université d'Hawai'i à Manoa pour aider à se préparer à la possibilité de missions de longue durée sur les surfaces d'autres planètes ou lunes.

"Le partenariat avec HI-SEAS nous donne une opportunité unique de tester les performances de notre instrument et, à la fois, aider à former l'équipe à entretenir et à utiliser l'équipement dans des conditions difficiles similaires à celles auxquelles les explorateurs seraient confrontés, " a déclaré la scientifique de Goddard Emily Wilson, qui a développé l'instrument.

Appelé radiomètre laser hétérodyne miniaturisé, ou mini-LHR, l'instrument mesure la quantité totale de méthane et de dioxyde de carbone dans la colonne atmosphérique, qui est essentiellement une ligne droite du sol au sommet de l'atmosphère. Le système est passif, ne captant que la lumière du soleil, et rien ne quitte l'unité, pas même la lumière parasite. L'instrument a des sensibilités aussi faibles que 1 partie par million pour le dioxyde de carbone et 10 parties par milliard pour le méthane.

A l'intérieur de l'unité, la lumière du soleil se mélange à un faisceau laser selon une technique similaire au fonctionnement d'un récepteur radio FM. Au lieu d'une antenne, l'instrument est équipé d'un télescope. Pour booster sa sensibilité aux signaux faibles, le mini-LHR embarque un minuscule laser infrarouge, comme ceux utilisés dans les télécommunications.

Les gaz atmosphériques sont identifiés par l'absorption de la lumière à des longueurs d'onde infrarouges particulières; le motif de chaque gaz est aussi unique qu'une empreinte digitale. À l'heure actuelle, l'instrument surveille le dioxyde de carbone et le méthane, mais il pourrait être configuré pour suivre le monoxyde de carbone et la vapeur d'eau, également.

Jacob Bleacher de Goddard, un géologue planétaire collaborant avec Wilson, envisage une époque où des instruments comme celui-ci pourraient être déployés à la surface d'un autre monde.

« Nous prévoyons un besoin pour des ensembles d'instruments conçus pour la surveillance de l'environnement sur et autour des sites d'atterrissage humains sur Mars ou d'autres surfaces planétaires, " a déclaré Bleacher. " Pour préserver notre capacité à mener des recherches dans ces endroits, nous devrons établir à quoi ressemblait l'environnement avant l'arrivée de l'homme et le surveiller pendant toute la durée de la présence des humains."

Wilson s'est associé à Bleacher pour développer un protocole pour former l'équipage HI-SEAS à l'utilisation du mini-LHR. Bleacher mènera également des études de suivi pour évaluer l'efficacité de la formation HI-SEAS.

La partie difficile de la formation était que l'équipe de Wilson ne pouvait pas rencontrer ou parler à l'équipe HI-SEAS en personne. C'est parce que la mission d'habitat de 8 mois oblige l'équipage à vivre le genre de confiné, mode de vie enrégimenté que les futurs astronautes de Mars pourraient connaître. Ils effectuent des recherches scientifiques et des travaux géologiques de terrain tout en maîtrisant soigneusement leur consommation alimentaire, eau et électricité. L'équipe de six personnes mange, dort et travaille dans un dôme qui a environ 1, 200 pieds carrés d'espace au sol, l'équivalent approximatif d'un appartement de deux chambres.

L'équipe effectue toutes les communications soit par e-mail, avec des messages retardés de 20 minutes pour simuler le temps de trajet entre la Terre et Mars, ou via un lien vidéo similaire à celui utilisé pour la Station spatiale internationale. Chaque fois que l'équipage quitte l'habitat, ils portent des combinaisons intégrales, y compris les casques et les gants.

La décision de ne pas former l'équipe HI-SEAS à l'exploitation du mini-LHR avant le début de sa mission était intentionnelle.

"Les séjours humains de longue durée sur Mars impliqueront probablement des situations dans lesquelles l'équipage voudra utiliser le matériel mis à sa disposition de nouvelles manières ou à de nouvelles fins, " a déclaré Bryan Caldwell, le chef de projet HI-SEAS. "Une formation supplémentaire devrait se faire à distance dans une situation comme celle-là."

Au moins une fois par semaine maintenant, les membres de l'équipe s'habillent et parcourent un quart de mile à travers une étendue de lave solidifiée parsemée de roches pour vérifier l'instrument de Wilson et télécharger les données sur une clé USB. Pour pouvoir le faire en portant des gants volumineux, A. J. DiGregorio, un membre de l'équipe de Wilson, équipé l'unité d'un écran tactile et d'un stylet, similaire aux blocs de signature utilisés dans les lignes de caisse dans les magasins.

Après l'EVA, ou une activité extravéhiculaire, est fait, les membres de l'équipe retournent à l'habitat et téléchargent les données à partager avec l'équipe de Wilson. Jusque là, Wilson est satisfaite des données qu'elle a vues, et bientôt elle commencera à comparer les lectures à d'autres ensembles de données, comme les mesures de dioxyde de carbone qui ont été faites sur le Mauna Loa depuis 1958.

En attendant, L'équipe de Wilson continue de se concentrer sur la miniaturisation des composants du mini-LHR. Son objectif est de déployer un réseau d'instruments, d'abord sur Terre et plus tard, bien, même le ciel n'est pas la limite.