Une danse étroitement chorégraphiée entre le Deep Space Network de la NASA et les orbiteurs de Mars maintiendra la Persévérance de l'agence en contact avec la Terre pendant l'atterrissage et au-delà.

Lorsque le rover Mars 2020 Perseverance de la NASA atterrit avec l'hélicoptère Ingenuity Mars sur la planète rouge le 18 février, ils ne seront pas seuls. Depuis l'orbite, deux copains robotiques joueront un rôle particulier dans l'événement en vérifiant les signes vitaux de la mission à partir du moment où Persévérance pénètre dans l'atmosphère jusqu'à longtemps après avoir fait ses premières traces sur la surface martienne.

Le Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) de la NASA et l'orbiteur Mars Atmospheric and Volatile EvolutioN (MAVEN) font partie du Mars Relay Network, une constellation de vaisseaux spatiaux qui sert de bouée de sauvetage aux missions de surface actuelles sur Mars – le rover Curiosity de la NASA et l'atterrisseur InSight.

Alors que certaines commandes et télémétries peuvent être envoyées directement vers et depuis la Terre, pour la plupart, les énormes quantités de données scientifiques collectées par les rovers et les atterrisseurs ne le peuvent pas, car cela prendrait trop de temps. La plupart des données qui reviennent sur Terre doivent d'abord être envoyées aux orbiteurs de Mars, qui transmettent ensuite les données à des dizaines de millions de kilomètres à travers l'espace interplanétaire vers des antennes radio sur Terre, y compris les antennes du vénérable Deep Space Network (DSN) de la NASA.

"C'est un énorme effort pour maintenir les communications avec notre vaisseau spatial dans tout le système solaire, mais les missions à la surface de Mars portent cet engagement à un autre niveau, " a déclaré Bradford Arnold, Chef de projet DSN au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud. "Depuis que Mars Global Surveyor (MGS) est arrivé en orbite en 1997, un flux constant d'orbiteurs a été ajouté, portant des radios relais et des antennes, qui fournissent des communications très efficaces entre les atterrisseurs de surface et la Terre. Si la chorégraphie de ce schéma relais est désormais un peu banale pour les actifs en place, il est toujours extrêmement difficile de coordonner toutes les liaisons de communication pendant la très courte période pendant l'arrivée d'un atterrisseur. »

Cette danse fera en sorte que le monde puisse regarder l'entrée de Persévérance, descente, et l'atterrissage - une séquence d'événements déchirante qui commencera à la fin de la croisière interplanétaire du rover.

Au-dessus de l'horizon

Alors que Persévérance pénètre dans l'atmosphère martienne à l'intérieur de son aéroshell protecteur, le rover basculera entre plusieurs de ses antennes embarquées pour rester en contact avec la Terre. Certaines de ces antennes utilisent de puissantes transmissions en bande X qui peuvent envoyer de petites quantités de données directement au DSN. D'autres utilisent les ultra hautes fréquences (ou UHF) pour communiquer avec MRO et MAVEN.

Géré par le JPL pour le programme Space Communications and Navigation (SCaN) de la NASA, le DSN se compose de plusieurs antennes radio paraboliques dans des stations au sol en Californie du Sud, près de Madrid, Espagne, et en dehors de Canberra, Australie. Cette configuration permet aux contrôleurs de mission de communiquer avec les engins spatiaux dans tout le système solaire à tout moment tout au long de la rotation quotidienne de la Terre. Lors de l'atterrissage de Persévérance, Les antennes de Madrid seront entraînées sur Mars, prendre les devants lors de la réception de données. Le complexe de Goldstone près de Barstow, Californie, sera également à l'écoute en tant que sauvegarde.

Depuis l'atterrissage de Mars Exploration Rovers Spirit and Opportunity de la NASA en 2004, les données scientifiques ont été systématiquement relayées via les orbiteurs martiens vers le DSN, en commençant par MGS puis l'orbiteur vétéran Odyssey de la NASA, qui tourne autour de Mars depuis 2001.

Parce que les deux dernières minutes de la descente et de l'atterrissage de Persévérance se dérouleront principalement au-delà de l'horizon de Mars du point de vue de la Terre, les communications "direct-to-terre" en bande X seront impossibles, et le rover communiquera avec la Terre uniquement via MRO et MAVEN lorsqu'il atterrira.

En orbite depuis 2006, La MRO a été conçue comme une mission scientifique et pour servir de relais de communication pour les missions de surface au sol. Mais il a reçu une mise à niveau pour se préparer à l'atterrissage de Persévérance.

"L'année dernière, le logiciel du vaisseau spatial MRO et sa radio UHF ont été mis à jour pour permettre le retour quasi immédiat des données collectées lors de l'EDL. MRO captera la télémétrie transmise par Persévérance et utilisera sa parabole de 3 mètres [10 pieds] pour la transmettre immédiatement à la Terre, " a déclaré Roy Gladden, responsable du Mars Relay Network au JPL. "Nous appelons cela un 'tuyau coudé, " ce qui nous permet d'avoir des nouvelles de Persévérance même si Mars bloque notre vue depuis la Terre. "

Premier mot de Jezero

Alors que MRO relaie l'atterrissage de Persévérance en temps quasi réel, les ingénieurs du contrôle de mission espèrent confirmer l'atterrissage et recevoir la première image peu après 12h55. HNP (15 h 55 HNE). En raison de la distance que le signal doit parcourir de Mars à la Terre, le vaisseau spatial aura atterri (appelé "temps d'événement du vaisseau spatial") 11 minutes et 22 secondes plus tôt.

Plus tard, vers 16h27 HNP (19 h 27 HNE), Odyssey survolera le site d'atterrissage et communiquera avec le rover pour confirmer son état de santé. La prochaine session de relais après cela aura lieu vers 18h36. PST (21 h 36 HNE) par Trace Gas Orbiter (TGO) de l'ESA (l'Agence spatiale européenne), qui vérifiera également l'état de santé de Persévérance et retransmettra toutes les images transmises par le rover depuis le site d'atterrissage.

En outre, MAVEN capturera l'intégralité de l'atterrissage avec un enregistrement à large spectre riche en données, et renverra les informations sur Terre plusieurs heures après l'atterrissage. Ces données pourraient être utilisées pour remplir toute télémétrie (données d'ingénierie) du rover pendant l'EDL qui a été manquée par MRO lors du relais initial, et fournir d'autres mesures de l'événement.

Ce système de jumelage permet de s'assurer que peu de données sont perdues lors de l'atterrissage historique de Persévérance dans le cratère Jezero tout en confirmant la santé du rover et son emplacement précis.

Opérations scientifiques

Bien sûr, les communications ne s'arrêtent pas après l'atterrissage. C'est alors que commencera la tâche compliquée d'envoyer des commandes à Persévérance et de recevoir l'énorme sortie de données scientifiques du rover.

Au cours de sa mission, le rover aura tous les orbiteurs du réseau de relais Mars pour le soutien, y compris le MRO de la NASA, MAVEN, Odyssée, et le TGO de l'ESA, qui joue un rôle clé dans le réseau depuis quelques années. Même l'orbiteur Mars Express de l'ESA sera disponible pour les communications d'urgence en cas de besoin. Alors que les orbiteurs de la NASA communiquent exclusivement avec la DSN, les orbiteurs de l'ESA communiquent également via le réseau européen de localisation spatiale et des stations au sol situées en Russie.

Bien que le Mars Relay Network se soit élargi pour inclure plus de vaisseaux spatiaux et plus de partenaires internationaux, avec chaque nouvelle mission de surface vient une complexité supplémentaire lors de la planification des sessions de relais pour chaque survol de l'orbiteur.

"Curiosity et InSight sont suffisamment proches l'un de l'autre sur Mars pour être presque toujours visibles par les orbiteurs en même temps qu'ils survolent. Persévérance atterrira suffisamment loin pour ne pas être vu simultanément par MRO, TGO, et Odyssée, mais parfois MAVEN, qui a une plus grande orbite, pourra voir les trois véhicules en même temps, " ajouta Gladden. " Comme nous utilisons le même ensemble de fréquences pour communiquer avec les trois, nous devons soigneusement planifier le moment où chaque orbiteur parle à chaque atterrisseur. Nous sommes devenus bons dans ce domaine au cours des 18 dernières années alors que les rovers et les atterrisseurs sont venus et repartis, notamment en collaborant avec l'ESA, et nous sommes ravis de voir le Mars Relay Network établir de nouveaux records de débit car il renvoie les énormes ensembles de données de Perseverance. »

Finalement, cet effort de communication reliant la Terre et Mars nous permettra de voir des images haute résolution (et d'entendre les premiers sons) captées par Persévérance, et les scientifiques pourront approfondir nos connaissances sur la géologie ancienne de la planète rouge et son potentiel astrobiologique fascinant.

En savoir plus sur la persévérance

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 la géologie et le climat passé de la planète, ouvrir la voie à l'exploration humaine de la planète rouge, et soyez la première mission à collecter et à mettre en cache la roche et le régolithe martiens.

Missions ultérieures, actuellement à l'étude par la NASA en coopération avec l'ESA, enverrait un vaisseau spatial sur Mars pour collecter ces échantillons scellés à la surface et les renvoyer sur Terre pour une analyse approfondie.

La mission Mars 2020 fait partie d'une initiative plus large de la NASA 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.