Cela semble assez simple :si nous pouvons envoyer un homme sur la Lune pour une partie de golf, pourquoi avons-nous des rovers martiens ?
Mars, après tout, est la planète qui ressemble le plus à la Terre – c'est-à-dire si la Terre avait une température moyenne de moins 81 degrés Fahrenheit (moins 63 degrés Celsius), était ostensiblement sans vie et avait une fine atmosphère martienne [source :Mars Exploration] . Pourtant, ses configurations géologiques ressemblent à une variété d'endroits que nous connaissons sur Terre, depuis les terres anciennes, marquées par les inondations et érodées de l'État de Washington, jusqu'aux déserts de la Vallée de la Mort et au pergélisol de l'Antarctique.
Bien entendu, cela ne signifie pas qu’une mission habitée sur Mars s’apparente à des vacances en Californie. Les rovers ont permis aux programmes spatiaux non seulement d'explorer la surface martienne, mais également d'élucider certains des problèmes qui se poseraient si nous envoyions un jour des femmes ou des hommes sur la planète.
ContenuEnvoyer un rover en mission sur Mars n'est pas aussi simple que d'envoyer simplement une voiture pour enfants avec un talkie-walkie cloué sur le toit. Nous explorerons à la fois la technologie et les instruments utilisés sur les Mars Exploration Rovers, tout en examinant comment ils communiquent avec la Terre.
Et la technologie ne déçoit pas; le rover Curiosity, lancé en 2011, est équipé d'instruments qui appartiennent véritablement à un film de science-fiction. (Indice :les lasers.)
Jusqu’à présent, nous avons tenté d’entrer en contact avec Mars 40 fois. L'ex-URSS a dirigé les cinq premières missions, qui se sont déroulées de 1960 à 1962. Toutes les missions étaient des survols de la planète, ce qui signifie que des vaisseaux devaient orbiter autour de Mars pour renvoyer des images. Ces missions ont toutes été des échecs; soit le vaisseau spatial n'a pas atteint la planète, soit il s'est brisé pendant le voyage.
La première mission réussie fut le voyage en 1964 du Mariner 4, un engin américain qui renvoya 21 images de la planète.
Dès lors, les États-Unis, l’ex-URSS, le Japon et l’Agence spatiale européenne lancent tous des missions sur la planète Mars. Dans les sections suivantes, nous explorerons non seulement les rovers eux-mêmes, mais également certaines des découvertes qu'ils ont faites.
Donc, si nous sommes si avancés et si ambitieux que nous pouvons construire des robots extrêmement complexes sur Mars, pourquoi ne pouvons-nous pas simplement envoyer Terry l'astronaute ? La raison la plus importante est probablement aussi la plus évidente :Terry n'y arriverait probablement tout simplement pas.
Autrement dit, seulement un tiers environ des missions lancées jusqu’à présent se sont soldées par un « succès », ce qui signifie qu’elles ont effectué un voyage sur Mars intact. S'il est facile d'être optimiste quant au fait que près d'un tiers des rovers nous ont fourni des informations précieuses, il n'est pas aussi facile d'encourager un tel bilan lorsque Terry l'astronaute est présent. Peu d'entre nous ont le risque de mourir tous les trois jours au travail.
Le coût est bien entendu un autre facteur. Alors que Curiosity, le rover le plus récent faisant partie de la mission Mars Science Laboratory de la NASA, a coûté la somme énorme de 2,47 milliards de dollars à construire, la NASA n'a toujours pas eu à prendre en compte des choses embêtantes comme permettre à quelqu'un de respirer de l'oxygène [source :Space.com]. Ou revenir de Mars, d'ailleurs.
Gardez à l'esprit qu'un rover martien reste sur la planète pour toujours lorsque nous en avons fini avec lui, mais le voyage de Terry l'astronaute est plus des vacances qu'un déménagement. Et cela signifie de la nourriture, du carburant, de l'élimination des déchets et une pléthore d'autres coûts — deux fois.
Au-delà de la logistique et du coût, il y a toutes les grandes inconnues sur la façon dont le système humain pourrait réagir à une atmosphère comme celle de Mars.
Parce que Mars n'a pas de champ magnétique, les humains recevraient d'énormes doses de rayonnement cosmique – ce qui ne poserait pas de problème sur Terre, où le champ magnétique de la planète fonctionne pour le bloquer. Un voyage de 1 000 jours sur Mars peut potentiellement entraîner 40 % de chances que l'astronaute développe un cancer après son retour sur Terre – ce qui n'est pas nécessairement quelque chose que beaucoup de gens recherchent lors d'un entretien pour un emploi [source :NASA Science].
Gardez également à l'esprit que si Terry l'astronaute est aussi Terry la femme, elle court encore plus de risques :avoir des seins et des organes reproducteurs féminins présente presque le double du risque de cancer [source :NASA Science]. Donc, sans que Terry l'astronaute ne s'inscrive à des doses massives de rayons cancérigènes, nous nous retrouvons avec des explorateurs robotiques.
L’aspect le plus séduisant de l’exploration de Mars est la promesse de trouver de l’eau – ou des preuves antérieures de la présence d’eau. "L'eau est essentielle car presque partout où nous trouvons de l'eau sur Terre, nous trouvons la vie", souligne le site Internet de la NASA. "Si Mars avait autrefois eu de l'eau liquide, ou si elle en a encore aujourd'hui, on peut se demander si des formes de vie microscopiques auraient pu se développer à sa surface."
Les premières missions vers Mars étaient des survols, ce qui signifie qu’il s’agissait simplement de vaisseaux en orbite qui renvoyaient des photographies de la planète. Le premier était Mariner 3 en 1962; cependant, la première orbite réussie et les premières photographies ont eu lieu en 1965 avec Mariner 4.
À la fin des survols en 1969, la série de missions suivante impliquait des orbiteurs. La NASA a conçu ces vaisseaux spatiaux pour une orbite à plus long terme autour de Mars, collectant des photographies. Mariner 9, en 1972, a été le premier à prendre des photographies de toute la surface de Mars.
Les missions orbitales se sont poursuivies, notamment le lancement en 2005 du Mars Reconnaissance Orbiter. L’orbiteur pourrait repérer des objets aussi petits qu’une assiette, tout en transportant également des sondeurs pour trouver de l’eau souterraine. Peut-être plus important encore, il s'agit toujours d'un outil de communication crucial pour relayer les informations au contrôle de mission.
Mais revenons aux prédécesseurs des rovers. Viking 1 et 2, lancés au milieu des années 70, avaient tous deux des atterrisseurs qui descendaient à la surface de Mars. Ils ont été les premiers à découvrir que Mars était autostérilisante, ce qui signifie que la combinaison du rayonnement ultraviolet avec le sol sec et la nature oxydante de la chimie du sol empêche les organismes de se former.
Lorsque nous pensons à des machines plus modernes atterrissant sur Mars, nous commençons généralement par la mission Pathfinder de 1995. Le Pathfinder était composé d'un atterrisseur équipé d'un parachute pour entrer dans l'atmosphère de Mars et du rover Sojourner. L'équipement a renvoyé des milliers d'images, ainsi que 15 analyses chimiques du sol et des données météorologiques.
En 2003, l'équipe de la mission Mars Exploration Rover a lancé Spirit et Opportunity, dont l'un parcourait toujours la planète à la fin de 2011.
Il s’avère que Esprit et Opportunité ne sont pas seulement des mots que nous utilisons pour nous sentir mieux lorsque nous sommes déprimés. En 2003, la NASA a lancé les rovers aux noms gais Spirit et Opportunity, qui se sont lancés dans une mission d'une mobilité et d'une distance bien supérieures à celles de Pathfinder.
Les deux rovers partagent quelques caractéristiques remarquables. Ils peuvent à la fois produire de l’énergie à partir de panneaux solaires et la stocker dans des batteries internes. Juste au cas où des petits hommes verts se trouveraient à proximité, les rovers peuvent prendre des images couleur haute résolution ou utiliser des caméras grossissantes pour que les scientifiques terrestres puissent scruter les objets.
Plusieurs spectromètres installés sur le bras des rovers utilisent toutes sortes d'astuces pour déterminer la composition des roches, notamment le suivi de la quantité de chaleur dégagée par un objet et le lancement de particules alpha. Spirit et Opportunity étaient également équipés d'une foreuse installée (Rock Abrasion Tool) pour percer la surface de la planète.
Le corps du rover est le boîtier électronique chaud (WEB). Un pont d'équipement se trouve au sommet du rover, où résident le mât (ou l'œil du périscope) et les caméras. Les parois peintes en or du corps du rover peuvent résister à des températures de moins 140 degrés Fahrenheit (moins 96 degrés Celsius).
À l’intérieur du WEB du rover se trouvent des batteries lithium-ion, des radios et des objets électroniques comme des spectromètres, qui nécessitent tous de la chaleur pour fonctionner. Le cerveau du rover est un ordinateur comparable à un ordinateur portable puissant et haut de gamme, mais doté de fonctions de mémoire spéciales qui ne seront pas détruites par les radiations et les coupures. Les ordinateurs vérifient également en permanence les températures pour garantir un mobile « sain ».
Ce que Spirit et Opportunity ont découvert, c'est un honneur à la technologie qui leur a permis d'explorer la planète rouge. Quelques mois après l'atterrissage, l'Opportunity a découvert des traces d'eau salée, ce qui laisse ouverte la possibilité que la vie (et des indications fossiles) aient pu exister à un moment donné sur la planète. Spirit est tombé sur des roches qui pointaient vers une Mars antérieure et indisciplinée, marquée par des impacts, un volcanisme explosif et des eaux souterraines [source :NASA Mars].
L'Esprit et l'Opportunité ne répondent plus. La NASA a mis fin à la mission Spirit en 2011 et les ingénieurs du contrôle de mission du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA n'ont pas pu relancer Opportunity en 2019.
En six ans, Spirit a capturé 124 838 images et parcouru 4,8 milles. Pendant ce temps, Opportunity existait depuis plus de 14 ans, a capturé 217 594 images brutes et parcouru 28 miles.
Il ne suffit pas de dire que Spirit et Opportunity disposent de caméras et d'équipements radio sophistiqués. À 384 livres (170 kilogrammes) chacun – et un total de 850 millions de dollars à construire – vous feriez mieux de croire que l'équipement n'est pas seulement votre fidèle MacBook collé à une radio AM/FM.
Tout d’abord, une caméra panoramique, montée sur chaque rover, fournit un contexte géologique plus large. Située sur le mât à environ 1,5 mètre du sol, la caméra ne se contente pas de prendre des images en couleur, mais comporte 14 filtres différents qui peuvent identifier les cibles rocheuses et terrestres pour les observer de plus près.
Un spectromètre d'émission thermique miniature identifie les minéraux sur le site avec l'aide des longueurs d'onde infrarouges. Cela aide à trouver des motifs distinctifs qui pourraient montrer le mouvement de l’eau. Sur le bras du mobile se trouve un spectromètre Moessbauer, qui est placé directement sur des échantillons pour détecter des minéraux ferreux, un autre outil permettant de déterminer comment l'eau a affecté le sol et la roche.
Pour déterminer la composition des roches, il existe un spectromètre à rayons X à particules alpha, du même type que celui que l'on trouve dans les laboratoires de géologie, qui aide les scientifiques à déterminer les origines et les changements dans les échantillons. L'outil d'imagerie microscopique peut étudier soigneusement la formation et les variations rocheuses.
Mais comment diable pouvons-nous réellement découvrir ces découvertes étonnantes que font l’Esprit et l’Opportunité ? Eh bien, ce n'est pas exactement la configuration radioamateur de votre grand-oncle. Bien qu'il existe également une radio UHF de faible puissance et faible vitesse avec un faible débit de données, elle est principalement utilisée comme sauvegarde et à l'embarcadère.
En général, les orbiteurs ne communiquent qu’environ trois heures d’informations directement à la Terre. Le reste est en fait intercepté et envoyé vers les satellites en orbite Mars Odyssey et Mars Global Surveyor, qui transmettent vers la Terre – et vice versa.
L'orbiteur se déplace d'un horizon à l'autre en 16 minutes environ; 10 de ces minutes peuvent être utilisées pour communiquer avec les rovers [source :NASA]. Si nous devions deviner, environ 10 mégaoctets de données quotidiennes pourraient être envoyés sur Terre. Ceci est particulièrement utile car les orbiteurs sont en contact plus étroit avec les deux rovers et disposent d'une fenêtre de communication avec la Terre beaucoup plus longue que n'importe lequel des rovers.
Les rovers utilisent chacun deux antennes pour la communication :une antenne à gain élevé qui peut se diriger elle-même pour transmettre des informations vers une antenne sur Terre, et une antenne à faible gain qui peut recevoir et envoyer des informations de toutes les directions à un débit inférieur à celui du système à haut gain. Antenne à gain.
Toutes ces communications ont lieu sur le Deep Space Network (DSN), un réseau international d'antennes doté d'installations de communication dans le désert de Mojave en Californie; Madrid, Espagne; et Canberra, Australie.
Il y a actuellement deux rovers sur la surface martienne :Curiosity et Perseverance. Curiosity, doté de 17 caméras, a atterri dans le cratère Gale en 2012. Le rover Curiosity qui abrite le laboratoire scientifique de Mars est environ deux fois plus grand que Spirit et Opportunity. D'environ 10 pieds (3 mètres) de long et 7 pieds (2 mètres) de haut, le rover pèse environ 2 000 livres (900 kilogrammes) et possède une suspension « à bascule » qui équilibre le véhicule sur un terrain martien rocheux.
Perseverance a atterri en 2020 au cratère Jezero et parcourt le paysage martien à la recherche de preuves d'une vie microbienne passée.
Même si les rovers ne pointent pas exactement une horloge tous les matins, ils envoient des images, ainsi que des données d'instruments et d'état, à leurs patrons terrestres.
En extrapolant à partir des données, les scientifiques envoient des commandes au rover pendant la fenêtre de trois heures de communication directe avec l'antenne à gain élevé. Le rover reste ensuite autonome pendant 20 heures, exécutant des commandes et envoyant des données d'images aux deux satellites aériens. Les commandants du rover pourraient lui dire de se déplacer vers une nouvelle roche, de broyer une roche, d'analyser une roche, de prendre des photos ou de recueillir d'autres données avec d'autres instruments.
Le rover et les scientifiques répètent ce schéma pendant peut-être 90 jours. À ce stade, la puissance du rover commencera à diminuer. De plus, Mars et la Terre s’éloigneront de plus en plus, ce qui rendra la communication plus difficile. Finalement, le rover n'aura pas assez de puissance pour communiquer, sera trop loin ou rencontrera une panne mécanique, et la mission prendra fin.
En novembre 2011, la NASA a lancé le Mars Science Laboratory pour étudier le sol et les roches à la recherche de composés organiques ou de conditions qui pourraient nous aider à comprendre si Mars est – ou a jamais été – capable de soutenir « l'habitabilité » de la vie sur la planète.
Le Mars Science Laboratory est en fait une fonction du rover Curiosity, qui abrite les instruments scientifiques qui collecteront et analyseront les échantillons.
En 2004, la NASA a sélectionné quelques propositions différentes d'investigations et d'équipements à inclure dans le laboratoire. Outre les États-Unis et le Canada, l’Espagne et la Russie disposent également d’instruments pour cette mission. L'Espagne étudie actuellement la station de surveillance environnementale Rover, conçue pour étudier l'atmosphère et les rayons ultraviolets. La Russie a fourni l'instrument Dynamic Albedo of Neutrons, qui mesure l'hydrogène sous la surface de la planète, indiquant l'eau ou la glace.
Une suite d’instruments appelée Sample Analysis at Mars analysera des échantillons. (La dénomination créative n'est généralement pas une priorité lors des missions scientifiques.) Une fois que le bras du rover a récupéré les échantillons, un chromatographe en phase gazeuse, un spectromètre de masse et un spectromètre laser mesureront les composés contenant du carbone et les rapports isotopiques, qui indiquent l'histoire de l'eau sur Mars. Un spectromètre à rayons X de particules alpha mesurera la quantité de différents éléments.
Vous trouverez également les instruments pratiques suivants à bord du laboratoire :
Mais soyons honnêtes :la partie la plus cool du Mars Science Laboratory est probablement la ChemCam, qui "utilise des impulsions laser pour vaporiser de fines couches de matériau provenant de roches martiennes ou de cibles de sol jusqu'à 7 mètres (23 pieds)" [source :Mars Science Faits de laboratoire].
Il déterminera quels atomes répondent au faisceau tandis qu'un télescope montrera ce que le laser illumine. Ils aideront les scientifiques à déterminer exactement vers quoi ils aimeraient que le rover se déplace ou récupère. Au-delà de ça, c'est juste super cool d'avoir des lasers sur les robots.
