Mars Express – la voie la plus rapide vers la planète rouge

La sonde Mars Express sera lancée le 2 juin
30 mai 2003

ESA INFO 12-2003. La mission Mars Express de l’ESA fait figure de pionnière à plusieurs égards : première mission européenne à destination de la planète Mars, elle a été mise au point en un temps record pour un coût nettement inférieur à celui des projets antérieurs.

Mars Express est le premier projet réalisé selon la nouvelle méthode appliquée par l’ESA à ses missions scientifiques, qui peut se résumer ainsi : faire mieux, plus vite et moins cher sans aucune concession sur la fiabilité et la qualité. Rien n’a été négligé en termes d’essais et de préparatifs de lancement. Mars Express devra relever des défis techniques complexes durant son périple vers la Planète rouge et les ingénieurs de l’ESA n’ont pas ménagé leurs efforts pour lui donner toutes les chances d’y parvenir.

« Avec Mars Express, l’Europe acquiert son propre savoir-faire dans de nombreux domaines, depuis le développement d’expériences scientifiques et de technologies nouvelles, tout au moins pour l’industrie européenne, jusqu’au contrôle d’une mission comportant un atterrissage sur une autre planète. Pour nous, cela constitue une première», commente Rudi Schmidt, Chef du projet Mars Express.

Rapidité, efficacité… sécurité !

La phase de conception et de développement de Mars Express a duré près de quatre ans, contre six ans environ pour les précédentes missions de ce type. De plus, avec un budget de 300 millions d’euros, le projet a coûté beaucoup moins cher que d’autres missions planétaires comparables. Ce « prodige » est à mettre au crédit de la nouvelle méthode de gestion utilisée par l’ESA : des équipements et des instruments existants ont été réutilisés et le projet a été dirigé par une équipe ESA resserrée qui a délégué davantage de responsabilités à l’industrie. La sonde a été construite par un consortium de 24 entreprises implantées dans les 15 Etats membres de l’ESA et aux Etats-Unis, la maîtrise d’œuvre étant assurée par Astrium.

Aucune concession n’a cependant été faite en matière de sécurité : « Bien que très pressés par le temps vers la fin du projet, nous n’avons supprimé aucun des essais prévus. On peut donc parler d’une phase de conception accélérée suivie d’une phase d’essais rigoureuse », explique Rudi Schmidt.

Cette nouvelle méthode de développement rationalisée sera appliquée à Venus Express, et probablement à d’autres missions à venir.

Lancement

29 May 2003 - Soyuz launcher is moved into the upright position
Le lanceur Soyuz à Baikonur, au Kazakhstan

La sonde Mars Express sera lancée le 2 juin par une fusée Soyouz-Frégate qui décollera du cosmodrome de Baïkonour, au Kazakhstan. Elle est composée d’un orbiteur et d’un atterrisseur, baptisé Beagle 2. Dans sa configuration de lancement, Mars Express se présente sous la forme d’une caisse en aluminium constituée de panneaux en nids d’abeille mesurant 1,5 X 1,8 X 1,4 m (hors panneaux solaires) et pesant 1 223 kg au total. L’atterrisseur Beagle 2 voyagera fixé à l’un des côtés de l’orbiteur, replié comme une grosse montre de poche. Fin décembre, la sonde arrivera à proximité de Mars et Beagle 2 se détachera pour se poser sur la planète tandis que l’orbiteur se mettra en orbite martienne.

Les derniers préparatifs d’une campagne de lancement très intense se déroulent en ce moment au cosmodrome de Baïkonour, où la sonde est arrivée le 20 mars dernier. Après le remplissage de ses réservoirs (457 kg d’ergols), la sonde a été installée sur le lanceur Soyouz au cours d’une opération que les Russes appellent « le mariage ». Le lanceur et son passager seront transférés vers le pas de tir le 29 mai, quatre jours avant le lancement.

Le chemin le plus court pour arriver sur Mars

Si les scientifiques ont dû faire aussi vite pour mettre au point la mission Mars Express, c’est notamment parce que l’été prochain, Mars et la Terre se retrouveront très proches l’une de l’autre. Certes, un créneau de lancement vers Mars se présente tous les 26 mois – lorsque le Soleil, la Terre et Mars sont alignés – mais cette année le rapprochement entre les deux planètes sera maximal et cette situation ne se produit que tous les 15 à 17 ans. Qui plus est, les calculs ont montré que pour obtenir le meilleur rapport entre consommation de carburant et temps de trajet, il fallait lancer la sonde entre le 23 mai et le 21 juin. L’équipe Mars Express a dû mettre les bouchées doubles pour être prête à temps.

Hommage à une entreprise également à la pointe de la technologie, la sonde emportera avec elle un petit récipient contenant de la peinture « rouge Ferrari ».

Après le lancement

Beagle 2 lander
Beagle 2

Mars Express se séparera de l’étage supérieur Frégate de Soyouz 90 min après le décollage. La sonde déploiera alors ses panneaux solaires et entrera en contact avec la station sol de l’ESA située à New Norcia, en Australie occidentale.

Durant son voyage vers Mars, la sonde s’éloignera de la Terre à la vitesse de 3 km par seconde. L’un des moments délicats de cette première partie du trajet sera l’ouverture des brides de fixation de Beagle 2 trois jours après le décollage. Ces brides sont des dispositifs complémentaires destinés à amarrer solidement l’atterrisseur à la sonde pendant le lancement, mais elles n’ont plus d’utilité lorsque le véhicule est dans l’espace. Leur ouverture est déclenchée par un dispositif pyrotechnique, opération indispensable pour que Beagle 2 puisse être largué une fois la sonde arrivée à proximité de Mars.

Selon Rudi Schmidt, toutes les précautions ont été prises pour que les choses se passent sans problème : « Nous avons suffisamment testé l’ensemble des aspects de la mission Mars Express pour être sûrs qu’il n’y aura ni erreur, ni faux pas. La mission a été mise au point en un temps record mais nous n’avons rien négligé en termes d’essais, y compris pour le segment sol. »

Mise en orbite et atterrissage sur Mars

L’atterrisseur se détachera de la sonde six jours avant de se poser sur Mars. Cette opération est considérée comme l’une des plus complexes de la mission. Beagle 2, qui ne pèse que 65 kg, est trop léger pour transporter son propre mécanisme de pilotage et il n’est pas conçu pour être télécommandé pendant sa descente et son atterrissage. Pour se poser à l’endroit prévu, il ne peut donc compter que sur l’assistance de l’orbiteur qui doit le placer sur la bonne trajectoire puis le larguer en un point bien précis de l’espace et à une vitesse prédéfinie. L’équipe de contrôle au sol du Centre européen d'opérations spatiales (ESOC) situé à Darmstadt (Allemagne) pilotera les opérations. Pour se préparer aux manœuvres d’approche de Mars et de largage, les ingénieurs de l’ESOC se sont entraînés pendant des mois sur des simulateurs qui ressemblent à des jeux vidéo très sophistiqués. Les tests se poursuivront après le lancement de la sonde.

Mars Express orbiter
Mars Express étudiera la planète Mars pendant au moins 2 ans

A l’approche de Mars, l’orbiteur éjectera l’atterrisseur et se retrouvera temporairement sur une trajectoire de collision avec la planète. Les contrôleurs au sol devront alors réaliser une autre opération capitale consistant à ajuster la trajectoire de l’orbiteur et à le freiner pour qu’il ne se déplace plus qu’à 1,8 km/s, vitesse néanmoins suffisante pour que l’attraction de Mars permette sa capture et son injection en orbite martienne. Les contrôleurs au sol devront encore exécuter plusieurs manœuvres pour placer le véhicule spatial sur sa trajectoire définitive, une orbite polaire fortement elliptique d’où il pourra commencer son travail d’observation scientifique.

Entretemps, Beagle 2 se sera posé sur la planète rouge. Le site d’atterrissage est une vaste ellipse mesurant 300 km de long sur 150 km de large, située dans une région équatoriale appelée Isidis Planitia. Ce site a été choisi en fonction d’un certain nombre de facteurs, notamment la force des vents et la consistance du sol. Lors de sa descente, l’atterrisseur ouvrira ses parachutes avant de déployer de gros coussins gonflables qui amortiront sa chute sur la surface martienne. Une fois posé, Beagle 2 émettra un signal sonore grâce auquel les opérateurs du laboratoire de radioastronomie de Jodrell Bank, au Royaume-Uni, sauront que l’atterrissage s’est bien déroulé. Ce signal de 9 notes a été composé pour l’équipe Beagle 2 par le groupe pop britannique « Blur ».

Mars Express étudiera la surface, le sous-sol et l’atmosphère de Mars pendant au moins deux ans. L’atterrisseur explorera le sol martien pendant environ six mois, transmettant ses données à la Terre par l’intermédiaire de l’orbiteur.

Mars Express contribuera à répondre à des questions fondamentales concernant la planète rouge. On espère notamment déterminer s’il y a de l’eau sur Mars et en quelle quantité, et peut-être déceler des traces de vie passée ou présente. Si les initiatives d’exploration de la planète Mars se sont multipliées ces dernières années, la mission européenne Mars Express apparaît comme l’expédition martienne la plus ambitieuse jamais tentée à ce jour.

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