InSight se prépare à un atterrissage sur Mars. L’engin spatial effectuera son approche et son atterrissage selon une méthode éprouvée, mais même si la NASA a déjà réussi cette cascade, des dizaines de choses doivent se dérouler exactement de la manière voulue lors de l’entrée, de la descente et de l’atterrissage (EDL) pour que InSight arrive en toute sécurité sur le surface de la planète rouge.
Le lundi 26 novembre à 14 h 47 HNE, l’atterrisseur InSight atteindra le sommet de l’atmosphère martienne, à environ 125 km au-dessus de la surface, parcourant une vitesse de 5, 5 km / s (12 000 mph). Le bouclier thermique ablatif en silice de l'engin montera à une température de plus de 1 500 degrés Celsius, suffisamment chaud pour faire fondre l'acier. Environ trois minutes et demie après l’entrée dans l’atmosphère, l’engin spatial continuera de se diriger vers le sol à des vitesses supersoniques. Un parachute sera déployé pour ralentir le plus possible, le bouclier thermique sera largué et la sonde commencera à rechercher le sol avec un radar. Environ six minutes après avoir atteint l'atmosphère, l'atterrisseur va se séparer de sa coque arrière, parcourant toujours les 180 km / h, et déclencher ses fusées rétro pour le ramener à la maison, en se posant environ une minute plus tard.
Si tout se passe bien - alors que les ingénieurs surveillent les écrans de contrôle pendant les "sept minutes de terreur", incapables de diriger le vaisseau lointain en temps réel - InSight s'immobilisera à Elysium Planitia le lundi qui suit Thanksgiving et se préparera à commencer l'étude de la sismologie et chaleur interne de Mars. La NASA peut être rassurée par le fait que de tels atterrissages ont réussi par le passé, mais lorsque vous essayez de poser un engin à des millions de kilomètres de distance, il est impossible de se préparer à toutes les éventualités.
(Emily Lakdawalla pour la Planetary Society) Chaque fois qu'un atterrissage sur Mars approche, les fans de l'espace reçoivent de nombreuses statistiques. Avant l’atterrissage de Curiosity, "plus de la moitié des missions sur Mars ont échoué". Avant le lancement du projet européen ExoMars, "plus de missions ont échoué: 28 échecs contre 19 succès." du moins, pas tout à fait): "Sur une douzaine de missions robotisées d'atterrisseurs et de rovers lancées sur Mars, seules sept ont réussi."
Les statistiques sont dramatiques, mais l'histoire qu'elles racontent est un peu dépassée. Il y a eu une série d'échecs spectaculaires dans la dernière partie du XXe siècle: les pertes de Mars 96, Mars Observer, Mars Climate Orbiter et Mars Polar Lander piquent encore. Mais bien que la Russie n’ait jamais réussi à obtenir un succès complet sur Mars, la NASA, l’Agence spatiale européenne (ESA) et l’organisation indienne de recherche spatiale (ISRO) ont toutes très bien réussi des insertions orbitales sur Mars depuis le passage à l’an 2000. La Chine, l'Inde et le Japon ont leur deuxième mission liée à Mars en préparation, et les Émirats arabes unis planifient leur première mission, sans parler des ambitions de plusieurs entités privées.
Les insertions d'orbites de Mars sont devenues relativement routinières au 21 e siècle, mais les atterrissages de Mars font toujours partie des missions les plus difficiles de l'espace lointain jamais tentées. Les deux orbiteurs retenus de l'ESA incluaient tous deux de minuscules atterrisseurs dont on n'avait jamais entendu parler après le touché, bien que l'atterrisseur Schiaparelli d'ExoMars ait renvoyé des données presque à la surface.
Trois atouts rendent un atterrissage sur Mars beaucoup plus difficile qu'un atterrissage sur la Lune ou sur la Terre, en l'occurrence. Premièrement, contrairement à la Lune, Mars est trop loin pour qu'un humain terrestre puisse être au courant lors d'une tentative d'atterrissage. Le temps nécessaire pour qu'un signal se rende de Mars à Terre et retour ne dure jamais moins de neuf minutes et est généralement beaucoup plus long. Par conséquent, lorsque nous pouvons entendre et répondre au signal indiquant que notre engin spatial a atteint le sommet de l'atmosphère, le résultat final, d'une manière ou d'une autre, est déjà arrivé.
Le deuxième problème est l'atmosphère de Mars. Il y a à la fois trop et trop peu. Sur Terre, lorsque les astronautes et les échantillons de capsules reviennent de l’espace, nous pouvons protéger les engins spatiaux derrière des boucliers thermiques et utiliser le frottement des entrées atmosphériques pour ralentir l’engin hypersonique à une vitesse subsonique. Une fois que la partie enflammée est terminée, nous pouvons simplement sortir un parachute pour réduire davantage la vitesse et dériver vers un touché doux (ou, au moins, survivant) sur la terre ou sur l'eau.
L'atmosphère de Mars est suffisamment épaisse pour générer une entrée ardente, nécessitant un bouclier thermique, mais elle est trop fine pour qu'un parachute seul puisse ralentir un engin spatial entrant jusqu'à une vitesse d'atterrissage sûre. Lorsque Curiosity a atteint le sommet de l'atmosphère de Mars en 2012, elle se déplaçait à 5, 8 km par seconde (13 000 mph). Lorsque le bouclier thermique avait fait tout son possible, le vaisseau spatial se dirigeait toujours vers le sol à 400 mètres par seconde (895 mph). Le parachute de Curiosity pourrait le ralentir, mais seulement à 80 mètres par seconde. Frapper le sol à cette vitesse n'est pas viable, même pour un robot.
Dans un monde sans air comme la lune, les boucliers thermiques ne sont pas nécessaires et les parachutes ne vous servent à rien. Mais ne craignez rien, nous avons la technologie pour les atterrissages lunaires depuis les années 1960: prenez des roquettes et dirigez-les vers le bas, annulant ainsi la vitesse de l'engin.
L'atmosphère rend les choses un peu plus délicates sur Mars, cependant. L'air en mouvement étant un facteur supplémentaire, les vents imprévisibles peuvent ajouter une vitesse horizontale tout aussi imprévisible à un vaisseau spatial en descente. Pour cette raison, les régions d'atterrissage sur Mars doivent avoir des pentes régionales basses. Des vents horizontaux forts ainsi que des pentes élevées pourraient placer un atterrisseur beaucoup plus éloigné ou plus rapproché du sol qu'il ne l'aurait prévu - et l'une ou l'autre de ces situations pourrait être catastrophique.
Illustration de l'atterrisseur InSight de la NASA sur le point d'atterrir à la surface de Mars. (NASA / JPL-Caltech) Un atterrisseur Mars a donc besoin de trois technologies pour atteindre la surface: un bouclier thermique, un parachute déployable de manière supersonique et des rétroréporteurs. Les missions Viking sur Mars au milieu des années 1970 ont été préparées en testant des parachutes sur des roquettes suborbitales pour vérifier qu'elles pouvaient se gonfler sans déchiquetage à une vitesse supérieure à celle du son. Depuis lors, tous les atterrissages réussis sur Mars (tous ceux de la NASA) reposent sur des parachutes hérités du Viking. La NASA a récemment travaillé sur un nouvel effort visant à développer des technologies de décélération capables d’atterrir des engins spatiaux plus lourds que les sondes Viking. Cet effort n’a pas été couronné de succès au départ, ce qui a abouti à des parachutes déchiquetés de façon catastrophique. (Des tests plus récents ont mieux fonctionné.)
En gardant tout cela à l'esprit, que savons-nous de ce qui n'a pas marché pour les atterrisseurs récemment tombés en panne sur Mars? Pour deux d'entre eux - Mars Polar Lander et Beagle 2 -, nous ne pouvons que spéculer. L’engin spatial n’était pas capable de transmettre des données de télémétrie en temps réel lorsqu’il descendait. L’échec de Mars Polar Lander a enseigné à la NASA une leçon importante: si nous voulons tirer des leçons de nos échecs, nous devons collecter autant de données que nous pouvons jusqu’au point d’échec. Depuis que les Polar Lander de Mars se sont écrasés à la surface à la fin de 1999, tous les atterrisseurs de Mars, à l'exception du Beagle 2 de l'ESA, ont transmis des données à un orbiteur qui a enregistré des signaux radio bruts en vue d'une analyse ultérieure en cas d'échec.
De nos jours, il y a beaucoup d'orbiteurs sur Mars, nous pouvons donc faire mieux que cela. Il y a toujours un orbiteur qui écoute et enregistre chaque dernier signal radio d'un atterrisseur, juste en cas de catastrophe. Et il y a généralement un orbiteur secondaire qui n'écoute pas simplement le signal, mais le décode et retransmet les informations sur Terre aussi rapidement que le permet le lent déplacement de la lumière. Cette transmission de données en «tube courbé» nous a donné l’image en temps réel et enivrante des tentatives d’atterrissage sur Mars.
Une carte de Mars indiquant l'emplacement des sept atterrissages réussis de la NASA ainsi que le site d'atterrissage d'InSight dans la région plate d'Elysium Planitia. (NASA) Lorsque InSight atterrit, il appartiendra à l'orbiteur de reconnaissance Mars d'enregistrer la télémétrie pour une dissection ultérieure si la tentative échoue. Cependant, pour obtenir des données en temps réel sur l'atterrissage, InSight a amené deux petits compagnons spatiaux: les CubeSats de MarCO, chacun d'environ trois pieds de long. Le vaisseau spatial Mars Cube One est le tout premier CubeSats interplanétaire. Si l’engin réussit, le monde recevra ses rapports en temps réel sur l’atterrissage d’InSight et les petits robots spatiaux ouvriront la voie à de futurs voyages vers Mars, plus petits et moins chers.
Mais pour l'instant, tous les yeux sont rivés sur InSight. La NASA a réussi à atterrir sept fois sur Mars et, avant la fin du mois, l’agence spatiale va tenter de le doubler.
Emily Lakdawalla est une évangéliste planétaire à la Planetary Society et rédactrice en chef de la publication trimestrielle de la société, The Planetary Report. Son nouveau livre s'intitule «Conception et ingénierie de la curiosité: comment le mobile Mars s'acquitte de sa tâche» .
Conception et ingénierie de la curiosité: comment le mobile Mars s'acquitte de sa tâche
Ce livre décrit la machine la plus complexe jamais envoyée sur une autre planète: Curiosity. Il s’agit d’un robot d’une tonne doté de deux cerveaux, de dix-sept caméras, de six roues, d’une centrale nucléaire et d’un faisceau laser sur la tête. Personne ne comprend le fonctionnement de tous ses systèmes et instruments. Cette référence essentielle à la mission Curiosity explique l’ingénierie de chaque système du rover, du jetpack propulsé par une fusée au générateur thermoélectrique à radio-isotopes en passant par son système extrêmement complexe de traitement des échantillons.
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