2 Décembre 2019

Mars, terre de robots

Mars est sous haute surveillance : 8 engins étudient actuellement la planète rouge, 6 sondes en orbite et 2 engins au sol. En 2020, 4 nouvelles missions devraient placer 2 sondes en orbite et déposer 3 véhicules mobiles sur la planète rouge. En orbite ou au sol, fixes ou mobiles, ces robots sont de précieux alliés pour étudier la structure, la composition, l’évolution de Mars, chercher des traces de vie et… préparer de futures missions habitées.

EXPLORATEURS SCIENTIFIQUES

Plus résistants qu’un humain, moins chers qu’une mission habitée, depuis les années 1960, plus d’une quarantaine d’engins sont partis étudier la planète rouge, en orbite ou sur son sol. Un bon tiers a échoué, car rejoindre Mars est difficile. Mais ces lancements se sont poursuivis car les robots nous ont permis d’en apprendre beaucoup plus sur Mars. Et ont confirmé l’intérêt de poursuivre son exploration.

Dans la famille martienne, je demande… les chercheurs d’eau

Les jumeaux Viking 1 et Viking 2 sont les premiers robots (c’est-à-dire des engins capables de fonctionner de façon autonome) à s’être posés sur Mars, en juillet et septembre 1976. Après avoir atterri, Viking 1 a réalisé la première image prise sur le sol de Mars puis les deux atterrisseurs ont analysé sa surface, son climat, son atmosphère. On pensait alors qu’étudier Mars et y rechercher la vie serait facile. Pas si simple…
Il faut ensuite attendre 20 ans pour assister aux premiers tours de roue sur Mars par Sojourner, le 4 juillet 1997. Ce véhicule automatique, ou rover, n’a fonctionné que 3 mois. Mais avec l’aide de Pathfinder, l’atterrisseur qui l’accompagne, il transmet des données inédites et plus de 16 000 images originales. Et il ouvre la voie à ses successeurs : Spirit et Opportunity.
Arrivés sur Mars en janvier 2004, ces 2 robots géologues sont envoyés sur des sites susceptibles d’avoir contenus de l’eau : le cratère Gusev, qui aurait pu abriter un lac, et la plaine Meridiani Planum. Ces premières missions robotisées confirment  qu’il y a eu de l’eau sur Mars.

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Sojouner, le premier véhicule martien, devait simplement montrer la possibilité d’atterrir et de se déplacer sur Mars. Il a pris des milliers de photos et analysé des roches de surface. Crédits : NASA/JPL

… le dénicheur de conditions habitables

En 2012, Curiosity, le véhicule de la mission américaine Mars Science Laboratory (MSL) débarque à son tour sur Mars. Sa mission : déterminer si Mars a ou a été habitable. C’est-à-dire si elle a disposé de suffisamment d’eau, de minéraux et de conditions atmosphériques pouvant permettre à des organismes vivants de se développer. Pour cela, on change de catégorie : Curiosity pèse près de 900 kilos et emporte 75 kilos d’instruments sophistiqués, là où ses prédécesseurs affichaient un poids de 186 kilos et une dizaine de kilos d’instruments. Et… Bingo ! Curiosity a trouvé des éléments carbonés, des traces d’eau douce et même des sources d’énergie : dans le passé, Mars a été habitable !

L’atterrisseur InSight, arrivé sur Mars en 2019, explore l’intérieur de Mars, encore complètement inconnu. Avec son sismomètre SEIS, développé par le CNES, InSight détecte les tremblements de Mars pour comprendre comment cette planète a évolué et perdu son champ magnétique et son atmosphère. Curiosity a en effet confirmé qu’en perdant son champ magnétique qui la protégeait des rayonnements solaires, Mars a ensuite perdu son atmosphère puis son eau, qui s’est évaporée dans l’espace.

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Curiosity adore les selfies ! Il nous envoie régulièrement des images le montrant dans sa zone d’exploration. Crédits : NASA/JPL-Caltech/MSSS

… les traqueurs de signe de vie

2020 est une nouvelle étape. Trois robots mobiles débarquent sur Mars à la recherche de traces de vie : le rover américain Mars 2020 (NASA), l’européen Rosalind Franklin, de la mission ExoMars (ESA) et le rover chinois HX1 (CNSA). Il s’agit désormais de rechercher des marqueurs chimiques d’une vie passée sur Mars, en clair des restes de micro-organismes. SuperCam, la caméra laser franco-américaine du véhicule de Mars 2020 aidera aussi à sélectionner des échantillons qui seront par la suite rapportés puis analysés sur Terre. Rosalind étudiera sur place des échantillons recueillis jusqu’ à 2 m sous la surface martienne, une profondeur où des organismes pourraient avoir survécu, à l’abri des radiations.

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Le véhicule de la mission européenne ExoMars, Rosalind Franklin, pèse 316 kilos pour une charge utile de 26 kg. Cela ne l’empêche pas d’être performant : il pourra chercher des échantillons jusqu’à 2 mètres sous la surface. Crédits : ESA


Nom d’un engin ! (Petit dico des robots)

Orbiteur : véhicule spatial sans équipage (sonde spatiale) qui reste en orbite autour d’un astre.
Atterrisseur (lander en anglais) : engin qui se pose sur un astre. Il peut être équipé d’instruments scientifiques, déposer un robot mobile ou un équipage humain.
Robot mobile (rover en anglais) : engin programmé ou télécommandé qui se déplace à la surface de la planète.
Drone : petit engin volant programmé ou télécommandé.

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GALERIE DES EXPLOITS

Les robots martiens ont considérablement fait avancer nos connaissances de Mars. Ils ont aussi réalisé quelques prouesses technologiques.

Opportunity, champion de la longévité

Février 2019 : la NASA déclare la fin de la mission du robot Opportunity, 15 ans après son arrivée sur Mars et au bout d’un voyage de 45,16 kilomètres. La mission de ce petit rover de 130 kilos devait durer 90 jours et parcourir au moins 1 km !
Les récits de son périple et les quelques 200 000 images qu’il nous a transmises ont fasciné des milliers de terriens et ont contribué à populariser l’exploration de Mars.
Opportunity avait atterri sur Mars en janvier 2004, quelques jours après son binôme Spirit. Si Opportunité a brillé par son endurance, Spirit s’est montré d’une efficacité à toute épreuve. Il a escaladé puis redescendu les flancs d’un cratère et a poursuivi sa mission sur 5 roues au lieu de 6. Ses opérateurs ont même transformé l’axe de la roue cassée en outil. Ils s’en sont servis pour gratter la surface de Mars.

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Curiosity, des découvertes à foison

Sur Mars depuis 2012, Curiosity a lui aussi dépassé sa mission initiale, prévue pour durer 2 ans (une année martienne). Surtout, le robot a engrangé d’incroyables découvertes scientifiques et apporte chaque jour des nouveaux indices de l’habitabilité de Mars.
Curiosity dispose notamment de deux instruments franco-américains inédits : ChemCam, un laser qui tire sur des roches pour en analyser la composition chimique. Et SAM, qui étudie l’atmosphère et la surface martienne en chauffant des échantillons prélevés par une foreuse et en analysant les molécules chimiques qu’ils contiennent.
Durant son parcours dans le cratère Gale, Curiosity a d’abord apporté des images confirmant que la surface du cratère était faite de couches de sédiments déposés dans des lacs de faible profondeur. Puis il a atteint une plaine d’argile, riche en minéraux qui sont propices à la préservation d’éventuelles traces de vivant. Prochain objectif, atteindre une zone supposée riche en sulfates, un autre élément minéral susceptible de receler des indications de la fin de la période d’habitabilité.

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Curiosity a capturé de nombreuses images démontrant la présence de minéraux hydratés, qui témoignent d’écoulement d’eau. Crédits : NASA/JPL-Caltech/MSSS

Pas si facile de rouler sur Mars


Atterrir sur Mars est une affaire compliquée : la faible atmosphère ne peut pas freiner complètement la descente des engins. Leur vitesse doit être maîtrisée au millimètre et à la seconde !
Et une fois posé, rien n’est gagné. Le rover Spirit a fini sa course ensablé. Opportunity a été victime d’une tempête de sable qui a recouvert ses panneaux solaires.
Curiosity a connu plusieurs pannes d’ordinateur, probablement dues à des rayonnements de haute énergie qui arrivent en permanence jusqu’à la surface Mars. Heureusement, le robot possède un ordinateur de secours. Les ingénieurs français et américains ont aussi unis leurs forces pour pallier la panne d’un pointeur optique qui calculait la distance de tir du laser de ChemCam. Ensemble, ils ont imaginé une solution utilisant les photographies prises par ChemCam lui-même, comme le fait un téléphone portable.
Malgré l’ingéniosité des équipes internationales, la difficulté du terrain et sa méconnaissance ralentissent l’avancée et le travail des robots.

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Des déchirures sont très vite apparues sur les roues en métal de Curiosity. Depuis 2017, les ingénieurs ont modifié le logiciel de pilotage pour mieux répartir les efforts entre les roues. Crédits : NASA/JPL-Caltech/MSSS

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L’atterisseur Pathfinder, vu par son rover Sojourner. Crédits : NASA/JPL

Orbiteur, atterrisseur, véhicule mobile : le trio gagnant

Les différents types d’engins d’observation sont complémentaires, en raison de leurs points de vue et des caractéristiques de leurs instruments respectifs. Par exemple, la sonde Mars Observation Orbiter (MRO, NASA), en opération depuis 2005, a aidé à définir les sites d’atterrissages de Curiosity (2012) et d’Insight (2018). Après que Curiosity ait détecté du méthane, la sonde européenne TGO a pointé ses instruments dans sa direction pour chercher d’autres évidences de ce gaz. Les atterrisseurs et les orbiteurs servent également de relais de communication pour transmettre vers la Terre les données recueillies par les engins de surface.


Piloter Curiosity

Depuis le site web Curiosity de la Nasa, tu peux t’amuser à piloter le robot martien ! 
https://eyes.nasa.gov/curiosity/

LES MACHINES DU FUTUR

Les prochaines fenêtres de lancement vers Mars s’ouvrent en juillet 2020. Pas moins de quatre missions (américaine, russo-européene, chinoise et émiratie) sont programmées à cette date. Toujours plus perfectionnées, les missions de surface embarquent des instruments qui vont échantillonner le sol martien et… préparer les futures missions humaines.

Mars 2020

Mars 2020 (NASA) emporte un frère presque jumeau de Curiosity. Sa caméra SuperCam est une version plus performante de ChemCam. Les instruments de Mars 2020 sont en particulier capables d’analyser des micro-traces organiques.
Le rover visera le cratère Jezero, un ancien lac martien qui pourrait receler des fossiles carbonés. Pas des coquillages, mais peut-être des organismes microscopiques et de forme complètement originale ? C’est ce que doit  déterminer la mission. Pour cela, Mars 2020 effectuera des analyses sur Mars et sélectionnera  des échantillons qui seront ensuite rapportés sur Terre pour bénéficier des techniques et des instruments les plus perfectionnés… dans les années 2030. Tout d’abord, une mission américaine transférera dans un conteneur placé en orbite le tube d’échantillons déposé au sol par Mars 2020, puis une mission européenne ramènera ce conteneur sur Terre.
Autre nouveauté de la mission, un drone hélicoptère va être testé sur Mars. Chargé de reconnaîtra le terrain au-devant du rover, il l’aidera à avancer et travailler plus vite en lui fournissant une vision du terrain dans un rayon de 500 mètres, au lieu des 40 mètres visibles depuis le haut du mat du rover.

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Le drone hélicoptère de Mars 2020 ne pèse que 1,8 kilo. Il est équipé de pales de 1,10 mètre de diamètre. Sa mission prévoit 4 vols. Une tâche compliquée en raison de la faible densité de l’atmosphère martienne. Crédits : NASA/JPL-Calltech

ExoMars

La mission ExoMars comprend un atterriseur russe et un robot mobile européen de 310 kg, baptisé Rosalind Franklin. La mission vise le site Oxia Planum, supposé riche en minéraux déposés là par un lac et un delta.
Véritable laboratoire mobile, Rosalind prélèvera jusqu’à 2 mètres sous la surface des carottes de roche de 1cm sur 2 cm. Ensuite, il les broiera avant de les analyser avec ses instruments embarqués. Parmi eux, deux instruments développés avec le CNES : le français MicrOmega, un microscope infrarouge et visible identifiera les minéraux et détectera la présence éventuelle de molécules organiques. WISDOM, un radar co-développé avec des partenaires européens, étudiera la couche minérale sous le rover, notamment à la recherche de présence d’eau.

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https://www.youtube.com/watch?v=3zzz0jFt9xY

Après les robots, les hommes ?

Les robots sont aussi nos éclaireurs. Ils préparent l’arrivée des humains sur Mars. À bord de Curiosity, l’instrument RAD analyse ainsi les radiations sur Mars. Le but est de connaître leur intensité et donc leur dangerosité pour l’organisme humain. Le résultat n’est pas très encourageant : les risques de cancer sont très élevés ! D’ici les premiers vols habités, il va donc falloir trouver des moyens efficaces de se protéger.
La mission Mars 2020 testera la fabrication d’oxygène à partir du dioxyde de carbone (CO2) présent dans l’atmosphère de Mars. Plus tard, l’analyse des échantillons prélevés par Mars 2020 nous indiquera également si la poussière martienne est toxique pour les humains ou si elle recèle des éléments utiles à une installation humaine.

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Des missions habitées scientifiques compléteront sans doute l’exploration robotisée, mais une colonisation de la planète rouge n’est pas envisagée. En tout cas à brève échéance ! Crédits : Nasa

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Crédits : CNES/GIRARD Sébastien, 2012

« Je fais des trous sur Mars » : Éric Lorigny, pilote des robots martiens au CNES

Les instruments ChemCam et SAM, embarqués sur Curiosity, sont pilotés et contrôlés à partir du FIMOC, situé au Centre Spatial de Toulouse (CST). Car si le robot agit en autonomie, les ingénieurs doivent lui indiquer chaque jour les cibles choisies par les scientifiques et le programmer. « Il faut environ 1h30 pour programmer 1 tir de laser de ChemCam », raconte Éric Lorigny, ingénieur responsable du Fimoc. « Et il faut plus d’un an de formation pour devenir un bon  “tireur” sur Mars. » Car une fois la cible choisie, le bras et la tête de ChemCam doivent être orientés au millétrème près en fonction de l'énergie disponible, de l'activité et de la position du rover, de l'aspect du terrain, du vent...
Fort de cette expertise, le CST hébergera le centre opérationnel de SuperCam (Mars 2020). Le CST est aussi centre opérationnel pour SEIS (InSight) et il recueille ses données.