Les incertitudes sur les futurs budgets de la Nasa contraignent l'agence spatiale américaine à redéfinir ses priorités et réduire ses ambitions martiennes. © Nasa, JPL, Caltech Image

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Échantillons martiens : la Nasa veut en ramener sur Terre d'ici 2031

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Grande priorité de l'exploration de Mars, le retour d'échantillons coûte cher. La Nasa vient de présenter une solution low cost, qui s'appuierait sur les satellites en service autour de Mars, malgré leur âge avancé. Avec l'aide de l'Agence spatiale européenne, la mission serait envisageable pour les fenêtres de tir de 2026 et 2028. Francis Rocard, du Cnes, nous explique les opportunités et les difficultés de ce projet.

  • La Nasa révise à la baisse sa mission de retour d'échantillons martiens en supprimant l'orbiteur Nemo.
  • Le rover de la mission Mars 2020 devrait réaliser les prélèvements. Lancé en 2026, un autre véhicule ira se poser à proximité et récupérera les échantillons pour les apporter à un petit lanceur à poudre qui s'installera en orbite. En 2028, un engin quittera la Terre et accostera l'orbiteur pour récupérer le kilogramme de matière martienne et assurer le trajet de retour.
  • L'Agence spatiale européenne devrait participer à cette mission selon des modalités qui restent à établir.

En prévision de difficultés financières futures, Thomas Zurbuchen, administrateur associé de la Nasa pour la science, a présenté une légère variante de la mission de retour d'échantillons martiens que planifie actuellement la Nasa entre la fin des années 2020 et le début de la décennie 2030. Il propose d'utiliser la fenêtre de tir de 2026 pour poser sur Mars un véhicule chargé de récupérer les échantillons préalablement prélevés par Mars 2020 (le « fetch rover », littéralement rover récupérateur) et un engin pour le retour vers la Terre, le MAV (Mars Ascent Vehicle).

Par rapport au scénario initial, « le déroulement de la mission ne change pas vraiment » nous explique Francis Rocard, le responsable des programmes d'exploration du Système solaire au Cnes. Pour réduire les coûts, l'idée est d'abandonner l'orbiter Nemo (pour Next Generation Mars Orbiter), dont le lancement était prévu en 2022. Ce satellite devait relayer les télécommunications, tester les techniques à mettre en œuvre et assurer le support de cette mission de retour d'échantillons. L'idée de Zurbuchen est de continuer d'utiliser les satellites Maven et MRO, de la Nasa, bien qu'ils aient tous les deux dépassé leur durée de vie initiale, et de s'appuyer également sur « le TGO de l'Agence spatiale européenne, qui dispose des instruments nécessaires pour communiquer avec les missions de la Nasa sur Mars ».

Le retour d'échantillons passerait par l'orbite martienne

Faire l'économie du satellite de télécommunications Nemo n'a d'intérêt que si la Nasa envoie sur Mars au plus tard en 2026 le véhicule de retour et le rover récupérateur. Au-delà de cette date en effet, la vétusté des satellites Maven et MRO pourrait devenir rédhibitoire, ce qui imposerait le financement et le lancement d'un nouveau satellite de relais de télécommunication. De quoi augmenter drastiquement les coûts, tout le contraire de ce qui est recherché.

Le « fetch rover » aura une seule fonction : récupérer le conteneur des échantillons collectés par Mars 2020 et le rapporter au MAV. Léger et rapide, ce rover sera similaire dans sa conception à Spirit et Opportunty, de la mission MER, mais son avionique sera, elle, héritée de Curiosity. Il devra parcourir au moins 12 km pour l'aller et le retour, soit un rayon d'action de 6 km, au rythme de 150 mètres par jour. D'une durée de vie d'au moins 80 sols martiens, il n'embarquera pas d'instruments scientifiques.

Quant aux échantillons martiens, le MAV ne les enverrait pas directement sur Terre mais en orbite martienne à quelque 600 km. Une autre sonde, lancée en 2028, se chargerait de les récupérer et les apporter sur Terre en 2031.

Le conteneur à l'intérieur duquel le rover Mars 2020 rangera les échantillons de sols qu'il aura prélevés et qui seront récupérés plus tard par un autre rover. © Nasa, JPL

L’Agence spatiale européenne participera au retour vers la Terre

Avant cette décision d'annuler NeMO, l'Agence spatiale européenne et la Nasa discutaient d'un possible partenariat et deux options étaient à l'étude :

  • soit l'ESA réalise le rover récupérateur et l'orbiteur Mars 2028 qui ferait l'aller-retour entre Mars et la Terre avec les échantillons (un scénario très ambitieux) ;
  • soit elle construit seulement le rover, et donc pas le véhicule du retour, mais contribuerait à la réalisation de sous-systèmes et du mécanisme de capture en orbite.

Malgré ce nouveau schéma, il ne fait guère de doute que l'Agence spatiale européenne participera à cette mission, même « si aucune décision officielle n'a été prise » souligne Francis Rocard. L'ESA pourrait très bien « réaliser la mission qui fera le rendez-vous et la capture en orbite martienne ». C'est tout à fait « dans les cordes de l'industrie spatiale européenne ». L'atterrisseur et le MAV, « deux des trois gros points durs de la mission », seront du ressort des Américains. Le rendez-vous avec la sonde en orbite martienne est le troisième point dur.

Initialement, la Nasa prévoyait la démonstration d'un rendez-vous et d'une capture d'un conteneur en orbite terrestre. Pour des raisons de coûts, cette démonstration a été annulée. Elle n'aura donc pas droit à l'erreur.

Note : si les échantillons martiens sont attendus au mieux en 2031, le Cnes et la Jaxa devraient avoir rapporté des échantillons de Phobos en 2027 avec la mission MMX.

Pour en savoir plus

ExoMars : le retour d’échantillons martiens repoussé après 2025

Article de Rémy Decourt publié le 14/03/2012

Si le Congrès des États-Unis ne restaure pas une partie du budget amputé par l'administration américaine, la Nasa n'aura pas d'autre choix que de se retirer des missions ExoMars 2016 et ExoMars-C (ExoMars 2018) de l'Agence spatiale européenne. Une décision qui rend peu probable le retour d'échantillons martiens avant 2030 et repousse encore plus loin la préparation de l'exploration humaine de Mars.

Comme on le craignait, la proposition de budget de la Nasa présentée par l'administration américaine impose à l'agence spatiale de renoncer à sa participation au projet européen Exomars et donne un coup d'arrêt au programme d'exploration de Mars. Sans la participation financière américaine aux missions ExoMars 2016 et ExoMars-C, la Nasa est donc contrainte d'abandonner le fameux « C » d'ExoMars 2018. Le « C » signifie catching : il s'agit donc de collecter des échantillons et de les placer dans un conteneur qui sera récupéré par un engin pour l'expédier sur Terre.

La décision de renoncer pour le moment à une mission de type MSR (Mars Sample Return) est d'autant plus surprenante que le dernier rapport du Conseil national américain de la recherche (NRC, National Research Council) recommandait à la Nasa d'accorder la priorité à la mission Max-C, devenue ExoMars-C. La deuxième priorité concernait l'exploration d'Europe, une des quatre lunes galiléennes de Jupiter, pour déterminer si elle serait susceptible d'accueillir la vie. Les observations les plus récentes laissent à penser qu'Europe abrite un océan à l'état liquide sous sa croûte de glace et donc potentiellement la vie.

Projets ExoMars 2016 et 2018 tels que l'envisageaient l'Esa et la Nasa avant de les redéfinir puis finalement de les remanier en raison du retrait américain et de l'arrivée des Russes. © Esa

Qu'en sera-t-il des missions martiennes ?

La Nasa ne peut évidemment pas abandonner l'exploration de Mars, qui occupe bon nombre de chercheurs aux États-Unis et représente un des moteurs de l'innovation américaine dans la technologie spatiale. La Planète rouge constitue un terrain d'exploration prioritaire car la surface martienne conserve la mémoire de l'histoire des débuts du Système solaire, sur une planète où les conditions ont peut-être été semblables à celles de la Terre quand la vie a émergé. Actuellement, deux missions sont certaines d'atteindre Mars. MSL (Mars Science Laboratory) et son rover Curiosity, lancé en novembre 2011 et la sonde Maven dont le lancement est toujours prévu en 2013.

Seule note optimiste si le budget est voté en l'état, la Nasa pourrait financer une petite mission de 700 millions de dollars pour la fenêtre de tir de 2018. À ce niveau de budget, il ne faut pas s'attendre à un atterrissage mais à une mission orbitale. Pour s'en tenir aux recommandations du NRC, la Nasa pourrait utiliser cette mission pour préparer le retour d'échantillons comme le recommande le Mepag, le Groupe d'analyse du programme d'exploration de Mars. L'idée serait de réaliser un test de rendez-vous orbital et de capture d'un conteneur qui pourrait se faire autour de la Terre. Dans le cas du retour d'échantillons, la faisabilité du rendez-vous et de la capture n'est pas aujourd'hui démontrée. L'autre scénario serait d'envoyer autour de Mars les instruments de l'ex-Trace Gas Orbiter d'ExoMars 2016, notamment ceux dédiés à l'étude du méthane.

Cela dit, l'avenir de la mission de retour d’échantillons martiens s'écrit en pointillés. Comme nous l'explique Francis Rocard, le monsieur Mars du Cnes, les informations du Congrès américain révèlent que compte tenu des tensions sur le budget fédéral, le Congrès « ne veut pas entendre parler de mission flagship [NDLR : d'exploration] après le télescope spatial James-Webb » qui a coûté la bagatelle de 8,7 milliards de dollars, au vu des tensions budgétaires sur le budget fédéral. Or, une mission MSR est estimée à plus de 8,5 milliards de dollars. Au plus tôt, elle pourrait avoir lieu « vers 2022-2024 en deux ou trois lancements si, bien évidemment, le Congrès l'approuve ».

Survolez le pôle nord de Mars  Cette superbe animation simule un survol du pôle nord de Mars grâce aux images de la caméra stéréoscopique HRSC, installée sur Mars Express, en orbite autour de la Planète rouge depuis décembre 2003. La forme en spirale de la calotte glaciaire, œuvre d'Éole, est entravée par l'énorme et sombre canyon Chasma Boreale, que l'on aperçoit au milieu de la vidéo.