Dans l'usine turinoise de Thales Alenia Space, en Italie, on s'affaire autour des trois éléments de la capsule Schiaparelli (EDM) qui se posera sur Mars mercredi 19 octobre. Au premier plan, la plateforme qui supporte les instruments et, derrière, les deux parties du bouclier qui la protégeront pendant la traversée de l'atmosphère martienne. © Rémy Decourt

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ExoMars : avec Schiaparelli, l'ESA va apprendre à se poser sur Mars

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Rémy Decourt, Futura-Sciences

ExoMars 2016, fabriquée par Thales Alenia Space, est maintenant à moins de six jours de son objectif, la Planète rouge. Cette mission n'est pas seulement scientifique : ce sera le premier atterrissage de l'Agence spatiale européenne (ESA) sur Mars. Découvrez les étapes de cette arrivée, depuis les 21.000 km/h du contact avec l'atmosphère jusqu'aux 4 km/h au moment de l'extinction des rétrofusées et l'ultime chute libre.

ExoMars : la descente de l'atterrisseur Schiaparelli  Les pères de la mission ExoMars 2016 ont vécu « six minutes de terreur », l’après-midi du 19 octobre 2016. Le module Schiaparelli, séparé depuis trois jours de l'orbiteur TGO, a en effet entamé sa descente dans la région de Meridiani Planum. Pénétrant à 21.000 km/h dans l'atmosphère martienne, il a dû ralentir sa descente avec un bouclier thermique, puis un parachute et enfin des rétrofusées. Mais tout ne s'est pas passé comme prévu... 

Baptisé Schiaparelli, le module de démonstration d'entrée, de descente et d'atterrissage sera, pour l'Europe, la mise en œuvre d'une technologie d'atterrissage sur Mars, avec une orientation et une vitesse d'atterrissage contrôlées. Cette technologie ne sera pas utilisée avec le rover d'ExoMars 2018. (L'Agence spatiale russe Roscosmos, qui participe au programme, fournira alors cet atterrisseur qui devrait se poser sur Oxia Planum au début de l'année 2019.)

Schiaparelli a fait la route entre la Terre et Mars à bord de l'orbiteur TGO (Trace Gas Orbiter). Dimanche 16 octobre 2016, trois jours avant son atterrissage, la capsule se séparera de ce compagnon et entrera dans l'atmosphère martienne à la vitesse d'environ 21.000 km/h. Une caméra sera utilisée pour filmer sa descente.

L'enfin se posera dans Meridiani Planum, une plaine s'étendant sur 1.100 km, dans la région d'Arabia Terra, où s'est également posé en janvier 2004 le rover Opportunity de la mission MER de la Nasa. Proche de l'équateur et à faible altitude, donc avec une belle épaisseur atmosphérique, ce site a été choisi davantage pour augmenter les chances de réussir l'atterrissage que pour son intérêt scientifique. On ne s'attend donc pas à des découvertes majeures.

De l'entrée dans l'atmosphère à l'atterrissage sur la surface de Mars, voici les différentes étapes de la trajectoire de la capsule Schiaparelli, mercredi 19 octobre 2016. L'entrée dans l'atmosphère se fera à 21.000 km/h et la capsule, protégée par son bouclier thermique, ralentira jusqu'à 1.700 km/h. Un parachute de 12 m de diamètre se déploiera alors, à vitesse supersonique. Moins d'une minute plus tard, 4 mn après la pénétration dans l'atmosphère, elle sera à 11 km d'altitude et le bouclier sera largué. À 1.200 m, l'atterrisseur lui-même se détachera et allumera ses neuf rétrofusées (mal représentées sur ce schéma). Le système radar surveillera la hauteur et, à 2 m du sol, les moteurs seront coupés. La vitesse sera de 4 km/h et la chute libre produira un atterrissage assez rude, à 10 km/h. © ESA, ATG medialab

Schiaparelli réalisera également une mission scientifique

La traversée de l'atmosphère martienne se fera à l'intérieur de deux boucliers thermiques, conçus et construits par Airbus Defence & Space, qui lui permettront de résister à des températures montant jusqu'à 1.850 °C. Un parachute de 12 m de diamètre, avec des attaches d'une longueur de 16 m, sera déployé à vitesse supersonique et ralentira la capsule, entre 11 et 1,2 km, de 1.700 à 240 km/h. 

Après cette phase d'aérofreinage dans les couches supérieures de l'atmosphère et le déploiement de parachutes, un système de propulsion à propergol liquide freinera la capsule à moins de 5 km/h, à une hauteur d'environ 2 m au-dessus de la surface martienne. À ce moment, sous le contrôle d'un radar altimètre Doppler, les propulseurs s'éteindront et l'atterrisseur tombera au sol. L'impact sera amorti grâce à une structure déformable intégrée à la capsule. Moins de huit minutes se seront écoulées entre l'entrée dans l'atmosphère et l'atterrissage.

Schiaparelli est avant tout un démonstrateur de technologies. Avec cet engin, l'Europe souhaite apprendre à se poser sur Mars, avec une orientation et une vitesse d'atterrissage contrôlées. Les technologies utilisées, navigation et relais de données par exemple, seront nécessaires pour les futures missions d'exploration, comme celles qui ramèneront des échantillons martiens.

C'est pourquoi Schiaparelli n'embarque qu'une petite charge utile de quelques instruments. En l'absence de panneaux solaires, ils « fonctionneront pendant seulement quelques jours, au mieux, à l'aide d'une batterie », nous explique Franck Montmessin, directeur de recherche CNRS au laboratoire Atmosphères, milieux, observations spatiales (Latmos) et responsable science du capteur de champs électriques MicroAres. Avec des panneaux solaires ou un générateur thermoélectrique radioisotopique (RTG), la mission aurait pu être tout autre. C'est frustrant pour les scientifiques, d'autant plus que cela avait été proposé. « Cela nous a contraint à chercher des mesures originales et novatrices à réaliser pendant une durée de vie aussi courte. » Ces instruments mesureront de nombreux paramètres météorologiques à proximité du site d'atterrissage et fourniront également les premières mesures des champs électriques engendrés par les grains de poussières en suspension dans l'atmosphère se frottant les uns sur les autres.

L’atterrisseur sorti de sa capsule. On distingue, à la périphérie, les trois groupes de trois propulseurs à hydrazine. Cette plateforme de 1,65 m de diamètre porte plusieurs instruments, alimentés par une batterie. © ESA

Le mystère des champs électriques de l'atmosphère martienne

C'est l'instrument MicroAres (Atmospheric Radiation and Electricity Sensor) qui se chargera de ces mesures. Il s'agit d'un petit capteur qui va « défricher un champ scientifique encore vierge ». En effet, la présence de ces champs électriques est théorique. Il est donc intéressant de savoir s'ils existent et s'ils sont importants car, « potentiellement, derrière cette découverte, il y a une science à repenser ». L'existence de ces interactions électriques est très vraisemblable. Sur Terre, dans les déserts, la poussière est à l'origine de phénomènes électriques qui se produisent quand des particules de poussière entrent en collision les unes avec les autres. « Les échanges d'électrons peuvent alors créer des champs électriques de plusieurs milliers de volts par mètre. » Sur Mars, ces phénomènes peuvent être suffisants pour avoir des conséquences à grande échelle, « par exemple soulever la poussière du sol et influer sur la chimie de l'atmosphère, ce qui pourrait peut-être expliquer la disparition très rapide du méthane ».

Environ 50 megabits de données seront relayées depuis Schiaparelli vers la Terre par TGO. Des satellites de la Nasa présents sur place et la sonde Mars Express, toujours en service plus de 15 ans après son arrivée autour de Mars, seront utilisés en soutien.

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