Pour la recherche d'un environnement propice à la vie dans le Système solaire, Mars est du plus grand attrait. Proche de nous, cette voisine ressemble en effet à notre planète et, dans un lointain passé, les conditions en surface ont été bien plus semblables aux nôtres. © Nasa

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La Nasa étudie les missions martiennes de la décennie 2020

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La Nasa planifie la prochaine décennie de l'exploration robotique de la planète Mars, avec en ligne de mire une mission habitée à l'horizon 2030. L'année 2020 verra le lancement de deux rovers, ceux de l'Agence spatiale européenne et de la Nasa. En 2022, c'est un orbiteur qui partira vers la Planète rouge. Cinq industriels américains ont été sollicités pour proposer une architecture de mission qui pourrait s'articuler autour d'un satellite multifonctions. Des concepts possibles commencent à voir le jour.

Pour les Américains, la Planète rouge est l'objectif numéro 1 dans l'exploration du Système solaire. Depuis que les dernières missions ont montré que cette planète avait été habitable, dans un lointain passé et pendant une durée inconnue, son attrait scientifique s'est considérablement renforcé.

À chaque fenêtre de lancement, les missions s'enchaînent les unes après les autres. Ainsi, décolleront en 2018 l'atterrisseur Insight (pour l'étude du sous-sol) et, en 2020, les rovers ExoMars 2020 de l'Esa (la Nasa y participe) et Mars 2020. Pour la fenêtre de tir suivante, celle de 2022, voire 2024 si elle n'obtient pas le budget nécessaire, la Nasa souhaite le lancement d'un orbiteur. Elle a donc demandé à cinq entreprises américaines, Boeing, Lockheed Martin Space Systems, Northrop Grumman Aerospace Systems, Orbital ATK et Space Systems-Loral, de réfléchir à des concepts de missions.

Ces industriels ne partiront pas de zéro. Il s'appuieront sur le dernier rapport du Mepag, le groupe d'analyse du programme d'exploration martienne de la Nasa, qui a identifié un certain nombre d'objectifs scientifiques, ainsi que des avancées technologiques à mettre en œuvre dans un orbiteur multifonctions. L'idée de départ est d'envoyer un satellite à propulsion électrique de télécommunications et d'observation de Mars à très haute résolution avec, comme option, le test de technologies nécessaires au retour d'échantillons martiens.

Dans le cas d'une mission martienne, l'utilisation de la propulsion électrique permet de lancer des satellites avec des charges utiles plus volumineuses et massives, en économisant la masse des ergols. En revanche, le temps de trajet est allongé.

Le satellite martien de télécommunications (MTO), que la Nasa avait été contrainte d'annuler en 2005 faute de budget et qu'elle prévoyait de lancer en 2009, pourrait bien renaître. C'est du moins une des hypothèses de travail pour l'orbiteur qu'elle prévoit de lancer en 2022. © Nasa

Mieux communiquer avec la Terre

L'envoi d'un satellite de télécommunications martien est une vieille idée. En 2005, la Nasa avait proposé d'utiliser la fenêtre de tir de 2009 pour en lancer un mais la mission avait été annulée en juillet 2005, faute de financement. Aujourd'hui, l'idée est d'utiliser un tel satellite pour relayer vers la Terre la quasitotalité des données produites par les engins de surface ou en orbite. Pour cela, le Mepag recommande de tester une expérience de télécommunication par laser et d'utiliser la bande Ka (à ondes courtes, utilisée autour de la Terre), procédé qui permet d'atteindre des débits bien supérieurs à ceux des sondes actuelles.

Ces données seraient transmises à des vitesses de 10 à 30 millions de bits par seconde. Un débit à comparer à celui de la sonde Mars Odyssey, qui a relayé 95 % des données émises par les rovers martiens Spirit et Opportunity : de 128.000 à 256.000 bits/s, soit 32 à 64 Ko/s. De plus, un satellite chargé de cette besogne permettrait de libérer de la place sur les prochaines sondes. Elles n'auraient plus à embarquer un lourd équipement de télécommunications. Cette masse en moins servira à augmenter la charge utile scientifique et l'économie de consommation électrique laissera davantage de puissance pour les instruments.

Quant à l'observation en très haute résolution, le Mepag recommande de développer une caméra plus puissante que celle de la sonde MRO (Mars Reconnaissance Orbiter) qui fournit des images d'une résolution de 25 à 30 centimètres par pixel, permettant donc de distinguer des détails d'environ 1 mètre. Cette future caméra serait dotée d'un miroir primaire d'un mètre de diamètre avec une résolution native de 10 à 15 centimètres, rendant visibles des détails de seulement de 30 à 45 centimètres. Pour les scientifiques, un tel instrument permettra de mieux comprendre les phénomènes saisonniers qui suggèrent fortement que de l'eau liquide pourrait exister aujourd'hui sur la Planète rouge, comme ces lignes récurrentes sur pentes (Recurring Slope Lineae, ou RSL). Autre utilisation, la caractérisation détaillée des futurs sites d'atterrissage des missions habitées et des rovers, ou encore la planification des activités de surface quotidienne des engins de surface.

Quant à la démonstration d'une technologie nécessaire au retour d’échantillons martiens, elle se justifie par les futures missions habitées prévues à l'horizon 2030. L'objectif est d'apprendre à combattre l'ennemi public numéro un des futurs visiteurs de Mars : la poussière, devenue un des sujets de préoccupation majeurs. Fine, corrosive, probablement collante et allergène, elle doit être mieux connue avant une exploration humaine. La conception des systèmes d'alimentation électrique, des scaphandres et des filtres devront tenir compte de ses caractéristiques. Il faudra apprendre à en atténuer les nuisances et à l'empêcher de pénétrer dans les lieux de vie. Seule une étude de cette poussière martienne dans des laboratoires terrestres pourra aider les industriels et les scientifiques à concevoir des équipements capables de faire avec.

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