« Mission ExoMars : un bilan très mitigé »

Le 19 octobre 2016, l’Agence spatiale européenne est parvenue à insérer correctement la sonde TGO en orbite autour de la planète Mars, mais la situation de l’atterrisseur Sciaparelli est toujours confuse.

Une journée de joie et d’excitation, suivie d’une nuit d’angoisse. C’est ainsi que l’on peut résumer le mercredi 19 octobre 2016. Ce devait être la conclusion d’une séquence à haut risque commencée trois jours plus tôt, dans le cadre de la mission ExoMars. Dimanche 16 octobre, la sonde TGO s’était en effet séparée de son module EDM (Entry Descent Module), plus connu sous le nom de Schiaparelli (en hommage à un astronome italien). La première avait pour mission de se mettre en orbite autour de la planète Rouge, afin d’en humer les gaz les plus rares (d’où son nom de Trace Gaz Orbiter) afin notamment de repérer les sources de méthane sur l’astre. L’atterrisseur, quant à lui, devait valider un certain nombre de technologies (bouclier thermique, déploiement d’un parachute, utilisation de rétrofusées, structure déformable absorbant les chocs…) permettant d’amener du matériel opérationnel jusqu’à la surface de Mars. Et ce dans le but de préparer de futures missions d’exploration du sol de la planète Rouge. Tout particulièrement le rover européen ExoMars (initialement prévu pour 2018, mais repoussé à 2020). Si pour la mise en orbite de la sonde tout semble s’être parfaitement déroulé, la situation de l’atterrisseur Schiaparelli demeure assez confuse.

Voyants aux verts pour la sonde TGO

Pendant que son atterrisseur effectuait sa descente, la sonde a allumé ses moteurs afin d’amorcer un freinage et de permettre à TGO de se faire capturer par la gravité de Mars afin de s’y placer en orbite. La poussée de son moteur principal a duré 139 minutes entre 15h05 et 17h24 (heure de Paris). Un freinage puissant puisque la vitesse de TGO s’est réduite de 1,5 km par seconde durant cette période. La sonde TGO semble parfaitement opérationnelle et devrait pouvoir commencer prochainement à fournir de premières données scientifiques. L’orbite sur laquelle elle se trouve n’est toutefois pas son orbite définitive. Les équipes de l’ESA vont par la suite ajuster précisément les paramètres orbitaux durant l’année à venir jusqu’à atteindre une orbite presque circulaire à 400 km d’altitude, et inclinée à 74° en novembre 2017. Ces opérations auront lieu soit via des poussées des moteurs, soit en utilisant la technique de « l’aérofreinage » au contact de la fine atmosphère martienne. La mission TGO poursuivra par la suite ses investigations autour de la planète Rouge jusqu’en 2022 au moins.

TGO est pourvu de capteurs qui lui permettront de débusquer les gaz les plus rares qui composent l’atmosphère de Mars, et d’en dresser une cartographie dynamique (car les gaz se déplacent ou se modifient sous l’effet de réactions physico-chimiques induites, entre autres par le rayonnement solaire). L’objectif est en effet aussi de mieux comprendre les mouvements de l’atmosphère martienne au fil des saisons. Les équipes de l’ESA espèrent aussi voir émerger des zones qui génèrent ces gaz rares, et celles où ils sont absorbés. Seront ainsi traqués des substances chimiques telles que la vapeur d’eau, le dioxyde et le monoxyde d’azote, l’hydrogène sulfuré, mais aussi et surtout le méthane. Une molécule dont la présence très fugace à la surface de Mars intrigue les spécialistes, notamment parce qu’elle peut avoir une double origine : chimique ou… biologique.

Schiaparelli: la déception

Se poser sur Mars ? C’est évidement une opération complexe. Tout d’abord parce que la descente s’effectue de manière extrêmement rapide. En effet, d’après la séquence d’atterrissage prévue, il s’écoule en tout 5 minutes 53 secondes à peine entre le moment où la sonde touche l’atmosphère de Mars à 122 km d’altitude (sa vitesse est alors de 21.000 km/h) et le moment où elle doit toucher délicatement le sol à 5 km/h environ. Or, les communications entre la planète Mars et la Terre mettent une dizaine de minutes à parcourir les dizaines de millions de kilomètres qui séparent les deux planètes… Impossible dans ces conditions de piloter la sonde à distance comme on le ferait avec un drone. Toute la séquence de descente est donc entièrement automatisée. Elle est gérée par l’ordinateur de bord qui, en fonction des données fournies par ses différents capteurs (vitesse, altimètre, radar, capteur de pression…), enclenche une à une les différentes phases de la séquence de descente. La voici telle qu’elle était prévue initialement, reproduite en images de synthèse dans ce film de l’ESA.

Or, la séquence ne s’est pas déroulée comme prévu… Et sans que l’on sache exactement pourquoi. Le signal a brutalement été perdu simultanément par la sonde ainsi que par l’antenne du Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT, un réseau interférométrique expérimental situé près de la ville de Pune en Inde), 50 secondes avant l’heure prévue de l’atterrissage. Au moment où ce signal est perdu, en fin d’après-midi, les données sont encore très floues. Les données télémétriques enregistrées par Schiaparelli durant sa descente ont été transmises en temps réel à la sonde TGO. Plus de 20 Mo de données ont été ainsi envoyées par la sonde en direction de la Terre dans les heures ayant suivi l’atterrissage. Ces informations sont encore en cours de décodage à l’heure où nous écrivons ces lignes. Mais les premiers éléments qui ont filtré durant la conférence de presse donnée par l’ESA au lendemain du jour prévu de l’atterrissage font état des éléments suivants :

1) La procédure de descente s’est déroulée de manière nominale (c’est-à-dire comme prévu) durant toute la première phase de la descente, jusqu’au moment du largage du parachute. Cela signifie :

  • que le bouclier thermique semble avoir bien joué son rôle,
  • que le parachute s’est correctement déployé 3 minutes 21 après l’entrée dans l’atmosphère,
  • que le bouclier a bien été largué avant l’ouverture du parachute,
  • et que le radar pouvait se mettre en marche.

« Tant les signaux radio reçus par le radiotélescope géant GMRT, que ceux qui ont été retransmis par la sonde Mars Express de l’ESA suggèrent que les différentes étapes de la descente du module Schiaparelli dans l’atmosphère martienne, d’une durée de six minutes, se sont pour l’essentiel bien déroulées, notamment la phase de décélération atmosphérique ainsi que le déploiement des parachutes et du bouclier thermique » affirme l’ESA dans un point de situation rédigé le 20 octobre.

C’est dans les toutes dernières secondes que les choses se sont gâtées.

2) Un premier incident est survenu au moment de l’étape du largage du parachute.

L’éjection du bouclier thermique arrière et du parachute, sensée se dérouler 5 min 22 secondes à partir de l’entrée dans l’atmosphère, est en réalité survenue une quinzaine de secondes trop tôt, a confié à Sciences et Avenir Andrea Accomazzo, responsable des opérations sur la mission. Au moment où le parachute devait être largué, la vitesse de la sonde aurait du être réduite à 240 km/h. Le tout à une altitude de 1,2 kilomètre au-dessus du sol martien. Si le parachute a été largué trop tôt, on peut donc supposer que la vitesse était beaucoup plus importante, quelque part entre 320 et 240 km/h. Mais par la suite, les rétrofusées devaient terminer de freiner le module pendant 29 secondes jusqu’à 2 mètres du sol, afin de réduire sa vitesse à 5 km/h environ. Les deux derniers mètres devaient ensuite s’effectuer en chute libre, amortis par une structure déformable conçue pour absorber l’énergie cinétique du choc.

3) Un second incident sur les propulseurs.

Une fois le parachute largué, les équipes de l’ESA ont eu confirmation que « les propulseurs se sont brièvement activés, mais ils se sont vraisemblablement éteints trop rapidement, à une altitude qui reste à déterminer » poursuit le communiqué. Ces derniers se sont en effet mis en marche, mais pendant 3 ou 4 secondes tout au plus, nous a expliqué Andrea Accomazzo, au lieu des presque 30 secondes prévues initialement. Puis, il s’est écoulé 19 secondes entre le moment où les réacteurs se sont coupés et la perte de liaison.

Qu’est-il advenu de Schiaparelli ?

L’hypothèse la plus probable est que ce double incident a sans doute conduit la sonde à percuter le sol de Mars à haute vitesse, et qu’elle a été détruite instantanément au moment de l’impact. C’est du moins ce que laisse à penser la perte de liaison simultanée de Schiaparelli avec TGO et l’Antenne du radiotélescope de Pune en Inde. L’hypothèse que la sonde soit parvenue à se poser à peu près intacte et que l’absence de liaison soit due à un problème sur son antenne de communication n’est pas totalement exclue, mais elle est, à ce stade, hautement improbable.

Quelles étaient les missions de Schiaparelli, et quelles conséquences pour la suite ?

Contrairement à un rover tel que Curiosity ou Opportunity déployés par la NASA à la surface de Mars, l’atterrisseur Schiaparelli n’était pas, au départ, conçu pour durer. Dépourvu de panneau solaire, l’appareil devait fonctionner pendant quelques jours tout au plus, jusqu’à épuisement de ses batteries. Et l’activité scientifique qu’il prévoyait de conduire à la surface de Mars n’était pas la plus spectaculaire qui soit. En effet, Schiaparelli ne prévoyait d’amener au sol qu’une grosse station météo, conçue pour enregistrer la puissance et la direction des vents, les variations de pression atmosphérique, l’humidité, la température, les champs magnétiques ou encore l’irradiance solaire. Rien d’indispensable donc, pour les futures missions martiennes, d’autant plus que bon nombre de ces données ont déjà été captées par les rovers américains qui arpentent le sol de la planète Rouge. En revanche, de précieuses données ont été collectées durant la descente de Schiaparelli. Et si l’ESA, alliée à son partenaire russe Roscosmos, parviennent à comprendre pourquoi la séquence d’atterrissage a été un échec et à trouver les parades technique pour y remédier, cela donnera de précieuses information pour poser correctement le futur rover de la mission Exomars 2020. Le démonstrateur Schiaparelli ne se serait alors pas crashé en vain.

Sources

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