Phoenix (sonde spatiale).html
 
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Phoenix

La sonde Phoenix sur Mars (concept)
La sonde Phoenix sur Mars (concept)
Caractéristiques
Organisation NASA
Domaine Observation de Mars
Masse 400 - 500 kg
Lancement 4 août 2007 à 09:26:34 UTC
Lanceur Delta II
Fin de mission 2 novembre 2008
Durée
Durée de vie {{{durée de vie}}}
Désorbitage {{{désorbitage}}}
Autres noms {{{autres_noms}}}
Programme Programme Mars Scout
Index NSSDC 2007-034A
Site http://phoenix.lpl.arizona.edu/
Description
Périapside {{{périapside}}}
Périgée {{{périgée}}}
Apoapside {{{apoapside}}}
Apogée {{{apogée}}}
Altitude {{{altitude}}}
Localisation {{{localisation}}}
Période {{{période}}}
Inclinaison {{{inclinaison}}}
Excentricité {{{excentricité}}}
Demi-grand axe {{{demi-grand axe}}}
Orbites {{{orbites}}}
Type {{{télescope_type}}}
Diamètre {{{télescope_diamètre}}}
Superficie {{{télescope_superficie}}}
Focale {{{télescope_focale}}}
Champ {{{télescope_champ}}}
Longueur d'onde {{{télescope_longueur_d'onde}}}
Instruments
Robotic Arm bras robotisé
Robotic Arm Camera Caméra du bras robotisé
Surface Stereo Imager imageur stéréo
Thermal and Evolved Gas Analyzer analyseur de gaz
Mars Descent Imager caméra de descente
Microscopy, Electrochemistry, and Conductivity Analyzer analyseur microscopique et électrochimique
Meteorological Station station météorologique
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Phoenix Mars Lander est une mission du programme Scout et s'inscrit dans la stratégie de la NASA qui vise à faire de l'eau l'élément central de l'exploration robotique de Mars (following water). Cette mission se différencie et complète celle des deux astromobiles MER qui sont encore en activité sur Mars. Spirit et Opportunity étudient également le passé aquatique de Mars mais en explorant les roches, les cratères, les monticules de matières rocheuses et autres petites collines autour de leur site d'atterrissage.

Phoenix est un atterrisseur (lander) qui s'est posé sur Mars, le 25 mai 2008, à proximité de la calotte polaire Nord, dans la région de Vastitas Borealis où de vastes stocks de glace ont été détectés juste au-dessous de la surface (68° de latitude nord et 233° de longitude est). Il s'agit d'une plaine, apparemment dépourvue de blocs rocheux (ce que souhaite la NASA pour un atterrissage sans problème) et dont la température avoisine les –100 °C.

Phoenix reprend les composantes déjà réalisées de la sonde Mars Surveyor dont le programme avait été annulé en 2001 suite à l'échec de la mission Mars Polar Lander, d'où son nom qui fait référence au Phénix, l'oiseau fabuleux qui pouvait renaître de ses cendres. La durée de la mission était estimée à 3 mois au sol.

Phoenix a notamment permis de confirmer le 31 juillet 2008 la présence d'eau gelée sur le sol martien du pôle nord grâce à l'analyse d'un échantillon prélevé par le bras robotique de la sonde relevant des vapeurs dégagées par la chaleur1.

La dernière communication établie entre la Terre et la sonde Phoenix date du 2 novembre 2008. Elle est depuis considérée officiellement comme perdue, bien qu'un « mode Lazare », permettant de rebooter l'électronique de la sonde au terme de l’hiver martien, ait été prévu23. Sa mission aura au final durée plus de cinq mois.

Sommaire

modifier Objectifs scientifiques

Un des premiers clichés en couleur du site d'atterrissage.

Très classiquement, et dans la droite ligne des priorités de l'agence spatiale américaine pour l'exploration de Mars, Phoenix va chercher de l'eau ou plus exactement selon un communiqué officiel « enquêter sur l'histoire de l'eau liquide qui a pu exister dans l'arctique martien aussi récemment qu'il y a seulement 100 000 ans ».

On revient ainsi vers le thème d'une vie microbienne sur Mars, piste plutôt mise de côté après la déception des sondes Viking (qui se sont avérées « mal calibrées » les organismes extrémophiles étant alors méconnus). Car rappelons ici que Pathfinder et les deux astromobiles Spirit et Opportunity sont plus des missions de géologie que des investigations d'exobiologie. Avec Phoenix, la NASA aborde donc de nouveau frontalement cette question. D'ailleurs, un bras robotique fouillera le pergélisol jusqu'à 50 cm de profondeur afin de faire examiner les échantillons prélevés par un mini-laboratoire embarqué. Le but : déterminer si des microbes ont pu s'y développer dans le passé, notamment si de l'eau liquide était présente voici 100 000 ans. On envisage même que des colonies microbiennes particulièrement résistantes puissent toujours être présentes, « dormantes » dans le sous-sol et attendant de meilleures conditions. Il est vrai que, sur Terre, on a trouvé des bactéries extrémophiles capables de rester ainsi en sommeil durant des millions d'années.

Atterrissage de la sonde Phoenix (concept)

Cependant, la découverte — hypothétique pour l'instant — de tels organismes ne constitue pas le seul objectif de la mission Phoenix. L'atterrisseur étudiera aussi la météo des pôles et pourra photographier le paysage qui l'entoure en relief grâce à une caméra stéréo.

Autre aspect de la mission, la météorologie de la planète. Phoenix étudiera l'atmosphère martienne jusqu'à 20 km d'altitude pour mettre à jour nos connaissances des processus atmosphériques. Les scientifiques pourront observer un aspect remarquable du climat martien quand à chaque printemps, une masse importante de glace polaire se sublime et forme des nuages de glace. L'atterrisseur fournira des données sur la formation, la durée et le mouvement des nuages, du brouillard et autres tempêtes de poussières.

Phoénix est au cœur de plusieurs enjeux importants : première réalisation concrète d'un programme de type Scout, premier atterrissage proche du pôle Nord martien, retour des expériences d'exobiologie martienne à la NASA et de nouveau l'utilisation de rétrofusées pour se poser sur la Planète rouge. En bref, une mission de 420 millions de dollars (soit 304 millions d'euros4) riche en ambitions et espoirs.

modifier Histoire

Le programme est dirigé par l'Université d'Arizona sous la tutelle de la NASA et le lancement de la sonde a lieu le le 4 août 2007 5 par une fusée Delta II depuis la Cape Canaveral Air Force Station, la fenêtre de tir s'étendait sur 22 jours — pour une arrivée en mai 2008.

Le 10 avril 2008, la trajectoire de la sonde est corrigée en vue d'un atterrissage sur le site de Green Valley 6.

modifier Séjour sur Mars

Phoenix, vu par Mars Reconnaissance Orbiter, suspendu à son parachute pendant sa traversée de l'atmosphère martienne

La sonde Phoenix se pose de façon nominale sur le sol martien le 25 mai 2008 à 23 h 38 UTC. Le signal radio confirmant la réussite de son atterrissage est reçu sur Terre à 23 h 53 UTC, après un délai de transmission de 15 minutes7.

Les sondes spatiales Mars Odyssey, Mars Reconnaissance Orbiter et Mars Express ont modifié leurs trajectoires afin d'être au-dessus de Phoenix au moment de son atterrissage. En cas d'échec de la mission, la présence de ces trois orbiteurs aurait permis à la NASA de récupérer suffisamment de données pour comprendre ce qui s'était passé 8.

modifier Premiers résultats

Différentes prises de vues réalisées par Phoenix ont montré la disparition d'une matière blanche contenue dans une tranchée creusée par le bras robotisé de la sonde. La NASA a affirmé que cette matière est de la glace d'eau qui s'est sublimée suite à son exposition au soleil9.

Le 31 juillet 2008 la présence d'eau gelée sur le sol martien du pôle nord est confirmée, grâce à l'analyse d'un échantillon prélevé par le bras robotique de Phoenix, relevant des vapeurs dégagées par la chaleur. L'existence de cette glace d'eau était déjà connue grâce aux observations de Mars Odyssey et de Phoenix réalisées en juin 20081.

modifier Caractéristiques et instruments scientifiques

Équipements présents sur la sonde

Cet atterrisseur est construit autour de la plate-forme initialement prévue pour l'atterrisseur Mars Surveyor de 2001. Une fois ses panneaux solaires déployés, quinze minutes après l'atterrissage, il mesurera environ 5,5 mètres de longueur sur 1,5 mètre de diamètre.

Cette mission a été abandonnée en 2000 après l'échec de Mars Polar Lander, écrasée sur Mars en 1999. Il embarque une suite d'instruments, hérités des missions Mars Polar Lander et Mars Surveyor 2001 et développés spécifiquement pour la mission.

Phoenix utilisera la suite d'instruments les plus avancés jamais posés sur Mars d'une masse totale de 55 kilogrammes. Pour analyser les échantillons ramassés, Phoenix utilisera un petit four et divers instruments d'analyse dont un spectromètre de masse. Les échantillons seront tout simplement chauffés de façon à mieux déterminer leur composition et leurs caractéristiques.

modifier Bras robotisé (R.A.)

Bras robotisé de la sonde Phoenix

Le bras robotisé (en anglais Robotic Arm)10. Instrument réalisé par le Jet Propulsion Laboratory.

Ce bras très sophistiqué sera équipé d'une petite pelle fixée à son extrémité capable de creuser une tranchée de 50 centimètres de profondeur environ et de collecter des échantillons pour d'autres instruments. D'une longueur de 2,35 mètres11, ce bras offrira quatre degrés de liberté, et pourra exercer une force de 80 newtons.

modifier Caméra du bras robotisé (R.A.C.)

La caméra du bras robotique de Phoenix

La caméra du bras robotisé (en anglais Robotic Arm Camera)12. Instrument réalisé par l'Université d'Arizona et l'Institut Max Planck.

La caméra du bras robotique est montée à son extrémité. Une multitude de petites LED de couleurs permettront de prendre des images avec un éclairage rouge, bleu ou vert. La lentille est protégée de la poussière par un cache transparent amovible. Cette caméra réalisera des images des échantillons collectées par la pelle à partir du sol et des parois des tranchées creusées par le bras. Elle pourra aussi être déplacée à proximité d'éventuelles roches pour examiner leur texture.

modifier Imageur stéréo (S.S.I.)

L'imageur stéréo (en anglais Surface Stereo Imager)13. Instrument réalisé par l'Université de l'Arizona.

L'instrument SSI va constituer les yeux de l'atterrisseur. Héritée des sondes Mars Pathfinder et Mars Polar Lander, mais améliorée grâce à des capteurs haute résolution similaires à ceux des astromobiles américains Spirit et Opportunity, la caméra SSI pourra prendre des images stéréoscopiques en couleurs du site d'atterrissage, pratiquement à hauteur d'homme (2 mètres au-dessus de la surface martienne).

Des roues à filtres permettront à la caméra d'observer dans 12 longueurs d'ondes différentes (du violet au proche infrarouge) le sol, le ciel et le soleil. Les panoramas réalisés permettront de caractériser la géologie du site d'atterrissage, d'identifier les minéraux des roches et du sol, et de réaliser des cartes permettant de définir les déplacements du bras robotique. En se tournant vers le ciel, la caméra pourra étudier les nuages ainsi que la poussière en suspension dans l'atmosphère martienne (en jaugeant l'atténuation de la lumière du soleil par les particules de poussière).

modifier Analyseur de gaz (T.E.G.A.)

L'analyseur de gaz (en anglais Thermal and Evolved Gas Analyzer)14. Instrument réalisé par l'université d'Arizona et par l’université du Texas.

Cet instrument original, qui combine des petits fours et un spectromètre de masse, aura pour tâche d'analyser les échantillons de sol et de glace collectés par le bras robotique. Le TEGA de Phoenix est similaire à l'appareil du même nom embarqué sur la sonde Mars Polar Lander, et se livrera aux premières recherches de composés organiques depuis les sondes Viking en 1976.

Le bras robotique commencera par creuser une petite tranchée de quelques centimètres dans le sol. Un échantillon sera prélevé, photographié par la caméra du bras robotique puis déposé dans l'un des 8 fours du TEGA (leur taille est approximativement celle d'une petite cartouche d'encre). Une diode LED servira à confirmer qu'un échantillon de sol a bien été délivré. L'échantillon sera alors porté à très haute température (environ 1000 °C), et ce de manière progressive. Bien qu'alimenté uniquement par des panneaux solaires, le TEGA pourra atteindre une telle température, car la masse de l'échantillon à chauffer sera très faible (100 milligrammes environ).

Lors du chauffage progressif, le sol va libérer de l'eau et du CO2, ainsi que diverses substances volatiles emprisonnées dans différents minéraux. L'identification des substances volatiles s'effectuera grâce à un spectromètre de masse très sensible, qui pourra mesurer précisément la masse (et donc la nature), ainsi que la concentration des substances libérées au cours du chauffage. Une fois utilisé, un four ne pourra plus servir. Le TEGA devrait aussi jouer le rôle d'un calorimètre, étant donné que l'énergie à fournir pour porter les fours à une certaine température sera contrôlée. En tout et pour tout, le TEGA pourra donc analyser 8 échantillons de sol.

modifier Caméra de descente (Mar.D.I.)

La caméra de descente (en anglais Mars Descent Imager).15 Instrument réalisé par Malin Space Science Systems.

L'instrument MARDI est une caméra dont l'objectif est d'acquérir des images grand angle et en couleurs du site d'atterrissage lors de la descente vers la surface martienne, un peu comme la caméra DIMES des astromobiles Spirit et Opportunity. MARDI entrera en fonctionnement juste après l'éjection du bouclier thermique, et prendra 20 images de la région située en dessous d'elle. Grâce à ces données, les scientifiques seront à même de caractériser géologiquement le site d'atterrissage et de construire un modèle numérique en 3D de l'endroit où Phoenix travaillera.

modifier Analyseur microscopique et électrochimique (M.E.C.A.)

L'analyseur microscopique et électrochimique (en anglais Microscopy, Electrochemistry, and Conductivity Analyzer) est un Instrument réalisé par le Jet Propulsion Laboratory, l'Université de Neuchâtel et l'Université de l'Arizona16.

L'expérience MECA est un véritable petit laboratoire destiné à analyser de nombreuses propriétés du sol martien. Elle s'organise autour de trois instruments :

Le laboratoire comprend quatre petits béchers où auront lieu les mesures. Après qu'un échantillon de sol a été collecté par le bras robotique et déversé dans le bécher, ce dernier est mélangé à une solution, puis agité, et ce durant une journée environ. Des électrodes mesureront la présence et la concentration de différents solutés. L'expérience se termine avec l'ajout de deux pastilles réactives. La première pastille libérera de l'acide pour détecter d'éventuels carbonates et mesurer des espèces uniquement solubles en milieu acide. La seconde pastille doit permettre de détecter des sulfates et des molécules oxydantes.

  • Le second instrument est un ensemble de deux microscopes, qui devront étudier les particules de sol à différents grossissements.
    • Le premier microscope, un microscope optique comme il en existe dans toutes les salles de TP, possédera une résolution de 4 microns par pixel. Des diodes électroluminescentes colorées (rouge, verte, bleue et ultraviolet) éclaireront les échantillons, ce qui permettra de faire ressortir les différents constituants du sol (particules minérales, glace d'eau, etc.).
    • Le second microscope est plus impressionnant que le premier : c'est un microscope à force atomique. Contrairement aux microscopes optiques ou électroniques, un microscope à force atomique n'étudie pas la matière en la voyant, mais plutôt en la touchant. Le principe d'un microscope à force atomique est assez simple : l'appareil utilise un capteur extrêmement petit (que les spécialistes appellent des pointes) pour sentir la surface d'un échantillon et en construire une représentation en 3D très précise. Baptisé FAMARS, ce microscope à force atomique permettra d'étudier le sol à l'échelle nanométrique, et pourra observer des particules aussi petites que 10 nm. L'instrument comportera huit petites pointes attachées à des leviers très flexibles. Si un capteur est contaminé ou endommagé durant la mesure, un autre prendra sa place. Lorsque les huit capteurs auront été utilisés, le microscope à force atomique ne pourra plus fonctionner. FAMARS sera le premier microscope à force atomique jamais envoyé sur Mars.


Avant d'être examinés par les microscopes optiques et à force atomique, les échantillons collectés par le bras robotique seront déposés sur un porte-échantillon d'un genre particulier : une roue mobile portant 69 substrats différents, depuis des aimants jusqu'à des plaques collantes, des plaquettes pour déterminer la dureté, des fragments de textiles et de métaux, etc. Ce système permettra de générer différentes interactions entre les particules de sol et les substrats.

  • Le dernier instrument du package MECA est une sonde permettant d'étudier la conductivité thermique et électrique du sol. Celle-ci sera fixée sur la pelle du bras robotique et sera enfoncé dans la tranchée creusée par le bras robotique.

L'expérimentation MECA était auparavant montée sur la sonde Mars Surveyor 2001. L'un des objectifs de cette mission était de préparer la venue de l'homme sur Mars, en déterminant les dangers potentiels de la surface martienne. Le package MECA devait notamment servir à caractériser la poussière, identifier les interactions indésirables avec les hommes et les systèmes électroniques (adhésion, abrasion, corrosion, toxicité, obstruction, radiations, courts-circuits) et permettre le design des systèmes d'habitations et des combinaisons spatiales pour les sorties extravéhiculaires (EVA). Il n'est pas certain que ces objectifs, décrits en détail ici, soient encore d'actualité, et ce malgré le projet d'exploration spatiale du président George Bush visant un retour sur la Lune et une exploration humaine de la planète rouge. Le seul objectif lié aux missions habitées semble être l'étude de la teneur en eau du sol par spectrométrie à neutrons, qui pourrait alors être extraite et utilisée par l'équipage.

modifier Station météorologique (M.E.T.)

La station météorologique (en anglais Meteorological Station)17. Instrument réalisé par l'Agence spatiale canadienne.

L'ensemble météorologique, fourni par le Canada, comprend des capteurs de pression et de température, ainsi qu'un Lidar, un instrument similaire à un radar mais utilisant des brèves émissions de lumière laser en lieu et place de impulsions d'ondes radio. Ce sera la première fois qu'une station météorologique renverra des données depuis la région polaire nord de Mars.

La majorité des capteurs de température seront montés sur un mât de 1,2 mètre de hauteur. Les capteurs de pression seront quant à eux logés à l'intérieur de l'atterrisseur. Le système météorologique recueillera également les données provenant des thermocouples rivetés sur le bras robotique.

Le Lidar se trouvera au-dessus du corps de l'atterrisseur et servira à étudier les aérosols atmosphériques ainsi que les nuages de glace. Son fonctionnement est un peu similaire à celui du radar. Il émet des impulsions d'énergie et détecte leur écho lorsqu'elles sont réfléchies par différents obstacles. Contrairement au radar, le Lidar n'émet pas d'ondes radio, mais des impulsions de lumière laser (2 500 impulsions de lumière par seconde dans le proche infrarouge). Une diode laser enverra des flashs lumineux dont le retour sera chronométré de manière à localiser et à caractériser les nuages de glace et la poussière dans l'atmosphère martienne sur une courte distance (2 à 3 kilomètres). L'objectif principal de cet instrument est de déterminer la quantité de poussière en suspension dans l'atmosphère au-dessus du site d'atterrissage.

modifier Notes et références

  1. ↑ a  b  (fr) La Nasa confirme la présence d'eau sur Mars sur http://phoenix.lpl.arizona.edu, 31 juillet 2008. Consulté le 31 juillet 2008
  2. ↑ (fr) http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/astronautique/d/sur-mars-phoenix-est-a-lagonie-au-seuil-de-lhiver-arctique_16985/ Sur Mars, Phoenix est à l’agonie au seuil de l'hiver arctique, Futura Sciences, 11 octobre 2008
  3. ↑ (en) Fin des communications avec Phoenix sur http://www.nasa.gov, 10 novembre 2008. Consulté le 11 novembre 2008
  4. ↑ Jérôme Fenoglio, « La NASA compte sur Phoenix pour recueillir de l'eau martienne », dans Le Monde du 07/08/2007, lire en ligne
  5. ↑ The University of Arizona: NASA Selects UA 'Phoenix' Mission to Mars, 4. August 2003
  6. ↑ « Une semaine dans l'air & le cosmos », dans Air et cosmos, no 2121, 18 avril 2008, p. 7 (ISSN 1240-3113).
  7. ↑ AFP Agence France-Presse : La sonde américaine Phoenix a atterri sans encombre sur Mars, le 26 mai 2008.
  8. ↑ La sonde Phoenix surveillée par ses consœurs pour son atterrissage
  9. ↑ Disappearing Ice In Color, le 20 juin 2008
  10. ↑ The University of Arizona: Robotic Arm (RA)
  11. ↑ Jérôme Fenoglio, « La NASA compte sur Phoenix pour recueillir de l'eau martienne », dans Le Monde du 07/08/2007, lire en ligne
  12. ↑ The University of Arizona: Robotic Arm Camera (RAC)
  13. ↑ The University of Arizona: Stereo Imager (SSI)
  14. ↑ The University of Arizona: Thermal Evolved Gas Analyzer (TEGA)
  15. ↑ The University of Arizona: Mars Descent Imager (MARDI)
  16. ↑ The University of Arizona: Mars Environmental Compatibility Assessment (MECA)
  17. ↑ The University of Arizona: Meteorology Suite (MET)

modifier Voir aussi

Wikimedia Commons propose des documents multimédia libres sur Mission Phoenix.

modifier Articles connexes

modifier Liens externes
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