Mars Express est une mission de l'ESA à destination de Mars. Elle devrait être lancée en juin 2003 et devrait atteindre l'orbite de Mars en décembre de la même année. Mars Express transportera un petit atterrisseur, Beagle 2.
Cette mission permettra à l'Europe d'apporter sa contribution à l'étude de la planète rouge. Les différents instruments à bord donneront de nouvelles informations sur sa structure, sa géologie et son atmosphère. Ils devraient également apporter de nouvelles preuves de la présence d'eau sous la surface martienne.
La mission scientifique est conçue pour durer au moins une année martienne (687 jours terrestres). L'orbiteur servira également de relais pour les prochains atterrisseurs internationaux.
Masse : 1042 kg (Orbiteur: 555 kg; Beagle 2: 40 kg; Carburant: 427 kg)
Développement : ESA
Date de lancement : 2 juin 2003
Lieu de lancement : Cosmodrome de Baïkonour
Lanceur : Soyouz / Fregat
Objectifs
- Obtenir des vues en trois dimensions permettant de mieux connaître la surface de Mars, sa géologie et sa minéralogie.
- Déterminer plus précisément la structure du sous-sol martien.
- Obtenir plus d'informations sur la composition et la circulation atmosphérique de Mars, afin d'établir un modèle précis du climat.
- Étudier l'interaction entre l'atmosphère et le milieu interplanétaire et entre l'atmosphère et le sous-sol.
Lanceur
Pour arriver le plus rapidement possible en utilisant un minimum de carburant, Mars Express devra profiter au maximum de la position optimale de la Terre par rapport à Mars, début juin 2003. Le lancement ne pourra se faire que pendant une fenêtre de onze jours (à partir du premier juin).
Le lancement sera effectué à l'aide d'un lanceur russe Soyouz muni d'un quatrième étage Fregat. Un lanceur européen Ariane-4 ou 5 aurait également pu être utilisé, mais ces lanceurs ont été conçus pour mettre simultanément plusieurs satellites en orbite. Or, étant donné sa trajectoire particulière et les contraintes sur la fenêtre de lancement, Mars Express sera seul. Les lanceurs Ariane auraient dès lors été beaucoup trop chers.
Orbite
La sonde devrait arriver à proximité de Mars le 26 décembre 2003. Elle sera alors ralentie par son moteur principal pour être placée sur une orbite de capture inclinée de 25 degrés, dont le périgée se trouvera à une altitude de 250 kilomètres et l'apogée à une altitude de 150.000 kilomètres.
L'orbiteur sera ensuite placé sur une orbite polaire (87 degrés d'inclinaison), qui permettra d'avoir des périodes de lumière, indispensables pour certains instruments, et des périodes sombres, nécessaires pour d'autres instruments. L'orbite sera très elliptique, les altitudes du périgée et de l'apogée seront de 250 et 11.583 kilomètres. Après 440 jours, l'apogée sera ramenée à 10.243 kilomètres.
Mars Express fera une révolution en 6 heures et 40 minutes environ.
Les observations scientifiques se feront lorsque Mars Express se trouvera sur la partie de l'orbite la plus proche de Mars ; les instruments seront alors tournés vers la planète rouge. Lorsque la sonde se trouvera sur la partie de l'orbite la plus éloignée, le système de communication sera pointé vers la Terre, afin de recevoir et d'envoyer des données.
Caractéristiques techniques> Propulsion
Mars Express sera placé sur sa trajectoire vers Mars par les quatre étages du lanceur Soyouz/Fregat. Les moteurs embarqués ne serviront que pour des corrections de trajectoire et d'orbite. Le moteur principal est capable de produire une force de 400 N ; il sera utilisé pour ralentir la sonde et la mettre en orbite autour de Mars. Huit petits propulseurs (10 N) serviront aux corrections en route et au contrôle d'altitude en orbite. Ces propulseurs pourront également être utilisés pour la mise en orbite si le moteur principal est défaillant. Ils ne permettraient cependant pas d'atteindre l'orbite optimale prévue. En cas de problème avec les moteurs, l'aérofreinage pourra également être utilisé pour la mise en orbite.
> Alimentation électrique
L'énergie électrique est fournie par les deux panneaux solaires de la sonde. Ces panneaux, repliés lors du lancement, seront déployés après l'éjection de l'étage Fregat. Ils fourniront une puissance minimale de 650 W qui pourra être directement utilisée par les appareils ou stockée dans la batterie Lithium-Ion d'une capacité de 62.7 Ampères-heure.
> Communications
Mars Express dispose de plusieurs antennes. L'antenne circulaire haut gain sera utilisée pour communiquer avec la Terre. Une antenne faible gain servira également aux communications avec la Terre au début du trajet, lorsque la sonde ne sera pas trop éloignée. Les signaux vers la Terre seront envoyés dans la bande X (7,1 Ghz) tandis que les signaux à destination de la sonde seront transmis dans la bande S (2,1 Ghz).
Chaque fois que l'orbiteur passera au dessus de Beagle 2, l'antenne UHF (ultra-hautes fréquences) recevra les informations de l'atterrisseur.
> Système de positionnement et d'orientation
Lors des communications avec la Terre, Mars Express doit rester pointé vers elle avec une précision de 0,15 degrés. Il doit donc non seulement connaître précisément sa position mais aussi son orientation.
- Deux suiveurs d'étoiles placés sur deux côtés opposés de la sonde permettent de déterminer son orientation.
- Trois gyroscopes permettent de mesurer la rotation de l'orbiteur dans les trois directions.
- Deux détecteurs permettent de se positionner par rapport au Soleil. C'est grâce à ces détecteurs que Mars Express s'orientera après sa séparation avec le lanceur. Ceux-ci pourront également être utilisés pour réorienter la sonde si elle part dans des rotations incontrôlées.
En plus des huit petits propulseurs qui permettront de se repositionner sur l'orbite, plusieurs roues à réaction pourront servir à faire tourner lentement Mars Express sur lui-même.
> Contrôle thermique
Deux instruments, OMEGA et PFS ont un détecteur infrarouge qui nécessite une température extrêmement basse (-180°C environ). Le HRSC nécessite également une température basse. Les autres instruments fonctionnent à une température « normale ».
Des couvertures isolantes en alliage d'aluminium et d'étain plaqué d'or permettront de maintenir la température entre 10 et 20°C. Des radiateurs faisant face à l'espace profond refroidiront les appareils nécessitant des températures inférieures.
Les matériaux non isolés seront soumis à des températures allant de -100 à 150°C. Les éléments externes de Mars Express (les panneaux solaires, les antennes, ...) devront donc être construits dans des matériaux composites qui résisteront aux variations de températures sans se déformer.
> Instruments scientifiques
ASPERA - Energetic Neutral Atoms Analyser
Cet analyseur de plasma va étudier l'interaction qu'il y a entre l'atmosphère martienne et les vents solaires. Il devrait permettre de mieux comprendre les mécanismes à l'origine de la disparition de la vapeur d'eau et d'autres gaz sur Mars.
Développement: Institutet för rymdfysik (IRF), Suède.
MaRS - Radio Science Experiment
Cet instrument va utiliser les ondes radio pour étudier à la fois la surface et l'atmosphère de Mars. Il fournira des mesures des variations locales de la gravité sur la surface, ainsi que des mesures de pression et de température atmosphérique.
Développement: Universität Köln, Allemagne.
HRSC – High Resolution Stereo Camera
Cet appareil stéréoscopique prendra des photos de la surface martienne. Ces images permettront d'établir des cartes géologiques montrant la répartition des minéraux et des roches sur Mars. A l'origine, cet appareil avait été développé pour la mission Mars 96.
Développement: DLR, Institut für Planetenerkundung, Allemagne.
MARSIS – Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding
L'objectif principal de MARSIS est de cartographier la distribution d'eau et de glace dans les plus hautes couches de la croûte martienne. Il utilisera des techniques semblables à celles utilisées pour la prospection dans l'industrie pétrolière. L'étude de la réflexion des ondes radio par le sous-sol donnera de nombreuses informations sur sa structure et permettra notamment de faire la différence entre un sol humide et un sol rempli de glace.
Développement: Universita di Roma 'La Sapienza', Italie.
OMEGA - IR Mineralogical Mapping Spectrometer
Ce spectromètre de cartographie analysera la minéralogie de la surface de Mars. Cet appareil fonctionne dans le visible et le proche infrarouge. Il pourra détecter les différents matériaux qui composent la surface. L'objectif est de cartographier la totalité de la surface avec une résolution allant de 1 à 5 kilomètres par pixel.
Développement: Institut d'Astrophysique Spatiale, Orsay, France.
PFS - Planetary Fourier Spectrometer
L'atmosphère de Mars se compose essentiellement de dioxyde de carbone et d'azote, mais elle contient également une très faible quantité de vapeur d'eau et d'ozone. Le PFS mesurera la distribution globale de la vapeur et des autres composants mineurs de l'atmosphère avec une plus grande précision que ses prédécesseurs.
Développement: Istituto Fisica Spazio Interplanetario, Rome, Italie.
SPICAM - UV and IR Atmospheric Spectrometer
Cet instrument étudiera la composition de l'atmosphère martienne dans de plus petits volumes que le PFS. Il établira, entre autre, des profils verticaux de la concentration en dioxyde de carbone, en aérosols, en ozone et en corps oxydants. Il étudiera également les radiations ultraviolettes qui atteignent le sol. Ces mesures permettront de déterminer l'influence de ces composantes sur une éventuelle vie sur Mars.
Développement: Service d'Aéronomie, Verrières-le-Buisson, France.
Source : Astrocosmos
(par Nicolas Rosseels publié le 21 novembre 2002, mis à jour le 2 juin 2003)
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