La sonde Phoenix Mars Lander fût lancée le 4 août 2007 à 09:26:34 UTC. Cette mission est principalement dirigée sur l'eau, 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 s'est posé sur Mars 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.

La sonde spatiale Phoenix est lancée à bord d'une fusée Delta II. Le 10 avril 2008, la trajectoire de la sonde est corrigée en vue d'un atterrissage sur le site de Green Valley. La sonde Phoenix se pose sans encombre 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 minutes.

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.

Organisation : NASA
Domaine : Observation de Mars
Masse : 400 - 500 kg
Lancement : 4 août 2007 à 09:26:34 UTC
Lanceur : Delta II
Programme : Programme Mars Scout


Caractéristiques techniques

L'attérisseur :

L'attérrisseur Lander 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.

Le bras robotisé :

- Le bras robotisé est très sophistiqué. Il 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 mètres, ce bras offrira quatre degrés de liberté, et pourra exercer une force de 80 newtons.

La caméra du bras robotisé :

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.

L'imageur stéréo :

L'instrument SSI (Surface Stereo Imager) 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).

L'analyseur de gaz :

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.

La caméra de descente :

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 ou Phoenix travaillera.

L'analyseur microscopique et électrochimique :

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

- Un petit laboratoire humide, qui devra mesurer de nombreuses propriétés du sol, comme le pH, le potentiel d'oxydo-réduction, la salinité (magnésium, sodium, chlore, brome et sulfates), l'acidité ou l'alcalinité, ou encore les concentrations en oxygène et dioxyde de carbone. 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 par 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.

La station météorologique :

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 pulses 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 pulses 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 pulses de lumière laser (2500 pulses de lumière dans le proche infrarouge chaque seconde). 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.