Les missions martiennes

Seules 40% de toutes les missions, toutes nations confondues, envoyées à Mars ont réussi. Les Etats-Unis sont les seuls dont les missions aient réussi un atterrissage. Depuis les débuts de la conquête spatiale, seules sept missions ont réussi à atterrir sur Mars. Dès le début des années 1960, la planète Mars avait été choisie comme cible par de nombreuses missions soviétiques. Toutes échouèrent. La première réussite martienne eut lieu le 14 juillet 1965, lorsque le vaisseau Mariner 4, une mission américaine, réussit un passage à la planète rouge, renvoyant 21 photos. La première étude détaillée de la faisabilité d'une mission vers Mars fut publiée par Wernher von Braun en 1952 dans son ouvrage "The Mars Project" ("le projet Mars"). Il avait commencé le manuscrit en 1947 à Fort Bliss, à El Paso, dans le Texas alors qu'il travaillait au lancement de fusées, pour l'U.S. Army au White Sands Proving Ground au Nouveau-Mexique. Von Braun suggérait qu'une mission vers Mars nécessiterait plusieurs vaisseaux, soulignant que Christophe Colomb était parti pour l'Amérique, en 1492, à bord de trois bateaux. Par ailleurs, une série d'épisodes scientifiques du show télévisé populaire "Disneyland" de Walt Disney aida à populariser, entre 1955 et 1957, l'idée de la possibilité de voyages habités dans l'espace. En novembre 1962, la NASA approuva le "Mariner Mars 1964 Project", qui consistait à envoyer deux vaisseaux survoler Mars et prendre des photographies et d'autres mesures lors de la rencontre. Le projet était du ressort du JPL lequel se fonda sur le succès qu'il avait rencontré avec la mission Mariner 2 à Vénus en décembre 1962. Chacun de ces vaisseaus devaient peser 290kg et emporter 7 instruments (un système d'imagerie TV permettant une reconnaissance topographique de la surface, un magnétomètre à hélium pour mesurer le champ magnétique de Mars, la chambre à ionisation et le détecteur de flux de particules pour mesurer le flux de radiations particulaires au voisinage de Mars (ainsi que dans l'espace interplanétaire), le détecteur de poussière cosmique pour mesurer la vitesse des particules de poussière et la distribution de leur masse, le télescope à rayons cosmiques pour mesurer les particules ionisées, le détecteur de radiations piégées ("Trapped Radiation Detector") consistant en trois détecteurs Geiger-Muller pour mesurer les particules qui seraient éventuellement piégées par un champ magnétique à Mars et la sonde à plasma solaire pour mesurer la densité, vitesse, température et direction des protons provenant du Soleil). Lors du survol de Mars, les vaisseaux enregistreraient les images pour les diffuser à destination de la Terre par la suite. Le premier des vaisseaux, le Mariner 3, échoua, en novembre 1964, après le lancement: la coiffe de protection ne se sépara pas au cours de l'ascension et il finit par rejoindre une orbite solaire. Il fut suivi du Mariner 4 qui, lui, décolla sans problèmes le 28 novembre, deux jours seulement avant la fermeture de la fenêtre de tir. S'il était resté sur sa trajectoire initiale, il aurait manqué Mars de 250 000km mais une correction de trajectoire, le 5 décembre, permet de réduire cette distance de survol. Le 14 juillet 1965, après un vol de 228 jours, Mariner 4 passa à moins de 9850km de la surface de Mars, prenant 21 images de la planète et faisant des mesures scientifiques. Le Mariner 4 fut un des grands succès des débuts du programme spatial américain et il fut le premier à prendre des images d'une autre planète depuis l'espace. Puis, vu depuis la Terre, le vaisseau passa derrière Mars permet une occultation radio laquelle donna une estimation de la densité de l'atmosphère martienne. Le vaisseau, ensuite, commença de renvoyer à la Terre l'imageria acquise pendant le survol peu après qu'il ait émergé de l'occultation (l'envoi continua jusqu'au 3 août). Les données envoyées surprirent de nombreux scientifiques: une pression atmosphérique très basse, une température de surface de -100°C, pas de champ magnétique et une surface fortement cratérisée qui ressemblait à celle de la Lune (les photographies cependant ne couvraient que moins d'1% de la surface et ne donnaient pas encore l'image de Mars telle qu'on la connaît de nos jours). Ce fut approximativement 40 minutes avant le plus proche du survol, le 15 juillet 1965, à une distance de 9850km, que la caméra TV de Mariner 4 commença de prendre les 21 images en noir-et-blanc. Au total ces observations et découvertes mirent fin aux attentes de nombreux scientifiques, qui voyaient Mars comme une planète pouvant abriter la vie

Cette première mission puis celles qui suivirent dissipèrent aussi, d'une façon générale, les vues répandues par les écrivains de science-fiction concernant les rencontres avec les Martiens. Peu de temps après la rencontre pionnière de Mariner 4, la NASA autorisa le projet "Mariner Mars 1969" qui consistait de deux vaisseaux identiques qui allaient faire des passages à Mars et prendre encore plus d'images et autres mesures. Chaque nouveau Mariner emportait 8 expériences: un spectromètre infrarouge, un radiomètre infrarouge pour mesures les températures de surface, un spectromètre dans l'ultraviolet, une expérience d'occultation en bande S, un moniteur de flux contrôlé thermique, une caméra TV avec des télescopes à grande et courte focale, une expérience de mécanique céleste et, enfin, une expérience concernant la Relativité générale. Les Mariner 6 et 7 devinrent, à l'époque du programme Apollo, les nouvelles étapes de l'exploration martienne. Mariner 6 échappa à une catastrophe -une fuite de pression d'hélium se produisit sur sa fusée de lancement Atlas mais elle put être arrêtée. Mariner 6, finalement, fut lancé le 25 février 1969 et Mariner 7 suivit, sur une nouvelle Atlas-Centaur, le 27 mars et leurs étages supérieurs Centaur les placèrent sur leur trajectoire. Des corrections (le 1er mars pour Mariner 6, le 8 avril pour le Mariner 7) affinèrent celles-ci. Bien qu'un mois ait séparé leur lancement, les deux sondes n'arrivèrent à Mars qu'avec 5 jours d'intervalle. Mariner 6 renvoya 75 images et des données scientifiques. Pour ce qui est de Mariner 7, on avait temporairement perdu le contact 5 jours avant le passage à Mars mais le 2 août, le vaisseau fut rétabli dans ses pleines possibilités; il passa 3 jours plus tard à moins de 3400km de l'hémisphère sud et renvoya 126 images et des données scientifiques. Les télescopes, depuis la Terre, dans les années 1960, ne pouvaient résoudre que des éléments du relief martien d'une dimension de 100km (62 miles); en 1965, le Mariner 4 avait montré des détails jusqu'à 3,2km mais la surface totale couverte par ses images couvraient moins d'1% de la surface martienne. Les Mariner 6 et 7, eux, commencèrent de prendre des photographies lors de leur approche, couvrant ainsi la planète entière à des résolutions de loin plus importantes que ce qu'on pouvait obtenir depuis la Terre. Les images des passages rapprochés couvrirent près de 20% de la surface avec des résolutions s'abaissant à 275m avec la caméra à angle étroit. Mariner 7 captura des images du satellite Phobos, le plus grand de Mars alors que ce dernier passait entre la planète et le vaisseau (l'image approchait les limites de résolution de l'instrument mais représentait la toute première image d'un satellite planétaire prise par une mission spatiale). Au cours de son passage à Mars, Mariner 6 renvoya un total de 75 photos (50 de loin, 25 de près) et Mariner 7 y ajouta 93 photos de loin et 33 de près. Les radiomètres à infrarouge des deux missions montrèrent que la fine atmosphère de Mars était presqu'entièrement composée de CO2 ainsi que la calotte polaire sud. Le Mariner 9, ensuite, fut le premier orbiter martien entre novembre 1971 et octobre 1972. Mariner 9 avait été conçu pour continuer les études atmosphériques qu'avaient commencé les Mariner 6 et 7 et il cartographia plus de 70% de la surface martienne. Viking 1 devint le premier objet fabriqué de main d'homme à réussir à atterrir en douceur sur Mars

configuration de vol des Viking 1 and 2

Les missions Viking furent l'étape suivante de l'étude de Mars par la NASA. Planifiées, à l'origine, pour 1973, elles ne purent être lancées qu'en 1975 du fait de la complexité de la mission. Les Viking avaient pour objectif d'obtenir des images haute résolution de la surface martienne, d'étudier la structure et la composition de l'atmosphère et de la surface et de mener des tests biologiques à la recherche de vie sur une planète autre que la Terre. Les deux Viking comportaient un orbiter et un lander. De façon intéressante, les landers verraient leur site d'atterrissage déterminé par leur orbiter (le premier mois de chaque mission était ainsi consacré à l'observation de Mars depuis l'orbite ainsi qu'à trouver un site d'atterrissage approprié pour le lander). Les deux Vikings étaient des charges lourdes, encore jamais tentées et pour le lancement, la NASA décida de coupler l'étage supérieur Centaur avec une fusée Titan III. La mission Viking 1 fut lancée le 20 août 1975 et atteignit l'orbite martienne le 19 juin 1976. La mission Viking 2, elle, fut lancée le 9 septembre 1975 et atteignit Mars le 7 août 1976. Les deux Vikings avait ainsi été nommés en référence aux explorateurs nordiques et ils étaient quasi identiques. L'arrivée du Viking 1 à Mars prévoyait que son lander atterrirait le 4 juillet 1976, pour le bicentenaire de l'Indépendance américaine mais les premières images prises depuis l'orbite étaient alarmantes car le site choisi ne paraissait pas sûr. Par ailleurs, la mission Viking 2 s'approchait rapidement de Mars et son arrivée était prévue le 7 août, ce qui menaçait d'un embouteillage sur l'orbite martienne, embouteillage que la technique d'alors n'aurait pas pu assumer; aussi, prit-on la décision de retarder l'atterrissage du Viking 1. Les deux Vikings furent lancés par une fusée Titan Centaur. Une fois venu le moment que chaque lander atterrisse, il se sépara de l'orbiter et descendit, par parachute, dans l'atmosphère de Mars, larguant son bouclier thermique protecteur. A une altitude de 1,5 km (5000 pieds), les landers, jambes déployées, se séparèrent de leur parachute et mirent à feu trois rétro-moteurs (en anglais le système portait le nom de "descent propulsion system") de façon à contrôler la descente et à atterrir sains et saufs. L'atterrissage eut lieu à une vitesse de 2 m/s (2 yards/s). Le lander Viking 1 atterrit le 20 juillet 1976 (dès l'atterrissage, le Viking 1 prit une première image et renvoya ce cliché historique vers la Terre) et le Viking 2 le 3 septembre. Viking 1 avait atterri sur la pente occidentale de Chryse Planitia et Viking 2 à Utopia Planitia. Le but des landers étant de rechercher de la vie sur Mars, ils se livrèrent à une analyse du sol martien. Mais aucune preuve tangible ne fut trouvée et les scientifiques conclurent qu'en fait, Mars était une planète "auto-stérilisante": la radiation ultra-violette du Soleil, l'extrême sécheresse du sol et les mécanismes oxydant de la chimie des sols empêchent l'apparition d'organismes vivants sur Mars. Une activité chimique inattendue et énigmatique fut cependant décelée. Les deux Viking fournirent aussi des données sur le sol de Mars, son atmosphère ainsi que les grandes données météorologiques

->Qu'ont exactement trouvé les Vikings?
Lorsque les landers Viking ont analysé le sol de Mars, ils y ont trouvé deux composés chlorés, du chlorométhane et du di-chlorométhane, qui, alors, furent attribués à une contamination par un fluide des landers. Ces deux composés avaient décomposé les nutriments ajouté au sol martien. La mission Phoenix, récemment, un lander polaire sur Mars, a détecté dans le sol un élément à base de chlorine, du perchlorate. Cela a amené à penser que les composés trouvés par les Vikings seraient les restes de l'action destructrice du perchlorate sur des composés organiques qui se seraient donc bien trouvé dans le sol de Mars. La question, cependant, se complique puisque, sur Mars, comme ailleurs dans le système solaire, comme par exemple sur les astéroïdes, les comètes ou dans la Kuiper Belt, les composés organiques ne sont pas nécessairement, comme sur Terre, liés à la vie. Ils peuvent avoir une origine biologique ou non. Ces composés organiques, alors, doivent être considérés comme de simples briques fondamentales de la vie. La prochaine mission martienne de la NASA, le Mars Laboratory, utilisera une nouvelle méthode de recherche de la vie, avec soit un mode par chauffage, soit par extraction liquide, ce dernier mode devant probablement révéler les composés organiques. Un autre point de vue avait été dernièrement avancé sur le sujet: des substances non organiques, et très réactives, auraient imité l'activité de la vie: il pourrait s'agit du péroxyde d'hydrogène et de l'ozone (O3), lesquels pourraient être le fruit des forts champs électriques qui sont générés par les grandes tempêtes martiennes. Ces champs électriques dissocieraient le dioxyde de carbone et les molécules d'eau de l'atmosphère, qui se recombineraient et tomberaient sur le sol martien. Dans l'une des expériences Viking, la "Labeled Release" ou LR, on avait ramassé des échantillons de sol qui avaient été soumis à des nutriments; si des microbes existaient dans ce sol, ils allaient vraisemblablement métaboliser ceux-ci et émettre du CO2 ou du méthane. Il y eut bien signes de métabolisme mais deux autres expériences Viking ne trouvèrent pas de molécules organiques dans le sol et on admit que les données avait été biaisées par une propriété non-biologique du sol martien; cette explication demeure, encore aujourd'hui, le consensus admis

panoramas pris par les landers Viking 1 and 2 (de gauche à droite: caméra 2 du Viking 1, caméras 1 et 2 du Viking 2). NASA/NSSDC

Pendant ce temps, les orbiters Viking continuèrent leur mission depuis l'orbite, étudiant Mars et son atmosphère et servant de relais radio pour les landers. Les orbiters prirent 50000 images et fournirent une vue globale de la planète. Ils continuèrent à travailler bien au-delà des durées prévues des missions. L'orbiter Viking 1 émit jusqu'au 7 août 1980 et l'orbiter Viking 2 jusqu'au 25 juillet 1978. Les deux landers, eux, du fait que leurs générateurs radio-isotopiques les rendait indépendants de l'énergie solaire, fonctionnèrent, pour le Viking 1, jusqu'au 11 novembre 1982 et, pour le Viking 2, jusqu'au 11 avril 1980. De nombreuses innovations apportées par les missions Viking sont encore utilisées aujourd'hui pour l'exploration robotique de Mars. L'atterrissage des missions avait demandé une chorégraphie minutieuse entre les boucliers thermiques, les parachutes et les fusées. Par ailleurs, ce furent les Vikings qui déclenchèrent un intérêt énorme pour la biologie des environnements extrêmes, laquelle science montra que la vie pouvait exister, sur Terre, dans des environnements improbables, ainsi les évents hydrothermiques du fond des océans, les grès de l'Antarctique ou les grottes volcaniques. Les Vikings, aussi, excitèrent l'imagination, pour Mars, des scientifiques, des ingénieurs et du public. L'équipe des Vikings consistait en 750 personnes, des ingénieurs, des scientifiques et des techniciens venus tant de la NASA, du monde de l'industrie et des universités

Après les Vikings, les Etats-Unis ne sont pas retournés à Mars avant 1997, lorsqu'ils y envoyèrent Mars Global Surveyor, une mission en orbite. Mars Global Surveyor a cessé de fonctionner en 2006. Un orbiter l'avait précédé en 1992 mais ç'avait été un échec. Puis la mission Mars Pathfinder fit atterrir un mini-rover (le robot Sojourner) sur la planète rouge en 1997 et la mission Mars Odyssey se plaça avec succès en orbite autour de Mars en 2001 (elle continue de travailler à l'heure actuelle, entre autre avec une caméra infrarouge, la THEMIS (Thermal Emission Imaging System)). La mission MAVEN, lancée en 2013 ("Mars Atmosphere and Volatile Evolution") est conçue pour étudier le comportement de la haute atmosphère martienne et comment des gaz se perdent dans l'espace. Dans l'intervalle, deux missions échouèrent encore à atteindre la planète rouge, se perdant à l'arrivée, le Mars Climate Orbiter (1998) et le Mars Polar Lander (avec le Deep Space 2) (1999). Quelques missions soviétiques finirent par atteindre Mars mais elles renvoyèrent peu de données et la Russie a échoué, au décollage, dans sa tentative, en novembre 1996, d'envoyer vers Mars un orbiter avec plusieurs landers, le "Mars 96"; en novembre 2011, la Russie avait également tenté de lancer la mission Fobos-Grunt mais avait échoué car la mission n'avait pas pu allumer ses moteurs une fois en orbite. Les Etats-Unis, plus récemment, ont renoué avec le succès avec leur deux rovers jumeaux (mission MER Twin Rovers) qui ont atteint la surface de Mars début 2004 et qui y travaillent encore, recherchant des traces passées d'eau. Un plus grand rover de l'agence américaine, Curiosity, travaille sur Mars depuis 2012

voyez ce résumé de la mission MER Twin Rovers

cliquer vers une carte des sites d'atterrissage des missions martiennes (1976-2012). carte site 'Amateur Astronomy' sur la base d'une carte de fond réalisée avec des données NASA/JPL/Malin Space Science Systems

->Plus de détails sur la mission Mars Pathfinder
La mission Mars Pathfinder s'élança en décembre 1996 et atterrit sur Mars en 1997. La mission était composée d'un atterrisseur et d'un rover de petite taille. Elle était conçue comme un mission de démonstration, montrant comment on pouvait faire atterrir une mission et un rover de façon efficace et à moindre coût: la mission utilisa une nouvelle méthode pour atteindre la surface, pénétrant directement dans l'atmosphère martienne et y étant freinée par un parachute. L'atterrissage fut amorti par un système géant d'airbags. Le site d'atterrissage était Ares Vallis, une ancienne plaine d'inondation, dans l'hémisphère nord de Mars, une des régions les plus rocheuses de la planète rouge. Le site fut choisi sur la base de ce qu'il devait présenter une surface relativement sûre pour un atterrissage et qu'il présentait une large variété de roches, lesquelles y avaient été déposées au cours d'une inondation de grande ampleur
Le lander fut renommé la "Carl Sagan Memorial Station" et le rover "Sojourner" (d'après Sojourner Truth, un Américain qui avait combattu pour les droits civiques). Le lander, comme le rover dépassèrent leur durée de vie prévue (le lander de près de trois fois; le rover de 12 fois). La mission fonctionna jusqu'au 27 septembre 1997, renvoyant 2,3 milliards de bits de données et plus de 17000 images (prises essentiellement par le lander). Plus de 15 analyses chimiques du sol furent effectuées des roches et du sol et des données complètes furent recueillies concernant les vents et d'autres données météorologiques. Le Mars Pathfinder fut la première mission spatiale à se tourner entièrement vers Internet comme son moyen de faire passer l'information au public; auparavant la NASA ne publiait, pour une mission donnée, que quelques photographies papier

vue de trois générations de rovers martiens de la NASA (de gauche à droite: le rover Pathfinder, 65cm; Spirit ou Opportunity, 1,6m; Curiosity, 3m)