Programme d'exploration de Mars - Mars Exploration Program
| Partie d' une série sur le |
| Politique spatiale des États-Unis |
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Le programme d'exploration de Mars ( MEP ) est un effort à long terme pour explorer la planète Mars , financé et dirigé par la NASA . Formé en 1993, le MEP a utilisé des engins spatiaux orbitaux , des atterrisseurs et des rovers martiens pour explorer les possibilités de la vie sur Mars , ainsi que le climat et les ressources naturelles de la planète . Le programme est géré par la Direction des missions scientifiques de la NASA par Doug McCuistion de la Division des sciences planétaires . À la suite de réductions de 40% du budget de la NASA pour l'exercice 2013, le Mars Program Planning Group (MPPG) a été formé pour aider à reformuler le MEP, rassemblant les dirigeants des missions technologiques, scientifiques, humaines et scientifiques de la NASA.
Gouvernance
Réuni pour la première fois en octobre 1999, le groupe d'analyse du programme d'exploration de Mars (MEPAG) permet à la communauté scientifique de fournir des informations pour la planification et la hiérarchisation du programme d'exploration de Mars. Les missions d'exploration sur Mars, comme la plupart des missions de la NASA, peuvent être assez coûteuses. Par exemple, le rover Curiosity de la NASA (atterri sur Mars en août 2012) a un budget supérieur à 2,5 milliards de dollars. La NASA a également pour objectif de collaborer avec l' Agence spatiale européenne (ESA) afin de mener une mission consistant à renvoyer un échantillon de sol de Mars sur Terre, ce qui coûterait probablement au moins 5 milliards de dollars et durerait dix ans.
Objectifs
Selon la NASA, il existe quatre grands objectifs du MPE, tous liés à la compréhension du potentiel de vie sur Mars.
- Déterminer si la vie a jamais surgi sur Mars - Afin de comprendre le potentiel d'habitabilité de Mars , il faut déterminer s'il y a eu ou non de la vie sur Mars , ce qui commence par évaluer l'aptitude de la planète à vivre. La principale stratégie concernant l'eurodéputé, surnommé «Suivez l'eau», est l'idée générale que là où la vie est présente, il y a de l'eau (du moins dans les cas sur Terre). Il est probable que si la vie survient sur Mars, il faudrait un approvisionnement en eau qui a été présent pendant une période de temps substantielle. Par conséquent, l'un des principaux objectifs du MEP est de rechercher des endroits où l'eau est, était ou pourrait être, comme les lits de rivières asséchés, sous la surface planétaire et dans les calottes glaciaires polaires de Mars. Outre l'eau, la vie a également besoin de sources d'énergie pour survivre. L'abondance de superoxydes rend la vie à la surface de Mars très improbable, ce qui exclut essentiellement la lumière du soleil comme source possible d'énergie pour la vie. Par conséquent, des sources d'énergie alternatives doivent être recherchées, telles que l' énergie géothermique et chimique . Ces sources, qui sont toutes deux utilisées par les formes de vie sur Terre, pourraient être utilisées par des formes de vie microscopiques vivant sous la surface de Mars. La vie sur Mars peut également être recherchée en trouvant des signatures de vie passée et présente ou des biosignatures . L'abondance relative du carbone ainsi que l'emplacement et les formes dans lesquels il peut être trouvé peuvent informer où et comment la vie a pu se développer. En outre, la présence de minéraux carbonatés , ainsi que le fait que l'atmosphère de Mars est composée en grande partie de dioxyde de carbone , indiqueraient aux scientifiques que l'eau est peut-être sur la planète depuis assez longtemps pour favoriser le développement de la vie.
- Caractériser le climat de Mars - Un autre objectif du MPE est de caractériser à la fois le climat actuel et passé de Mars , ainsi que les facteurs qui influencent le changement climatique sur Mars. Actuellement, ce que l'on sait, c'est que le climat est régulé par les changements saisonniers des calottes glaciaires de Mars, le mouvement de la poussière par l'atmosphère et l'échange de vapeur d'eau entre la surface et l'atmosphère. Comprendre ces phénomènes climatiques signifie aider les scientifiques à modéliser plus efficacement le climat passé de Mars, ce qui permet une meilleure compréhension de la dynamique de Mars.
- Caractériser la géologie de Mars - La géologie de Mars est différenciable de celle de la Terre par, entre autres, ses volcans extrêmement grands et l'absence de mouvement de la croûte. Un objectif du MEP est de comprendre ces différences avec la Terre ainsi que la façon dont le vent, l'eau, les volcans, la tectonique, les cratères et d'autres processus ont façonné la surface de Mars. Les roches peuvent aider les scientifiques à décrire la séquence des événements de l'histoire de Mars, à dire s'il y avait une abondance d'eau sur la planète en identifiant les minéraux qui ne se forment que dans l'eau, et à dire si Mars avait autrefois un champ magnétique (qui pointerait vers Mars à un moment donné étant une planète dynamique semblable à la Terre).
- Préparez-vous à l'exploration humaine de Mars - Une mission humaine sur Mars présente un énorme défi d'ingénierie. Avec la surface de Mars contenant des superoxydes et dépourvue de magnétosphère et de couche d'ozone pour se protéger des radiations du Soleil, les scientifiques devraient bien comprendre autant que possible la dynamique de Mars avant que toute action puisse être entreprise dans le but de mettre des humains sur Mars. .
Défis
Les missions d'exploration sur Mars ont historiquement eu certains des taux d'échec les plus élevés pour les missions de la NASA, ce qui peut être attribué aux immenses défis d'ingénierie de ces missions ainsi qu'à une certaine malchance. Avec de nombreux objectifs du MEP impliquant l'entrée, la descente et l'atterrissage d'engins spatiaux (EDL) à la surface de Mars, des facteurs tels que l'atmosphère de la planète, un terrain de surface irrégulier et le coût élevé de la réplication d'environnements de type Mars pour les tests entrent en jeu. .
Par rapport à la Terre, l' atmosphère de Mars est environ 100 fois plus mince. En conséquence, si une péniche de débarquement devait descendre dans l'atmosphère de Mars, elle décélérerait à une altitude beaucoup plus basse et, selon la masse de l'objet, pourrait ne pas avoir assez de temps pour atteindre sa vitesse terminale. Afin de déployer des décélérateurs super ou subsoniques, la vitesse doit être inférieure à un seuil ou ils ne seront pas efficaces. Par conséquent, des technologies doivent être développées pour qu'une péniche de débarquement puisse être suffisamment ralentie pour laisser suffisamment de temps pour que les autres processus de débarquement nécessaires soient effectués avant le débarquement. L'atmosphère de Mars varie considérablement au cours d'une année sur Mars , ce qui empêche les ingénieurs de pouvoir développer un système d'EDL commun à toutes les missions. Les tempêtes de poussière fréquentes augmentent la température atmosphérique inférieure et diminuent la densité atmosphérique, ce qui, associé aux élévations extrêmement variables à la surface de Mars, oblige à choisir prudemment un site d'atterrissage afin de permettre une décélération suffisante de l'engin. Les séquences Mars EDL ne durant que 5 à 8 minutes environ, les systèmes associés doivent être incontestablement fiables. Idéalement, cela serait vérifié par des données obtenues en effectuant des essais à grande échelle de divers composants des systèmes EDL sur des essais terrestres. Cependant, les coûts de reproduction des environnements dans lesquels ces données seraient pertinentes en termes d'environnement de Mars sont considérablement élevés, ce qui fait que les tests sont purement basés au sol ou simulent les résultats de tests impliquant des technologies dérivées de missions passées.
La surface de Mars est extrêmement inégale, contenant des roches , un terrain montagneux et des cratères. Pour une péniche de débarquement, la zone de débarquement idéale serait plate et sans débris. Comme ce terrain est presque impossible à trouver sur Mars, le train d'atterrissage doit être très stable et avoir une garde au sol suffisante pour éviter les problèmes de basculement et d'instabilité à l'atterrissage. De plus, les systèmes de décélération de ces atterrisseurs devraient inclure des propulseurs pointés vers le sol. Ces propulseurs doivent être conçus de telle sorte qu'ils ne doivent être actifs que pendant une durée extrêmement courte; s'ils sont actifs et pointés vers un sol rocheux pendant plus de quelques millisecondes, ils commencent à creuser des tranchées, lancent de petites roches dans le train d'atterrissage et provoquent une contre-pression déstabilisante sur l'atterrisseur.
Trouver un site d'atterrissage adéquat signifie être en mesure d'estimer la taille des roches à partir de l'orbite. La technologie permettant de déterminer avec précision la taille des roches de moins de 0,5 mètre de diamètre à partir de l'orbite n'a pas encore été développée, donc la distribution de la taille des roches est déduite de sa relation avec l'inertie thermique, basée sur la réponse thermique du site d'atterrissage mesurée par les satellites en orbite actuellement autour de Mars. Le Mars Reconnaissance Orbiter contribue également à cette cause dans le sens où ses caméras peuvent voir des roches de plus de 0,5 m de diamètre. Outre la possibilité que l'atterrisseur bascule sur des surfaces en pente, de grandes caractéristiques topographiques telles que des collines, des mesas, des cratères et des tranchées posent le problème des interférences avec les capteurs au sol. Le radar et le radar Doppler peuvent mesurer faussement l'altitude pendant la descente et les algorithmes qui ciblent le point de toucher de l'atterrisseur peuvent être "trompés" pour libérer l'atterrisseur trop tôt ou trop tard si l'engin passe au-dessus des mesas ou des tranchées en descendant.
Histoire
Contexte
Alors qu'il a été observé dans l'Antiquité par les Babyloniens , les Égyptiens , les Grecs et d'autres, ce n'est que lors de l'invention du télescope au 17ème siècle que Mars a été étudié en profondeur. La première tentative d'envoi d'une sonde à la surface de Mars, surnommée «Marsnik 1», a été faite par l' URSS en 1960. La sonde n'a pas réussi à atteindre l' orbite terrestre et la mission a finalement échoué. Le fait de ne pas atteindre les objectifs de la mission est courant dans les missions conçues pour explorer Mars; environ les deux tiers de tous les engins spatiaux destinés à Mars ont échoué avant que toute observation ne puisse commencer. Le programme d'exploration de Mars lui-même a été officiellement formé à la suite de l'échec de Mars Observer en septembre 1992, qui était la première mission de la NASA sur Mars depuis les projets Viking 1 et Viking 2 en 1975. Le vaisseau spatial, qui était basé sur une orbite terrestre modifiée satellite de communications commerciales (c'est-à-dire le satellite Astra 1A de SES ), transportait une charge utile d'instruments conçus pour étudier la géologie, la géophysique et le climat de Mars depuis l'orbite. La mission a pris fin en août 1993 lorsque les communications ont été perdues trois jours avant la date prévue de mise en orbite du vaisseau spatial .
Années 2000
Dans les années 2000, la NASA a créé le programme Mars Scout en tant que campagne dans le cadre du programme d'exploration de Mars pour envoyer une série de petites missions robotiques à faible coût sur Mars , sélectionnées de manière compétitive parmi des propositions innovantes de la communauté scientifique avec un plafond budgétaire de 485 millions de dollars. . Le premier vaisseau spatial robotique de ce programme était Phoenix , qui utilisait un atterrisseur fabriqué à l'origine pour la mission annulée Mars Surveyor 2001 . Phoenix était l'un des quatre finalistes sélectionnés sur 25 propositions. Les quatre finalistes étaient Phoenix, MARVEL, SCIM ( Sample Collection for Investigation of Mars ) et l' avion Mars ARES («Aerial Regional-Scale Environmental Survey»). SCIM était un exemple de mission de retour qui aurait utilisé une trajectoire de retour libre et un aérogel pour capturer la poussière de Mars et la renvoyer sur Terre (voir aussi: la mission Stardust ). MARVEL était un orbiteur qui aurait recherché le volcanisme et analysé divers composants de l'atmosphère de Mars. Le nom est un acronyme pour Mars Volcanic Emission and Life Scout , et il était destiné à détecter les gaz de la vie s'il y en avait. ARES était un concept d'avion pour Mars pour étudier la basse atmosphère et la surface. Le 15 septembre 2008, la NASA a annoncé qu'elle avait choisi MAVEN comme deuxième mission. Le budget de cette mission ne dépassait pas 475 millions de dollars. Après seulement deux sélections, la direction scientifique de la NASA a annoncé en 2010 que Mars Scout serait intégré au programme Discovery , qui a été réaménagé pour permettre la proposition de missions sur Mars. InSight , une mission de sismologie et géologie sur Mars, a finalement été choisie comme douzième mission du programme Discovery.
| Missions proposées pour le programme Mars Scout (2003–10) | |
|---|---|
| Nom de la mission | La description |
| La grande évasion (TGE) | La mission aurait déterminé directement les processus de base de l'évolution atmosphérique martienne en mesurant la structure et la dynamique de la haute atmosphère. De plus, des constituants atmosphériques potentiellement biogènes tels que le méthane auraient été mesurés. Le chercheur principal est Alan Stern, Southwest Research Institute, Boulder, Colorado. Le Southwest Research Institute, San Antonio, aurait assuré la gestion du projet. |
| Artémis | Cette mission lancerait jusqu'à quatre atterrisseurs en forme de soucoupe, de deux pieds (0,61 m) de diamètre, à partir d'un «vaisseau mère» en orbite autour de Mars. Chacun parachutait sur la surface, analysant le sol et l'atmosphère. Deux des quatre atterrisseurs seraient ciblés sur les régions polaires. |
| ARES | Ce concept de mission proposait d'envoyer un avion sans pilote dans l'atmosphère martienne pour observer la planète. |
| Chronos | Cette mission consisterait en une sonde conçue pour fondre à travers une calotte polaire à l'aide de jets chauffés. Il se déplacerait jusqu'à 91 mètres sous la surface, analysant l'eau fondue pour déterminer l'histoire climatique de Mars. |
| KittyHawk | Cette mission créerait trois ou quatre planeurs ailés avec une envergure d'environ 1,83 m (six pieds) et explorerait le système de canyons de Valles Marineris . Les planeurs porteraient des spectromètres infrarouges et des caméras. |
| MEUGLEMENT | Avec des télescopes infrarouges sur Terre et un spectromètre sur le Mars Express Orbiter , du méthane a été découvert dans l'atmosphère martienne. La présence de méthane sur Mars est très intrigante, car en tant que gaz instable, elle indique qu'il doit y avoir une source active de gaz sur la planète. Les dernières recherches suggèrent que la durée de vie de la destruction du méthane est aussi longue ~ 4 années terrestres et aussi courte que ~ 0,6 année terrestre. Dans les deux cas, la durée de vie de la destruction du méthane est beaucoup plus courte que l'échelle de temps (~ 350 ans) estimée pour la destruction photochimique ( rayonnement UV ). Le Mars Organics Observer utiliserait un orbiteur pour caractériser le méthane martien: où il est émis, quelle quantité est émise et à quelle fréquence il est émis. |
| Les Naïades | Nommée d'après les nymphes des sources, des lacs et des rivières de la mythologie grecque, cette mission enverrait deux atterrisseurs dans une région qui contient probablement des eaux souterraines. Les atterrisseurs chercheraient les eaux souterraines à l'aide d'électromagnétisme basse fréquence et d'autres instruments. |
| SCIM | Une mission de retour d'échantillons qui passerait brièvement dans l'atmosphère martienne pour ramasser environ 1000 grains de poussière et quelques litres d'air sans ralentir la vitesse de fuite. |
| THOR | Semblable à Deep Impact de la NASA , cette mission aurait un impact sur deux sphères de cuivre à la surface de Mars pour créer des cratères dans une région connue pour avoir de la glace d'eau, et peut-être de l'eau liquide, à quelques mètres sous la surface. Un orbiteur accompagnant analyserait les cratères depuis l'orbite. Bien que cette mission n'ait pas été choisie, de la glace a ensuite été observée lors d'impacts naturels frais. |
| Urey | Cette mission nécessite un couple atterrisseur / rover conçu pour analyser l'âge des roches. Il serait ciblé pour la région des Cerberus Highlands et rechercherait des minéraux spécifiques pour aider les scientifiques à comparer la cratérisation de Mars avec celle de la Lune. |
| MERVEILLE | Orbiter avec spectromètres rechercherait les émissions volcaniques et la vie |
| CryoScout | Sonde de fonte pour calottes glaciaires |
| Pascal | 24 mini stations météo. Aussi proposé dans le programme Découverte . |
| MEO | Mars Environmental Orbiter - étude de l'atmosphère et de l'hydrologie |
| MACO | Observatoire de la constellation atmosphérique de Mars - un réseau de microsatellites étudie l'atmosphère |
| MSR | Mars Scout Radar - Radar à synthèse d'ouverture (SAR) pour étudier la sous-surface |
| Averse de grêle | Six atterrisseurs à impact dur de type Deep Space 2 avec pénétrateurs souterrains |
Années 2010
Une réduction significative du budget de 300 millions de dollars américains à la division des sciences planétaires de la NASA a eu lieu au cours de l'exercice 2013, ce qui a entraîné l'annulation de la participation de l'agence au programme ExoMars de l' ESA et une réévaluation du programme d'exploration de Mars dans son ensemble. En février 2012, le Mars Program Planning Group (MPPG) s'est réuni à Washington, DC pour discuter des concepts de mission candidats pour la fenêtre de lancement 2018 ou 2020, dans le cadre d'une initiative connue sous le nom de Mars Next Generation. Le but du MPPG était de développer les fondations pour une architecture au niveau du programme pour l'exploration robotique de Mars qui soit cohérente avec le défi de l' administration Obama d'envoyer des humains sur l'orbite de Mars dans la décennie des années 2030, tout en restant sensible à la science primaire objectifs de l'enquête décennale 2011 du CNRC sur les sciences planétaires. Le MPPG a utilisé des contributions individuelles non consensuelles de fonctionnaires de la NASA et d'employés sous-traitants, les décisions qui en résultent étant de la responsabilité exclusive de la NASA.
L'objectif immédiat du MPPG était la collection d'options de concept de mission multiples pour la fenêtre de lancement de Mars 2018 et 2020. Avec une enveloppe budgétaire de 700 millions de dollars US , y compris un lanceur , il était présumé que la mission serait limitée à un orbiteur . Les idées à court terme ont été prises en considération pour la planification précoce des missions dans la période 2018-2024, tandis que les idées à moyen et long terme ont éclairé la planification de l'architecture au niveau du programme pour 2026 et au-delà. Les stratégies explorées pour une telle mission comprenaient une mission de retour d' échantillons où des échantillons de sol sont placés sur l'orbite de Mars à la fin des années 2020 ou au début des années 2030, une analyse du sol in situ et une étude de la surface et de l'intérieur profond de Mars avant un retour d'échantillons. mission et / ou mission avec équipage. Les missions conceptuelles étudiées qui correspondent aux besoins budgétaires de 700 à 800 millions de dollars américains comprenaient le Next Mars Orbiter (NeMO) pour remplacer les services de télécommunication des satellites vieillissants, et un atterrisseur fixe pour enquêter et sélectionner des échantillons appropriés pour un retour ultérieur sur Terre. . Avant les conclusions du MPPG, le sous -comité Commerce-Justice-Science du Comité des crédits de la Chambre a approuvé un budget en avril 2012 qui rétablissait 150 millions de dollars US dans le budget de la science planétaire, avec une mise en garde qu'une mission de retour d'échantillons soit mandatée. Le rapport final du MPPG a été rédigé en août 2012 et publié en septembre. En fin de compte, approuvant une mission de retour d'échantillons, la recommandation a influencé le processus budgétaire de la NASA pour l'exercice 2014.
Missions
liste
| Mission | Pièce | Véhicule | lancement | Rampe de lancement | Véhicule de lancement | Statut | Durée |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Mars Global Surveyor |
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Mars Global Surveyor | 7 novembre 1996 à 17h00 UTC | Cap Canaveral LC-17A | Delta II 7925 | Terminé | 3647 jours |
| Mars Surveyor '98 |
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Orbiteur climatique de Mars | 11 décembre 1998 à 18h45 UTC | Cap Canaveral LC-17A | Delta II 7425 | Échec | 286 jours |
| Mars polaire Lander | 3 janvier 1999 à 20:21 UTC | Cap Canaveral LC-17A | Delta II 7425 | Échec | 334 jours | ||
| 2001 Mars Odyssey |
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Mars Odyssey | 7 avril 2001, 15:02 UTC | Cap Canaveral LC-17A | Delta II 7925-9.5 | Opérationnel | 7094 jours |
| Rover d'exploration de Mars | Esprit | 10 juin 2003 à 17:58 UTC | Cap Canaveral LC-17A | Delta II 7925-9.5 | Terminé | 2695 jours | |
| Opportunité | 7 juillet 2003 à 03:18 UTC | Cap Canaveral LC-17B | Delta II 7925H-9.5 | Terminé | 5498 jours | ||
| Orbiteur de reconnaissance de Mars |
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Orbiteur de reconnaissance de Mars | 12 août 2005 à 11:43 UTC | Cap Canaveral LC-41 | Atlas V 401 ( AV-007 ) | Opérationnel | 5,503 jours |
| Phénix |
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Phénix | 4 août 2007 09:26 UTC | Cap Canaveral LC-17A | Delta II 7925 | Terminé | 457 jours |
| Laboratoire scientifique de Mars |
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Curiosité | 26 novembre 2011, 15:02 UTC | Cap Canaveral LC-41 | Atlas V 541 ( AV-028 ) | Opérationnel | 2843 jours |
| MAVEN |
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MAVEN | 18 novembre 2013, 18:28 UTC | Cap Canaveral LC-41 | Atlas V 401 ( AV-038 ) | Opérationnel | 2486 jours |
| Mars 2020 |
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Persévérance | Juillet 2020 | Cap Canaveral LC-41 | Atlas V 541 ( AV-088 ) | Opérationnel | N / A |
| Ingéniosité | Opérationnel | N / A |
Chronologie
Voir également
Les références
Remarques
Citations
Liens externes
- Programme d'exploration de Mars au Jet Propulsion Laboratory
- Mars Exploration Program Analysis Group (MEPAG) au Jet Propulsion Laboratory