Brèves martiennes

Pourtant, depuis environ 40 ans, des événements violents, très brefs, y ont lieu. Une lueur dans la haute atmosphère, un flash de lumière. La chute folle, débridée, d’étranges objets venus du ciel qui s’écrasent parfois comme des météores, ou qui se posent au sol sous le claquement de la toile d’un parachute, ou dans le chuintement de rétrofusées. Sur Mars, personne n’assiste à ses phénomènes, qui se déroulent au-dessus de paysages indifférents, figés pour l’éternité. Mais au-delà de l’espace interplanétaire, sur Terre, d’innombrables paires d’yeux scrutent les écrans de contrôle, écoutent le spectre radio à la recherche de sémaphores, attendent avec ferveur et anxiété de découvrir, pour la première fois de l’histoire de l’humanité, un nouveau secteur de l’Univers.

Demain, 6 août 2012, à 7h00 du matin, une sonde martienne va tenter à nouveau de réaliser cet exploit spectaculaire et terrifiant : celui de se poser, saine et sauve, sur les déserts de la planète rouge.

Elle s’appelle Curiosity. Un nom magnifique pour l’un des engins les plus complexes jamais réalisés par la main de l’homme. Elle pèse 900 kg et, par l’ampleur des objectifs qui lui ont été assignés, elle est sans doute la première sonde martienne à pouvoir vraiment rivaliser avec les mythiques sondes Viking, qui se sont posées sur Mars en 1976.

L’atterrissage va durer en tout et pout tout 7 minutes. Il s’agit de la partie la plus dangereuse d’une mission qui a débuté le 26 novembre 2011 avec le lancement, depuis Cap Canaveral en Floride, de la sonde, à bord d’une fusée géante Atlas V. Après un voyage de 576 millions de kilomètres, parcourus en un peu plus de 8 mois dans l’ennui sans fin qui caractérise habituellement les trajets dans l’espace profond, et après quelques corrections de trajectoire, la sonde est enfin à pied d’œuvre. La NASA a pris l’habitude de résumer la phase d’atterrissage par l'expression « 7 minutes de terreur ». Une fois n’est pas coutume, le qualificatif est juste. Mais jugez plutôt :

A 07:14:35 du matin, l’étage de croisière, c'est-à-dire le vaisseau sur lequel était fixée la sonde durant le trajet Terre – Mars, va se séparer du rover. Un ensemble d’instruments de mesure (un package baptisé MEDLI) rentrera alors en action. Leur rôle est de collecter une foule d’informations sur les conditions atmosphériques et les performances du bouclier thermique.

Une minute après l’éjection de l’étage de croisière, des rétrofusées s’allumeront pour annuler la rotation de la sonde, qui tournait effectivement sur elle-même à raison de 2 tours par minute histoire de se stabiliser dans l'espace. Simultanément, des masselottes de tungstène (75 kilogrammes chacune) seront larguées, ce qui aura pour effet de décentrer le centre de gravité de l’engin, permettant alors au bouclier thermique de générer de la portance avec l’atmosphère martienne. Les jets de gaz brulant des rétrofusées orienteront également ce dernier vers l’avant, près pour l'impact avec l'atmosphère martienne.

A 07:24:34, Curiosity atteindra son point d’injection dans l’atmosphère martienne, à une altitude de 131 kilomètres. 75 secondes plus tard, la friction avec l’air martien portera la température du bouclier thermique (recouvert de tuiles d’un matériau particulièrement résistant à la chaleur) à son maximum, soit 2100°C. 10 secondes plus tard, c’est le pic de décélération qui sera atteint, avec des valeurs de 10 à 15 G.

Par rapport aux sondes précédentes, la descente sous bouclier thermique de Curiosity va être guidée, une première dans l’histoire de l’exploration martienne. Le bouclier thermique va effectivement se comporter comme une aile d’avion, ce qui va donner la possibilité à la sonde de surfer sur l’atmosphère de Mars. Des petites rétrofusées ajusteront en permanence l’angle et la direction du bouclier, et la sonde décrira également des virages en S, sous le contrôle d’une centrale de navigation inertielle. L’objectif est d’augmenter de manière sensible la précision de l’atterrissage, cette entrée guidée devant permettre à Curiosity d’atterrir dans un mouchoir de poche. La friction du bouclier thermique avec l’atmosphère de Mars va annuler les 9/10^ème de l’accélération de la sonde (qui déboule à la vitesse confortable de 5900 mètres par seconde !). Mais cela ne sera pas suffisant, d'ou la nécessité de continuer à freiner en utilisant l'air martien, avec un parachute cette fois-ci.

A 07:28:05, six petites masses de tungstène (25 kilogrammes chacune), sont à nouveau éjectées, ce qui modifie le centre de gravité de la sonde et le replace dans l’axe de symétrie. Le parachute supersonique, d’un diamètre de 16 mètres, s’ouvre peu après, à une altitude de 11 kilomètres.

24 secondes après son déploiement, le bouclier thermique, devenu inutile, est éjecté à son tour. Pour la caméra de descente MARDI, sa disparition fait l’effet d’un appareil photo auquel on viendrait d’ôter le bouchon d’objectif. Cette caméra va commencer à enregistrer une vidéo de la descente vertigineuse vers la surface martienne (pour notre plus grand plaisir !), et ce jusqu’à ce que le rover touche le sol. Bien que des caméras de descente similaires aient été embarquées sur les sondes Mars Polar Lander et Phoenix, nous n’avons encore jamais vu une seule image de ce type : la première s’est effectivement crashée, et dans le cas de Phoenix, la caméra n’a pas été utilisée par précaution, les ingénieurs ayant estimés qu’elle présentait un risque pour l’atterrissage.

Peu après l’éjection du bouclier thermique, un radar embarqué rentrera en action pour surveiller la vitesse de descente et la distance séparant Curiosity du sol. Il va alimenter les ordinateurs de bord avec des données cruciales pour la phase finale de l'atterrissage.

A 07:30:19 le bouclier arrière, sur lequel est fixé le parachute, se sépare de la sonde. Le rover tombe alors en chute libre, mais cette dernière est immédiatement stoppée par l’allumage de huit rétrofusées à poussée variable (c’est la première fois depuis les sondes Viking qu’elles sont réutilisées sur Mars). Curiosity n’est alors plus qu’à 1,6 kilomètres du sol martien.

A 07:30:59 secondes, la vitesse de la sonde doit avoir été amenée à la valeur constante de 0,75 mètre par seconde (contre 5900 mètres par seconde avant l'entrée). Quatre rétrofusées sont alors coupées, tandis que le rover commence à être pris en charge par le système de grue aéroportée. Il s’agit ici de la phase la plus spectaculaire et la plus risquée de la mission. Suspendu par trois câbles de nylon (un quatrième câble plus lâche va jouer le rôle de cordon ombilical pour la transmission des données à l’étage de descente), Curiosity va effectivement être lentement hélitreuillé vers la surface de Mars !

Juste avant le contact avec le sol, les roues et le système de suspension, qui vont servir de train d’atterrissage, se mettent en place. Dès que le rover établi le contact avec la surface martienne, les câbles de la grue seront immédiatement sectionnés et l’étage de descente s’élancera au loin le plus rapidement possible, avant de s’écraser à distance de sécurité. Si toute l’incroyable mécanique de l’atterrissage s’est déroulée à la perfection, Curiosity sera alors au sol, près à explorer le cratère Gale et sa montagne centrale. Sur Mars, il est 3 heures de l'après midi.

Depuis l’atterrissage de Pathfinder en 1997, Internet offre la possibilité à tous les passionnés de suivre l’arrivée des sondes martiennes en direct. Sur Mars, trois orbiteurs seront aux premières loges pour assister à l’événement. Les deux premiers, Mars Reconnaissance Orbiter et Mars Express, ne pourront cependant pas relayer directement vers la Terre les informations de télémétries transmises par Curiosity en UHF durant sa périlleuse descente vers Mars. La troisième, Mars Odyssey, sera mieux placée, mais le débit de communication sera faible, et priorité sera donnée aux informations les plus critiques. Mars Odyssey commencera à relayer les données deux minutes après l’entrée atmosphérique, et perdra rapidement le contact avec le rover après son atterrissage (l’orbiteur passant alors sous l’horizon). Enfin, Curiosity émettra des signaux codés en bande X directement vers la Terre, ou les antennes des stations du réseau d’écoute de l’espace lointain (Deep Space Network) seront en charge de les collecter. Cependant, au cours de la descente, notre planète sortira du champ de vision radio du rover, et ces sémaphores ne seront donc plus disponibles pour suivre les étapes finales de l’atterrissage.

Durant toute la séquence d'atterrissage, des pertes temporaires de connectivité avec la sonde risquent donc de se produire, ce qui va sans doute augmenter de manière sensible le suspens et l'anxiété des contrôleurs. De même, il ne faudra pas s’attendre à avoir immédiatement des images de la surface martienne, et les plus impatients en seront pour leurs frais.

Il y a de fortes chances que les premières photographies du site d’atterrissage (le cratère Gale) rappellent fortement les sites explorés par les précédentes sondes martiennes (de Viking à Phoenix en passant par Pathfinder et les rovers Spirit et Opportunity), et il faut reconnaître (même si c’est désagréable) que la fascination face aux clichés martiens s’est un peu érodée (cela changera peut être le jour ou la NASA enverra des sondes ailleurs que sur des sites plats situés à basse altitude !). Cependant, chaque atterrissage est absolument unique, et même si la science qui est effectuée après ne suit parfois pas (voir le fiasco de la sonde Phoenix), ce sont des moments magiques, rendus possibles par l’obsession et la ténacité d’équipes qui portent leur art à son plus haut niveau.

Demain, à 07h17, Curiosity sera à la surface de Mars, en état de marche ou en pièces détachées. Les signaux radios mettant 14 minutes pour parvenir à la planète bleue, pour nous, terriens, la sonde sera encore en pleine descente, vers la gloire ou l’effroi. Nous serons des milliers à suivre par la pensée son voyage, connectés à NASA TV, twitter ou sur les dizaines de sites qui relayeront cet événement.

A quoi ressemble le cratère Gale ? Mars Reconnaissance Orbiter parviendra t-il à photographier en pleine descente le rover avec la caméra HiRise, comme il avait réussi à le faire avec la sonde Phoenix ? Demain, la planète Mars vous invite à vibrer durant 7 minutes, motivé par l’une des valeurs les plus pures et nobles de l’âme humaine : la curiosité. Quelque soit l’issue, ouvrez grand vos yeux et vos oreilles, le spectacle promet d’être magistral !