MARS SAMPLE RETURN:
En décembre dernier, après un voyage long de 3,2 milliards de kilomètres, la capsule japonaise Ayabusa2 ramenait sur Terre le tout premier échantillon d’un astéroïde. Malgré cet exploit technologique, l’Homme n’a encore jamais mis la main sur des roches prélevées sur une autre planète. Depuis les années 1980, la NASA et l’Agence Spatiale Européenne (ESA) collaborent pourtant au développement d’un projet qui pourrait bientôt réaliser cet exploit: la mission Mars Sample Return.
En décembre dernier, après un voyage long de 3,2 milliards de kilomètres, la capsule japonaise Ayabusa2 ramenait sur Terre le tout premier échantillon d’un astéroïde. Malgré cet exploit technologique, l’Homme n’a encore jamais mis la main sur des roches prélevées sur une autre planète. Depuis les années 1980, la NASA et l’Agence Spatiale Européenne (ESA) collaborent pourtant au développement d’un projet qui pourrait bientôt réaliser cet exploit: la mission Mars Sample Return.
Des rovers de plus en plus complexes
Depuis l’atterrissage de la mission Mars Pathfinder en 1997 et le déploiement de son rover d’une dizaine de kilos, les progrès de la robotique et la miniaturisation des instruments scientifiques ont permis la conception de robots de plus en plus complexes. A titre d’exemple, Perseverance, le rover qui s’est posé sur Mars ce 18 février, pèse plus d’une tonne pour presque trois mètres de longueur, et emporte un véritable laboratoire mobile.
Pourquoi vouloir ramener des échantillons sur Terre?
Prenons l’exemple de la SuperCam qui équipe le rover Perseverance: cet ensemble de capteur en partie développés en France peut analyser la composition des roches à distance grâce à deux lasers couplés à quatre spectromètres! Avec un tel arsenal scientifique, on pourrait donc se demander pourquoi vouloir analyser des échantillons sur Terre?
Les intérêts de la mission MSR
Ramener des échantillons de Mars offre de nombreux avantages par rapport aux laboratoires mobiles comme celui de la mission Mars Science Laboratory (MSL) et son rover Curiosity. En effet, certains équipements comme les microscopes électroniques ne sont pas encore suffisamment miniaturisés pour pouvoir être intégrés à un astromobile.
Par ailleurs, plus d’un demi-siècle après la fin des missions Apollo, les 382 kilos de roches lunaires ramenées sur Terre continuent d’être étudiés et profitent régulièrement des nouveaux outils d’analyse mis au point par nos chercheurs.
Disposer d’échantillons de roches martiennes dans nos laboratoires permettrait donc d’effectuer des analyses plus poussées tout en nous affranchissant des contraintes de temps et d’espace liées aux rovers d’exploration.
Atterrir sur Mars, une opération encore risquée
Malgré les progrès techniques des missions de retour d’échantillons robotisées comme Chang’e, Mars présente de nombreuses différences avec notre satellite naturel. Tout d’abord, au plus proche de la Terre, la planète rouge reste 140 fois plus éloignée, et ce lors d’une fenêtre de tir qui ne se présente qu’une fois tous les deux ans.
De plus, contrairement à la Lune, notre voisine rocheuse possède une atmosphère rendant l’atterrissage délicat et une gravité deux fois plus importante qui complique le renvoi des échantillons vers la Terre.
Vous l’aurez compris, ramener des échantillons de Mars nécessite donc plus de carburant, plus de temps, et pour relever ce nouveau défi technologique, les scientifiques ont donc choisi de procéder en plusieurs étapes pour la mission MSR.
Perseverance, le lancement de la mission MSR
Fraîchement arrivé sur Mars, le rover vient d’ailleurs de lancer le coup d’envoi de cette mission qui s’étalera au minimum sur dix ans! En effet, le successeur de Curiosity est équipé d’une nouvelle foreuse à tête creuse qui doit permettre la récupération de petites carottes de roches martiennes.
Sous le robot américain, un ensemble d’une quarantaine de tubes de la taille d’un cigare seront utilisés pour stocker les précieux prélèvements. Une fois hermétiquement scellés, les échantillons seront déposés à même le sol en attendant qu’une seconde mission viennent les récupérer.
Une deuxième étape particulièrement complexe
Il faudra attendre au moins cinq ans avant de voir décoller la mission chargée de récupérer les échantillons de Perseverance. Nommée SRL (Sample Retrieval Lander, ou Atterrisseur et Collecteur d’Échantillons en français), elle sera composée d’un atterrisseur, d’un petit rover et d’une mini-fusée et arrivera sur Mars tardivement (été 2028) pour éviter les tempêtes de poussières globales de l’hiver martien.
Lancé quasi simultanément en 2026, un orbiteur européen nommé ERO (Earth Return Orbiter) se placera en orbite martienne quelques mois plus tôt afin d’assurer le relais des télécommunications entre la Terre et les engins déployés sur le sol martien.
Comment récupérer les échantillons collectés?
Pour récupérer les échantillons, l’atterrisseur de la mission SRL devra se poser sur Mars avec une précision inédite et une marge d’erreur de seulement vingt mètres. Une fois en sécurité à proximité des échantillons à collecter, un mini-rover nommé SFR (Sample Fetch Rover) sera déployé pour collecter les tubes laissés au sol par la mission Mars 2020, avant des les transférer dans un container qui sera lui-même placé à bord d’une mini-fusée nommée MAV (Mars Ascent Vehicle).
Après la vérification de ses instruments de navigation, le MAV utilisera l’atterrisseur SRL comme pas de tir et profitera de la faible gravité et de la fine atmosphère martienne pour rejoindre l’orbite basse de Mars et y effectuer son rendez-vous avec la sonde européenne ERO.
Le transfert des précieux tubes
Insérée en orbite martienne haute autour de Mars en 2027, la mission européenne ERO utilisera ses propulseurs ioniques pour progressivement baisser son orbite pour atteindre son altitude finale en juillet 2028. Cette méthode plus longue est plus économique en carburant et permet donc de limiter la masse lors du lancement, qui doit d’ailleurs avoir lieu à bord d’une fusée Ariane lancée depuis la Guyane.
De 2028 à 2029, l’orbiteur servira de relais pour les communications avec les différents engins présents sur Mars, notamment Perseverance, l’atterrisseur SRL et le mini-rover SFR. Courant 2029, les ingénieurs de la NASA auront une fenêtre de quatre mois pour lancer la mini-fusée MAV et effectuer le rendez-vous en orbite basse avec le vaisseau Européen.
L'Europe ramènera les premiers grammes de sol martien!
En effet, le 14 octobre dernier, en signant un contrat de 491 millions d’euros, l’ESA a confié à Airbus la construction du véhicule chargé de ramener les précieux échantillons martiens sur Terre. Long de 6 mètres et pesant plus de 6 tonnes au décollage, l’ERO sera muni de panneaux solaires d’une quarantaine de mètres d’envergure pour 144 mètres carrés de surface!
Après avoir récupéré les tubes collectés sur Mars, le vaisseau européen quittera l’orbite martienne pour revenir sur Terre, devenant ainsi le premier engin spatial à effectuer un aller-retour avec Mars.
A l’approche de notre planète, la sonde spatiale larguera les échantillons de sols martiens protégés lors de la réentrée atmosphérique par une petite capsule fournie par la NASA. Le retour des échantillons étant prévu pour 2031, ce scénario de mission qui inclut un double lancement en 2026 est aussi surnommé “26-26-31”.
Mars: vers une nouvelle course spatiale?
Fort du succès de sa mission Tianwen-1, l’agence spatiale chinoise évoque elle aussi la possibilité de ramener des échantillons de Mars. Dans cette nouvelle course à l’espace qui semble se profiler, la Chine envisage un scénario “trois en un” similaire aux missions Chang’e.
Sa future fusée Longue Marche 9 permettrait d’envoyer en un seul lancement un véhicule capable de collecter les échantillons et de les ramener sur Terre. Reste à savoir si la Chine parviendra à poser sans encombre le petit rover de la mission Tianwen-1, un exploit que vous pourrez suivre dans Le Journal De l’Espace et sur notre page Instagram!
Pierre-Henri Le Besnerais