HISTORIQUE: LA CHINE VA SE POSER SUR MARS!

Deux semaines avant l’arrivée du rover Persévérance, on oublie parfois que les Américains ne sont pas les seuls à convoiter Mars en 2021. En effet, quelques mois avant le lancement du premier module de leur station spatiale, la mission chinoise Tianwen-1 devrait se mettre en orbite autour de la planète rouge la semaine prochaine. Aujourd’hui, le Journal De l’Espace vous propose un article spécial pour être incollable sur la première mission d’exploration interplanétaire chinoise.

Deux semaines avant l’arrivée du rover Persévérance, on oublie parfois que les Américains ne sont pas les seuls à convoiter Mars en 2021. En effet, quelques mois avant le lancement du premier module de leur station spatiale, la mission chinoise Tianwen-1 devrait se mettre en orbite autour de la planète rouge la semaine prochaine. Aujourd’hui, le Journal De l’Espace vous propose un article spécial pour être incollable sur la première mission d’exploration interplanétaire chinoise.

La naissance du projet Tianwen

Le 8 novembre 2011, une fusée Zenit-2SB41 décolle du cosmodrome de Baïkonour, emportant avec elle la sonde Fobos-Grunt: un vaisseau spatial russe à destination de la planète rouge et de son satellite Phobos. Mais la sonde russe n’est pas partie seule, puisqu’un second passager profite du lancement. Yinghuo-1, un petit satellite de 115 kilogrammes construit par la China National Space Administration (CNSA) doit alors rejoindre Mars pour étudier son atmosphère et son champ magnétique depuis son orbite.

Sch{ma 3D de la sonde Fobos/Grunt
Dessin de la sonde russe Fobos-Grunt. Sur l'image, SC-YH1 désigne le petit satellite chinois embarqué.

La CNSA met le cap sur Mars

Malheureusement, suite à une défaillance du système de propulsion principal de Fobos-Grunt, l’engin russe et son auto stoppeur chinois ont fini par brûler dans l’atmosphère terrestre en janvier 2012. Malgré cet incident, le succès des missions d’exploration lunaires Chang’e conforte les ambitions de la CNSA qui entame alors la construction de la première sonde interplanétaire chinoise: Tianwen-1.

La sonde Tianwen-1 a été propulsée par une fusée Longue-Marche 5 qui a décollé le 23 juillet dernier depuis Hainan, en Chine. ©REUTERS/Carlos Garcia Rawlins

Tianwen-1: une mission trois en un

Le 23 juillet 2020, les 3 tonnes de la sonde Tianwen-1 sont propulsées par le lanceur lourd Longue Marche 5 sur une orbite de transfert vers Mars, depuis la base de lancement de Wenchang sur l’île d’Hainan. Le nouveau vaisseau spatial chinois, développé par la China Aerospace Science and Technology Corporation (CASC), est constitué d’un orbiteur et d’un atterrisseur qui ira déployer un rover sur la surface martienne.

Détails de l'atterrisseur
Tianwen-1 est un vaisseau "trois en un": son orbiteur restera sur l'orbite de Mars pour assurer le relais avec la Terre. L'atterrisseur et le rover chinois protégés dans une capsule lors de l'entrée atmosphérique iront se poser sur mars après une phase de reconnaissance.

204 jours pour atteindre Mars

Pour se guider, l’orbiteur chinois utilise des caméras de navigation qui calculent la trajectoire et la vitesse de la sonde par rapport à la taille apparente de Mars. Pour alimenter ses équipements, le vaisseau est muni de deux sections de panneaux solaires de part et d’autre de sa structure, et une antenne parabolique de 2,5 mètres de diamètre assure l’essentiel des communications avec son centre de contrôle.

Selfie de la sonde Tianwen-1
A l'occasion de la fête nationale chinoise, l'orbiteur de la mission Tianwen-1 a éjecté un petit module équipé de deux caméras pour prendre ce "selfie" du vaisseau spatial, en chemin vers Mars à quelques 19 millions de kilomètres de la Terre (photo prise le premier octobre 2020) ©CNSA
Détails de l'atterrisseur
Tianwen-1 est un vaisseau "trois en un": son orbiteur restera sur l'orbite de Mars pour assurer le relais avec la Terre. L'atterrisseur et le rover chinois protégés dans une capsule lors de l'entrée atmosphérique iront se poser sur mars après une phase de reconnaissance.

Une premère phase de reconnaissance

Après 204 jours de voyage dans l’espace interplanétaire, la sonde doit arriver à destination le 11 février prochain, soit une semaine avant le rover américain Persévérance. Tianwen-1 allume alors son moteur principal pendant 14 minutes pour entamer une série de manœuvres et se placer sur une orbite elliptique, évoluant entre 260 et 60.000 kilomètres d’altitude au-dessus de la surface de Mars. 

Commence alors une phase de reconnaissance d’une durée de deux à trois mois, durant laquelle l’orbiteur utilisera une caméra haute définition (HiRIC), capable de cartographier la surface martienne avec une résolution de 2 à 0.5 mètres, pour identifier une zone dégagée d’environ 100 kilomètres de long sur 20 de large.

Carte de Mars
Carte topologique de Mars avec indiqué les atterrissages ayant réussi (en vert), ayant échoué (en rouge), ceux où l'atterrissage a réussi mais la sonde a été perdue (en orange), et ceux à venir (en rose). En noir sont encadrés les deux sites étudiés pour l'atterrissage de Tianwen-1. En blanc est encadré le site final retenu. ©Wikipedia/Kaynouky

300 secondes de terreur

Une fois le site d’atterrissage confirmé, Tianwen-1 remettra son moteur principal en marche pour se séparer de la capsule contenant l’atterrisseur et le rover chinois. Lancée à 5 km par seconde, la capsule entre quant à elle dans la fine atmosphère martienne avec seulement 11 degrés d’inclinaison, pour progressivement perdre 90% de sa vitesse en 300 longues secondes.

Entre-temps, l’orbiteur poursuivra sa mission depuis l’orbite martienne (entre 260 et 15.000 kilomètres d’altitude), pour relayer les communications radio entre l’atterrisseur et la Terre, tout en servant d’observatoire scientifique pour étudier la surface de la planète rouge.

Carte de Mars
Carte topologique de Mars avec indiqué les atterrissages ayant réussi (en vert), ayant échoué (en rouge), ceux où l'atterrissage a réussi mais la sonde a été perdue (en orange), et ceux à venir (en rose). En noir sont encadrés les deux sites étudiés pour l'atterrissage de Tianwen-1. En blanc est encadré le site final retenu. ©Wikipedia/Kaynouky
Tianwen 1 séparation NSF
Séparation de l'orbiteur et de la capsule contenant le rover et son atterrisseur ©NSF-Mack Crawford
Prototype de l'atterrisseur de Tianwen-1 photographié pendant les phases de tests ©Reuters/Jason Lee

Une ouverture à Mach 2

Une fois la capsule suffisamment freinée, un parachute de 16 mètres de diamètre s’ouvre à approximativement à 10 kilomètres d’altitude, diminuant la vitesse de l’atterrisseur de 460 à 95 mètres par seconde. Le bouclier thermique recouvrant le télémètre embarqué est alors éjecté, permettant à la sonde d’évaluer sa vitesse et son altitude en temps réel. 

A 1500 mètres du sol, la sonde qui plonge toujours vers le sol martien à 350 km/h, libère le bouclier arrière relié à son parachute et enclenche ses rétrofusées pour contrôler la descente sur les derniers mètres. La sonde se met alors brièvement en vol stationnaire à 100 mètres du sol et utilise un scanner laser pour cartographier le relief de la zone en 3D: en comparant les images à sa banque de données, l’ordinateur de bord choisit alors le site adéquat pour se poser.

Rover Tianwen-1
Animation d'animation du rover de la mission Tianwen-1. Le nom de l'astromobile doit être attribué d'ici quelques jours après un vote ouvert au public. ©CNSA

Le déploiement du rover de la sonde Tianwen-1

Grâce à son moteur à poussée variable, Tianwen-1 se pose enfin sur le sol martien, absorbant l’impact final à l’aide de ses quatre pieds amortisseurs. Perché sur la plateforme de son atterrisseur, le rover déploie alors ses caméras et une antenne grand gain, avant d’ouvrir quatre panneaux solaires latéraux. 

Dans cette configuration, la silhouette du rover chinois n’est pas sans rappeler celle de la mission Spirit, débarquée sur Mars il y a déjà 18 ans. Une fois les données synchronisées avec le centre de contrôle de la mission chinoise, l’astromobile dont le nom est encore à déterminer, utilisera une petite rampe pour quitter sa plateforme et commencer à explorer la planète rouge pour une mission initiale de trois mois.

Rover Tianwen-1
Animation d'animation du rover de la mission Tianwen-1. Le nom de l'astromobile doit être attribué d'ici quelques jours après un vote ouvert au public. ©CNSA
Rover Spirit
Image du rover américain de la mission "Mars Exploration Rover". Lancée par la NASA en 2003, la sonde s'est posée sur Mars le 3 janvier 2004. Spirit, désormais bloqué par le sable, a pu parcourir 7,7 kilomètres et a transmis ses dernières données scientifiques le 22 mars 2010. ©NASA
Photo du rover Yutu 2
Le rover chinois Yutu 2 (lapin de jade) s'éloigne de son atterrisseur. Photo capturée en janvier 2019. ©CNSA

Une structure inspirée des rovers lunaires chinois

Pour construire l’astromobile martien, les ingénieurs chinois ont repris la structure des rovers lunaires Yutu 1 & 2, dont l’architecture a déjà prouvé son efficacité lors des missions Chang’e. Propulsé sur six roues, le rover de 240 kilogrammes s’orientera grâce à sa Caméra de Navigation et de Terrain (NaTeCam): capable de réaliser des photos panoramiques à 360 degrés, l’appareil photo fournira des images couleurs pour guider le rover. 

Une caméra multispectrale (nommée MSCam) analysera l’environnement du robot dans l’infrarouge pour étudier la composition du sol, tandis que le Radar Souterrain Pénétrant Monté sur Rover (RoSPR) pourra détecter la présence d’eau et de glace jusqu’à 100 mètres de profondeur.

Photo du rover Yutu 2
Le rover chinois Yutu 2 (lapin de jade) s'éloigne de son atterrisseur. Photo capturée en janvier 2019. ©CNSA

Tianwen-1: un laser franco-chinois sur Mars?

L’astromobile chinois est aussi équipé du Système de Détection de la Surface Martienne (MarSCoDe), un laser pulsé similaire à la ChemCam qui équipe déjà le rover Curiosity. Développé en partenariat avec l’Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie via le CNES, l’agence spatiale française, couplé à un spectromètre, il permet de vaporiser la roche en plasma pour étudier sa composition chimique. Enfin, le laboratoire mobile sera aussi équipé de la Station Météorologique Martienne (MCS) et d’un magnétomètre pour étudier le climat et la structure interne de Mars.

Liste des instruments de Curiosity
Le rover américain Curiosity est cinq fois plus lourd que ses prédécesseurs, les Mars Exploration Rovers (MER), ce qui lui permet d'emporter 75 kg de matériel scientifique, dont deux mini-laboratoires permettant d'analyser les composants organiques et minéraux ainsi qu'un système d'identification à distance de la composition des roches reposant sur l'action d'un laser. ©NASA/JPL
Maquette Tianwen 1
Maquette du rover exposée au 69e Congrès international d'astronautique 2018 à Brême. ©Wikipedia/Pablo de León
Image du rover Curiosity
Image d'animation de Curiosity lors de sa séquence d'atterrissage, une manoeuvre périlleuse que devra effectuer le rover Persévérance pour se poser sur Mars le 18 février prochain.
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Tianwen-1 rejoindra Curiosity et Persévérance

Si tout se passe bien, la mission chinoise devrait se poser dans la vaste plaine d’Utopia Planitia qui s’étend sur plus de 3000 kilomètres dans l’hémisphère nord de la planète rouge. La sonde Tianwen-1 rejoindra donc les rovers américains Curiosity et Perseverance pour tenter de percer les mystères de notre voisine rocheuse. 

Suite au sondage organisé sur notre page instagram @journal.espace, le Journal De l’Espace vous proposera prochainement un article spécial dédié à l’histoire de la planète Mars!

Pierre-Henri Le Besnerais

Image du rover Curiosity
Image d'animation de Curiosity lors de sa séquence d'atterrissage, une manoeuvre périlleuse que devra effectuer le rover Persévérance pour se poser sur Mars le 18 février prochain.
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[…] du succès de sa mission Tianwen-1, l’agence spatiale chinoise évoque elle aussi la possibilité de ramener des échantillons de […]

[…] cours de l’année 2020, la Longue Marche 5 a aussi servi au lancement de la mission Tianwen-1 qui vient de se placer en orbite d’attente autour de la planète […]

[…] les civilisations antiques lui ont souvent attribué deux noms différents, comme par exemple en Chine où la planète été appelée “la grande blanche” le matin et « l’excellente ouest” […]