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Phoenix

   Comme le Phénix, cet animal mythique qui rennait de ses cendres, la sonde américaine Phoenix est la ré-incarnation de deux anciennes sondes : Mars Polar Lander et Mars Surveyor 2001. La première s'est écrasée à l'atterrissage en 1999 et la seconde n'a jamais été lancée suite à ce terrible échec... L'atterrisseur Phoenix qui doit se poser sur Mars en mai 2008 a été en quelque sorte bricolé à partir des élèments restants de ses deux ancêtres.

 

 

Le déroulement de la mission

Logo officiel de la mission Phoenix   Emportée par un lanceur Delta II, la sonde Phoenix a décollé de Cap Canaveral le 4 août 2007. Après un voyage de 680 millions de kilomètres, l’atterrisseur se posera près du pôle nord martien le 25 mai 2008. Phoenix sera la première sonde à se poser à ces latitudes. On attend donc de découvrir un paysage totalement inédit.

 

> Le voyage entre la Terre et Mars

   La majeure partie du voyage devrait se dérouler sans encombre. Pendant son transfert entre la Terre et Mars, Phoenix sera dans un état de veille, ponctuée ça et là de réveils pour tester les différents instruments et effectuer quelques corrections de trajectoire. La phase critique de la mission se produira lors de l’atterrissage sur Mars. Phoenix se posera sur Mars sans airbag, à l'aide de rétrofusées comme les sondes Vikings (crédit : NASA/JPL/Maas Digital)   Plusieurs sondes à destination de Mars ont en effet été perdues lors de cette phase, pour cause d’erreurs humaines ou techniques (voir la chronologie de l'exploration). La sonde entrera dans l’atmosphère martienne à la vitesse de 5,7 km/s. La friction du bouclier thermique de Phoenix avec l’atmosphère de Mars commencera à la ralentir, puis un parachute de grande envergure se déploiera pour diminuer encore sa vitesse. Lorsque la sonde sera environ 900 mètres du sol, des rétrofusées se déclencheront pour réduire sa vitesse à 2,4 m/s.
   Comme on peut le constater, Phoenix se posera sur Mars à la manière des sondes Viking, lancées sur Mars dans les années 70. A la différence de Mars Pathfinder et des sondes MERs, elle n’utilisera pas d’airbags, lourds à transporter. Grâce à ce gain de poids, la NASA a pu équiper Phoenix de nombreux instruments scientifiques pour étudier le sol, le sous-sol et l’atmosphère de Mars.

L'épopée de Phoenix en vidéo :


Télécharger cette vidéo en haute résolution (23,4 Mo)



> La mission au sol

   Dès son atterrissage effectué, Phoenix déploiera ses panneaux solaires. Ce sont eux qui lui fourniront l’énergie nécessaire à faire fonctionner ses instruments scientifiques ainsi qu’à la préserver du froid martien.
   Ensuite se mettront en place le mât météorologique et la caméra stéréo. Dès qu’elle sera opérationnelle, cette dernière enverra les premières images du site d’atterrissage de Phoenix. Peut-être verrons-nous alors des plaques de glace d’eau effleurer la surface près de l’atterrisseur.
   Pendant les sols suivants (un sol correspond à un jour martien, soit 24 heures et 39 minutes), les ingénieurs de la NASA vérifieront que tous les systèmes de Phoenix répondent nominalement. Après quoi il sera temps de creuser le sol de Mars à la recherche de cette précieuse glace d’eau.


Site d'atterrissage de Phoenix (crédit : NASA)


   Durant les 90 sols de sa mission, Phoenix creusera donc le sol de Mars, analysera la glace d’eau et les différentes couches du pergélisol et étudiera l’évolution de l’atmosphère martienne au dessus d’elle.
   Si la quantité d’énergie captée par ses panneaux solaires le permet, Phoenix pourrait voir sa mission prolongée d’un mois ou deux. Le facteur déterminant est la quantité de poussière accumulée sur les panneaux solaires. Cette poussière, très pulvérulente, s’accumulera de jour en jour, ou plutôt de sol en sol, sur les panneaux solaires. Mais Mars nous réserve parfois des surprises, comme ce fut le cas pour les 2 rovers martiens Spirit et Opportunity, dont les panneaux solaires furent nettoyés par des « dust devils », des tourbillons de poussière martiens.

 

Description de l'atterrisseur Phoenix
 

> Fiche technique

Configuration en phase de croisière vers Mars :

 

   En phase de croisière vers Mars, l'atterrisseur est protégé par un bouclier thermique dans lequel il a été inséré, comme dans un cocon protecteur. L'étage de croisière fournit l'énergie nécessaire aux systèmes de vol (ordinateur de bord, moteurs pour changement de trajectoire etc...) grâce à des panneaux solaires. Au décollage, c'est plus de 670 kg qui sont envoyés vers Mars.

 


Configuration sur le sol martien :

- cliquez sur les noms des instruments pour obtenir leur description détaillée -

   Une fois arrivé à destination, sur le sol martien, l'atterrisseur libéré de son cocon protecteur et de son étage de croisière pèse 350 kg, dont 55 kg d'instruments scientifiques. L'énergie est fournie par des panneaux solaires en décagones réguliers (polygones à 10 côtés) qui alimentent des batteries lithium-ion.


> Les instruments scientifiques

Voici les instruments scientifiques que possède l'atterrisseur Phoenix à son bord :

  • Le bras robotique

Le bras robotisé de Phoenix lors d'un test sur Terre (crédit : NASA/JPL/UA/Lockheed Martin)   En aliage de titane et d'aluminium et long de 2,35 mètres, le bras robotique de Phoenix lui permet de creuser jusqu'à 50 centimètres de profondeur dans le sol martien et également de récolter des fragments de glace. Des précautions particulières ont été prises quant à la stérilisation de la pelle à l'extrémité du bras pour éviter toute contamination des échantillons prélevés par d'éventuelles bactéries terrestres, ce qui pourrait fausser les analyses des instruments. Après avoir prélevé un échantillon de sol, le bras robotique le distribuera aux instruments d'analyse situés sur la plate-forme de la sonde.

 

  • La caméra du bras robotique

La caméra du bras robotique et ses diodes de couleurs (crédit : NASA/JPL/UA/Lockheed Martin)   Située juste au dessus du godet sur le bras robotique de Phoenix, cette caméra CCD prendra des photos de l'échantillon de sol collecté et aussi des roches et des surfaces environnantes dans le but de comprendre leur texture. D'autre part, la caméra permettra d'obtenir des images des tranchées creusées par la pelle mécanique et d'observer peut-être des couches de compositions différentes dans lesquelles les scientifiques pourront lire l'histoire du climat dans cette région du globe martien. Plusieurs diodes (LED) de couleurs différentes permettront d'obtenir des images noir et blanc avec des élcairages variés. L'optique de l'appareil fera apparaître des détails plus fin qu'un cheveux humain !

 

  • La caméra stéréoscopique de surface (SSI)

Les yeux de Phoenix (crédit : NASA/JPL/UA)   Située en haut d'un mat, à environ 2 mètres du sol martien, la caméra SSI (pour Surface Stereoscopic Imager) est en fait constituée de deux caméras CCD à haute résolution, véritables équivalents électroniques d'yeux humains ! Comportant 12 filtres de couleurs différentes, la caméra SSI fera des images en 3 dimensions, en couleur et aussi en infrarouge du site d'atterrissage et du sol environnant la sonde. Les images réalisées permettront de comprendre la géologie du site et de choisir les meilleures zones pour prélever des échantillons.

   Surveillant le déroulement des opérations de collecte d'échantillons du bras robotisé, cette caméra pourra aussi être pointée vers le ciel pour déterminer la quantité de poussière et de vapeur d'eau présente dans l'atmosphère.

 

  • Instrument TEGA : 8 fours + un spectromètre de masse

Vue d'ensemble de l'instrument TEGA et de ses 8 fours. En bas : vue en coupe d'un des fours (crédit : NASA/UA)   L'instrument TEGA (pour Thermal and Evolved-Gas Analyser) est un concentré de technologie : il comporte 8 fours qui porteront chaque échantillon de sol prélevé à 1000°C et un spectromètre de masse qui déterminera la nature des éléments chimiques contenus dans le gaz issu de la cuisson de l'échantillon. Les scientifiques devront choisir avec soin les échantillons de sol car chacun des 8 fours ne pourra être utilisé qu'une seule fois, pas plus de 8 analyses de sol ne pourront donc être effectuées. Le spectromètre de masse sera capable de détecter des composés organiques, et donc peut-être des traces de vie passée ou présente, sans pour autant avoir la certitude que la matière détectée soit bien d'origine biologique. Donnant de nombreuses informations sur les éléments chimiques présents dans le sol, l'instrument TEGA permettra aux scientifiques de déterminer son potentiel d'habitabilité. Autrement dit : le sol martien analysé est-il un endroit propice à la survie d'êtres vivants ?

 

  • MECA, mini-laboratoire d'analyses microscopiques et chimiques

La sonde du MECA, proche de la pelle sur le bras robotique (crédit NASA)   L'instrument MECA (pour Microscopy, Electrochemistry and Conductivity Analyser) est un laboratoire de chimie embarqué ! Le MECA se compose de 3 appareils distincts : d'une part de deux microscopes et de 4 béchers d'analyses chimiques situés sur la plate-forme de l'atterrisseur, et d'autre part d'une sonde, située à l'extrémité du bras robotisé (non loin de la pelle), destinée à mesurer la conductivité du sol, sa teneur en eau et ses caractéristiques thermiques.

 

   Lorsqu'un échantillon de sol sera prélevé par la pelle, une infime partie pourra être déposée sur une roue comprenant 69 emplacements de nature différente : l'un sera un aimant, l'autre un tissus, un autre encore un plastique collant etc... Le dépôt d'échantillons sur ces surfaces révèlera le comportement des particules de sol et leurs interactions.

Les microscopes du MECA à gauche et à droite la roue et ses 69 positions (crédit NASA)   Une fois déposés sur cette roue, un microscope optique pourra photographier les échantillons, puis un microscope beaucoup plus puissant, appelé microscope à force atomique, prendra le relais et fera apparaître des détails de l'ordre du nanomètre (10-9 mètres). Ce dernier microscope sera composé de 8 petites pointes soudées à une armature très flexible qui tateront l'échantillon de sol, un peu à la manière d'un aveugle lisant du brail avec ses doigts... Lorsqu'une pointe sera endommagée ou polluée, la suivante prendra le relais jusqu'à ce que les 8 pointes aient été utilisées. Ainsi, ça n'est pas en voyant directement avec des yeux électroniques (comme le fera le miscroscope optique), mais en tatant l'échantillon que l'on aura accès aux détails les plus fins de la structure du sol. Ce sera la première fois qu'un tel microscope sera utilisé sur Mars. Observera-t-on des microbes martiens cachés dans la glace ?...

   Pour mieux comprendre le fonctionnement du microscope à force atomique, voici une petite animation (nécessite flash player).

Photo de l'intérieur d'un bécher du MECA. On aperçoit les électrodes sur les parois et le dispositif de chauffage au fond. (crédit : MECA Team/NASA)   Après les fours de l'instrument TEGA, voici les bouilloires de l'instrument MECA ! Quatre béchers de chimistes, de la taille d'une chope de thé, pourront accueillir des échantillons de sol. Ceux-ci seront dissous dans une solution aqueuse légèrement chauffée, pour maintenir le mélange à l'état liquide (car sur Mars, il fait froid !), et agitée régulièrement durant une journée entière. Sur les parois de chaque bécher, plusieurs électrodes relèveront la concentration en chlore, brome, magnesium, calcium et potassium. Enfin, deux pastilles réactives seront introduites dans les béchers. La première libérera le l'acide dans la solution, révélant la présence (ou pas) de carbonates et d'autres constituants solubles dans les solutions acides. La seconde pastille détectera des sulfates ou des molécules oxydantes. Ces analyses, réalisées pour des échantillons situés à des profondeurs différentes, pourront éclairer l'histoire de l'eau dans le sol de cette région de Mars.

 

  • MET, la station météo

   Prévoir le temps, c'est déjà un vaste problème sur notre planète, alors pensez-donc le but de la station météo embarquée sur Phoenix n'est pas de prévoir la brume ou le beau soleil sans nuage !... Non, la mission des instrument du MET (pour Meteorological Station) est de relever simplement de manière quotidienne la température, la pression et la quantité d'eau et de poussière en suspension dans l’atmosphère polaire.

Le laser du LIDAR (crédit : MET Team, NASA, JPL, Maas Digital)   Outre les capteurs de température qui seront montés sur un mat de 1,20 mètres, l'instrument remarquable de l'équipement météorologique de Phoenix est sans doute le LIDAR. Le LIDAR fonctionne comme un radar classique mais utilise des pulsations laser puissantes plutôt que des ondes radio. Le LIDAR envoie un faisceau laser verticalement dans l'atmosphère, lequel est ensuite réfléchi par la poussière en suspension dans l'air ou les particules de glace constituant les nuages. Le retour de la pulsation lumineuse sur l'instrument après réflexion renseigne sur la structure des nuages et la taille des particules.

 

  • MARDI, caméra de descente

Caméra MARDI (crédit : NASA/UA)   Au moment de l'atterrissage, peu après le largage du bouclier thermique, une caméra située sous la sonde prendra des images grand angle en couleur du site d'atterrissage. Nommée MARDI (pour Mars Descent Imager), elle permettra aux scientifiques de situer avec précision le lieu d'atterrissage de Phoenix et de visualiser la géologie des terrains environnants avec une résolution d'image élevée. Un petit microphone retransmettra l'univers sonore de la sonde avant son atterrissage.

 
Sources : NASA/Jet Propulsion Laboratory/University of Arizona
 
 
 
 
 

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Crédit image de titre : NASA et Kees Veenenbos - Hébergement & maquette : Futura-Sciences

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