7 Avril 2015

Mission

Pourquoi un réseau ?

La mission NetLander présente l'originalité de proposer une étude des phénomènes géophysiques et météorologiques de Mars, non plus à une échelle locale (cas des atterrisseurs actuels) mais à une échelle globale au niveau de la planète.

Cette mission est principalement orientée sur l'installation d'un "réseau" permettant d'effectuer des mesures simultanées d'un même phénomène en différents lieux. Par exemple, l'expérience de sismométrie, doit permettre par triangulation des signaux enregistrés par trois stations, de localiser l'origine du séisme.


Structure interne de Mars ?

D'autres expériences, baptisées "multi-sites", doivent être menées indépendamment sur chaque station, mais tirent bénéfice d'être conduites en différents lieux de la planète présentant des particularités locales.

Ce premier réseau martien est constitué de quatre stations identiques installées de façon adéquate à la surface de la planète. La charge utile scientifique est constituée de neuf instruments.

Mars vue par Hubble
Tempête de poussière sur Mars vue par Hubble

Les principaux domaines sur lesquels cette mission doit apporter des enseignements sur la planète Mars sont :

  • Caractérisation de la structure interne (noyau, manteau et croûte),
  • Evaluation de l'activité sismique (tectonique de surface),
  • Détermination de la présence de réservoirs hydriques sub-surfaciques,
  • Etude du champ magnétique à la surface et détermination de son origine et de ses évolutions,
  • Etude de l'ionosphère et de son interaction avec la surface,
  • Amélioration de la compréhension des mécanismes climatiques et météorologiques,
  • Caractérisation des phénomènes électriques dans l'atmosphère et de leur influence locale,
  • Géodésie (précession, nutation, évolution de l'obliquité, ...),
  • Géologie locale (minéralogie, morphologie), étude de processus superficiels (érosion, dépôt de poussière, formation de givre, ...) et caractérisation des propriétés thermo-mécaniques du régolite.

Carte de la sismicité simulée de Mars
Carte de la sismicité simulée de Mars à partir des données MOLA et Mars Express © IPGP/DGSP.

Un voyage long et mouvementé

Croisière et largage

Les quatre sondes NetLander doivent être transportées jusqu'à la périphérie de Mars par un satellite porteur, qui assure durant la phase de croisière, d'une durée d'environ 10 mois, la mise à disposition des ressources et la gestion des opérations nécessaires au maintien et à la surveillance de l'état de santé des sondes.

Arrivé au voisinage de Mars, le satellite doit injecter chaque sonde NetLander sur une trajectoire de rencontre avec la planète afin d'atteindre le site d'atterrissage visé. Cette manœuvre est particulièrement critique dans la mesure où les sondes ne possèdent aucun moyen de pilotage et de propulsion propre. Si la trajectoire ne s'avère pas correcte, soit la sonde rebondit sur l'atmosphère martienne et poursuit son voyage dans le milieu interplanétaire, soit elle entre dans l'atmosphère avec une incidence trop importante et brûle. Dans le cas de NetLander, cette opération est rendue plus complexe du fait qu'il faut la réaliser pour chaque sonde, soit quatre fois consécutivement. Compte tenu, des délais nécessaires à la connaissance précise de la trajectoire et de l'attitude du satellite entre chaque éjection ainsi qu'à la préparation de la phase d'insertion en orbite martienne (MOI) de celui-ci, le premier NetLander est largué 28 jours avant la MOI. Cette contrainte impose des précisions d'éjection très sévères.

Les NetLander en configuration de croisière
Les NetLander en configuration de croisière

Une fois installées sur la surface de Mars, les sondes NetLander doivent recourir à un satellite en orbite martienne pour relayer les données vers la Terre. En effet, les contraintes dimensionnelles, de masse et d'énergie disponible, ne permettent pas de disposer d'un système de télécommunication directe avec la Terre et les données doivent par conséquent transiter par un satellite relais.

Installation

La phase de descente et d'atterrissage est décrite à EDLS.

Après détection de l'immobilisation de la sonde dans son airbag, le calculateur central du module de surface commande l'éjection de l'airbag et l'ouverture de la partie supérieure de la station. Le système d'ouverture est conçu pour retourner la station dans le cas où celle-ci tomberait du mauvais côté après l'éjection de l'airbag. Ensuite les "pétales" supportant les générateurs solaires sont ouverts afin de recharger les batteries et l'antenne UHF déployée pour communiquer avec le satellite relais et fournir au centre de contrôle un premier état de santé de l'atterrisseur.

Maquette module au sol

L'étape suivante consiste à déployer successivement les différents instruments scientifiques, en commençant par la caméra afin de connaître l'environnement de la station et pour fournir des informations complémentaires sur son état. Une fois l'ensemble des instruments installé, les mesures scientifiques peuvent commencer selon des scénarios pré-établis et envoyés régulièrement à la station via le satellite relais. Le calculateur central dispose cependant d'une autonomie lui permettant d'ajuster la charge de travail en fonction des ressources disponibles. Le volume de données à récupérer est d'environ 100 Mbit/semaine avec un volume minimum journalier de 3 Mbit.

La durée de vie visée est d'une année martienne (˜ 2 années terrestres) afin de réaliser les observations sur un cycle saisonnier complet. Toutefois, compte tenu des solutions techniques imposées par les contraintes de masse, des incertitudes sur l'empoussièrement des générateurs solaires et des conditions environnementales pouvant présenter des variations importantes d'un site à l'autre, cet objectif apparaît très ambitieux.

Les communications Terre/NetLander
Les communications Terre/NetLander transitent par un satellite relais.

Formation du réseau

Le choix des sites d'atterrissage résulte d'un compromis entre les objectifs scientifiques et les contraintes techniques.

Les exigences scientifiques résident principalement dans la forme du réseau, les latitudes et longitudes accessibles ainsi que la distance entre les stations. La meilleure configuration est trois stations distantes d'environ 1000 km dans l'hémisphère nord et une station située à l'antipode du triangle formé par les trois premières.

La contrainte sur les sites d'atterrissage accessibles proviennent de la capacité de manœuvre du satellite durant les phases d'éjection des NetLander qui limite le choix des longitudes atteignables. D'autres contraintes proviennent du système EDLS (Entry, Descent and Landing System), comme par exemple une altitude maximale du site d'atterrissage de 2 km afin de disposer d'une colonne d'atmosphère suffisante pour freiner l'engin avec un parachute de taille raisonnable ou bien, disposer d'une zone relativement plane et avec peu de rochers pour ne pas endommager le système "airbag" durant l'impact. Enfin, la latitude est limitée par l'ensoleillement nécessaire pour fournir l'énergie à la station et maintenir une température moyenne acceptable.

Zones pour l'installation du réseau
En couleur, zones accessibles pour l'installation du réseau NetLander compte tenu des contraintes techniques.