HISTORIQUE
a)L’élaboration, le lancement, et le voyage de MGS
Elaboration
La NASA a fait construire MGS afin d'étudier la géologie, la topographie, le champ magnétique, la présence ou les traces d'eau liquide à la surface de Mars, et bien d'autres caractéristiques de cette planète qui pourrait abriter la vie. MGS a également été lancée en orbite autour de mars dans le but de dresser une carte photographique de la surface de la planète, bien plus détaillée que celle réalisée par les sondes Viking I et II, qui s'y sont posées en 1976.
A l’origine, cette mission n’aurait jamais du avoir lieu : elle a été élaborée suite à la perte de Mars Observer le 21 août 1993, alors que cette sonde allait se mettre en orbite autour de Mars. Elle apparemment manqué son freinage et continué plus loin, sans espoir de retour. Cette mission a coûté 500 millions de dollars, et il était impossible d’en mettre autant pour MGS. Il a fallu abaisser les coûts, que l’on a réussi à descendre à 154 millions de dollars, sans le prix du lancement, mais avec celui de l’exploitation(salaires des chercheurs et ingénieurs) :
- la sonde MGS a une masse de 1062kg, alors que celle de sa grande soeur s’élevait à 2487kg.
- on a utilisé une fusée Delta II 7925 équipée d’un étage supplémentaire, qui coûte beaucoup moins cher que la fusée Titan III qui a lancé Mars observer En contrepartie, la fusée Delta ne peut lancer que 1100kg au maximum, contre plus de 2000 pour Titan.
Lancement et voyage vers Mars
Comme prévu, MGS a été lancée le 7 novembre 1996, de Cap Canaveral, par une fusée Delta II 7925. Elle a suivi une trajectoire elliptique jusqu'à Mars, en se servant de sa vitesse initiale combinée à l’attraction du Soleil, et a accompli ce trajet de 750 millions de km en 300 jours, sans se servir de ses moteurs.
La f usée Delta II 7925 qui a envoyé la sonde.
Le voyage de la sonde entre la Terre et Mars, puis les 1ères phases de l'aérofreinage
b)La mise en orbite et l’aérofreinage
La sonde a atteint Mars le 12 septembre 1997 et a commencé son freinage dans l'atmosphère de la planète 5 jours plus tard. Mais entre-temps elle a du allumer son moteur- fusée pendant 22 minutes afin de ralentir, pour pouvoir être capturée par l’attraction de Mars et s’insérer en orbite, pour ne pas continuer plus loin comme Mars observer Pendant cette phase, elle a consommé 280kg de carburant et a fait chuter sa vitesse de 2930 m/s à 973 m/s.
Ce schéma explique les différentes phases de l'insertion orbitale : allumage des moteurs pour permettre à l'attraction gravitationnelle martienne de capturer la sonde.
Après cela l’orbite de MGS était fortement elliptique : la sonde passait à son point le plus proche de Mars(périapse)à 262km d’altitude et à son point le plus éloigné(apoapse)à 54026km au-dessus de l’hémisphère sud de la planète. Elle parcourait cette orbite en 44 heures, 59 minutes et 34 secondes, au lieu des 45 heures prévues. Cette différence de 26 secondes est infime, ce qui montre les impressionnantes capacités de calcul des ordinateurs qui avaient prévu les déplacements de la sonde.
Tout serait parfait ainsi si la sonde n’avait pas eu besoin de se déplacer sur une orbite circulaire à 400km d’altitude, requise pour des observations optimales.
C’est pourquoi il a fallu la freiner pour rapprocher l’apoapse de son orbite du sol. Pour cela, on aurait pu utiliser le moteur, mais il n’avait plus assez de carburant, alors on s’est servi de l’atmosphère de Mars pour ralentir la sonde. On l’a fait pénétrer dans les hautes couches de l’atmosphère en allumant un peu ses moteurs. Il ne fallait pas qu’elle rentre trop, sinon elle se serait consumée, et si elle n’était pas assez rentrée, l’orbite serait restée la même. Ainsi, à chaque passage dans l’atmosphère, la sonde ralentissait grâce au frottement de l’air sur ses panneaux solaires, et l’apoapse de son orbite se rapprochait du sol.
Les différentes phases de l'aérobraking...
Malheureusement, tout ne s’est pas passé aussi bien qu’on l’espérait : un des panneaux solaires ne s’est pas déployé entièrement, mais la pression de l’air s’en serait amplement chargée, et elle a justement empiré la situation. Le panneau s’est trop déployé. On a du faire passer la sonde dans des couches plus élevées de l’atmosphère pour ne pas détériorer davantage le panneau. Ces couches sont moins denses, ce qui a rallongé la durée de l’aérofreinage. Il devait se terminer en mars 1998, au bout de six mois, et a été rallongé d’un an à cause de ce problème. Mais pendant ce temps, la sonde passait à 120 km du sol au lieu des 400 de l’orbite finale et la caméra a pu prendre des photos avec une très grande résolution. De plus, elle est passé à 1000km de Phobos, astéroïde satellite de Mars, et a pris des photos de sa surface d’une résolution de 12 mètres.
Différentes positions des panneaux.
En mars 1998 on arrête à nouveau le freinage parce que le Soleil se situe entre la Terre et Mars à cause des rotations des deux planètes autour de lui. Il interrompt les communications entre la sonde et la Terre et les scientifiques ne veulent pas prendre le risque de continuer l’aérofreinage sans qu’on puisse le surveiller.
En effet cette manoeuvre est dangereuse parce que des tempêtes de poussières surviennent fréquemment sur Mars. Elles ont pour effet d’augmenter la pression atmosphérique, jusque dans les hautes couches, or cela ralentirait la sonde et elle perdrait de l’altitude, pour finalement s’écraser au sol, ce qu’il faut à tout prix éviter.
Le freinage atmosphérique a pris fin comme prévu en mars 1999. L’orbite circulaire de 400km d’altitude passait par les pôles et était parcourue en deux heures. Actuellement la sonde suit toujours cette orbite.
Orbite finale de la sonde : quasi-circulaire, à environ 400 km d'altitude au dessus de chaque pôle.
c)La mission de cartographie et l’avenir de la sonde
Le 8 mars 1999, MGS commence sa mission préliminaire de cartographie, et le 4 avril, elle débute la cartographie complète. Elle fonctionne désormais de façon optimale et collecte maintenant des données pour une durée d'une année martienne, soit environ deux années terrestres.
Le 16 avril 1999 un nouveau problème survient: l'articulation de l'antenne parabolique orientable est défectueuse. La sonde ne peut plus collecter simultanément des informations et les envoyer. Il faut la tourner pour faire chacune des deux opérations. Finalement on la positionne de manière à ce qu’elle puisse faire ces deux opérations en même temps, cela parce que l’antenne n’était pas bloquée, mais se coinçait à partir d’une certaine position.
Les différentes
phases du déploiement de l'antenne parabolique :
- l'antenne grand gain est fixée à l'extrémité d'un
mât de 2 m de long. Celui ci va être poussé en avant par
un puissant ressort, pour effectuer une rotation de 175°
-lorsque le mat aura atteint sa position définitive (flèche rouge),
Mars Global Surveyor se redressera (flèche jaune)
-la parabole de l'antenne grand gain (1,5 m de diamètre) va maintenant
effectuer une rotation pour se placer dans sa position définitive (flèche
rouge)
-l'antenne grand gain est complètement déployée ! Pendant
une semaine, les équipes au sol vont vérifier son bon fonctionnement.
La mission a repris normalement le 5 mai, soit trois semaines plus tard.
Le 19 décembre 1999, suite à la perte de la sonde Mars Polar Lander(MPL), MGS est chargée de photographier la zone d'atterrissage présumée de cette sonde. Cela se révélera sans succès.
Elle a fini sa phase de cartographie en février 2001 et doit maintenant trouver des sites d’atterrissage propices pour les prochaines missions. Elle doit aussi compléter les trous dans sa couverture cartographique.
Actuellement MGS continue ses observations, et cela durera aussi longtemps qu'elle restera opérationnelle, même si sa mission principale est maintenant terminée. Elle servira à l'avenir de relais aux autres sondes envoyées environ tous les deux ans vers Mars.
Pour l’instant la sonde a recueilli 80 giga-octets de données, de quoi remplir 150 CD ROM! Un album de 57000 images est également disponible sur internet.