LA SONDE ET SES INSTRUMENTS
a)Présentation
La sonde Mars Global Surveyor (MGS) a été construite dans les usines astronautiques Lockheed Martin à Denver.
Elle est composée d'un module de forme rectangulaire et de dimensions : 3m x 1,5m x 1.5m, lui-même composé de deux modules :
- l'un contenant l'électronique et les instruments, le module d’équipement.
- l'autre contenant les moteurs et le combustible, le module de propulsion. Le module d’équipement comporte trois roues crantées montées à angle droit les unes des autres, et permettant d’orienter ce module, et donc ses instruments, dans n’importe quelle direction. Ces roues sont contrôlées par l’ordinateur de bord.
Deux panneaux solaires sont situés de chaque côté de la sonde, et lorsqu'ils sont déployés, l’envergure totale de la sonde est de 12 mètres.
On peut aussi observer une antenne parabolique au bout d’une tige métallique, accrochée au module central.
C'est dans ce module que les 1062 kg de la sonde sont essentiellement contenus. Parmi ces 1062kg, la plate-forme(ossature)en représente environ 590, le carburant 385, et la charge utile(appareils)75.
Pour mener à bien sa mission, MGS est équipée de nombreux instruments. Ici nous ferons le tour de ceux qui ne sont pas destinés à collecter des informations, mais à assurer le bon fonctionnement de la sonde. Parmi ces appareils:
- Un système informatique, permettant de stocker les données recueillies par les instruments scientifiques sur un disque dur, avant de les transmettre à la Terre. Ce système est présent en deux exemplaires à bords de la sonde, au cas ou l'un d'eux subirait une panne. Ils possèdent chacun un mode d’urgence, au cas ou un problème surviendrait. Cela est indispensable, car il faut savoir que les communications entre la sonde autour de Mars et les chercheurs sur Terre sont différées de plusieurs minutes, du fait de l’éloignement de Mars par rapport à nous.
- Un moteur fonctionnant avec un carburant à base d’azote, et fournissant une poussée de 659 Newtons(~70kg) environ, permet à la sonde de manoeuvrer sur son orbite. Sont aussi présents deux petits moteurs d'une poussée de 4,55 Newtons(~0,5kg)chacun et permettant d'effectuer des petits changements d'orbite et de stabiliser la sonde lors de l'allumage du moteur principal. MGS est partie avec à son bord 385 kg de combustible, dont 75% ont été brûlés lors de son freinage, afin de la placer en orbite autour de Mars. Les moteurs et les réserves de carburant sont situés dans le module de propulsion, tandis que les autres instruments se trouvent dans le module d’équipement.
- Un système de production d'énergie composé de deux panneaux solaires longs chacun de 3,53 mètres et larges de 1,85 mètres, avec à l’extrémité une plaque métallique jouant le rôle d’aérofrein dans le freinage atmosphérique de la sonde. Elles ajoutent 81,3cm à la longueur des panneaux. Ceux-ci sont appuyés de batteries au nickel, permettant de fournir l'énergie lorsque la sonde passe dans l'ombre de Mars. Ils ont une autonomie d’une heure. Ces batteries sont rechargées par les panneaux solaires quand ceux-ci captent de l’énergie. Ils produisent au maximum 980 Watts, c’est à dire moins que la puissance d'un sèche-cheveux. Cela n’est pratiquement rien, mais a quand même contraint les concepteurs de la sonde à fabriquer des instruments qui ne consomment presque pas d’électricité.
- Un système de communication, composé d’une antenne parabolique de 1,5 mètres de diamètre, et attachée à une perche de 2 mètres de long. Grâce à un émetteur/récepteur et à cette antenne, la sonde peut rester en contact radio permanent avec nous. Cela est possible parce que l’antenne s’oriente en continu vers la Terre.
Photographie de la sonde MGS peu avant son lancement.
Schéma général de la sonde et de ses principaux instruments.
Principaux instruments de la sonde (de gauche à droite) : magnétomètre, MOC, MOLA, Realais radio, Reflectomètre
b)La caméra [MOC]
La sonde est équipée d’une caméra grand angle à haute résolution, afin d’observer les plus fins détails de la surface martienne. C’est elle qui a récolté le plus d’informations. Elle fonctionne de deux façons :
- elle peut prendre des photographies noir et blanc d’une résolution de 2 mètres, avec un champ visuel de 0.4°.
- elle peut aussi prendre des photographies en couleur et grand angle, avec un champ de 140°, et une résolution un peu moins élevée, allant de 280 mètres à 2km. Ces images sont similaires à celles que l’ont voit dans les bulletins météo.
c)L’altimètre laser [MOLA]
La sonde est aussi équipée d’un altimètre laser servant à mesurer les altitudes des différents points du relief martien à environ 2 mètres près, cela en sachant que l'altitude de certaines régions terrestres n'est pas connue à moins de 100 mètres près. Sa résolution horizontale est moins précise car elle ne s’élève qu’à 160 mètres en moyenne.
d)Le spectromètre d’émission thermique [TES]
Un spectromètre d'émission thermique embarqué sur la sonde permet de mesurer la chaleur émise par Mars, afin d'étudier son atmosphère et la composition minérale de sa surface. Il prend des images infrarouges, la longueur d’onde des émissions de chaleur, et peut déterminer la nature des roches en surface en fonction de la quantité de chaleur qu’elles réfléchissent. Les images ont une résolution de 3 kilomètres, suffisante pour observer la répartition et la quantité des différentes roches en surface.
e)Le magnétomètre/reflectomètre à électrons
Cet appareil sert à étudier le champ magnétique de Mars, et même les champs magnétiques fossiles figés dans des roches magnétisées. Il est situé à l’extrémité des panneaux solaires, afin d’éviter les perturbations dues à l’activité électrique des autres appareils. Ses observations ont permis de déterminer la structure interne de Mars : lorsqu’une planète a un champ magnétique, c’est parce que son noyau est solide et métallique et qu’il tourne à une vitesse différente du reste de la planète. Pour cela il doit être entouré de magma, que l’on met en évidence avec les traces de volcanisme.
f)Le système radio
Ce système permet, à l’aide des informations envoyées vers la Terre, d’étudier les variations locales de la gravité sur Mars ainsi que la pression et la température de l’atmosphère.
Lorsque la sonde envoie son signal radio vers la Terre en le faisant traverser l’atmosphère, il est légèrement déformé, et cette déformation est analysée par un groupe de chercheurs après la réception du signal sur Terre, ce qui permet d’obtenir des informations au sujet de l’atmosphère de Mars.
Pour obtenir des informations sur les variations de gravité cette fois-ci, on analyse les modifications du signal dues aux infimes accélérations ou ralentissements de la sonde selon qu’elle survole respectivement des régions à forte ou faible gravité. Ces informations couplées à celles de l’altimètre ont permis d’établir une carte topographique martienne et l’épaisseur de la croûte.
g)Le relais radio
Une antenne radio cylindrique est aussi à bord de MGS, elle sert de relais entre la Terre et d'autres sondes posées à la surface de Mars. Ainsi le système de communication de ces autres sondes est moins encombrant car il demande moins de puissance, ce qui permet en contrepartie d'emporter plus d'instruments scientifiques sur ces sondes. L'antenne de MGS peut communiquer avec des sondes à la surface de Mars distantes au maximum de 5000 kilomètres.
