Lorsque la NASA a conçu la mission Perseverance, qui prévoyait la collecte d’échantillons de sol martien, il est rapidement devenu clair que les ramener sur Terre pour les analyser de manière approfondie serait une entreprise plus qu’épique, pour beaucoup presque impossible. Jusqu’à présent, les seuls échantillons analysés du sol martien ont été transportés par des astéroïdes tombés sur notre planète.
Ces fragments générés par de puissants impacts sur Mars sont arrivés sur Terre et nous ont permis des analyses préliminaires, mais très approximatives, de la composition du sol martien. C’est ainsi que sont nés les soi-disant météorites achondrites, qui ont eu leur origine sur la planète rouge. Mais comment sera-t-il possible de faire revenir sur notre planète les roches collectées par le rover à la surface de Mars ?
Le programme Mars Sample Return
La réponse se trouve dans l’acronyme MSRP (Mars Sample Return Program). La NASA a finalement achevé la révision des exigences du système du programme. L’agence est sur le point de terminer la phase préliminaire de conception conceptuelle. L’équipe a évalué et affiné l’architecture pour prélever les échantillons scientifiquement sélectionnés, qui sont actuellement en cours de collecte par le rover Perseverance dans le cratère Jezero sur la planète rouge.
L’architecture de la campagne, qui comprend la contribution de l’Agence spatiale européenne (ESA) et de l’italienne Leonardo, devrait augmenter les chances de succès.“La phase de conception conceptuelle est celle où chaque aspect d’un plan de mission est examiné au microscope”, a déclaré Thomas Zurbuchen, administrateur scientifique de la NASA. “Il y a eu quelques modifications significatives et avantageuses au plan initial. Ceux-ci peuvent être directement attribuées aux récents succès de Perseverance à Jezero et aux performances incroyables de notre hélicoptère Mars”.
Le projet prend en compte une analyse récemment mise à jour de la durée de vie prévue du rover Perseverance. La mission complexe mettra en vedette trois véhicules : le Sample Retrieval Lander (SRR) qui transporte le Mars Ascent Vehicle (MAV) et l’Earth Return Orbiter, développé par l’ESA.
Phase 1 : atterrissage et collecte d’échantillons
La première phase sera très complexe. Il faut s’assurer que tout ce qui est nécessaire pour collecter les échantillons soit transporté sur Mars, quitter l’atmosphère martienne et revenir sur Terre. Le chargement sera donc encombrant et il ne sera pas du tout facile de faire atterrir délicatement environ 2400 kg d’atterrisseur sur le sol martien, soit le double du rover Perseverance. Pour être clair, nous parlons de la charge la plus lourde jamais atterrie à la surface d’une autre planète. Les rétrofusées, qui sont généralement utilisées pour faire atterrir les rovers, ne peuvent pas faire grand-chose seules. Inévitablement, ils devront être aidés par des pattes amorties qui font actuellement l’objet de nombreux tests au JPL (Jet Propulsion Laboratory).
Une fois posé sur le sol, le Sample Retrieval Lander lancera deux hélicoptères pour récupérer les échantillons, basés sur la conception de l’hélicoptère Ingenuity. Cet appareil a été largement testé avec 29 vols sur Mars et a survécu pendant plus d’un an au-delà de sa durée de vie prévue. Le rover Perseverance déposera la charge délicate de carottages de roches dans un point de collecte prédéterminé pour faciliter le travail des hélicoptères qui transporteront la charge jusqu’à l’atterrisseur. C’est à ce moment-là que le Sample Transfer Arm (STA) conçu et réalisé par Leonardo entre en jeu. Ce bras robotique sera capable de voir, entendre et prendre des décisions autonomes, et finalement identifiera, collectera et transférera les tubes dans le Mars Ascent Vehicle.
Phase 2 : lancement de la fusée
Si la phase un était complexe, la deuxième est vraiment quelque chose de science-fiction. Ramener la charge d’échantillons en orbite. Le Sample Retrieval Lander pèse plus de deux tonnes. Il contient également le Mars Ascent Vehicle, une fusée à deux étages d’environ 2,8 mètres de hauteur. La faible gravité de la planète devrait réduire le carburant nécessaire pour mettre en orbite la fusée. Mais l’absence d’atmosphère rend plus complexe le contrôle du véhicule lors des phases de vol car il peut facilement s’incliner.
De plus, il faut considérer qu’étant donné l’absence de plateforme de lancement traditionnelle, même l’allumage du moteur de la fusée deviendra terriblement compliqué sur Mars. Pour résoudre ce défi complexe, les ingénieurs du JPL ont mis au point un système qui sera utilisé pour la première fois lors de cette mission. Le Mars Ascent Vehicle deviendra la première fusée à décoller d’une autre planète et sera projeté en l’air avant l’allumage des moteurs. Le système, encore en phase de test sur Terre, s’appelle VECTOR (Vertically Ejected Controlled Tip-off Release). De cette façon, il sera possible de lancer la fusée d’un poids d’environ 400 kg à une hauteur d’environ 3,3 mètres. Dans les grands laboratoires du JPL, 23 tests ont été effectués en déplaçant le centre de gravité de la fusée dans différentes positions, pour faciliter le choix du meilleur angle d’allumage.
Phase 3: retour sur Terre
Après avoir franchi les deux premières phases, la mission deviendra beaucoup plus simple. La charge utile sera attachée à l’orbiteur construit par l’ESA : l’Earth Return Orbiter. Le véhicule permettra de sceller les échantillons dans un système de bio-containment avant d’être placés dans une capsule d’entrée terrestre. À ce stade, la charge utile atterrira en toute sécurité sur notre planète. Avec les dates de lancement prévues pour l’Earth Return Orbiter et le Sample Retrieval Lander respectivement à l’automne 2027 et à l’été 2028, les échantillons devraient arriver sains et saufs sur Terre en 2033.
L’état de l’art du programme Mars Sample Return
Avec l’architecture désormais décidée lors de la phase de conception conceptuelle, le programme devrait entrer dans la phase de conception préliminaire en octobre 2022. Au cours de cette période, d’une durée prévue d’environ 12 mois, le programme finalisera le développement technologique et créera les premiers prototypes d’ingénierie des trois composantes de la mission. Le projet Mars Sample Return raffiné a été présenté aux délégués des 22 États participants au programme d’exploration spatiale en mai 2022.
“L’ESA poursuit à plein régime le développement de l’Earth Return Orbiter, qui effectuera le voyage historique. Mais aussi de l’échantillonneur robotisé qui placera les échantillons à bord de l’Orbiting Sample Container avant son lancement” a déclaré David Parker, directeur de ESA. Ainsi, la première étape de la campagne de restitution des échantillons est déjà en cours. Depuis son atterrissage dans le cratère Jezero le 18 février 2021, le rover Perseverance a collecté 11 échantillons de carottes rocheuses scientifiquement convaincantes et un échantillon atmosphérique.
Toute cette mission permettra aux scientifiques d’examiner les échantillons martiens à l’aide d’outils sophistiqués trop grands et trop complexes pour être envoyés sur Mars. Il permettra également aux générations futures de les étudier.