Mars 2020 et Exomars 2020 : où en est-on à moins d’un an du lancement ?

Plusieurs missions martiennes doivent décoller dans moins d’un an : Mars 2020 de la NASA, Exomars 2020 mission conjointe de Roscosmos et de l’ESA, et une mission chinoise.

Les fenêtres de tirs de ces missions débutent en juillet 2020. Cette fenêtre de lancement de quelques jours correspond à un moment où la Terre est située 44° en arrière de la planète Mars. Cette condition n’apparaît que tous les 26 mois, 50 jours en moyenne avant les oppositions (en période d’opposition, Mars est au plus proche de la Terre et l’angle Mars – Soleil – Terre vaut alors 0°). Cela permet de faire un voyage « court » de 7 mois avec les technologies actuelles de propulsion des engins spatiaux. Mais cette durée courte n’est possible que tous les 2 ans lorsque les 2 planètes sont dans cette configuration spécifique.

Les oppositions Mars / Terre de 2010 à 2020 (extrait du blog splendeursducielprofond.eklablog.fr)

Si votre orbiteur, votre atterrisseur ou votre rover n’est pas prêt pour le début de la fenêtre de tir, il faut alors attendre 2 ans pour retenter le lancement. Cela a été notamment le cas pour la mission Insight prévue initialement en 2016 mais lancée en 2018.

Alors, où en-est la fabrication de ces missions très attendues ?

 

Exomars 2020 : l’incertitude

La mission Exomars 2020 devrait succéder à Exomars 2016 dont l’orbiteur TGO continue sa mission autour de la planète rouge. Cette suite attendue comprend un module de vol européen et un module d’atterrissage russe, appelé Kazachok, et un rover européen surnommé Rosalind Franklin. Le lancement de la mission est prévu dans la fenêtre de tir entre le 25 juillet et le 13 août 2020 et avec une arrivée sur Mars en mars 2021.

Représentation du rover ExoMars européen (à l’avant-plan) et l’atterrisseur russe (à l’arrière-plan) sur Mars (credit ESA / ATG medialab)

L’atterrisseur, l’étage de croisière et le module de descente arrivés chez l’intégrateur final, Thales Alenia Space

La plate-forme d’atterrissage a été livrée par le principal contractant de Roscosmos, Lavochkine, en mars à Thales Alenia Space à Turin.

Arrivée du module d’atterrissage Kazachok chez Thales Alenia Space en mars 2019 (credit TAS)

Le module qui assurera la phase de croisière entre la Terre et Mars (navigation, télécommunications et propulsion) et qui transportera le rover et l’atterrisseur, construit par OHB System à Brême en Allemagne, est arrivé le 2 avril chez Thales Alenia Space à Turin.

Le module de croisière d’Exomars 2020 à son arrivée chez Thales Alenia Space début avril 2019 (credit TAS)

Fin juin, Lavochkine a livré à Thales Alenia Space les éléments principaux du matériel du module de descente, dont le bouclier thermique qui protégera l’atterrisseur lors de son entrée dans l’atmosphère martienne.

Le module de descente d’Exomars 2020 avant son départ pour l’Europe en juin 2019 (credit Roscosmos / Lavochkine)

Le rover quasi-terminé chez Airbus Defence and Space

Début août, tous les instruments du rover avaient été installés à l’intérieur de celui-ci chez Airbus Defence and Space à Stevenage en Angleterre. Il est en cours d’achèvement et commencera bientôt sa campagne d’essais environnementaux à Airbus DS à Toulouse.

Tests des 6 roues qui équiperont le rover Rosalind Franklin de la mission Exomars 2020 (credit ESA)

Le rover et l’atterrisseur seront intégrés ensemble début 2020. Ils seront encapsulés dans le module de descente ensuite.

 

Des soucis avec les parachutes de freinage

Mais des soucis sont apparus entre temps avec les parachutes du module de descente qui assurent le ralentissement de la sonde lors de la traversée de l’atmosphère martienne.

Le module de descente a besoin de deux parachutes, chacun avec son propre parachute pilote, pour aider à ralentir ExoMars avant l’atterrissage. Le premier parachute fait 15 mètres de diamètre, le parachute principal fait 35 mètres de diamètre, le plus grand parachute jamais utilisé pour poser un engin spatial sur Mars.

Après la séparation des parachutes, la vitesse doit être adaptée aux moteurs de freinage pour amener en toute sécurité la plate-forme d’atterrissage et le rover sur la surface de Mars. La séquence complète depuis l’entrée atmosphérique à l’atterrissage ne prend que six minutes.

Représentation et comparaison des tailles des différents éléments d’ExoMars 2020 (credit ESA)

Les premiers tests ont eu lieu en 2018 et ont démontré la mise en œuvre réussie de la séquence de déploiement et de gonflement du grand parachute principal dans le cadre d’essais à basse altitude depuis une hauteur de 1,2 km à partir d’un hélicoptère.

Test à basse altitude sur le parachute de 35 m de diamètre de la mission ExoMars en mars 2018 ( credit ESA/I.Barel)

Lors d’un test de chute à haute altitude (29 km atteint à l’aide d’un ballon stratosphérique), effectué le 28 mai sur le site de la Swedish Space Corporation Esrange à Kiruna, une anomalie a été observée sur les parachutes principaux. Bien que les mécanismes de déploiement se soient activés correctement et que la séquence complète ait été complétée, les deux voilures des 2 parachutes principaux ont été endommagées :  plusieurs déchirures radiales du tissu ont été observées immédiatement après l’extraction du premier parachute principal, avant que le parachute ne soit soumis à une charge maximale et une déchirure radiale a été observée sur le parachute de 35 m, de nouveau avant d’atteindre les charges de gonflage maximales.

Une analyse détaillée des paramètres de télémétrie enregistrés lors de l’essai a confirmé qu’un bon niveau de la traînée aérodynamique attendue était néanmoins atteint malgré les déchirures des parachutes. Le temps de descente global de l’ensemble du test était également proche de l’attendu. Le deuxième parachute a été rapidement retrouvé et examiné, mais il a fallu quelques jours pour récupérer le premier parachute qui avait parcouru plus de 100 km après la séparation.

Séquence de déploiement des parachutes de la mission ExoMars 2020 (crédit image: ESA) Le graphique n’est pas à l’échelle et les couleurs des parachutes ne sont données qu’à titre d’illustration. Le graphique met en évidence les principaux événements concernant les parachutes : une séquence initiée après un ralentissement important du module d’entrée de 3,8 m de large dans l’atmosphère grâce au bouclier thermique. Ensuite, le premier parachute pilote est déployé et, peu après, le premier parachute principal de 15 m de diamètre. Il s’ouvrira pendant que le module se déplace toujours à une vitesse supersonique et sera largué avant le déploiement, lorsque la vitesse subsonique est atteinte, du deuxième parachute pilote et du second parachute principal de 35 m de diamètre. Le deuxième parachute pilote reste attaché au parachute principal afin d’empêcher le rebond du parachute déployé. Au cours des dernières étapes de la descente (non illustrée), le bouclier thermique avant sera éjecté et la plate-forme d’atterrissage sera libérée pour sa phase finale de descente et de freinage propulsif.

Après inspection du matériel, des adaptations ont été apportées à la conception des parachutes.

Un nouveau test à haute altitude a été mené le 5 août, cette fois-ci en se concentrant sur le plus grand parachute de 35 m de diamètre. L’inspection préliminaire montre que les étapes initiales ont été effectuées correctement, mais que des dommages en haut du parachute ont été observés avant son gonflage, de manière similaire au test précédent. En conséquence, le module de test est descendu sous la seule traînée du parachute pilote.

Un autre test en haute altitude est déjà prévu pour le premier parachute principal avant la fin de cette année. La prochaine tentative de qualification du deuxième parachute principal est ensuite prévue pour le début de 2020.

 

A moins d’un an du décollage, toute anomalie majeure pourrait retarder le décollage et faire perdre cette fenêtre de tir propice pour les lancements vers Mars.

 

Mars 2020 : l’intégration des équipements se poursuit

La mission Mars 2020 (nom provisoire très certainement) de la NASA a une fenêtre de lancement qui débute le 17 juillet 2020, pour un atterrissage prévu le 18 février 2021.

L’assemblage final de tous les éléments de la mission est en cours au Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, en Californie.

Début avril 2019, l’empilement du module de croisière et du module de descente était terminé. Un rover de test « surrogate-rover » a été intégré pour la préparation à l’intégration finale du rover « de vol » et pour les essais acoustiques et en vide thermique qui ont suivi.

Un rover presque prêt

Les assemblages à l’intérieur du rover Mars 2020, qui est presque un jumeau du rover Curiosity, sont terminés à 100%.

À l’extérieur, les ajouts les plus visibles ont été le mât de télédétection, les jambes et les rouesle bras robotique principal et l’antenne à haut gain du roverLes composants externes comme les instruments scientifiques MastCam-Z et SuperCam ont été installés sur le mât, et les instruments Pixl et Sherloc ont été ajoutés à l’extrémité du bras robotisé.

L’instrument français SuperCam, fabriqué par l’IRAP à Toulouse avec le support du CNES, a été intégré fin juin. Les équipes françaises ont relevé le défi de fournir une nouvelle caméra après que la première, qui devait être livrée le 19 décembre 2018 à la NASA, ait été détruite lors des derniers tests avant livraison [lire l’article de La Dépêche]

Les ingénieurs installent l’instrument SuperCam sur le rover de Mars 2020. Cette image a été prise le 25 juin 2019 dans l’installation d’assemblage du rover du Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, en Californie. (Credit NASA/JPL-Caltech)

Les roues du rover ont été installées en juin également. Elles sont de conception un peu différente de celles de Curiosity qui connaissent elles des dommages.

 

L’hélicoptère martien poursuit ses tests

L’un des équipements embarqué sur Mars 2020 est un hélicoptère. Il s’agit d’un projet de démonstration technologique car à ce jour, aucun objet volant n’a volé en dehors de l’atmosphère terrestre.

Plusieurs obstacles à la réussite de cette mission secondaire devront être levés : voler dans une atmosphère martienne dont la densité ne représente qu’environ 1% de la densité de la Terre (l’équivalent d’un aérodrome à 30 480 mètres d’altitude) et supporter des températures pouvant baisser jusqu’à -90°C la nuit.

De nombreux essais ont été réalisés dans une chambre à vide avec une atmosphère représentative de celle de Mars et avec un système de compensation de la masse de l’hélicoptère pour simuler la gravité martienne (1/3 de celle de la Terre).

Un assemblage à voir en direct

Si vous voulez voir en direct ce qui se passe sur le rover Mars 2020 allez voir sur ce site : https://mars.nasa.gov/mars2020/mission/where-is-the-rover/ ou sur YouTube :

 

Et côté Chine ?

Selon le directeur du centre national de sciences spatiales chinois à SpaceNews, la mission martienne chinoise est en cours d’intégration et sera prête pour un lancement à mi 2020.

Représentation de l’orbiteur transportant l’atterrisseur et le rover chinois vers Mars (credit Xinhua)

La mission sera dotée d’un orbiteur, d’un atterrisseur et d’un rover. Contrairement aux rovers Yutu lunaires, celui-ci serait 2 fois plus gros.

Représentation de l’atterrisseur et du rover chinois sur Mars (credit Xinhua)

Par contre, la Chine doit relever un défi majeur avant le lancement : le retour en vol de son lanceur lourd Long March 5 suite à une anomalie en juillet 2017. Sans ce lanceur, la Chine ne peut pas lancer vers Mars, ni vers la Lune pour sa mission Chang’e5 de retour d’échantillons.

A suivre !

Pour le détail de toutes ces missions, rendez-vous dans des articles à paraître courant 2020 !

Sources principales de l’article : sites de l’ESA et du NASA JPL.

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