La NASA fait appel à Lockheed pour ramener un morceau de Mars

Depuis la NASA Marin vaisseau spatial a fait les premières observations rapprochées de Mars en 1964, l’humanité a lancé une longue file d’orbiteurs, d’atterrisseurs et de rovers vers la planète rouge. Bien sûr, tout n’a pas été facile. L’histoire, sans parler de la surface de la planète, est jonchée de missions martiennes qui n’ont pas tout à fait réussi. Mais nous n’avons cessé de nous améliorer et avons même commencé à repousser les limites de ce qui est possible avec la robotique interplanétaire grâce à des engins ambitieux comme le Ingéniosité hélicoptère.

Pourtant, après près de 60 ans d’étude de notre voisin glacial, tout ce que nous avons à montrer pour notre travail se résume à tant de 1 et de 0. Cela ne veut pas dire que les données que nous avons collectées, à la fois en orbite et en surface, n’ont pas été extrêmement précieuses. Mais les scientifiques sur Terre pourraient faire plus avec une seule roche martienne que n’importe quel rover robotique ne pourrait jamais espérer accomplir. Même encore, pas même un grain de sable n’a jamais été renvoyé de la surface poussiéreuse de la planète.

Mais si tout se passe comme prévu, cela est sur le point de changer. Au cours de la prochaine décennie, la NASA et l’Agence spatiale européenne (ESA) espèrent ramener sur Terre les premiers échantillons de roches, de sol et de gaz atmosphériques martiens à l’aide d’une série de véhicules robotiques. Bien que l’on ne sache toujours pas quand les scientifiques terrestres devraient s’attendre à recevoir cette prime interplanétaire, la première étape du programme est déjà bien engagée. le Persévérance rover a commencé à collecter des échantillons et à les stocker dans des tubes spéciaux pour leur éventuel retour sur Terre. D’ici 2028, un autre rover sera déployé pour collecter ces échantillons et les charger dans une fusée miniature pour leur voyage dans l’espace.

Lancement du Mars Ascent Vehicle (MAV).

Pas plus tard que la semaine dernière, la NASA a décidé d’attribuer le contrat de près de 200 millions de dollars pour la construction de cette fusée, connue officiellement sous le nom de Mars Ascent Vehicle (MAV), au géant de l’aérospatiale Lockheed Martin. Le MAV n’entrera pas seulement dans l’histoire en tant que première fusée à décoller d’un corps céleste autre que la Terre, mais c’est sans doute l’élément le plus critique de la mission de retour d’échantillons ; car tout échec lors du lancement entraînera la perte irrévocable de tous les échantillons minutieusement récupérés par Persévérance au cours des sept années précédentes.

Dire que cette mission constitue un défi technique considérable serait un euphémisme. Non seulement l’humanité n’a jamais fait voler une fusée sur une autre planète, mais nous n’avons même jamais tenté ce. Peu importe le résultat, une fois que le MAV pointe son nez vers le ciel et allume ses moteurs, l’histoire va être écrite. Mais même s’il s’agira du premier véhicule à tenter l’expérience, les ingénieurs et les scientifiques planifient depuis des décennies une éventuelle mission de retour d’échantillons martiens.

L’ambition soviétique

L’Amérique a peut-être d’abord mis une sonde en orbite autour de Mars, mais ce sont les Soviétiques qui ont réussi à mettre un atterrisseur à la surface en décembre 1971. L’engin n’est resté actif que quelques minutes, mais c’était quand même un triomphe scientifique et politique. Cherchant à établir une avance dominante sur les États-Unis, les ingénieurs soviétiques n’ont pas perdu de temps pour planifier une ambitieuse mission de retour d’échantillons. La première phase, Mars 4NM, testerait les concepts de base et collecterait des données. Celle-ci serait suivie de la Mars 5 NM mission, qui larguerait un atterrisseur colossal de 16 tonnes métriques sur la surface de la planète dans le courant de 1976.

Même le plus simple Mars 5M mission a dû être abandonnée.

L’incroyable masse de l’atterrisseur, comparable au module lunaire Apollo habité de la NASA, était due au fait qu’il contiendrait non seulement la fusée à deux étages nécessaire pour soulever les échantillons de sol collectés de la surface martienne, mais aussi les 750 kilogrammes (1 650 livre) véhicule de retour Mars-Terre et la capsule de rentrée sphérique de 15 kg (33 lb). Grâce à la nature impitoyable de l’équation de la fusée, sur ces 16 000 kg de matériel livrés sur Mars, tous les scientifiques soviétiques récupéreraient en retour environ 200 grammes de sol.

Malheureusement, l’énorme fusée N1 qui était nécessaire pour lancer ces missions lourdes n’a jamais été achevée. Sans un booster assez puissant pour soulever les véhicules martiens en un seul morceau, une modification a été proposée qui utiliserait plusieurs lancements pour mettre le matériel en orbite. Craignant que la complexité supplémentaire ne condamne la mission déjà ambitieuse, les plans ont été considérablement réduits. Matériel pour cette version révisée Mars 5M La mission était en construction en 1978, mais un changement politique du vent a annulé le projet car il était jugé trop coûteux et risqué.

Les priorités changeantes de la NASA

Alors que les scientifiques américains étaient certainement aussi impatients que leurs homologues soviétiques de mettre la main sur de nouveaux échantillons martiens, la NASA n’a jamais été en mesure d’obtenir une mission de retour d’échantillons après les premières phases de conception. Le désir était là, mais le prix était tout simplement trop élevé compte tenu de tous les autres programmes que l’agence soutenait dans les années 1980.

Mission conceptuelle de retour d’échantillons de la NASA sur Mars, vers 1993.

En fait, les plans ne se sont vraiment raffermis qu’après l’annonce en 1996 que les scientifiques pensaient avoir trouvé des preuves d’une ancienne bactérie fossilisée sur une météorite martienne. Bien que la théorie ait été discréditée par la suite, elle a remis Mars sous les projecteurs. Des missions de retour d’échantillons ont été envisagées par le programme d’exploration de Mars et le Jet Propulsion Laboratory de la NASA, et en 2009, la NASA et l’ESA ont convenu de travailler ensemble sur le programme ExoMars, qui a été conçu pour ramener des échantillons martiens sur Terre dans les années 2020.

Mais le plan a été de courte durée. En 2012, la NASA a choqué ses partenaires internationaux en abandonnant le programme ExoMars pour libérer des fonds supplémentaires pour le télescope spatial James Webb. Sans le financement considérable que la NASA devait fournir, l’ensemble du programme devait être restructuré. L’ESA s’est finalement associée à la Russie pour poursuivre le développement de l’atterrisseur et du rover ExoMars, bien que la capacité de retour d’échantillons ait été supprimée, et la mission devrait actuellement être lancée fin 2022.

Un pas après l’autre

Même si l’accord ExoMars a échoué, les États-Unis sont restés déterminés à mener une mission de retour d’échantillons de Mars, l’enquête décennale sur les sciences planétaires du Conseil national de recherches la déclarant une mission prioritaire pour la période 2013 à 2022. Il n’était donc pas surprenant que la NASA et l’ESA aient repris les pourparlers en 2018 pour développer un cadre permettant de renvoyer des échantillons martiens sur Terre. Plutôt que d’essayer de résoudre le problème avec une mission et un vaisseau spatial élaborés, il était entendu que les deux agences spatiales travailleraient conjointement sur chaque phase du programme de manière progressive. Aménagement Persévérance avec le matériel nécessaire pour collecter les échantillons était la première étape, et maintenant il est temps de travailler à les faire sortir de la surface.

Au fil des ans, la NASA a proposé plusieurs conceptions pour le Mars Ascent Vehicle. La littérature la plus récente décrit un propulseur à deux étages de 2,8 mètres (9 pieds) de long qui brûle du TP-H-3062, un propulseur de fusée solide utilisé sur plusieurs atterrisseurs Mars précédents, avec un contrôle vectoriel de poussée électromécanique (TVC) fournissant une autorité de tangage et de lacet et un système de contrôle de réaction d’hydrazine monopropulseur (RCS) utilisé pour contrôler le roulis pendant l’ascension ainsi que pour fournir un contrôle d’attitude complet de l’étage supérieur en orbite. Le propulseur est conçu pour placer une charge utile de 16 kg (35 lb) sur une orbite de 343 kilomètres (213 milles) avec une inclinaison de 27 °, bien que la proposition note qu’une certaine variation orbitale est attendue en raison de la nature incontrôlable des moteurs de fusée solides.

L’atterrisseur de récupération d’échantillons de 2 400 kg (5 290 lb), le vaisseau spatial le plus grand et le plus lourd à avoir jamais atterri sur Mars, transporterait le MAV horizontalement. Cette disposition facilitera le chargement des échantillons dans la capsule cylindrique du nez et maintiendra le centre de gravité de l’atterrisseur bas. Une fois prêt pour le décollage, des pistons à essence propulseront la fusée dans les airs à une vitesse d’environ cinq mètres par seconde. Une fois dégagée de l’atterrisseur, la fusée allumera son moteur de premier étage et adoptera une position plus verticale au fur et à mesure de son ascension. Cette disposition inhabituelle, que JPL appelle VECTOR (Vertically Ejected Controlled Tip-off Release), signifie que le MAV pourra décoller quelle que soit l’orientation de l’atterrisseur de récupération d’échantillons.

Après avoir atteint l’orbite, le MAV sera rencontré par l’Earth Return Orbiter (ERO) développé par l’ESA. Ce vaisseau spatial utilisera un bras robotique pour capturer la cartouche d’échantillon et la placer dans le véhicule d’entrée terrestre (EEV) à bord. Une fois la cargaison sécurisée, elle utilisera des moteurs ioniques à haut rendement pour commencer le voyage de deux ans vers la Terre.

Ou du moins, c’est le plan. L’ERO et l’EEV sont actuellement en phase de conception, et bien que les conceptions du MAV et de l’atterrisseur de récupération d’échantillons soient plus étoffées, Lockheed Martin a encore des années de travail devant eux avant que le matériel ne soit prêt pour les tests en vol ici sur Terre ; sans parler d’être emballé et envoyé sur une autre planète. Il y a une quantité incroyable de travail à faire avant de ramener un morceau de Mars à la maison, et beaucoup de choses peuvent mal tourner. Mais après des décennies de faux départs, il semble que nous soyons enfin sur la bonne voie.