Mars n'est peut-être pas le genre d'endroit où élever vos enfants, mais il y a de fortes chances qu'un jour les paroles célèbres d'Elton John se trompent sur le fait qu'il n'y a personne pour les élever. Pour l'instant, cependant, nous avons des sondes, des orbiteurs et des atterrisseurs. Les missions sur Mars vont bon train cette année, avec trois pays sur le point de lancer leurs fusées vers la planète rouge: les États-Unis envoient leur Persévérance rover, la Chine Tianwen-1 mission, et les Émirats arabes unis envoient leur Espérer orbiteur.

Comme tout cela devrait encore se produire dans le courant du mois de juillet, cela donne presque l'impression d'une nouvelle ère de courses spatiales sauvages où tout le monde essaie d'être le premier. Bien sûr, certains ego seront certainement stimulés ici, mais la raison de cette augmentation de la course dans un laps de temps si court a une explication simple: Mars sera au coin de la rue plus tard cette année – relativement parlant – offrant une opportunité idéale de s'y rendre. maintenant.

En fait, cette année est aussi bonne qu'elle l'est depuis un bon moment. La prochaine fois, les circonstances seront (presque) aussi favorables que cette année en 2033, il est donc compréhensible que les agences spatiales aient hâte de ne pas rater cette chance. Non pas que les missions sur Mars ne puissent pas être accomplies au cours des 13 prochaines années – après tout, plusieurs efforts sont déjà en cours pour 2022, y compris le retard Rosalind Franklin lancement du rover. C’est simplement que les circonstances ne seront pas aussi idéales.

Mais qu'est-ce que cela signifie exactement et pourquoi? Qu'est-ce qui rend juillet 2020 si spécial? Et que fait tout le monde là-haut de toute façon? Eh bien, découvrons-le!

Une fenêtre sur Mars

Même le modèle le plus simple de notre système solaire montrera comment la Terre et Mars tournent différemment autour du soleil, la distance et la vitesse étant les plus évidentes. La Terre tourne à une distance de environ 149.597.870,7 km 1 unité astronomique (UA) du soleil à une vitesse moyenne de 29,78 km / s, tandis que Mars fait de même à ~ 1,523 fois la distance et à une vitesse moyenne de 24 km / s. Il faut à la Terre ~ 365 jours pour se retrouver au même endroit, et Mars ~ 668 quantités de sa propre définition d'un jour, c'est-à-dire sols, ce qui équivaut à peu près à 687 jours terrestres.

Lancer tous ces chiffres montre principalement une chose: la Terre et Mars n’ont pas grand-chose en commun ici, et par conséquent, ils ne traînent pas beaucoup à proximité. Pourtant, ils tournent autour du même soleil et sont donc tenus de se rencontrer à l'occasion. D'accord, «rencontrer» est un mot fort avec des résultats fatals s'il est pris trop littéralement ici, mais plutôt des rencontres étroites les uns avec les autres. La terminologie exacte serait qu'ils sont en opposition à l'occasion.

Opposition

Opposition et conjonction par exemple
Mars en conjonction (blanc) et opposition (vert)

Chaque fois que le Soleil, la Terre et un autre objet céleste sont alignés de manière à ce que vous puissiez tracer une ligne droite à travers eux, on dit qu'ils sont soit en conjonction, ou en opposition, en fonction de quel côté du soleil se trouve ce troisième objet. Si l’arrangement est en conjonction, l’objet en question se trouve à la distance la plus éloignée possible de la Terre, ayant généralement le Soleil entre eux, tandis qu’en opposition, il est aussi proche que possible à ce moment précis de proximité. Mars est en opposition avec la Terre en moyenne tous les 780 jours: 2 ans et 50 jours. Cela signifie qu'en théorie, il existe une excellente opportunité de voyager sur Mars tous les 780 jours.

Cependant, l'opposition en tant que référence pour une fenêtre de lancement ne consiste pas seulement à voyager le plus court possible pour des raisons de ressources, mais à le faire dans un laps de temps parfait pour correspondre à la vitesse et à la trajectoire de toutes les personnes impliquées, et s'assurer qu'il y a une chance réelle. de notre fusée rencontrant notre objet de désir – dans ce cas Mars. N'oublions pas que nous avons affaire à des objets géants se déplaçant à une vitesse inimaginable dans l'espace ici. Ils peuvent être proches les uns des autres dans un sens relatif, mais nous parlons encore de millions de kilomètres de distance entre eux.

Lancement d'InSight sur Mars
Trajectoire de vol typique d'une mission sur Mars, démontrée par le Perspicacité mission en 2018. Source: Wikipedia

Le fait est que nous ne pouvons pas simplement lancer une fusée le long de cette ligne imaginaire au moment de l’opposition. Non seulement il faudra des mois pour y parvenir, mais la fusée doit également voyager sur une orbite elliptique qui correspond entre la Terre et Mars. Le faire sur la distance la plus courte possible a tout simplement les meilleures chances de succès. Lancée trop tôt, la fusée devra peut-être attendre inutilement longtemps pour que Mars rattrape son retard, gaspillant du carburant et potentiellement en manquer complètement. Lancement trop tard, et cela finira comme Wile E. Coyote poursuivant désespérément le Road Runner – sans les rochers et les falaises.

En conséquence de tout cela, les missions sur Mars se produisent en effet à peu près tous les 2.x ans, se lançant généralement quelques mois avant l'opposition elle-même, et atterrissant / entrant en orbite quelques mois après l'opposition ensuite.

En regardant l'historique des dernières oppositions et les dates de lancement des missions à cette époque, tout s'additionne:

  • Mi octobre 2020 – nos 3 missions fin juillet
  • Fin juillet 2018 – 2 missions début mai
  • Fin mai 2016 – 2 missions mi-mars
  • Début avril 2014 – 2 missions début et mi novembre 2013
  • Début mars 2012 – 3 missions début et fin novembre 2011

Nous pouvons remonter jusqu'en octobre 1960 avec cela, lorsque l'Union soviétique a tenté (sans succès) le tout premier lancement pour frapper la fenêtre à la fin de décembre de cette année – et bien sûr en 1965 lorsque la NASA Mariner 4 effectué le premier survol réussi de Mars. Bien que cela montre un nombre constant de fenêtres de lancement au fil des ans, cela montre également que manquer l'opportunité entraînera un retard certain jusqu'à l'ouverture des prochaines fenêtres – comme cela s'est produit avec la mission InSight en 2016 et la mission conjointe mentionnée précédemment entre l'ESA et Roscosmos cette année.

Il y a deux autres choses remarquables dans l’extrait de l’histoire de la mission ci-dessus: je suis assez vague sur les dates, et la période entre le lancement de la mission et l’opposition varie. Examinons d'abord l'imprécision de la date en examinant les fenêtres de lancement réelles.

La fenêtre

Bien qu'il y ait un moment précis où nous pouvons nous attacher à l'opposition et à la proximité la plus proche, nous n'avons pas besoin d'être à un moment précis à un moment très précis ici, mais avons un peu de tolérance – d'où le lancement la fenêtre. La largeur et l'emplacement exacts de cette fenêtre varient en fonction de différents facteurs tels que la fusée et sa trajectoire, et sont déterminés individuellement pour chaque mission.

Par exemple, comme indiqué ci-dessus, il y a eu deux lancements à des périodes différentes en novembre 2013 pour l'opposition d'avril 2014. La mission indienne Mars Orbiter (MOM) a eu une fenêtre du 28 octobre au 19 novembre et a été lancée le 5 novembre, tandis que la MAVEN américaine avait une fenêtre du 18 novembre au 7 décembre et a été lancée immédiatement à sa première date de lancement possible le novembre. 18e.

Chaque jour dans la fenêtre de lancement a généralement sa propre fenêtre de quelques heures pour qu'une fusée se lance dans l'espoir de rencontrer un autre objet. N'oubliez pas que tout tourne et tourne dans toutes sortes de directions dans l'espace, donc en fonction de l'endroit d'où vous vous lancez sur Terre, vous devez également en tenir compte.

Étant donné qu’un lancement dépend également des conditions météorologiques, c’est une bonne chose qu’il y ait généralement une fenêtre d’environ 3 semaines pour chaque mission, ce qui explique mon vague sur les heures de mission plus tôt. Mais qu'en est-il alors de ce décalage entre le cadre de lancement et le temps d'opposition? Eh bien, rien ne va parfaitement là-haut dans l'espace.

Excentricité

L'excentricité par l'exemple
L'excentricité exagérée de Mars et de la Terre montrée à différents moments d'opposition

Dans un monde idéal, les planètes tourneraient dans un cercle parfait autour du soleil, à la même distance à un moment donné. Dans le monde réel, tout est un peu décentré, et excentricité provoque une variation de la distance sur l'année (définition locale de a). Par exemple, le absides de la Terre, c'est-à-dire les points les plus proches et les plus éloignés du soleil, diffèrent d'environ cinq millions de kilomètres – ou cinq gigamètres (Gm) – dans l'année, cela peut sembler beaucoup, mais à une distance moyenne de ~ 150 Gm, son excentricité est un faible 0,0167. C’est encore suffisant d’avoir le printemps et l’été quelques jours de plus que l’automne et l’hiver, et en tant que personne vivant près du cercle polaire arctique, je peux certainement apprécier cela.

Mars est, après Mercure, la planète la plus déséquilibrée de notre système solaire, avec une excentricité de 0,0934 qui place ses absides à ~ 206,6 Gm et ~ 249,2 Gm respectivement. Étant donné que le moment des occurrences d’opposition ne correspond à aucune des périodes orbitales de la planète, leur moment de proximité se produit toujours à un endroit différent de leur orbite. En conséquence, la distance réelle de chaque opposition varie, et avec elle, le temps qu'il faut pour voyager. Cependant, il se situe dans une fourchette similaire tous les 15 à 17 ans.

Actuellement, nous sommes dans une bonne position où Mars et la Terre sont à l'extrémité inférieure avec leur distance en opposition à 62,07 Gm. Cependant, ce n’est pas aussi bon que lors des 57,29 Gm de la fenêtre de 2018, ou du record de tous les temps en 2003 de 55,76 Gm – sans compter cette rencontre en 57617 avant JC. Cependant, voyant que la distance augmente à nouveau, elle est aussi proche que possible jusqu'en 2033 et 2035 avec leurs 63,28 Gm et 56,91 Gm respectivement – voici une liste si vous voulez en vérifier plus. En regardant ces années, les parties «tous les 15 à 17 ans» s'additionnent vraiment.

Cette liste montre également que la série de missions de l'Union soviétique en 1971, qui a abouti au premier atterrisseur sur Mars, avec les États-Unis. Mariner 9 en tant que premier orbiteur, tout s'est passé au bon moment avec une distance d'opposition de 56,20 Gm. Contrairement au précédent Mariner 4 mission en 1965 à presque le double de la distance de 100,00 Gm – ce qui rend son succès en revanche encore plus impressionnant. En le comparant à toutes les missions sur Mars, cela pourrait également expliquer pourquoi il n'y a pratiquement pas eu de lancements entre les deux. Vikings en 1975 et Éclaireur en 1996, l'Union soviétique utilisant à nouveau la meilleure fenêtre en 1988.

Cela montre également que même le pire des scénarios n'arrêtera pas les missions sur Mars, donc même si les conditions ne seront pas aussi idéales qu'en 2018 ou cette année jusqu'en 2033 – ce qui correspond d'ailleurs au calendrier actuel de tout le monde pour envoyer des humains sur Mars – nous n'aura certainement pas à attendre aussi longtemps pour voir plus de roquettes lancées vers lui.

Mais ne nous précipitons pas dans l’avenir, après tout, nous avons toute une série de lancements qui n’attendent qu’à se produire maintenant. Alors, de quoi s'agit-il alors?

Missions Mars 2020

Comme mentionné au début, trois pays différents lanceront chacun leur propre mission indépendante en juillet. Dans le grand schéma des missions sur Mars, c'est la première fois que nous voyons cela se produire – le même nombre de pays étaient impliqués en 2011, mais la Russie et la Chine ont eu un seul lancement collaboratif à l'époque. Cette fois, il s’agit en fait de trois missions indépendantes.

Quelques faits plus amusants sur la course de cette année vers Mars. En supposant que les trois missions réussissent, ce sera la première fois qu'une nation arabe entreprendra un voyage interplanétaire. En supposant en outre que Curiosité reste actif, il battra le record des rovers actifs parcourant la surface de Mars, et la première fois qu’un rover non américain en fait partie. On peut également s'attendre à voir les premières images de drone de Mars!

Bien que tout cela soit génial, ce n’est guère tout ce qu’il y a à faire. Alors, à quoi pouvons-nous nous attendre de ces missions?

Emirats Arabes Unis

Les Émirats arabes unis (EAU), qui ont dû reporter leur lancement initial le 16 juillet en raison de mauvaises conditions météorologiques sur leur site de lancement au Japon pendant trois jours, sont les premiers à figurer dans le calendrier. La bonne nouvelle est que leur fenêtre de lancement venait d'ouvrir le 15 juillet et serait restée ouverte jusqu'au 12 août, il n'y avait donc pas encore trop de pression de temps. Mais il n'y avait pas besoin de plus de retard, les conditions météorologiques se sont améliorées et, tôt le lundi matin, heure locale – le 19 juillet, 21:58:14 UTC – leur fusée HII-A a décollé avec succès du centre spatial de Tanegashima.

Infographie sur les instruments des EAU
Instruments des EAU utilisés pour leur mission. Source: Mission Emirates Mars

La mission enverra leur Espérer sonde dans l'orbite de Mars, où il enregistrera tout ce qui concerne l'atmosphère avec l'objectif principal de créer «la première image complète de l'atmosphère martienne». Leur objectif est d'étudier la dynamique du climat sur Mars – en créant essentiellement la première carte météorologique complète de Mars – et comment l'hydrogène et l'oxygène qui s'échappent jouent dans cela et pourquoi ils s'échappent en premier lieu. La sonde elle-même est équipée de trois instruments d'imagerie: un spectromètre infrarouge, un spectromètre ultraviolet, ainsi qu'un imageur haute résolution.

Bien que l’objectif principal de la mission soit naturellement la recherche elle-même, les Émirats arabes unis en profitent également pour montrer leur position nouvellement acquise dans l’exploration spatiale, en particulier en tant que nation plutôt petite. Dans le but d'inspirer les futures générations arabes à poursuivre le domaine des sciences spatiales, ils veulent s'imposer comme «phare du progrès dans la région» et montrer que rien n'est impossible. Compte tenu des réalisations que le monde islamique a autrefois apportées à l'humanité pendant son âge d'or, les EAU espérer est également de commémorer, sinon de raviver, l’importance de la région dans l’astronomie.

Chine

Tianwen-1
Tianwen-1 en cours de tests en 2019. Source: Wikipédia

La deuxième mission est la Chine Tianwen-1, dont le lancement est prévu le 23 juillet. Après l'expédition conjointe avec la Russie en 2011, qui s'est malheureusement terminée sans succès car la fusée n'a pas réussi à quitter l'orbite terrestre basse, la Chine mène sa deuxième tentative de se rendre seule sur Mars – et ne semble pas trop désireuse de partager beaucoup de détails sur la mission elle-même ou les instruments impliqués.

D'après ce qui est connu et supposé, Tianwen-1 est une mission complète et complète avec orbiteur, atterrisseur et rover à bord, contrairement à la mission précédente qui n'était qu'un orbiteur. Bien que certaines parties de son objectif se penchent également sur l’atmosphère de Mars, on suppose que l’objectif principal se trouve sur et sous sa surface. Les principaux objectifs semblent inclure la création d'une carte géologique, l'exploration des caractéristiques du sol et la recherche de poches de glace d'eau – également dans l'espoir de trouver des preuves de la vie passée et éventuellement présente sur Mars.

États Unis

Persévérance en cours de test final.

Enfin, la troisième mission, les États-Unis Mars 2020 mission, devrait lancer la Persévérance rover avec son Ingéniosité drone le 30 juillet – le premier jour de sa fenêtre de lancement qui se ferme le 15 août. Et même si les États-Unis se sont rendus sur Mars à de nombreuses reprises auparavant, une entreprise comme celle-ci n’est presque jamais une opération de routine, et l’enjeu est tout autant que pour les deux autres pays.

Poursuivant les travaux du programme d'exploration de Mars, Persévérance cherchera la vie passée sur Mars, en particulier la vie microbienne, en collectant des échantillons de sol et de roches. L'idée est qu'une future mission pourrait soit apporter d'autres équipements sur Mars pour analyser ces échantillons, soit les ramener sur Terre, selon ce qui semble le plus réalisable à ce moment-là. (Dan Maloney) a écrit sur les détails plus tôt cette année, donc si cela vous intéresse, allez-y.

Mots finaux

Il y a certainement des jours passionnants qui nous attendent, suivis de semaines et de mois de persévérance jusqu'à ce que nous voyions le résultat réel de tous les lancements, car les trois missions devraient atteindre Mars en février 2021. Qu'en sera-t-il? Nous devrons simplement attendre le printemps prochain pour le savoir.

Quant à l'envoi d'humains sur Mars, ils ont raté cette fenêtre, donc c'est encore au moins une bonne décennie devant nous pour le moment. Et rien ne changera la dynamique orbitale de la situation.

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