Les données concernant Mars ont été accumulées grâce aux nombreuses missions lancées depuis plus de 60 ans vers la planète rouge. C’est la sonde Mariner 4 lancée par la NASA en 1964, qui après 228 jours de voyage inaugure un premier survol réussi de Mars. Depuis lors, environ cinquante missions ont été lancées vers Mars ; que ce soient des orbiteurs, des landers (atterrisseurs fixes) ou des rovers (modules mobiles), ces entreprises ont connu des succès variés.
Voir aussi Partie 1/2 http://immuscience.org/voyage-vers-la-planete-mars-partie-1-3/
Premières décennies d’exploration vers Mars
Dans les années 1960 à1980, les Etats-Unis (USA) et l’Union Soviétique sont les deux puissances spatiales à réussir des lancements vers Mars, mais les mises en orbite et atterrissages sont loin d’être menés jusqu’au bout (note : le mot « amarsissage » est un néologisme qui ne fait pas encore partie du dictionnaire français, c’est le mot atterrissage qui fait référence au sol sur lequel on se pose qui doit être utilisé). Seuls les USA (NASA) avec les sondes Mariner réussissent, dans les années 60, à prendre des clichés de Mars et les renvoyer vers la terre. Dans les années 1970, les sondes soviétiques Mars 2 et Mars 3 réussissent à renvoyer quelques dizaines d’images, mais c’est Mariner 9 qui réussira une première mise en orbite consolidée en 1972 et fournira des photos (plus de 7000) couvrant l’entièreté de la surface de Mars ainsi que de nombreuses données sur l’atmosphère et la surface martiennes.
En 1976, Viking1 (USA) est le premier atterrisseur à réussir à se poser sur Mars (Chryse Planitia). C’est une mission combinée orbiteur + atterrisseur qui s’éteint en 1982. Viking 2 (USA) lancé quelques jours plus tard que Viking 1 est également un succès et se pose sur le côté opposé de Mars (Utopia Planitia) pour environ deux ans d’opérations.
Dans les années 1980, deux sondes soviétiques ont tenté de se poser sur un des satellites de Mars : Phobos, mais sans succès.
Ensuite, il faut attendre la fin des années 1990 pour voir un regain d’activités pour les missions martiennes.
L’orbiteur Mars Global Surveyor (NASA) lancé en 1996 va opérer pendant 10 ans (il s’éteint quelques jours avant son dixième anniversaire en 2006). Il va établir une carte topographique presque complète de Mars.
En 1996, la mission Mars Pathfinder (NASA) constituée d’un lander et d’un rover : Sojourner, le premier à laisser ses empreintes sur Mars a pour but la démonstration de technologies d’atterrissage, et inclut 3 instruments scientifiques :
- 2 à bord du lander: une caméra pour fournir des images en relief et une station météo et
- 1 à bord de Sojourner : un spectromètre à particules Alpha et Rayon X (APXS) pour déterminer la composition chimique des roches.
Le début des années 2000
Aujourd’hui, contrairement aux orbiteurs (on le verra au paragraphe suivant), les rovers du début des années 2000 ne sont plus en activité, après avoir largement satisfait leurs objectifs.
Lancé en 2003, Mars Exploration Rovers (NASA) a amplement réussi sa mission qui ne devait durer que 90 jours et avait pour but d’étudier la géologie de la planète : ses deux rovers identiques, alimentés par des panneaux solaires ont atterri en 2004, Spirit (dernier contact en 2010) et Opportunity (dernier contact en 2018 !) ont permis une analyse approfondie des roches et de la surface martiennes. Ils ont apporté la preuve de présence d’eau liquide dans le passé lointain de Mars et ainsi de conditions potentielles de vie.
Il y a bientôt 15 ans, en mai 2008, Phoenix (lancé en 2007, NASA) se posait sur Mars. Son lieu d’’exploration, situé au plus près du pôle Nord de Mars, lui a permis l’étude de la glace martienne et de la frontière glace-sol près de la calotte glaciaire. Le lander a bien confirmé la présence d’eau glacée dans le sous-sol mais sans identifier de trace de vie (https://www.nasa.gov/feature/15-years-ago-phoenix-mars-lander-launches-to-the-red-planet). Sa situation au-delà de 68°Nord, l’arrivée de l’hiver et la poussière martienne ne lui ont pas permis de recharger ses batteries et de continuer sa quête ; les basses températures ont endommagé le lander. Il a pourtant doublé sa phase opérationnelle de 3 à 6 mois.
Aujourd’hui
Actuellement, il y a 8 sondes spatiales actives en orbite autour de Mars :
- 2001 Mars Odissey (NASA, USA) placé en orbite en 2002, est la plus ancienne sonde toujours en activité, elle étudie la surface de Mars et sert de relais de communication ;
- Mars Express (ESA, Europe), lancé en 2003 (son lander Beagle2 a raté son atterrissage), étudie la surface et l’effet du vent solaire sur l’atmosphère de Mars ainsi que sa lune Phobos ;
- Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) lancé en 2005 et en orbite depuis 2006 (NASA), a délivré grâce à ses 6 instruments scientifiques un nombre considérable de données sur la surface et l’atmosphère de Mars ;
- Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN (MAVEN )lancé en 2013 et arrivé en 2014 (NASA), suit une orbite très elliptique, étudie les différentes couches de l’atmosphère de Mars et sert de relais à Curiosity ;
- Exomars Trace Gas Orbiter lancé en 2016 (ESA et Roscosmos) étudie les gaz en présence dans l’atmosphère martienne et leurs variations (son lander Schiaparelli s’est écrasé à l’atterrissage). La deuxième partie de cette mission, une plateforme d’atterrissage (Roscosmos, Russie), et un rover (ESA,) qui devait être lancée avec une fusée russe fin 2022 a été annulée pour cause de guerre en Ukraine et est en attente d’un nouveau lanceur et d’une nouvelle plateforme pour le rover européen ;
- Mars Orbiter Mission (Mangalyaan) ou MOM, (Indian Space Research Organisation, ISRO, India) lancé en 2013 et arrivé en 2014 avec 5 instruments à bord a pour but l’étude de l’atmosphère et de la surface de Mars, sa morphologie et sa minéralogie. C’est le premier vaisseau interplanétaire indien.
- Al-Amal ou Mars Hope (Al Amal signifie espoir en arabe) (EAU en collaboration avec le Japon et les USA) lancé en 2020 et en orbite depuis 2021 a pour but l’étude du climat et de l’atmosphère de Mars ;
- L’orbiteur Tianwen 1 et son rover Zhurong (Chine) lancés en 2020 sont bien arrivés en 2021. La mise en orbite de Tianwen 1et l’atterrissage dans la plaine nordique Utopia Planitia du rover en mai 2021 ont été réussis. Après les 3 mois de missions prévus, les deux engins ont continué de fonctionner et leurs explorations ont pu se poursuivre pendant 1 an (terrestre) avant que Zhurong ne soit mis en hibernation pour passer l’hiver martien. Zhurong devait se « réveiller » fin décembre 2022 mais cette reprise n’a pas eu lieu. Seul l’orbiteur continue apparemment d’émettre et la question est de savoir si les panneaux solaires du rover chinois ont pu ou non résister à la poussière martienne et/ou aux températures de l’hiver martien (-120°C).
A la surface de Mars, il y a actuellement deux rovers en activité qui sont ceux de la NASA :
- Curiosity lancé en 2011 qui a fêté ses 10 ans (terrestres) sur Mars et est alimenté par un générateur nucléaire pour éviter le problème de l’encrassement de ses panneaux solaires. Pour suivre Curiosity https://mars.nasa.gov/msl/home/ et ses dernières trouvailles https://youtu.be/NuoR4XMmJO0?list=PLTiv_XWHnOZpzQKYC6nLf6M9AuBbng_O8
- Perseverance lancé en 2020 et accompagné de son hélicoptère Ingenuity (plus de 40 vols à son actif) qui viennent d’accomplir une première année martienne (687 sols) d’explorations ayant pour but la recherche de traces de vie et la préparation de futures missions habitées. En particulier, Perseverance a prélevé les échantillons de roche martienne et les a scellés dans des tubes qui, si la mission se poursuit comme prévu, devraient être renvoyés vers la terre. Une partie des échantillons est à son bord, l’autre partie, soit 10 tubes scellés, viennent d’être déposés par le rover sur le sol de Mars, comme back up. Le résumé des objectifs de la mission Perseverance et de son hélicoptère Ingenuity sont présentés dans cet article https://www.nature.com/immersive/d41586-021-00321-7/index.html (avec de belles perspectives sur le chemin déjà parcouru et encore à parcourir), et pour les suivre en direct https://mars.nasa.gov/mars2020/
D’autre part, Insight, la station fixe (NASA) qui a réalisé des mesures remarquables de séismologie vient de s’éteindre (janvier 2023). La poussière martienne recouvrant ses panneaux solaires l’a empêché de se recharger. Il avait enregistré tout dernièrement l’impact d’une météorite de taille importante, confirmé par des images de MRO. On observe sur les images de l’impact des traces blanches qui indiquent la présence de glace. Pour ses derniers enregistrements, on peut consulter https://www.nasa.gov/feature/jpl/nasa-s-insight-lander-detects-stunning-meteoroid-impact-on-mars
La position des différents landers et rovers de la NASA sont présentés sur l’image suivante : https://mars.nasa.gov/resources/24729/map-of-nasas-mars-landing-sites/?site=msl
L’ESA présente un bon récapitulatif des premières missions vers Mars jusqu’en 2020 sur https://exploration.esa.int/web/mars/-/56504-missions-to-mars
On peut retrouver les nombreuses missions martiennes de la Nasa sur : https://www.nasa.gov/missions.
Quand partir pour Mars ? Quelle est la durée du voyage…
La Terre et Mars évoluent à des vitesses variées sur des orbites différentes, les planètes peuvent être éloignées l’une de l’autre de 400 millions de km, ou, au plus proche, de 56 millions de km. Elles sont en moyenne distantes de 225 millions de km. Les fenêtres de lancement favorables à un voyage « court » d’environ 9 mois, pour un trajet aller, s’ouvrent ainsi tous les 26 mois.
Ensuite, une fois sur Mars, il est nécessaire d’attendre 3 mois pour avoir une disposition adéquate des planètes et rentrer vers la Terre en 9 mois également : au total, la NASA évalue à 21 mois la durée du voyage pour rallier Mars et en revenir, avec les moyens de propulsion classique.
Sur le graphique suivant (qui représente le trajet de Perseverance, NASA ), la trajectoire présentée pour rejoindre Mars depuis la Terre reprend l’évolution des planètes sur leurs orbites et souligne les phases de manœuvres nécessaires lors du lancement et de l’approche des planètes (TCM : Trajectory Correction Maneuvers).
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Quel moyen de propulsion pour rejoindre Mars ?
Bien sûr, le moyen de propulsion choisi doit être aussi pris en compte pour déterminer la durée du voyage. Des recherches sont en cours pour mettre au point des systèmes de propulsion qui pourraient réduire drastiquement la durée du voyage. La propulsion photonique mettrait ainsi Mars à seulement quelques jours de la Terre (Directed Energy Propulsion for Interstellar Exploration (DEEP-IN)). Mais, ce projet qui fait partie du programme de la Nasa couvrant des concepts innovants (NIAC NASA Innovative Advanced Concepts) n’est pas pour tout de suite… et, en attendant, ce sont les voyages d’Artemis vers la Lune qui devraient déjà fournir des éléments d’amélioration de propulsion (même si les moyens utilisés sont « classiques ».
Par ailleurs, la NASA avec la DARPA (Pentagon’s Defense Advanced Research Projects Agency) développe des moteurs à propulsion nucléaire qui réduirait le voyage vers Mars à 45 jours. D’après la NASA qui travaille sur le développement de fusée à propulsion nucléaire depuis les années 1960 -mais avec des budgets jusqu’à présent limités- une telle fusée pourrait être fonctionnelle en 2027.
D’autre part,pour avoir une idée de vitesse spatiale interplanétaire atteignable, on peut prendre la sonde solaire Parker Solar Probe, la sonde spatiale la plus rapide du moment : environ 587 000 km/h, grâce à la gravité du soleil. Dans ce cas, il faudrait une vingtaine de jours pour rallier Mars. Mais attention aux phases d’approche, il ne s’agit pas de rater la planète comme l’ont fait à leur début certaines sondes spatiales russes…
Le voyage vers Mars, le landing et le retour
Perseverance a pour mission la collecte d’échantillons afin de les ramener sur terre pour des analyses approfondies.
Pour ce qui est du retour vers la terre des échantillons, la vidéo présentée par la NASA https://mars.nasa.gov/msr/multimedia/videos/?v=523 résume les différentes étapes nécessaires à ce voyage périlleux. C’est une mission ESA – NASA qui devrait ramener les échantillons sur terre en 2033. Une fusée de la NASA avec à son bord un lander doit être envoyée sur Mars, y atterrir pour récupérer les échantillons et les ramener en orbite martienne pour les remettre à une sonde de l’ESA pour un retour sur terre. L’atterrisseur de la NASA doit décoller en 2028 et l’orbiteur de l’ESA en 2027. Dans le cas où Perseverance ne pourrait pas remettre directement ses échantillons, la solution back up repose sur deux hélicoptères (de type Ingenuity) à bord du lander qui prélèveraient les tubes déposés par Perseverance pour les remettre, un à un, au lander de la NASA. D’ici là, Perseverance continue son exploration de l’ancien delta martien.
Pour patienter et en attendant des projets habités vers Mars, le film de Ridley Scott « The Martian » i.e. « Seul sur Mars » donne un bel aperçu de ce que peut être un séjour sur la planète rouge. Le film, comme le roman d’Andy Weir (qui sert de support au film) mettent bien en évidence les difficultés liées aux vents martiens et aux nuages de poussières qui entravent le fonctionnement des panneaux solaires. Pour tous les amoureux d’espace et voyages interplanétaires, le film est une belle réussite qui ne manque ni d’humour, ni de suspens et qui présente Mars comme une planète capable d’accueillir, malgré tout, des activités humaines.
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