(anciennement ) est une des deux sondes spatiales de l'agence spatiale américaine, la NASA, lancée en 1998 pour étudier la planète Mars. Cet orbiteur doit étudier la météorologie de la planète Mars, le cycle hydrologique et du dioxyde de carbone, dans le but de mieux modéliser le climat actuel de la planète, mais également de reconstituer les changements climatiques passés.
est un orbiteur de petite taille d'une masse au lancement de dont d'ergols utilisés essentiellement pour s'insérer en orbite. La sonde spatiale emporte deux instruments : une caméra permettant de prendre des images en lumière visible et dans l'infrarouge ainsi qu'un radiomètre collectant des données dans les mêmes longueurs d'onde.
est lancée le par une fusée 7425. Après un transit de entre la Terre et Mars, elle entame les manœuvres d'insertion sur une orbite martienne le . À la suite d'une confusion d'unités, commise par les ingénieurs de la NASA et admise à demi-mot plus tard par Edward Weiler, le responsable des programmes de sciences spatiales de la NASA, la sonde se place sur une orbite trop basse et est détruite en traversant à grande vitesse la partie supérieure de l'atmosphère martienne. En effet, les valeurs communiquées pour les valeurs de poussée du moteur de freinage par la firme Lockheed étaient exprimées dans des unités anglo-saxonnes, or les ingénieurs de la NASA ont cru avoir des données exprimées dans le système international comme spécifié dans le contrat de sous-traitance. Les valeurs utilisées dans les logiciels de calcul étaient donc erronées. Cet échec qui est suivi quelques mois plus tard par celui de Mars Polar Lander secoue fortement l'agence spatiale américaine. Il sonne l'arrêt du programme Surveyor qui prévoyait le lancement de deux missions martiennes à bas coût tous les deux ans (à chaque ouverture d'une fenêtre de lancement vers Mars). Il ne remet cependant pas en cause la politique des missions à coût modéré qui se poursuivra par la suite avec de grands succès.
Contexte
Depuis le début de l'exploration spatiale, la planète Mars constitue un des objectifs majeurs des missions d'exploration du système solaire. Contrairement aux autres planètes du Système solaire, Mars a probablement connu par le passé des conditions proches de celles présentes sur Terre, lesquelles ont pu permettre l'apparition de la vie. Mars conserve encore actuellement une atmosphère ainsi que de l'eau à sa surface et sa proximité permet d'y envoyer relativement facilement des sondes spatiales. Des missions de reconnaissance sont organisées pour recueillir des informations sur le climat actuel et passé, pour mieux comprendre cette planète mais aussi pour envisager une potentielle présence humaine dans le futur.
Le premier engin humain à s'être posé en douceur sur Mars est l'atterrisseur soviétique , le , mais le contact avec la sonde est perdu seulement après l'atterrissage. Cette défaillance est attribuée à une tempête de poussière martienne. Le premier succès d'un atterrisseur martien vient le , avec l'atterrissage réussi de la mission américaine Viking, dont les deux atterrisseurs transmettront des photographies en couleur et des données scientifiques durant plus de .
Programme Mars Surveyor : des missions martiennes à faible coût
La NASA lance, en 1992, la mission alors qu'il s'est écoulé dix-sept ans depuis le programme américain Viking et sa dernière mission . Mais trois jours avant la date prévue pour l'insertion sur son orbite martienne, le contact avec la sonde spatiale est perdu. est la sonde la plus coûteuse lancée par la et elle est perdue avant d'avoir accompli sa mission ( de dollars de l'époque). Cet échec entraîne une révision de la stratégie d'exploration planétaire américaine : celle-ci doit désormais permettre d'envoyer davantage de sondes à budget serré de manière à ne pas tout perdre en cas d'échec. C'est le qui devient la devise du nouveau programme Mars Surveyor. Dans le cadre de ce programme, à chaque conjonction favorable de Mars et de la Terre (soit environ tous les deux ans), la prévoit d'envoyer à la fois une sonde spatiale de type orbiteur, qui doit effectuer ses observations depuis l'orbite martienne, et une autre de type atterrisseur, chargée de se poser sur le sol martien pour y recueillir des données scientifiques. À la recherche d'économies d'échelle, la NASA passe en 1995 un accord avec Lockheed Martin Astronautics à Denver dans le Colorado pour la construction de ces sondes spatiales à bas coût. Les deux premières sondes sont lancées en 1996 et remplissent leur mission avec succès : l'atterrisseur (exclu de l'accord avec Lockheed) se pose sur Mars et libère le premier robot mobile extraplanétaire, Sojourner, qui explore les environs durant quelques semaines ; l'orbiteur renvoie durant neuf ans une quantité inégalée de données sur l'atmosphère, la surface et la structure interne de Mars.
Deux sondes Mars Surveyor 98
Conformément à ses plans, la développe pour un lancement en 1998 deux nouvelles sondes spatiales : et Mars Polar Lander. doit embarquer deux des instruments détruits avec la sonde Mars Observer et jouer le rôle de station météorologique martienne. Mars Polar Lander est chargé des opérations en surface. Depuis le début de l'exploration de Mars par des engins spatiaux, il est le premier dont l'objectif est de se poser aux latitudes élevées dans les régions proches du pôle pour y étudier le cycle de l'eau et du dioxyde de carbone. Le coût de la mission pour les deux sondes spatiales de 1998 est évalué à US$ 98, dont pour leur développement, pour leur lancement et pour les opérations en cours de mission.
Pour remplir sa mission, doit circuler sur une orbite héliosynchrone à d'altitude qui lui permet de passer à chaque orbite à l'équateur à de l'après-midi côté jour. Cette orbite fournit des conditions d'éclairage constantes. Comme la sonde vénusienne Magellan et la sonde martienne Mars Global Surveyor, doit avoir recours à l'aérofreinage pour atteindre son orbite de travail : cette technique permet de réduire la quantité d'ergol nécessaire pour s'insérer en orbite autour de Mars. L'orbite initiale est fortement elliptique puis, durant , la sonde effectue à chaque passage au périgée une plongée dans l'atmosphère plus dense qui, en la freinant, réduit son apogée jusqu'à aboutir à une orbite quasi circulaire.
Objectifs Les principaux objectifs scientifiques de la mission portent sur la distribution de l'eau sur Mars et l'étude du climat passé et présent. Du fait de la température qui dépasse très rarement l'eau reste stockée tout au long de l'année dans les calottes polaires. Mais elle est également présente sans doute dans le sol mélangée physiquement et chimiquement à d'autres éléments du sol. La modélisation des températures dans les couches peu profondes sous la surface indique que la glace d'eau est sans doute présente dans les régions polaires. Les instruments doivent analyser le cycle climatique quotidien et saisonnier, mesurer les dépôts de givre et identifier les interactions entre la surface et l'atmosphère pour mieux comprendre le système global de la planète. Les autres objectifs majeurs sont :
Étudier les variations affectant la poussière atmosphérique et les matériaux volatiles ainsi que le dioxyde de carbone et l'eau sous leur forme gazeuse et solide. L'orbiteur doit effectuer ces observations sur une année martienne complète ( terrestres) ; Identifier les réservoirs situés en surface de matériaux volatiles et de poussière et observer leurs variations au cours de l'année. La caméra et le sondeur doivent pouvoir déterminer les limites des zones occupées par les différents matériaux et leurs changements au cours des saisons ; Déterminer les processus climatiques qui déclenchent les tempêtes de poussière locales et régionales ainsi que les processus atmosphériques qui transportent les volatiles tels que la glace d'eau et les poussières tout autour de la planète ; Chercher des indices d'un changement climatique dans le passé : des strates de terrain dans les régions polaires semblent indiquer que des changements climatiques sont intervenus relativement récemment et que ces variations sont peut-être cycliques. Les études sur le climat originel de Mars comparé à celui de la Terre permettront de déterminer si les principaux déclencheurs du changement climatique martien sont des facteurs internes ou externes (telle qu'une modification de l'orbite).
La sonde doit également servir de relais radio à l'atterrisseur Mars Polar Lander sur toute la durée de sa mission de .
Caractéristiques techniques vignette|upright=1.5|Schéma de la sonde : 1 Volets de trainée - 2 Batterie - 3 Caméras (en arrière-plan) - 4 Antenne UHF - 5 Radiomètre - 6 Pont des instruments scientifiques - 7 Pont des équipements - 8 Réservoir ergols (1/2) - 9 Grappes de micropropulseurs - 10 Tuyère du propulseur principal - 11 Amplificateurs de l'émetteur radio - 12 Antenne parabolique grand gain - 13 Antenne moyen gain - 14 Cardan des panneaux solaires - 15 Panneaux solaires.
est un engin de forme parallélépipédique de de haut pour de large. La structure est constituée par des panneaux en nid d'abeille réalisés avec du composite en carbone et de l'aluminium. La sonde dispose pour ses manœuvres de huit micro-propulseurs monoergol brûlant de l'hydrazine, dont quatre de de poussée pour les corrections de trajectoire et quatre de pour les corrections d'orientation. La sonde spatiale est stabilisée trois axes. L'orientation est déterminée par un viseur d'étoiles, des capteurs solaires et deux centrales à inertie. L'orientation est corrigée en utilisant soit les micro-propulseurs soit trois roues de réaction. L'insertion en orbite autour de Mars est effectuée par le propulseur principal de type LEROS 1B fournissant de poussée et brûlant un mélange d'hydrazine et de peroxyde d'azote.
Les télécommunications utilisent une antenne parabolique de fonctionnant en . Le transpondeur a été développé pour la mission Cassini–Huygens. L'énergie est fournie par trois panneaux solaires produisant au niveau de l'orbite de Mars. Ces panneaux sont orientables et ont une longueur totale de . La sonde dispose de batteries nickel/hydrogène de . Les panneaux solaires sont conçus pour pouvoir assurer l'aérofreinage de la sonde durant la première phase de la mission autour de Mars. L'ordinateur de bord utilise un processeur IBM RAD6000 pouvant être cadencé à , ou . La mémoire est constituée de de mémoire vive classique et de de mémoire flash. Par ailleurs, un récepteur UHF doit permettre de recevoir les données des missions se trouvant à la surface de la planète, en particulier de la mission Mars Polar Lander pour qu'elles soient ensuite relayées vers la Terre. Tous les équipements sont dupliqués sauf la batterie et le propulseur principal.
Instrumentation scientifique
La sonde emporte deux instruments scientifiques dérivés de ceux embarqués à bord de la mission Mars Observer Nirgal.net > Mars Surveyor 98 > Mars Climate Orbiter > Les instruments scientifiques, dernière mise à jour le 21 janvier 2000.
Caméra MARCI
La caméra MARCI () comprend deux caméras dont l'une est dotée d'un grand angle et l'autre dotée d'un objectif moyen. Toutes deux travaillent dans plusieurs bandes spectrales : UV, visible, et infrarouge. Ce sont des versions miniaturisés des caméras de Mars Observer ( moins lourdes). La caméra grand angle fournit des vues quotidiennes et globales de l'atmosphère avec une résolution spatiale qui peut aller de en fonction du débit utilisé. La caméra à objectif moyen angle est destinée à la surveillance de la surface de Mars pour y détecter d'éventuels changements. Sa résolution est de .
Radiomètre PMIRR