, abrégé en DS2, est une mission spatiale expérimentale de l'agence spatiale américaine, la NASA. Cette deuxième mission du programme est lancée en 1999. Elle comprend deux micro-sondes spatiales identiques de type pénétrateur d'une masse unitaire de qui devaient constituer le premier test d'un engin spatial de cette nature. Cette nouvelle technologie devait permettre, à terme, de déployer à bas coût un réseau de capteurs à la surface des planètes pour recueillir des données principalement sismiques et météorologiques. Le développement du programme s'inscrit à l'époque dans la nouvelle stratégie de la NASA qui privilégie les missions interplanétaires ciblées, à faible coût et avec un cycle de développement très court.

Passagères de la sonde spatiale lancée le , les deux micro-sondes sont larguées par leur vaisseau porteur durant son approche finale de la planète Mars le de la même année. Après avoir traversé l'atmosphère martienne sans dispositif de freinage (parachute ou rétrofusée), elles devaient pénétrer à grande vitesse (environ ) dans le sol du pôle sud de la planète et s'enfoncer à une profondeur d'environ . Des instruments placés dans la partie inférieure détachable de la mini-sonde devaient mesurer la conductivité thermique et la dureté du sol et détecter la présence éventuelle d'eau.

Les deux pénétrateurs largués par ne donnèrent aucun signe de vie après leur largage. La commission chargée d'enquêter sur la fin prématurée de la mission émit plusieurs hypothèses sur l'origine de leur défaillance soulignant toutes l'insuffisance des tests effectués pour la mise au point de ce nouveau type d'engin. La perte simultanée de et, quelques mois plus tôt, celle de ont contribué à faire évoluer la politique du en prenant mieux en compte les coûts permettant la réduction des risques d'échec des missions.

Contexte : le programme

vignette|Sarah Gavit du , ici devant un modèle ouvert de la micro-sonde spatiale est responsable du projet . |alt=Sarah Gavit du , responsable du projet , derrière un modèle ouvert de la micro-sonde.Le (NMP) s'inscrit dans la nouvelle stratégie d'exploration du système solaire de la NASA mise en place par son administrateur Daniel Goldin au début des années 1990. Il s'agit de développer des missions moins coûteuses que par le passé mais de ce fait plus nombreuses et développées plus rapidement : le slogan associé est (en français « plus vite, moins cher, meilleur »)Pour illustrer la longueur du cycle de développement des missions interplanétaires lourdes : la conception de la mission Cassini Huygens débute au cours de la décennie 1980, elle est lancée en 1997, elle atteint son objectif (la planète Saturne) en 2004 et elle s'est achevée en 2017. La conception de la sonde spatiale Galileo débute en 1975 mais elle est lancée en 1989 soit 14 ans plus tard.. Mais ce changement a des répercussions sur la mise au point des nouvelles technologies spatiales. Celles-ci étaient testées jusque-là dans le cadre des missions opérationnelles en profitant de leurs budgets très importants : ainsi l'utilisation de mémoires flash avait été testée pour la première fois par la mission Cassini. Cette option n'est plus envisageable dans le cadre des nouvelles missions, qui imposent pour limiter les coûts, d'utiliser des technologies parfaitement rodées. Pourtant ces missions nécessitent la mise au point de nouvelles technologies spatiales permettant la miniaturisation, la réduction des coûts et l'amélioration des performances. Pour gérer ce besoin Charles Elachi, directeur du (JPL), établissement de la NASA, propose à Goldin, un nouveau programme rassemblant des missions développées dans l'esprit du consacrées à la qualification de ces nouvelles techniques avant leur déploiement sur des missions opérationnelles. Parmi ces technologies figurent la propulsion ionique et la réalisation de sondes spatiales de type pénétrateur. Les objectifs principaux des missions de ce programme sont donc avant tout d'ordre technique, les retombées scientifiques constituant un objectif secondaire. En , le Congrès américain donne son accord pour le lancement du programme . La gestion du programme est confiée au JPL dont la vocation principale, depuis la création de la NASA, est le développement des missions interplanétaires. Le premier projet du programme lancé en 1998 est dont l'objectif principal est de valider le recours à la propulsion ionique pour des missions interplanétaires..

Mission

est la deuxième mission du programme . Elle comprend deux petites sondes spatiales de quelques kilogrammes de type pénétrateur. Le chef de projet de la mission est Sarah Gavit et le responsable des expériences scientifiques est Suzanne Smrekar. Toutes deux font partie du ..

Sondes spatiales de type pénétrateur

Un pénétrateur est un engin équipé d'instruments de mesure et conçu pour être largué en altitude : dépourvu de dispositif permettant de réduire sa vitesse, il s'enfonce dans le sol afin de recueillir des données. Le concept est testé pour la première fois par l'Armée américaine dans les années 1970. Largués d'un avion, ces pénétrateurs militaires étaient équipés de sismomètres ou d'autres instruments dans le but de détecter les mouvements de troupe.. Dans le contexte d'une mission spatiale, un pénétrateur permet théoriquement de disposer des instruments à la surface d'une planète sans avoir recours aux dispositifs complexes habituels qu'impose un atterrissage en douceur : parachute, rétrofusée, système de contrôle d'attitude, radar, train d'atterrissage… La taille de la sonde spatiale est fortement réduite ce qui influe positivement sur son coût. La légèreté et le faible coût d'un pénétrateur permettent théoriquement de déployer un grand nombre d'engins spatiaux à la surface de la planète et ainsi de disposer de plusieurs stations de mesure ce qui facilite l'étude des processus météorologiques ou l'analyse des ondes sismiques. Des projets comme MESUR, MetNet ou NetLander (tous non aboutis en 2018) reposent sur ce concept. Compte tenu des capacités réduites du pénétrateur, un vaisseau porteur, ayant ses propres objectifs, peut être utilisé pour prendre en charge le transit entre la Terre et la planète à étudier. La première mise en œuvre d'un pénétrateur dans le domaine spatial est développée dans le cadre de la mission russe Mars 96. Les pénétrateurs de Mars 96 sont longs de pour un diamètre de et ont une masse de . Malheureusement la sonde spatiale est détruite dès son lancement. L'agence spatiale japonaise développe à la même époque que la mission qui emporte également des pénétrateurs de . Ceux-ci doivent être largués depuis l'orbite et pénétrer dans le sol lunaire à une vitesse de . Mais la mission, dont le lancement était planifié initialement en 2002, est annulée en 2007 pour des raisons budgétaires..

Déroulement du projet vignette|Un canon à air est chargé avec un modèle de la sonde spatiale pour tester sa résistance à l'impact.|alt=Personnel chargeant un canon disposé sur une piste. vignette|Les sous-ensembles de la micro-sonde : 1 Partie arrière du module de descente - 2 Antenne radio - 3 Partie supérieure de la micro-sonde - 4 Câble reliant les deux sous-ensembles (énergie, données) - 5 Partie inférieure de la micro-sonde - 6 Partie avant du module de descente.|alt=Schéma montrant les sous-ensembles de la sonde spatiale : module de descente, partie inférieure et supérieure de la sonde spatiale, antenne radio.

Initialement, le projet a pour objectif de déposer des sismomètres à la surface de Mars au niveau des latitudes équatoriales. Le projet évolue lorsque les responsables décident d'utiliser la sonde spatiale (MPL) comme vaisseau porteur. Les deux micro-sondes doivent être larguées par cette sonde spatiale juste avant sa rentrée atmosphérique et pénétrer dans l'atmosphère de Mars en suivant des trajectoires individuelles. MPL, qui est un atterrisseur, doit se poser près du pôle sud et les pénétrateurs, qui ne disposent d'aucune autonomie pour modifier leur trajectoire, sont contraints d'opter pour la même destination. Mais les températures rencontrées au niveau des régions polaires réduisent fortement la durée de vie des batteries qui sont la seule source d'énergie dont disposent les micro-sondes. Dans ces conditions, les relevés effectués par un sismomètre se feraient sur une trop courte période pour apporter une contribution scientifique significative. Les responsables du projet sont contraints de remplacer le sismomètre par une nouvelle charge utile dont l'objectif sera d'analyser les éléments volatile présents dans le sol : il s'agit de confirmer la présence d'eau à la surface, hypothèse vraisemblable compte tenu de la latitude visée. La durée de vie des micro-sondes au sol est limitée à quelques heures..

Le projet doit faire face à de nombreuses difficultés durant sa mise au point car le volume et la masse sont fortement réduits - sa masse est le centième de celle des sondes spatiales les plus petites développées à cette époque par la NASA - et à des contraintes liées aux conditions d'arrivée sur le sol (incidence, décélération). Au fur et à mesure du développement, la masse disponible pour les instruments scientifiques se réduit. pour gagner en masse et en volume, il est prévu initialement que le système de télécommunications, qui doit transmettre les données vers la Terre en utilisant comme relais l'orbiteur martien , repose sur un unique circuit hybride mais des difficultés importantes de mise au point imposent de renoncer à cette solution. avant le lancement de , l'équipe projet doit remplacer ce circuit par une carte électronique classique à la fois plus volumineuse et consommant plus d'énergie. Pour respecter la contrainte de masse, il faut abandonner le capteur de pression, un des instruments scientifiques initialement prévus.. le pénétrateur atteint le sol martien avec une vitesse d'environ (environ ). Ses composants électroniques et ses batteries doivent en conséquence survivre à une décélération de g. Pour le vérifier, des tests d'impact très laborieux sont effectués : les composants électroniques sont introduits dans des projectiles qui sont tirés dans le sol à l'aide de canons à air. Les résultats sont dépouillés en laboratoire. Les composants utilisés pour les batteries, sélectionnés pour leur résistance au froid, ont tendance à exploser au moment de l'impact.. la sonde spatiale est composée de deux parties qui se séparent au moment de l'impact et qui sont reliées entre elles par un câble ombilical plat permettant la transmission d'énergie et de données. Il faut de nombreux essais pour mettre au point la forme de la partie arrière qui doit rester à la surface (elle porte l'équipement radio utilisé pour communiquer avec la Terre). Il faut que celle-ci ne s'enfonce pas de plus de dans le sol ou qu'elle ne rebondisse pas. Les tests effectués sont incomplets car ils ne permettent pas de valider la résistance à l'impact sur tous les types de terrain susceptibles d'être rencontrés sur Mars.. le volume occupé par le câble ombilical d'une longueur initiale de est trop importantUn revêtement déposé sur le câble pour assurer son isolation se révèle cassant et ne permet pas d'enrouler le câble de manière trop serrée.. Les tests d'impact ayant démontré que la partie avant de la sonde ne s'est enfoncée qu'à une seule reprise (sur ) à plus d'un mètre de profondeur, le câble est raccourci à .. la mise au point de batteries capables à la fois de fonctionner par une température de et de résister à une décélération de g est une des principales difficultés rencontrées par le projet compte tenu du caractère explosif des composants utilisés.