Mars Exploration Rover - Définition

Les rovers MER sur le sol martien

Spirit

La mission principale (2004)

Le module d’atterrissage du robot Spirit se pose le 3 janvier 2004 à une latitude de 15° au sud de l’équateur dans le cratère Gusev formé par l'impact d’une météorite de grande taille il y a plusieurs milliards d’années. Le cratère d'un diamètre de 145 km de diamètre, porte le nom de Matvel Gusev, un astronome russe du XIX^e siècle.

Ce site d'atterrissage a été choisi parce ce qu'il se situe au débouché de la vallée Ma’adim longue de 900 km qui a sans doute été formée par l'érosion fluviale. À l'époque les flots se seraient frayés un chemin à travers la bordure du cratère et un lac aurait occupé une partie du cratère. En choisissant cet emplacement les scientifiques espèrent trouver des traces des sédiments déposés par les eaux du lac qui permettraient de déterminer les conditions qui régnaient à l'époque.

L’espoir de découvrir des traces d’une sédimentation lacustre est rapidement déçu : Spirit détecte essentiellement du basalte d'origine volcanique. Les sédiments existent peut-être mais sont enfouis sous des matériaux plus récents. Par ailleurs le site d'atterrissage de Spirit ne présente aucun affleurement rocheux qui permettrait d'étudier le sous-sol. Le 10 février, le rover est dirigé vers un cratère d'impact de 192 m de diamètre nommé Bonneville, avec l’espoir que celui-ci soit suffisamment profond pour que des affleurements de roches y apparaissent. Sur le trajet, Spirit est arrêté au milieu de la dépression baptisée Laguna Hollow. Les opérateurs sur Terre veulent tenter de faire apparaitre la couche de sédiment qui est peut-être enfouie sous la couche de sable superficielle qui recouvre le site : le rover pivote sur une roue tandis que les autres roues, maintenues bloquées, creusent le sol. Mais la manœuvre ne met à jour rien d'intéressant.

Après avoir parcouru 250 mètres depuis le site d'atterrissage, Spirit parvient au cratère Bonneville : celui n'est pas assez profond pour laisser apparaître des affleurements rocheux. L’impact de la météorite n’a pas été suffisant pour que les éjectas proviennent de la sous couche volcanique. Le rover entame ensuite un long trajet vers les collines Columbia, le relief le plus proche distant de 2,3 km toujours dans l’espoir de trouver des affleurements rocheux.

Les collines Columbia (2004-2006)

Spirit atteint la base des collines Columbia en juin 2004. En un peu plus d'un an et en parcourant 4,81 km Spirit parvient à se hisser le 21 aout 2005 sur la plus haute des collines Columbia baptisée Husband Hill. Sur son trajet, le rover étudie de nombreuses roches situées sur les flancs des collines et trouve des traces de l'action de l'eau sous forme liquide. Durant son ascension, les panneaux solaires du rover, qui se sont progressivement recouverts de poussière depuis l'atterrissage, retrouvent toute leur efficacité grâce à l'action des tourbillons de poussière martiens. Le rover entame la descente vers la plaine et atteint en février 2006 un affleurement rocheux remarquable en forme de plateau situé au pied des collines baptisé Home Plate. Cet ensemble semble constitué de plusieurs couches rocheuses d'origine volcanique.

Home Plate (2006-2008)

Après avoir travaillé aux abords de Home Plate, Spirit est dirigé vers la colline McCool Hill mais mi-mars 2006 sa progression est ralentie par le blocage de la roue avant droite. Après avoir fait avancer le rover en marche arrière pour compenser la roue bloquée l'équipe au sol décide d'immobiliser Spirit le 14 avril sur une arrête rocheuse baptisée Low Ridge Haven pour que le rover y passe l'hiver. Durant 8 mois Spirit, qui a jusque-là parcouru 6,9 km, reste immobile en attendant que l'ensoleillement redevienne suffisant pour recharger ses batteries et progresser à nouveau. En novembre 2006 Spirit est de nouveau opérationnel mais la roue avant droite est toujours coincée et le rover doit avancer à reculons. La roue bloquée freine le rover car elle creuse un sillon dans le sol martien ; fin mai 2007 ce comportement handicapant permet de faire apparaitre sous la couche superficielle un sol inhabituel composé de 90% de silice : or les mécanismes de formation de ce matériau nécessitent un milieu aqueux favorable à la vie. Entre juillet et aout 2007 le rover affronte de violentes tempêtes de poussière qui obscurcissent le ciel mais Spirit survit à cet épisode. Fin 2007 le rover a franchi jusque-là 7,5 km et est immobilisé au nord de Home Plate pour y passer l'hiver. La position du rover est optimisée de manière à ce que l'inclinaison des panneaux solaires par rapport à l'horizontale atteigne 30° afin de permettre au rover de capter dans la position la plus favorable le rayonnement solaire déclinant. L'énergie générée ne doit pas chuter sous la valeur de 150 W·h par jour pour que le rover puisse se maintenir en état de fonctionnement (55 W·h pour les résistances du spectromètre, 29 W·h pour celles des batteries, le reste étant utilisé par l'ordinateur, etc..). En octobre 2008, Spirit se remet en route malgré un hiver prolongé en raison de mauvaises conditions atmosphériques.

Spirit définitivement immobilisé (2009)

En décembre 2008 Spirit entame un long trajet qui doit l'amener vers deux formations géologiques baptisées « Goddard » et « von Braun ». Comme la route la plus courte à travers le plateau Home Plate n'est pas accessible, l'équipe au sol choisit de contourner Home Plate par le nord puis l'ouest avant de diriger le rover vers ses nouveaux objectifs. Alors que Spirit est en route vers von Braun, le 26 avril ses roues s'enfoncent dans une petite dune de sable et le rover ne parvient pas à se dégager. L'équipe du JPL essaie de trouver une solution pour libérer Spirit en simulant sur Terre les manœuvres à effectuer à l'aide d'un modèle du rover placé sur une reproduction du sol martien. Plusieurs tentatives sont exécutées en essayant de faire reculer ou avancer prudemment Spirit mais toutes échouent. Début 2010, la NASA renonce à libérer Spirit : le rover qui a parcouru depuis son atterrissage 7 730,5 mètres agit désormais en tant que station de mesure fixe.

Mais l'hiver martien approchant (le solstice de l'hiver martien est le 12 mai 2010) la quantité d'énergie disponible chute fortement. Or Spirit, immobilisé, ne peut pas orienter ses panneaux solaires de manière optimale. Le 30 mars le satellite Mars Odyssey qui relaie les liaisons radio de Spirit signale qu'il n'a pas reçu l'émission radio programmée de Spirit. Le rover, qui ne recevait plus que 134 W·h par jour lors de la dernière communication réussie, s'est sans doute mis en sommeil pour ne pas descendre au-dessous d'un seuil d'énergie critique pour ses fonctions vitales. Mi juillet 2010, malgré l'augmentation de l'énergie solaire reçue par les panneaux solaires, le rover est toujours silencieux.

Opportunity

La mission principale (2004)

Le rover Opportunity se pose le 24 janvier 2004 sur Meridiani Planum. Le nom de Meridiani vient de la proximité de cette zone avec le méridien « zéro » de Mars (longitude 0°), alors que Planum signifie « plaine ». Ce plateau a été retenu comme site d’atterrissage parce que le spectromètre embarqué à bord de l'orbiteur martien Mars Global Surveyor a détecté que cette région était particulièrement riche en une des formes d'oxyde ferreux appelée hématite grise. Or, sur Terre ce minerai se forme généralement, mais pas toujours, en présence d’eau liquide. L’objectif de la mission est de chercher des indices d’une formation de l’hématite par voie sédimentaire (dépôts laissés par un lac), ou du fait d’une activité hydrothermale.

Opportunity, plus chanceux que Spirit, s'immobilise après son atterrissage au centre d’un petit cratère d'impact de 22 m de diamètre, baptisé Eagle, dont les bords présentent des affleurements rocheux. Cette disposition des lieux a permis de conduire rapidement des études sur la nature et l’histoire du sous-sol rocheux du site. Les instruments scientifiques recueillent de nombreux indices qui prouvent qu'une partie des roches visibles se sont formées en partie sous l'action de l'eau liquide.

Le cratère Endurance (2004)

Après avoir quitté le cratère Eagle, le rover se dirige vers le cratère Endurance situé à 750 m. Il l'atteint le 30 avril 2004. Opportunity étudie dans un premier temps les bords du cratère en effectuant des relevés à l'aide de la caméra panoramique et du Mini-TES. Le rocher Lion Stone qui se trouve sur sa route a la même composition que les roches situées au fond du cratère Eagle. Le 4 juin 2004 les responsables de la mission décident de prendre le risque de faire descendre le rover à l'intérieur du cratère : Oportunity ne pourra peut être pas remonter du fait de la pente mais les scientifiques pensent que des couches profondes du sous-sol observées à l'intérieur du cratère, sont susceptibles de fournir de nombreuses réponses. Le rover pénètre dans le cratère en passant par un site baptisé Karatepe qui montre cinq strates rocheuses aux caractéristiques, texture et composition chimique, nettement différentiées. Les géologues en concluent qu'il s'agit de strates qui se sont formées à des dates différentes. En s'enfonçant dans le cratère, le rover analyse plusieurs rochers situés sur son trajet. Les contrôleurs renoncent à étudier les formations sableuses qui tapissent le fond du cratère de peur que le rover ne s'enlise définitivement. En remontant pour sortir du cratère, le rover analyse un rocher baptisé Wopmay qui fournit des indices ambigus sur le rôle de l'eau dans la formation des rochers situés au fond du cratère avant et après l'impact. Le rover se dirige ensuite vers une petite falaise sur la paroi interne d'Endurance baptisée Burns Cliff. La pente ne permet pas de s'approcher suffisamment de la formation pour utiliser les spectromètres mais de nombreuses photos sont prises avec la Pancam. Des couches de sédiments qui ont pu être déposées par l'eau sont identifiées. Opportunity a passé près de 180 jours martiens dans le cratère avant de remonter sans problème la pente intérieure du cratère à la fin du mois décembre 2004.

En route vers le cratère Victoria (2005-2006)

Désormais Opportunity se dirige vers le cratère Victoria situé à plus de 9 kilomètres. Au cours de son trajet le rover passe devant le bouclier thermique qui fait l'objet de nombreuses photographies destinées à analyser son état et en déduire le déroulement de la rentrée atmosphérique. À proximité, le rover permet de découvrir la première météorite rencontrée sur une autre planète : baptisée Heat Shield Rock, celle-ci a la taille d'un ballon de basket et les spectromètres du rover indiquent qu'elle est composée de fer et de nickel. Le rover passe successivement devant les cratères Alvin Jason, Naturaliste et Vostok sans effectuer d'investigations approfondies. Le 20 mars 2005 Opportunity bat le record de distance parcourue en une journée martienne en progressant de 220 mètres. Le 26 avril 2005 le rover est immobilisé après avoir entièrement enfoui quatre de ses roues dans une petite dune de sable. Après un mois et demi de manœuvres prudentes, l'équipe au sol parvient à libérer Opportunity le 4 juin. Entre octobre 2005 et mars 2006 le rover explore le cratère Erebus dont il étudie les nombreux affleurements rocheux. En novembre 2005 le moteur qui actionne la première articulation du bras (l'épaule) porte instruments tombe en panne. L'origine du problème est connue depuis l'atterrissage : l'interrupteur de la résistance chauffante de l'articulation, mal assemblé, ne fonctionne pas et le moteur est soumis à des alternances de températures qui ont fini par le gripper. Le bras est débloqué mais 2 ans plus tard, en mai 2008, après un incident encore plus sérieux les contrôleurs décident de maintenir le bras étendu en permanence pour qu'il ne devienne pas définitivement inutilisable à la suite d'un nouveau blocage

Le cratère Victoria (2006-2008)

Fin septembre 2006 le cratère Victoria est atteint : avec ses 800 mètres de diamètre, c'est le plus grand des cratères visités par le rover. C'est également le plus prometteur, avec ses hautes parois de roches affleurantes qui devraient livrer de nouveaux indices géologiques. Les panneaux solaires, nettoyés par des tourbillons de poussière ou un phénomène lié au gel, retrouvent brièvement en mars 2007 toute leur efficacité avec une puissance générée de 800 W·h avant que ne s'abattent des tempêtes particulièrement violentes mi-2007 qui font chuter la puissance disponible obligeant le rover à arrêter toute opération. La NASA craint à un moment que le rover épuise complètement ses ressources électriques et endommage son électronique qui n'aurait plus été protégée du froid mais le rover parvient à survivre à cet épisode. Le temps s'étant amélioré, le rover démarre en septembre 2007 une série d'études des strates rocheuses qui s'élèvent à l'intérieur du cratère Victoria avant de quitter le cratère fin aout 2008.

En route vers le cratère Endeavour (2008-2011?)

Le rover quitte définitivement le cratère Victoria au début du mois de septembre 2008 en direction du sud-est pour rejoindre le cratère Endeavour, un cratère d'environ 22 kilomètres de diamètre. Les programmeurs estiment alors que pour atteindre ce cratère distant de 12 km environ, un voyage de près de deux ans est nécessaire. Les scientifiques pensent pouvoir y découvrir des empilements de couches de roches bien plus importants que ceux observés dans la cratère Victoria. De plus grâce aux observations de la sonde Mars Reconnaissance Orbiter en orbite, des études minéralogiques et morphologiques de roches fracturées situées sur le bord du cratère Endeavour ont permis d'identifier des phyllosilicates et ces minéraux se sont probablement formés dans un milieu humide, très tôt dans l'histoire de Mars.

Entre le 29 novembre et le 13 décembre 2008, le Soleil s'interpose entre la Terre et Mars et ne permet plus la communication avec les rovers. Durant cette période, l'équipe du rover a programmé Opportunity qui doit utiliser le spectromètre Mössbauer afin d'examiner un affleurement rocheux nommé Santorini. Le 7 mars 2009 (Sol 1820) après avoir parcouru près de 3,2 kilomètres depuis Victoria, Opportunity' est pour la première fois en vue cratère Endeavour situé à 12 kilomètres. On distingue également le cratère Iazu situé à environ 38 kilomètres. Compte tenu du temps mis pour effectuer cette distance depuis Victoria, plus d'une année martienne (23 mois) devrait être nécessaire pour parvenir jusqu'à Endeavour.

Opportunity bénéficie le 7 avril 2009 (Sol 1850) d'un nettoyage de ces panneaux solaires, générant ainsi 515 Wh supplémentaire soit une augmentation de la production d'énergie d'environ 40%.

Le rover poursuit désormais sa route vers Endeavour qu'il doit atteindre en 2011. Fin juin 2010 alors que l'hiver martien s'éloigne, Opportunity est toujours opérationnel et progresse rapidement. En raison des détours effectués pour éviter les dunes de sable les plus dangereuses, le rover qui a malgré tout parcouru 21,4 km depuis son arrivée sur Mars, se situe encore à 12 km du cratère Endeavour mais a sans doute réalisé la partie du trajet la plus dangereuse.