Mars Science Laboratory - Définition

Introduction

Le Mars Science Laboratory, baptisé Curiosity, est un astromobile (rover) de la NASA destiné à l'exploration de la planète Mars, qui doit être lancé en novembre 2011 par une fusée Atlas V pour atteindre la planète Mars à l'été 2012 et y réaliser le premier atterrissage de précision. Il est prévu pour fonctionner une année martienne, soit 668 jours martiens, ce qui représente 686 jours terrestres.

Son objectif premier est d'évaluer l'habitabilité passée et présente de la planète rouge, et il est également conçu pour mener des recherches sur la géologie martienne, notamment des analyses de roches prélevées aussi bien en surface qu'en profondeur par forage.

L'engin sera cinq fois plus lourd que les rovers Spirit et Opportunity, et emportera dix fois plus de matériel que ces dernières, matériel fourni par les États-Unis, le Canada, l'Allemagne, la France, la Russie et l'Espagne. Le coût total de la mission est estimé à 2,3 milliards de dollars US.

Objectifs

La mission Mars Science Laboratory poursuit quatre objectifs principaux :

• déterminer si la vie a pu exister sur Mars ;
• caractériser le climat de Mars ;
• préciser la géologie de Mars ;
• préparer l'exploration humaine de la planète rouge.

Dans cette optique, et particulièrement du point de vue de l'habitabilité de la planète, Mars Science Laboratory devra travailler selon huit axes principaux :

1. recenser les composés organiques présents à la surface de Mars et établir leur distribution ainsi que leur concentration
2. quantifier les éléments chimiques fondamentaux de la biochimie : carbone, oxygène, hydrogène, azote, phosphore et soufre
3. identifier d'éventuelles traces de processus biologiques
4. caractériser la composition de la surface martienne et des couches superficielles du sol d'un point de vue minéralogique, isotopique et chimique
5. comprendre les processus de formation et d'altération des sol et des roches sur Mars
6. déterminer le schéma d'évolution de l'atmosphère de Mars sur les quatre derniers milliards d'années
7. établir le cycle de l'eau et le cycle du dioxyde de carbone sur Mars ainsi que la distribution actuelle de ces deux molécules sur la planète
8. mesurer le spectre large des radiations à la surface de Mars issues des rayons cosmiques, des bouffées de protons énergétiques émis par les éruptions solaires ou par les ondes de choc d'éjections de masse coronale, voire des neutrons secondaires issus de réactions de fission nucléaire dans l'atmosphère sous l'effet des rayonnnements incidents.

Spécifications du rover

Par rapport à ses prédécesseurs le rover est un engin particulièrement imposant — 775 kg, contre 174 kg pour les rovers Spirit et Opportunity, et à peine 10,6 kg pour Sojourner — ce qui lui permet d'embarquer 80 kg d'instruments (contre 6,8 kg pour Spirit et Opportunity). Il est long de 2,7 m et peut se déplacer théoriquement à une vitesse de 90 m/h en navigation automatique, mais ne devrait pas pouvoir effectuer plus de 30 m/h en moyenne compte tenu des irrégularités du terrain ou des problèmes de visibilité. On table sur une distance totale parcourue à la surface de Mars d'au moins une vingtaine de kilomètres sur les deux années terrestres que doit durer la mission au minimum.

Comparaison des roues d'Opportunity, de Sojourner et du rover MSL.

Au départ de l'orbite terrestre, le vaisseau spatial qui emporte le rover pèsera 3 400 kg comprenant, outre les 850 kg du rover proprement dit, 600 kg pour l'étage de croisière, qui prend en charge le trajet Terre-Mars et effectue les corrections de trajectoire nécessaires. L'étage de descente pèsera 829 kg, auxquels s'ajouteront 390 kg de carburant, 389 kg de bouclier thermique et 349 kg d'enveloppe externe arrière.

Le rover sera bien plus performant que les robots actuels grâce à un générateur thermoélectrique à radioisotope (RTG) développé par le Département de l'Énergie des États-Unis utilisant une charge de 4,8 kg de dioxyde de plutonium PuO₂ enrichi en plutonium 238 générant une puissance initiale d'environ 2 000 W thermiques convertis nominalement en 120 W électriques par thermocouples PbTe/TAGS : Mars Science Laboratory pourra ainsi disposer d'une énergie abondante de 2,5 kWh/j au lieu de 0,6 à 0,9 kWh/j sur Opportunity, dont la puissance résiduelle, le 12 mai 2009 (après 1884 sols) n'était plus que de 460 Wh/j. De surcroît, cette puissance sera indépendante de l'intensité du rayonnement reçu du Soleil et n'imposera donc pas d'arrêter la mission pendant l'hiver martien, contrairement au cas de Spirit et d'Opportunity. MSL dispose d'une autonomie nominale d'une année martienne, soit près de deux années terrestres, mais sa source d'énergie devrait encore fournir 100 W électriques après 14 années terrestres de fonctionnement.

Un système de radiateurs composé de près de cinquante mètres de tubes dans lesquels circule un fluide caloporteur permet de rejeter la chaleur excédentaire.

Le rover dispose de deux ordinateurs identiques « radiodurcis » — radiation-hardened ou rad-hard en anglais — pour résister aux rayons cosmiques, construits chacun autour d'un cœur RAD750 fournissant une puissance de 400 MIPS à 200 MHz, successeur du RAD6000 utilisé par les Mars Exploration Rovers. Chaque ordinateur comporte 256 Ko d’EEPROM, 256 Mo de mémoire DRAM et 2 Go de mémoire flash. Une centrale à inertie à trois axes doit faciliter la navigation sur le terrain.