HdS N°4: Spirit & Opportunity, 2 frères sur Mars

En 2003, deux rovers se sont posés sur la planète rouge pour débuter la plus grande exploration de Mars jamais effectuée.

Le commencement

Tout commence en Août 2000 avec la mission MER (pour Mars Exploration Rovers), cette mission a pour objectif d’envoyer 2 rovers étudier Mars après le succès partiel de la mission Mars Pathfinder en 1996.
Ces rovers (ou astromobiles) baptisés à la base MER-A et MER-B avaient pour but d’étudier Mars plus en profondeur avec notamment des nouveaux instruments, dont un outil d’abrasion des roches et un microscope, ces instruments sont installés sur un bras mécanique pour pouvoir étudier des roches en sol.
Pour donner un nom aux rovers, une campagne organisée par la NASA nommée « Name the rovers » permettant aux gens de choisir un nom en sélectionne 2: MER-A s’appellera Spirit et MER-B s’appellera Opportunity (parfois abrégé en « Oppy« )

Les rovers

Les 2 rovers sont quasiment identiques et ont pour objectif de se poser à 2 endroits différents et d’effectuer une mission de 90 sols (Jours martiens, soit 24 h et 32 min) et 600 m.
Leur vitesse maximale ne dépasse pas les 0,2 km/h (soit un peu plus de 5 centimètres par seconde) cependant, leur vitesse moyenne est plutôt de 0,04 km/h (soit 1 centimètre par seconde). Cette vitesse extrêmement faible est cependant justifiée par la nature du terrain, quasiment inconnue, on préfère donc privilégier une vitesse lente afin de pouvoir éviter les obstacle malgré le temps de réponse du rover qui peut aller jusqu’à 30 minutes lorsque Mars est au plus loin de la Terre mais elle permet aussi de pouvoir escalader de grands obstacles et économiser de l’énergie.
Les rovers sont encapsulés dans un « véhicule de rentrée, il s’agit d’une capsule qui permet d’effectuer la rentrée dans l’atmosphère martienne et pouvant résister aux fortes chaleurs de celle ci (jusqu’à 1 500 °C)

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Vue d’artiste du rover Spirit

Départ

Le premier à partir est Spirit, qui part le 10 Juin 2003 à bord d’une fusée Delta II, le lancement se passe à merveille et la sonde est envoyée sur une trajectoire lui permettant de croiser celle de Mars 6 mois plus tard.
Ensuite, c’est au tour de Opportunity, qui part le 7 Juillet 2003 également à bord d’une fusée Delta II.

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Décollage d’Opportunity

Arrivée sur la planète rouge

Après 6 mois de voyage et 500 millions de km parcourus, les 2 rovers arrivent sur Mars avec 3 semaines d’intervalle. Ils entament alors la séquence d’atterrissage:

Scénario D’ATTERRISSAGE

Peu avant d’atterrir, le module de rentrée éjecte le module de service qui contient les panneaux solaires et un propulseur pour les corrections de trajectoire.
Peu après, la sonde rentre dans l’atmosphère martienne à une vitesse de 5 km/s, le bouclier est porté à 1 500 °C. Puis ce bouclier est éjecté et un parachute est déployé alors que l’atterrisseur file à plus de 2 100 km/h, afin de freiner la sonde. L’atmosphère de Mars étant équivalente à 1% de celle de la Terre, il faut avoir recours à des rétrofusées pour pouvoir ralentir suffisamment. L’atterrisseur finis suspendu sous le module de rentrée par un long câble. Au même moment, des sortes de « ballons » sont gonflés pour amortir le choc avec le sol lorsque l’atterrisseur sera largué.
Les rétrofusées stabilisent la vitesse à 12 m du sol et font du surplace afin de larguer l’atterrisseur.

Le câble est sectionné et l’atterrisseur touche le sol et rebondis grâce aux ballons jusqu’à 15 m de haut, il peut rebondir pendant plus d’une minute et parcourir plus d’1 km avant de s’immobiliser.
Une fois stabilisé, les ballons sont dégonflés et l’atterrisseur s’ouvre en pétales pour dévoiler le rover qui peut alors descendre de sa rampe et commencer son aventure.

L’aventure de Spirit

Les jours martiens (sols, 1 sol = 24h32min) sont comptées à partir de l’atterrissage de Spirit sur Mars

2004: Début de l’aventure

Spirit se pose dans le cratère Gusev, un cratère de 145 km de diamètre, à seulement 10 km de la zone prévue.
Au sol 19, Spirit utilise pour la première fois son outil d’abrasion des roches pour étudier une pierre au sol et prendre une photo. Il se dirige alors vers le cratère Bonneville, situé à 370 m de la zone d’atterrissage.
Au sol 60 après une étude minutieuse du terrain aux alentours, le rover découvre les premiers indices permettant de valider la présence d’eau il y a longtemps sur la planète.
6 jours plus tard, Spirit arrive au cratère Bonneville. Cependant, n’y trouvant rien de concluant, il continue son chemin en se dirigeant cette fois ci vers les Columbia Hills.
Enfin, le 10 Juin 2004 soit au sol 156, Spirit atteint la base des Columbia Hills (Collines de Columbia). Il passera une grande partie de son temps à étudier des roches et à analyser la composition du sol.
À partie du sol 344, il commence son ascension de Husband Hill afin de s’enfoncer dans les collines.

2005: Starshine

Durant la majeure partie du mois de Février 2005, le rover escalade une bonne partie des Columbia Hills tout en prenant des photos sur son passage.
Au début de mois de Mars, Spirit prend un panorama depuis un point nommé Larry’s Lookout.
Il découvrira également des traces de sel dans quelques roches, ce qui laisse suggérer la présence d’eau autrefois sur Mars.
Plus tard, une tempête s’abat sur la planète, l’atmosphère de Mars est trop ténue pour mettre le rover en danger mais sont suffisants pour soulever de grandes quantités de poussières qui font baisser la luminosité et réduisent la production d’énergie des panneaux solaires. Heureusement, les vents nettoient les panneaux solaires de toute la poussière qui s’y était déposée, augmentant grandement l’efficacité énergétique et l’autonomie du rover.
Le 10 Mars, le rover prend une série de photos où on peut voir un tourbillon de poussière (et 2 autres moins visibles en arrière plan).
Au sol 582 (21 Août) Spirit arrive enfin en haut de Husband Hill après 80 m d’ascension le panorama est spectaculaire, le rover prend donc plusieurs photos.
Désormais, Spirit se dirige vers une zone baptisée Home Plate, zone qu’il va explorer jusqu’à la fin de sa mission.

Tourbillon de poussières (on peut en apercevoir 2 autres en fond)
2006: Premiers problèmes

Au sol 744 (6 février) Spirit atteint finalement Home Plate, il explore un peu les environs, mais l’hivers martien se rapproche, l’ensoleillement est grandement réduit.
Lors de ses dernières excursions avec de se mettre en repos pour passer l’hivers martien, une des 6 roues du rover se bloque complètement, il s’agit de la roue avant droite, ce problème est très handicapant pour le rover et celui ci est forcé à rouler en marche arrière afin de limiter le l’action de freinage de la roue en contact avec le sol.
Le 9 Avril, le rover se place sur une pente ayant le meilleur angle d’exposition au soleil afin de pouvoir continuer à être alimenté afin de garder son ordinateur de bord en marche.
Si les mois d’hivers ne correspondent pas, c’est normal, un 1 an martien dure 2 ans terrestres, l’hivers dure donc plus de 6 mois sur Mars !
7 mois plus tard, au milieu de mois de Novembre, Spirit reprend ses activités.

2007: Home plate

Le rover continue son exploration de Home Plate, il subit également une tempête qui l’immobilise pendant plus d’un mois.
Le 6 Novembre il atteint la partie Ouest de Home Plate où il prend un panorama où l’on peut voir Husband Hill que Spirit a escaladé 3 ans auparavant.

2008: Bloqué et isolé

Les panneaux solaires de Spirit sont couverts de poussières et ne lui permettent pas de se déplacer comme il le devrait, il reste immobilisé de Février à Octobre pour passer l’hivers martien.
Ce sera l’année la moins productive de la mission.

2009: Spirit s’enlise

En Février 2009, les panneaux solaires sont en partie nettoyés mais la roue avant droite, toujours bloquée pose beaucoup de problèmes au rover, toujours forcé à se déplacer en marche arrière, celle ci creuse un profond sillon dans le sol et ralentis énormément en plus de lui faire consommer plus de courant pour compenser le freinage de la roue.
Aux sols 1874 à 1876 (11 et 13 avril) le rover est confronté à d’importants problèmes avec son ordinateur de bord, ces problèmes dureront jusqu’au 1er Mai et ses panneaux solaires sont nettoyés par le vent.
10 jours plus tard, Spirit s’enlise très profondément dans le sable.

2010: De rover à station fixe

Alors que le rover est enlisé, les ingénieurs font des simulations afin de trouver le meilleur moyen de le sortir du sable, mais chacune des tentatives se solde par un échec.
Au sol 2158 (26 Janvier), la NASA annonce que les tentatives pour sortir le rover du sable sont abandonnées, Spirit devient alors une station de recherche fixe.
Au sol 2210 (22 Mars), la NASA perd les communications avec le rover, définitivement.

2011: Fin de l’aventure

Le 21 Mai 2011, la NASA annonce la fin des tentatives de communication avec le rover, la mission de Spirit est considérée comme terminée.
Spirit aura parcouru 7 kilomètres et 730 mètres en 2210 sols alors qu’il ne devait parcourir que 600 mètres en 90 sols, ce rover aura donc tout de même dépassé toutes les espérances des scientifiques et ingénieurs de la NASA tout en fournissant d’impressionnants clichés et un nombre incalculable de résultats scientifiques.

…Et celle d’Opportunity

Les jours martiens (sols, 1 sol = 24h32min) sont comptées à partir de l’atterrissage d’Opportunity sur Mars

2004: Opportnity se pose

Opportunity se pose le 24 Janvier 2004 au centre d’un petit cratère nommé Eagle dans la plaine de Meridiani Planum, après s’être extirpé de son atterrisseur, il inspecte ce petit cratère de 22 m de diamètre.
Au sol 57 il est dirigé vers le cratère Endurance un cratère plus grand (130 m et profond de 20 m) qu’il atteindra 38 jours plus tard au sol 95.
Ce cratère est particulièrement intéressant pour les scientifiques car les bords du cratère laissent apparaître la roche, notamment la falaise Burns qu’il étudiera pendant une vingtaine de jours avant de tenter de descendre dans le cratère. La descente se fait étape par étape, la pente étant assez forte et le sol étant de plus en plus meuble à mesure que le rover s’approche du centre.
Opportunity effectuera des prélèvements sur plusieurs roches et ressortira du cratère au sol 315 (11 Décembre 2004)
À partir du sol 319, compte tenu de sa robustesse (il a déjà fais plus de 3 fois sa durée de vie initiale) il est décidé de le diriger vers le cratère Victoria situé à plus de 8 km de là, un long voyage l’attend.
Au sol 324 il s’approche des restes de son bouclier thermique et des traces de son premier impact avec le sol.

2005: Premières difficultés

Au sol 335 (2 Janvier 2005), Opportunity découvre la première météorite « extraterrestre », baptisée Heat shield rock, elle sera examinée pendant 10 jours, puis le rover reprend son voyage vers le cratère Victoria au sol 345 (12 Janvier).
Quelquefois, le rover dévie de sa trajectoire pour aller inspecter quelques petits cratères trouvés sur son chemin: Alvin, Jason, Naturaliste, Vostok, Viking et Voyager font partie de cette liste.
Tout juste 100 jours après avoir quitté la météorite, au sol 445 (25 Avril), le rover s’enlise profondément dans une dune, il faudra 1 mois et demi aux techniciens pour le sortir du sable, centimètres par centimètres.
Au sol 591 (22 Septembre), Opportunity fais une halte de 5 mois pour étudier une très vieux cratère d’impact: le cratère Erebus.

2006: « Victoria »

Au sol 758 (12 Mars 2006), le rover s’éloigne définitivement du cratère Erebus pour reprendre son trajet vers Victoria.
Au sol 896 (1er Aout), le rover fais une pause au cratère Beagle pour l’étudier jusqu’au sol 906 (12 Aout) puis fais une seconde pause à proximité du cratère Emma Dean du sol 929 au sol 936 (4 au 11 septembre).

Opportunity arrive enfin au cratère Victoria au sol 951 (26 Septembre), ce cratère large de 750 m de large pour environ 80 m de profondeur intéresse particulièrement les géologues car il semble y avoir beaucoup de roche à nu, idéal pour des études approfondies de la surface de la planète.
Il prendra beaucoup de clichés plus impressionnants les uns que les autres.

2007: étude approfondie

Durant une bonne moitié de l’année, Opportunity explorera une bonne moitié du versant Nord du cratère Victoria.
Au sol 1083 (9 Février), Opportunity franchis la barre des 10 kilomètres, alors que son état général est jugé comme étant excellent, malgré quelques soucis sur son bras mécanique.
Au sol 1291 (13 Septembre) il commence sa descente dans le cratère. Durant cette descente, la distance parcourue ne dépassera pas les 250 m sur presque 1 an.

2008: Traversée du desert

Sur les 8 premiers mois de l’année, il ne se passe pas grand chose, Opportunity explorera une partie de l’intérieur du cratère.
Ensuite, à partir du sol 1659 (23 Septembre) le rover est dirigé vers le cratère Endeavour, à 12 km de là, ce cratère de 21 km intéresse particulièrement les scientifiques et les géologues par sa taille et son ancienneté. Le voyage est prévu pour durer 2 ans.

Photo des traces de roue en sortant du cratère
2009: météorites

Au sol 1820 (20 Mars) le rover passe la barre des 15 kilomètres parcourus depuis le début de la mission.
Au sol 1950 (19 Juillet) il est contraint de faire demi-tour afin d’aller étudier une météorite d’environ 70 cm de large qu’il a croisé une semaine plus tôt.
Sur son trajet vers Endeavour, il trouvera 2 autres météorites, plus petites cependant mais qui en valent la peine.

2010: 25 kilomètres !

Durant son long trajet vers Endeavour, Opportunity prend du retard car les chercheurs lui font faire des détours afin d’explorer des cratères plus ou moins grands.
Au sol 2190 (24 Mars) le rover a parcouru un total de 20 kilomètres, c’est plus de 25 fois la distance qui était prévue !
Puis en Novembre, le rover franchis les 25 kilomètres.
Au sol 2452 (15 Décembre), le rover atteint le cratère Santa Maria, un petit cratère de 75 m de diamètre.

2011: Exploration de Cape York

Opportunity explorera le cratère Santa Maria pendant plus d’un mois, avant de reprendre sa route vers Endeavour.
Au sol 2606 (24 Mai), le rover a parcouru une distance totale de 30 kilomètres !
Puis 2 mois plus tard, le 11 Août, il atteint enfin Endeavour, 3 ans après avoir quitté Victoria.
Durant son exploration, Opportunity va explorer un des versant du cratère nommé Cape York, où il trouvera des preuves que l’eau a coulé il y a plusieurs millions voire milliards d’année.
Au sol 2800 (13 Décembre), le rover se met en sommeil pour passer les 5 mois d’hiver.

2012: Matijevic Hill

Au sol 2945 (8 Mai), Opportunity sort de sa phase de sommeil et reprend ses déplacements, il transmet notamment d’impressionnants panoramas de la zone.
Au sol 3053 (28 Août), le rover change de cap pour se diriger vers une zone nommée Matijevic Hill. Une petite colline en bord de cratère qui présente un interêt géologique

2013: Cape tribulation

Ensuite, le rover se dirige vers Cape Tribulation.
Au sol 3441 (17 Septembre), il atteint son objectif, et l’explore un peu.
Puis il se met en sommeil pour passer l’hiver.

2014: Bon anniversaire !

Pendant 5 mois, le rover est en sommeil pour passer l’hivers.
Le 25 Janvier, Oppy fête ses 10 ans sur Mars !
Au sol 3584 (22 Février), le rover sors de son sommeil et reprend ses activités, il continue son exploration de Cape Tribulation.

2015: Spirit of saint louis

Le 2 Janvier, la NASA annonce que l’ordinateur de bord commence à souffrir de problèmes avec sa mémoire flash (celle qui stocke les objectifs et autres paramètres donnés par les ingénieurs), après presque 11 ans sur Mars, c’est normal, sachant que le rover ne devait faire que 3 mois. En attendant que les ingénieurs lui envoient une mise à jour, Opportunity stocke ses données sur sa mémoire RAM, mais celle ci est vidée dès que le rover se met en sommeil. Une fois le problème réglé, le rover reprend des déplacements normaux.
Au sol 3966 (5 Février), le rover arrive à une zone baptisée Marathon Valley car au moment ou le rover franchis ce point, il a parcouru un peu plus de l’équivalent d’un marathon (42,195 km). Il s’approche également du cratère Spirit of Saint Louis et en explorera l’intérieur pendant plusieurs semaines.
Au sol 4028 il sort du cratère et commence l’exploration de Marathon Valley.
Au sol 4078 le rover s’y engage lentement et commence à étudier l’endroit.
La pente étant forte et le sol meuble, le rover dérape beaucoup, au sol 4228 (17 Décembre), le rover se met en place pour affronter son cinquième hivers sur Mars.

2016: Willamette Valley

Durant son hibernation, le vent a nettoyé ses panneau solaires, augmentant de plus de 40% la puissance fournie par les panneaux.
Au sol 4332 (1er Avril), le rover photographie une petite tornade de poussière qui se déplace dans le cratère Endeavour.
10 jours plus tard, le rover revient dans la partie haute du cratère puis se met à chercher des traces d’argile, liée à l’action de l’eau sur le long terme.
Au sol 4483 (3 Septembre) le rover sors de la Marathon Valley pour se diriger vers une autre vallée nommée Bitterroot Valley puis doit se diriger vers Willamette Valley.
Après une exploration de Bitterroot Valley, le rover se dirige vers Willamette Valley.
Au sol 4591 (23 Décembre), lors de l’exploration de Willamette Valley, le rover arrive dans une zone sablonneuse où il risque de s’enliser, il fais donc une halte, le temps que les ingénieurs trouvent un autre itinéraire.

2017: perseverance valley

Au sol 4622 (23 Janvier), le jours de son 13ème anniversaire, le rover reprend ses déplacements, il passe la barre des 44 kilomètres sur un sol très meuble avec une pente forte.
Puis le rover est dirigé vers une vallée nommée Perseverance Valley, qu’il atteindra au sol 4716 (4 Mai) puis il commence sa descente au sol 4782 (7 Juillet).
Le 29 Août, le rover a parcouru 45 kilomètres, le sol de la vallée est très meuble mais le rover continue son trajet.
Début décembre, le rover se met en hibernation pour passer l’hivers.

2018: Perdu dans la tempête

Le 24 Janvier, le rover fête ses 14 ans sur Mars, et le 15 Février, le rover a passé la barre des 5000 sols sur Mars.
Au début du moins de Juin, Opportunity est pris dans une énorme tempête de poussière qui immobilise le rover, le taux de poussières dans l’air est alors supérieur à 10 alors que le rover est fait pour fonctionner avec un maximum de 1,5.
les ingénieurs mettent le rover en mode « panne » afin que seuls les composants indispensables (chauffage pour ne pas endommager l’ordinateur et l’ordinateur de bord lui même) soient mis en marche pour économiser le plus d’énergie possible.
Cependant, la tempête dure plus longtemps que prévu, le rover, ayant quasiment épuisé ses réserves d’énergie s’est éteint, seule une horloge est chargée de réveiller brièvement le rover pour contrôler les batteries afin de vérifier qu’elles se chargent.
Début Août, la tempête se calme, la NASA tente alors de réveiller le rover, sans succès, aucun signal n’est reçu.
Commence alors la phase « d’écoute active », la NASA envoie des instructions au rover qui le forceront à reprendre contact, cette phase doit durer 45 jours.
Mais le rover ne répond toujours pas, la phase « d’écoute passive » où la NASA attend simplement un signal du rover commence.
Cette phase doit durer aussi 45 jours mais sera repoussée jusqu’à la fin du mois de Janvier.

2019: Il était une fin…

Après plus de 250 tentatives de communications, le 13 Février, la NASA annonce la fin des tentatives et la fin de la mission après 48 kilomètres à la surface de Mars et 14 ans de service. Le rover a été photographié par le satellite Mars Reconnaissance Orbiter un peu plus tard.

Le rover photographié par Mars Reconnaissance Orbiter

Une mission de tout les records

Ces 2 rovers auront tout les 2 dépassé les attentes de la NASA et des scientifiques. Ils ne devaient parcourir que 600 m sur 90 jours martiens, Spirit aura fait plus de 7,5 kilomètres sur 6 ans et Opportunity, plus robuste aura parcouru plus de 45 kilomètres sur 14 ans. La distance parcourue par Opportunity est à ce jour, la plus grande distance parcourue par un rover sur un autre astre. Ils auront fourni une énorme quantité de données. Le seul encore apte à les dépasser est le rover Curiosity, arrivé en 2012 et ayant parcouru plus de 21 kilomètres à ce jour, ce rover étant à énergie nucléaire, il n’a pas souffert trop de la tempête, c’est par ailleurs le seul rover en état de marche sur Mars actuellement.

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Sources

Wiki du programme MER et des 2 rovers
Article de RTL

Merci au Tipeur: Loic Tomatot

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