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Le second atterrissage du sismomètre SEIS

Le sismomètre SEIS vient d'être déposé avec succès à la surface de Mars par la sonde InSight

La NASA vient de réussir à déposer le sismomètre de la sonde InSight sur Mars. C’est la première fois, dans l’histoire de la conquête spatiale, qu’un instrument est déployé par un bras robotique à la surface d’une autre planète. La réussite de cette étape critique pour la suite de la mission est le résultat d’années d’efforts techniques incessants, effectués par les équipes américaines, françaises et européennes.

La capture du sismomètre SEIS par le grappin du bras robotique au cours du sol 20 (© NASA/JPL).La capture du sismomètre SEIS par le grappin du bras robotique au cours du sol 20 (© NASA/JPL).

La complexe séquence d'instructions commandant le déploiement avait été envoyé hier (18 décembre 2018 à 17h11 en Californie) vers la planète rouge. A ce moment là, la sonde InSight entamait son 22éme jour d'opérations à la surface de Mars (il était alors 5 heures du matin sur Elysium Planitia). Pour des considérations thermiques, le déploiement était prévu le jour même, mais en soirée. Le 19 décembre 2018, alors que le Soleil venait juste de disparaître derrière l’horizon martien à 18h40 heure locale (tout en se levant simultanément en Californie sur Los Angeles), le bras d’InSight s’est mis en action pour déposer les 9,5 kg du sismomètre SEIS au sol. Pour cette opération à haut risque, l'instrument avait été totalement éteint. De nombreux tests ont été effectués auparavant sur Terre pour valider les commandes, le site d'atterrissage ayant été reproduit fidèlement pour l'occasion.

La séquence automatique a en fait débuté sur Mars à 17h00 par la mise à feu consécutive des trois frangibolts qui maintenaient SEIS solidement fixé sur le pont de la sonde. Pour effectuer le déploiement du sismomètre proprement dit, les ingénieurs avaient décidé d'attendre ensuite un peu, pour que le bras robotique IDA soit suffisant froid : ce dernier est effectivement plus performant à basse température. L’activation de la séquence de déploiement a donc été programmée pour 18h30, soit dix minutes avant le coucher du soleil sur Mars.

Pour déposer SEIS au sol, le bras robotique a effectué une série assez complexe de mouvements. Après avoir soulevé verticalement l'instrument de 25 centimètres, le bras est parti en arrière pour arracher le câble du pont, ce dernier étant maintenu par plusieurs attaches de velcro. Il a ensuite effectué une rotation sur lui-même de 180°, avant de repartir vers l'avant pour continuer d'arracher le velco. Le bras s'est alors étiré au maximum vers le sud pour enlever la partie du cordon fixée à l'extérieur du TSB (le boitier cylindrique où le câble de SEIS est enroulé), là aussi par un patch de velcro. Cette étape induit inéluctablement un balancement un peu intimidant de SEIS au bout du grappin. Pour la dernière partie de la séquence, le bras repart légèrement en arrière, vers l'atterrisseur, puis, grâce à des mouvements en arc, il pose délicatement SEIS au sol. La séquence ne prévoyait pas l'ouverture du grappin. Cette étape, qui marquera la libération définitive de l'instrument, est prévue dans les jours qui viennent.

Image de la caméra ICC montrant le sismomètre SEIS au sol, juste avant le coucher du soleil (© NASA/JPL).Image de la caméra ICC montrant le sismomètre SEIS au sol, juste avant le coucher du soleil (© NASA/JPL).La durée de la séquence de déploiement elle-même est assez courte : 10 minutes seulement. La nécessité d'acquérir des images via la caméra ICC (située sous le pont) et la caméra IDC (montée sur le bras) a cependant porté la durée de l'opération à 20 minutes environ, étalée sur 45 minutes. L'heure à laquelle le sismomètre SEIS a planté ses trois pieds dans le sable est estimée à 7:05 (en Californie), soit 18:54 heure martienne.

Au vu du planning nocturne choisi pour le déploiement, le premier orbiteur martien capable de relayer sur Terre les données confirmant la dépose de SEIS au sol ne pouvait être en position que le 19 décembre en soirée (soit le début de la matinée du sol 23 sur Mars). Une première transmission en bande X vers 18h00 avait déjà donné à l'équipe de déploiement plusieurs indications subtiles attestant du bon déroulement des opérations. Mais il a fallu attendre le passage de Mars Odyssey à 21H00 (heure californienne) pour que les images, absolument magnifiques, s'affichent enfin sur les écrans de la salle de contrôle du JPL. Entre l’envoi des commandes vers la planète rouge et la réception des premières données télémétriques, les ingénieurs ont donc dû patienter 24 heures. Une longue attente ponctuée de doute et d’inquiétude, étant donné la complexité de la manœuvre enclenchée et des intérêts en jeu.

L'endroit sur lequel SEIS repose désormais est situé droit devant le bras robotique (de façon à s'assurer que le cordon ombilical reliant l'instrument à l'atterrisseur repose bien à plat sur le sol), et le plus loin possible (1,65 mètre) de la sonde, de manière à minimiser les perturbations. La rapidité avec laquelle les ingénieurs et géologues ont choisi ce site de dépose est liée à la clémence de la zone où la sonde s'est posée le 26 novembre dernier. Avec une pente très faible (2 à 3 degrés seulement d'inclinaison) et une absence marquante de cailloux, la presque totalité du terrain localisé au sud de l’atterrisseur et située à portée du bras robotique convenait pour le déploiement du sismomètre.

Le sismomètre SEIS de la sonde InSight est au sol (© NASA/JPL).Le sismomètre SEIS de la sonde InSight vu par la caméra du bras robotique IDC, après son déploiement durant le sol 22 (© NASA/JPL).Les opérations sont cependant loin d’être terminées pour SEIS. De nombreuses étapes critiques doivent maintenant avoir lieu dans les prochaines semaines avant que les scientifiques ne puissent commencer à traquer les séismes martiens. Les ingénieurs vont effectivement d'abord devoir aligner le sismomètre avec l’horizontale, grâce au berceau de nivellement motorisé. Une fois cette étape franchie, les capteurs à très large bande (VBB), pour l’instant inactifs contrairement aux capteurs de courtes périodes SP, seront recentrés et calibrés. La totalité des données transmises par les six capteurs sismiques seront ensuite utilisées pour caractériser le niveau de bruit du site de dépose (qui devra être le plus faible possible), ainsi que le niveau des perturbations induites par le câble reliant l’instrument à l’atterrisseur.

Quand les performances seront jugées acceptables, le câble situé dans le dérouleur TSB sera totalement dévidé. Si les ingénieurs s'aperçoivent que le câble injecte un niveau de bruit trop important pour l’instrument, l’ouverture pyrotechnique de la boucle de service (LSA) sera effectuée. Suivant le résultat de cette étape, le câble pourra éventuellement être repositionné grâce à un crochet positionné sur une masselotte (pinning mass). Le placement définitif, par-dessus l’instrument, de l’imposant bouclier de protection thermique et éolien WTS pourra alors avoir lieu.

On le voit, sur Terre et sur la planète rouge, les ingénieurs et scientifiques ont encore bien des efforts à fournir avant que la première station de géophysique martienne ne soit pleinement opérationnelle. Mais la dépose du premier sismomètre sur Mars est déjà une grande réussite, que les membres de l’équipe vont fêter dignement en s’accordant probablement quelques jours de repos pour les fêtes de Noël !

Pasadena, le 19 décembre 2018 (mise à jour du paragraphes concernant les mouvements du bras le 20 décembre; mise à jour du paragraphe concernant la suite des opérations le 21 décembre)

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