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MESUR

Un ambitieux projet de réseau géophysique martien

Largage de capsules dans le cadre d'une mission planétaire de réseau (© droits réservés)Largage de capsules dans le cadre d'une mission planétaire de réseau (© droits réservés)

Dans les années 1990, l'agence spatiale américaine, la NASA, étudia un concept de mission appelé MESUR, pour Mars Environmental Survey.

Ce projet, initialement proposé par le centre Ames de la NASA était ambitieux, avec un coût situé entre 750 millions et 1 milliard de dollars, et des objectifs scientifiques variés : études de l'atmosphère, investigations géologiques et recherches de traces de vie. Il fut donc très bien accueilli par la communauté scientifique, qui voyait là une opportunité unique de pouvoir continuer à étudier la planète Mars après les sondes Viking de 1976.

MESUR consistait à déployer de multiples stations au sol (16 étaient prévues) à de nombreux endroits de la planète rouge, pôles y compris. Ces dernières auraient formées un réseau d'observation enserrant la planète rouge. Des disciplines nécessitant l'acquisition de données depuis des endroits multiples, comme la météorologie ou la sismologie, auraient donc pu être entreprises dans des conditions idéales. De part sa nature, un réseau est tolérant en cas de la perte d'un élément. Un avantage de taille, dans un domaine aussi risqué que celui de l'exploration spatiale.

Les stations du projet MESUR

Les sondes du projet MESUR avaient globalement la forme d'un disque. D'un poids d'environ 160 kilogrammes, elles étaient équipées d'airbags pour amortir le contact avec la surface martienne, durant la phase finale de l'atterrissage. Bardées d'instruments, elles étaient toutes construites sur le même modèle,  et embarquaient des capteurs pour étudier la structure de l'atmosphère au cours de la plongée vers le sol, une station météo, une caméra de descente et/ou de surface, un spectromètre pour analyser la composition élémentaire des roches et du sol, un sismomètre trois axes et des analyseurs de substances volatiles. Elles auraient tirées leur puissance de la décomposition d'éléments radioactifs.

Sismomètre

Parmi les instruments clés des stations MESUR se trouvait un sismomètre, qui devait impérativement être déployé au sol, de façon à être isolé des vibrations inévitables de l'atterrisseur (cette exigence n'avait pas été respectée lors de la mission Viking, avec les conséquences malheureuses que l'on sait : trop souvent perturbé par les vents frappant la plateforme de l'atterrisseur, le sismomètre de Viking 2 ne renverra pas de données utilisables).

Les ingénieurs se mirent alors à étudier des mécanismes de déploiement pour le sismomètre : éjection par un ressort, dépose grâce à un bras ou un mât flexible. Aucune des solutions envisagées n'emporta cependant l'adhésion des concepteurs, principalement à cause de leur brutalité, peu compatible avec la sensibilité de l'instrument à mettre en place. L'agilité toute relative du bras des atterrisseurs Viking, solution retenue dans le cadre de la mission InSight, joua également contre ce dispositif à l'époque. Les regards se tournèrent alors vers une alternative séduisante : un microrover.

A cette époque, un autre centre de la NASA, le Jet Propulsion Laboratory, s'intéressait beaucoup au potentiel des robots mobiles (rovers) pour l'exploration de la planète Mars. Or la nature immobile des stations scientifiques MESUR semblait antagoniste avec les caractéristiques de tels engins. Au vu des dimensions réduites des stations envisagées, si des robots mobiles devaient être embarqués, ils auraient forcément été de petite taille, alors que les machines envisagées étaient lourdes et volumineuses. Certains ingénieurs du JPL commencèrent néanmoins à réfléchir en aparté à la possibilité de développer un microrover.

Une mission aussi ambitieuse que complexe

Schéma des stations d'observation géophysiques du projet MESUR (© NASA)Schéma des stations d'observation géophysiques du projet MESUR (© NASA)

Pour atteindre sa taille définitive, le réseau MESUR devait s'appuyer sur plusieurs lancements, espacés chacun de deux années, mécanique céleste oblige. Cet étalement dans le temps permettait aussi de réduire les coûts.

Les premières stations devaient donc posséder une longévité importante, pour pouvoir être encore actives lors de l'entrée en action des dernières. Leur durée de vie devait être d'au moins 8 ans : six années d'attente et deux années supplémentaires pour l'acquisition de données avec un réseau fonctionnant à plein régime.

Il fallu ensuite déterminer les sites d'atterrissage. Les stations focalisées sur la météorologie auraient été disséminées partout autour de Mars, de l'équateur aux pôles en passant par les latitudes moyennes, tandis que les stations sismiques auraient été placées en triangle.

Malgré cela, le choix des sites ne permettait pas de contenter tous les scientifiques, les exigences des géologues étant différentes de celles des météorologues, des géophysiciens ou des exobiologistes.

Enfin, à cette époque, aucune sonde capable de relayer les données vers la Terre n'était présente autour de Mars, et le rapatriement des mesures scientifiques posait donc un problème de taille aux concepteurs du projet. Pour faire face à l'absence d'infrastructures de communication en orbite martienne, un orbiteur télécom fut alors ajouté à la mission, ce qui augmenta en retour son coût de manière significative.

La naissance de Pathfinder et la fin de MESUR

La complexité galopante du projet et des restrictions budgétaires aboutirent à une révision drastique des ambitions initiales du projet MESUR. Contrairement au planning initial, la fenêtre de lancement de 1996 fut attribuée à un démonstrateur technologique appelé SLIM (Surface Lander Investigation of Mars). Cette station unique était sensée prouvée les mérites technologiques de MESUR, et convaincre les instances politiques du bien fondé de ce projet.

Les scientifiques, qui comptaient sur un réseau permettant d'étudier de manière globale la planète Mars, ne cachèrent pas leur déception à la vue de cette station solitaire qui ne laissait presque aucune place aux appareils de mesure. Pour sauver le projet, le JPL, partisan de la mobilité pour l'exploration de mars, promut l'idée d'utiliser un microrover pour de déployer des instruments, comme un sismomètre ou un spectromètre à rayons X permettant de recueillir des informations chimiques sur les roches martiennes. L'objectif était aussi de revaloriser la mission auprès du public, toujours friand de nouveautés technologiques.

Le projet MESUR, initialement géré par le centre Ames de la NASA, passa alors sous la responsabilité du JPL. A ce stade, il consistait toujours à déployer autour de Mars un réseau de 16 stations grâce aux fenêtres de tir de 1998/1999 (4 stations), 2001 (4 stations et un orbiteur télécom) et 2003 (les 8 dernières stations grâce à deux lanceurs).

Vue d'artiste de la sonde Pathfinder et de son petit robot Sojourner (© Manchu/Agence 21)Vue d'artiste de la sonde Pathfinder et de son petit robot Sojourner (© Manchu/Ciel & Espace).

Pour le JPL, le démonstrateur SLIM constituait aussi une bonne occasion de tester un nouveau concept de missions alors à l'étude et baptisé Discovery.

Peu coûteux, réalisés avec un planning serré et orientés vers une thématique précise, ces projets se posaient en alternative aux missions extrêmement lourdes et coûteuses d'exploration du système solaire qui faisaient le quotidien de la NASA.

Le démonstrateur SLIM, dont le décollage était toujours prévu pour 1996, fut alors renommé MESUR Pathfinder. Le sismomètre fut débarqué de la mission pour des raisons de coût. Et même s'il avait été gracieusement offert par un autre pays, son intégration au sein de l'atterrisseur aurait néanmoins augmenté les coûts. Son degré de priorité ayant été jugé inférieur au micro-rover, ainsi qu'à la caméra, il fut donc annulé.

A ce stade, Pathfinder s'éloignait de plus en plus de MESUR. Comparée aux stations initiales, sa durée de vie n'était plus que de 30 jours (contre plusieurs années martiennes de fonctionnement), des panneaux solaires avaient remplacé le générateur de courant utilisant l'énergie radioactive, le nombre d'instruments scientifique ne cessait de se réduire, et la sonde ne ressemblait plus à une soucoupe creuse, mais à un tétraèdre. Seule la philosophie d'un atterrissage à l'aide d'airbags avait été conservée. Comparée à l'ambitieuse mission Viking des années 1970, l'ensemble faisait piètre figure, le seul intérêt semblant être le microrover, Sojourner.

Pour des raisons budgétaires, MESUR finit par être abandonné. Après la perte dramatique de la sonde Mars Observer en 1993, la NASA ne souhaitait plus en effet d'investir dans des missions dépassant le milliard de dollars. La mission proposée par le JPL n'était donc plus un démonstrateur technologique pour le projet MESUR, et fut transformée en une mission qui inaugura l'ère du faster, better, cheaper, et qui initia le programme Discovery, auquel appartient InSight.

Le 4 juillet 1997, la sonde Pathfinder foule, vingt années après Viking, la surface rouillée de Mars. Pour la NASA, c'est un retour triomphal sur la planète rouge. La mission est non seulement un succès technique, en permettant de valider le système d'airbag, mais également un succès médiatique. Les déambulations du rover Sojourner sont suivies quotidiennement par des millions d'internautes, subjugués par l'aventure du petit explorateur, ainsi que par les magnifiques images en couleur des paysages martiens d'Ares Vallis.

Un bilan qui ne doit pas faire oublier que l'objectif initial de la petite station était de déposer un sismomètre sur Mars. Pour les géophysiciens, la façon dont le projet MESUR se terminait était décevante. Ces derniers ignoraient cependant encore que la route vers Mars allait être beaucoup plus longue que prévue ...

Dernière mise à jour : 08 février 2017

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