logo seis

NetLander

NetLander, première tentative réelle de déployer sur Mars un réseau de sismomètres

Historique

L'orbiteur du programme franco-américain de retour d'échantillons PREMIER, avec les capsules Netlander (© CNES/David Ducros)Vue d'artiste de l'orbiteur du programme franco-américain PREMIER de retour d'échantillons martiens sur Terre, avec les capsules NetLander (© CNES/David Ducros). Le projet international NetLander consistait à déployer sur Mars un réseau de quatre petites stations identiques, équipées chacun d'un ensemble d'instruments de mesure, dont deux sismomètres.

Développé à la fin des années 1990, NetLander se caractérisait par une forte contribution internationale, puisqu'il fédérait à la fois la France, mais également les Etats-Unis, la Finlande, l'Allemagne, la Belgique, l'Italie, le Royaume Unis et la Suisse. Les modules NetLander devaient partir vers Mars sous la coiffe d'une fusée Ariane 5, dans le cadre d'un vaste programme franco-américain de retour d'échantillons martiens, initié peu après l'annonce de la découverte potentielle de micro-organismes fossiles dans la météorite martienne ALH84001.

La mission de retour d'échantillons prévoyait l'envoi de deux atterrisseurs vers Mars, en 2003 et 2005, chacun étant équipé d'un rover et d'un véhicule de remontée (MAV), c'est à dire une fusée miniature. Après avoir effectué de nombreux prélèvements de sols, de roches et d'atmosphère, les rovers devaient placer leur précieuse récolte à bord du MAV, qui se chargeait de monter en orbite martienne les containers d'échantillons.

En 2005, un orbiteur devait être lancé en même temps que l'atterrisseur par une fusée Ariane 5. Après s'être mis en orbite autour de la planète rouge grâce à une technique novatrice et risquée d'aérocapture, l'orbiteur avait pour objectif principal de récupérer les containers d'échantillons, puis de les ramener sur Terre dans une capsule de retour. Sa seconde mission était de déployer les modules NetLander, qui ne disposaient pas de leur propre système d'acheminement vers Mars.

Vue d'artiste du largage des modules NetLander par l'orbiteur PREMIER (© CNES/David Ducros)Vue d'artiste du largage des modules NetLander par l'orbiteur PREMIER (© CNES/David Ducros).La mission de retour d'échantillons tel que nous venons brièvement de la décrire était très ambitieuse, et dès le début, les difficultés techniques firent leur apparition et menacèrent le projet. La perte coup sur coup en septembre 1999 par la NASA du satellite Mars Climate Orbiter, puis celle, trois mois plus tard, de l'atterrisseur Mars Polar Lander, qui était un prototype de l'engin prévu dans le cadre du retour d'échantillons, mis fin au projet.

Sans le support de la NASA, l'agence spatiale française, le CNES, estima que l'envoi seul de l'orbiteur pour larguer les NetLander et tester la manoeuvre d'aérocapture n'était pas réaliste d'un point de vue budgétaire, d'autant que des tensions politiques étaient entre temps apparues avec les Etats-Unis.

En conséquence, le projet NetLander, qui était rentré en phase B, fut annulé au début des années 2000, et avec lui l'espoir de pouvoir enfin déposer sur Mars des sismomètres.

Les modules NetLander

Transportés vers Mars en tant que passagers à bord de l'orbiteur français de la mission de retour d'échantillon, les modules NetLander partageaient de nombreux traits avec les soucoupes du projet MESUR, ce qui n'est pas étonnant étant donné que les deux missions avaient le même objectif : déposer sur la planète rouge un réseau d'observatoires géophysiques.

Déroulement de la mission NetLander (© CNES)Séquence d'atterrissage des modules NetLander (© CNES/David Ducros).

Les NetLander disposaient d'un bouclier thermique, pour survivre à la traversée de l'atmosphère, ainsi que d'un parachute, qui permettait de freiner jusqu'à atteindre une vitesse suffisamment faible pour pouvoir survivre au contact avec la surface martienne. Deux airbags permettaient d'amortir le choc final, et après avoir rebondi un certain nombre de fois, les capsules, d'un diamètre de 47 centimètres, s'immobilisaient définitivement, avant de s'ouvrir comme une fleur. Les stations étaient alimentées en énergie par des panneaux solaires, et disposaient d'antennes de télécommunication.

D'un point de vue instrumental, les modules étaient particulièrement bien équipés : chacun comportait un mât équipé d'une caméra, une centrale météorologique complète, et un package géophysique composé de deux sismomètres, d'un magnétomètre, d'un radar, d'un capteur de champ électrique et de sondes thermiques. Le système de télécommunications était mis en oeuvre pour effectuer des mesures géodésiques, et un microphone, fourni par la Planetary Society dans le cadre d'une initiative pédagogique, était aussi embarqué.

Le sismomètre SEISM

L'un des principaux objectifs de la mission NetLander était de déterminer la structure interne de Mars. Pour cela, les quatre modules étaient dirigés en des points précis de la surface martienne pour constituer un réseau d'écoute permettant de trianguler des séismes. Trois stations étaient déployées à environ 1000 kilomètres l'une de l'autre, dans une configuration en triangle, tandis que la quatrième était envoyée aux antipodes.

La sphère du sismomètre SEISM de la mission NetLander (© Hervé Piraud/IPGP)La sphère du sismomètre SEISM de la mission NetLander. Cliquez sur l'image pour découvrir l'intérieur (© Hervé Piraud/IPGP).Les modules, identiques, étaient équipés de deux sismomètres, l'un sensible aux signaux sismiques à courte période (100 mHz à 50 Hz), l'autre capable de mesurer des signaux à longue période (10 mHz à 10 Hz), avec une sortie très longue période pour les marées. C'est ce dernier qui nous intéresse plus particulièrement ici, étant donné qu'il s'agissait d'un instrument dont SEIS, le sismomètre de la sonde InSight, a aujourd'hui hérité.

Baptisé SEISM, ce sismomètre comportait seulement deux axes (l'un horizontal, l'autre vertical) très large bande positionnés tête bêche, alors que SEIS en comporte trois. L'axe large bande manquant était remplacé par l'un des axes du sismomètre courte période, ce qui autorisait la localisation des séismes dans les trois dimensions de l'espace.

Les pendules étaient enfermés dans une sphère sous vide de 18 centimètre de diamètre, qui offrait une protection thermique contre les variations de température particulièrement importantes qui ont lieu à la surface de Mars. Des capteurs de température, mais aussi de pression et d'inclinaison accompagnaient l'ensemble.

La sensibilité des pendules de SEISM était déjà élevée et comparable à InSight, mais les conditions d'installation n'auraient pas permis d'atteindre la précision d'InSight. Effectivement, les modules NetLander ne disposaient pas d'un mécanisme de déploiement capable de déposer le sismomètre sur le sol de Mars. Ce dernier était donc déployé sur le sol via trois orifices percés dans le plancher de la sonde, et au travers desquels les pieds devaient descendre. L'instrument était ensuite désolidarisé de la structure de la capsule d'atterrissage. Si ce système sophistiqué connaissait un raté, le sismomètre était alors obligé de fonctionner tel quel, au sein de la capsule d'atterrissage, une situation qui ne favorisait pas un contact efficace avec le sol (le fameux couplage auquel les géophysiciens tiennent tant).

Dans sa mission, SEISM était épaulé par un sismomètre à courte période miniaturisé et doté de trois axes. Usiné dans une galette de silicium, ce dernier était sensible à des mouvements du sol caractérisés par des fréquences assez hautes (0,1 Hz à 100 Hz). Cette bande de fréquence n'est pas la plus intéressante pour les ondes de surface émises par des séismes lointains, mais est par contre optimale pour des séismes régionaux et locaux.

Comme SEISM pour l'instrument SEIS, le sismomètre courte période des NetLander a été un précurseur du sismomètre courte période (SP) qui équipe aujourd'hui la sonde InSight.

Dernière mise à jour : 26 octobre 2016

logo IPGP bottom
 

Realized by IPGP

Contact : P. Labrot

 

 NASA JPL - Oxford University - Imperial College London - CNES - ISAE - MPS - IPGP - ETH