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L'atterrisseur InSight

Une plateforme qui accueille tout ce qu'il faut pour fonctionner sur Mars

L'atterrisseur InSight est constitué d'une plateforme (ou bus) d'un diamètre de 1,5 mètres environ, qui repose sur trois pieds dotés d'amortisseurs. Cette structure fabriquée en matériaux composite accueille différents sous-systèmes qui gèrent des aspects critiques : alimentation en énergie, communications radio, propulsions, régulation thermique, le tout étant coordonné par un ordinateur de bord.

  • Panneau solaire (© droits réservés)Panneau solaire (© droits réservés)

    Sur Mars, InSight utilisera l’énergie solaire

    Pour obtenir de l'énergie indispensable à son fonctionnement, la sonde InSight s'appuie sur des panneaux solaires, connectés à des batteries rechargeables. L'étage de croisière dispose de deux panneaux rectangulaires qui totalisent une superficie de 3,2 m2, et qui délivrent une puissance de 957 watts à proximité de la Terre, pour 477 watts aux alentours de Mars.

    L'atterrisseur InSight s'appuie quant à lui sur deux panneaux solaires ultra-flexibles de forme circulaire, d'une surface totale de 4,2 m2. Ces derniers sont déployés environ 20 minutes après l'atterrissage, un délai nécessaire pour permettre à la poussière mise en suspension par les jets de gaz des rétrofusées de retomber.

    Sur Mars, la poussière est l'ennemi n°1 des panneaux solaires. Soulevée lors des tempêtes de poussière, elle opacifie l'atmosphère et abaisse le rendement énergétique des panneaux solaires. Son dépôt, lent mais inévitable, contribue également à diminuer l'efficacité des panneaux, qui peuvent cependant être nettoyé de manière naturelle mais aléatoire par le passage d'un tourbillon ou d'une rafale de vent particulièrement vigoureuse.

    Basé sur l'atterrisseur Phoenix, InSight dispose d'un avantage de taille par rapport à ce dernier : une fois que ses deux instruments scientifiques majeurs, le sismomètre SEIS et le capteur de flux de chaleur HP3, auront été déposés au sol, et que le bras robotique ayant servi au déploiement sera parqué en position replié, le pont sera pratiquement vide, offrant une large surface pour l'installation de dalles supplémentaires.

    Test de déploiement d'un panneau solaire de la sonde InSight (© NASA/JPL-Caltech/Lockheed Martin)Test de déploiement d'un panneau solaire de la sonde InSight (© NASA)

    Les ingénieurs ont donc installés 7 panneaux solaires auxiliaires (dont l'un au niveau de l'emplacement occupé par le bouclier éolien et thermique WTS), pour une surface totale de 0,8 m2. Un supplément de puissance qui sera le bienvenu, et qui permettra à InSight de traverser des périodes de faible ensoleillement l'esprit tranquille, que ce soit sous le couvercle menaçant d'une tempête de poussière ou durant les rigueurs hivernales.

    Les panneaux solaires de l'atterrisseur permettent de recharger une paire de batteries au lithium de 25 ampères-heure, qui alimenteront la sonde en énergie électrique durant les périodes d'obscurité.

    La consommation électrique du sismomètre SEIS sera d'environ 5 watt (8,5 watt en pic). Elle variera en fonction des modes de mesure. Ainsi, en hiver, lorsque l'ensoleillement sera réduit et que la puissance électrique disponible fournie par les panneaux solaires sera plus faible, le sismomètre enregistra moins de données. Au contraire, à d'autres moments, il sera configuré en mode campagne, pour maximiser le nombre et la qualité des mesures sismiques, et il sera alors plus gourmand.

    Dernière mise à jour : 28 octobre 2016

  • Tuyères de moteurs-fusées (© droits réservés)Tuyères de moteurs-fusées (© droits réservés)

    Dispositif de propulsion

    Si la sonde InSight est lancée vers Mars grâce à l'immense quantité d'énergie libérée par son lanceur, la puissante fusée Atlas V, elle dispose néanmoins de plusieurs moteurs fusées, qui remplissent différentes fonctions.

    Un ensemble de quatre petits moteurs, qui délivrent chacun une poussée d'environ 4,5 newtons, sont utilisés par le système de contrôle d'attitude pour ajuster ou modifier l'orientation de la sonde dans l'espace. Quatre autres moteurs un peu plus puissants (22 newtons environ) servent aux manœuvres de correction de trajectoire durant le voyage vers Mars. Enfin, douze rétrofusées pulsées capable de développer chacune une poussée de 300 newtons environ sont allumées durant la phase finale de l'atterrissage, pour contrôler l'orientation et décélérer.

    Tous les moteurs d'InSight consomment de l'hydrazine. Ce composé chimique simple mais toxique, composé de deux atomes d'azote et de quatre atomes d'hydrogène, est envoyé au travers d'un lit catalytique, ou il subit alors une décomposition violente en gaz (ammoniaque, hydrogène et azote) qui sortent des tuyères en fournissant une poussée. Cette technique est qualifiée de propulsion à gaz froids, car aucune combustion n'est véritablement mise en oeuvre, contrairement aux moteurs-fusées qui consomment des mélanges liquides hydrogène/oxygène ou kérosène/oxygène, ou qui brûlent des poudres solides.

    InSight embarque de l'hydrazine, stockée dans des réservoirs sphériques, qui sont pressurisés par de l'hélium.

    Dernière mise à jour : 28 octobre 2016

  • Le satellite américain Mars Reconnaissance Orbiter (© NASA)Le satellite américain Mars Reconnaissance Orbiter (© NASA)

    Un ensemble complet d'antennes pour communiquer avec la Terre

    Le sous-système de télécommunication est absolument essentiel pour la réussite de la mission InSight, que ce soit durant la phase de croisière entre la Terre et Mars, la descente vers la surface martienne, ou bien entendu pendant les deux années où l'atterrisseur sera à l'écoute des séismes martiens.

    L'étage de croisière, qui a la responsabilité d'amener l'atterrisseur à bon port, possède deux antennes à faible gain (LGA, une pour la réception, une pour l'émission), ainsi que deux antennes à gain moyen en forme de cornets (MGA). Les communications ont lieu en bande X, avec les antennes de 34 mètres du réseau d'écoute de l'espace lointain (DSN) de la NASA. Les antennes à faible gain sont utilisées pendant les 35 premiers jours du voyage vers Mars, avant de passer le relais aux antennes à gain moyen, plus puissantes, pour le reste du trajet interplanétaire. Grâce à ces différentes antennes, les contrôleurs de mission pourront envoyer des instructions à la sonde et recevoir des données de télémesure. Les signaux radios permettront également de situer précisément la position d'InSight dans l'espace (détermination de la distance de la Terre et de la vitesse de déplacement).

    Une fois que l'étage de croisière se sera séparé de l'atterrisseur, les communications radio auront lieu principalement en UHF, grâce à l'antenne UHF hélicoïdale fixée sur le pont d'InSight, qui relayera les données aux orbiteurs évoluant autour de Mars. Durant l'atterrissage, InSight transmettra en UHF des informations cruciales au satellite américain Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), en orbite autour de Mars depuis 2006, ainsi qu'à ses deux anges gardiens MarsCO-A et MarsCO-B, des nano-satellites de la taille d'une valise qui accompagnent la sonde dans son périple.

    Durant la phase d'observations scientifiques, la sonde Mars Reconnaissance Orbiter sera le relais radio principal pour les communications radios avec InSight. Chaque jour, elle survolera à deux reprises la plaine d'Elysium, à 3 heures du matin et 3 heures de l'après-midi. En cas d'incident, InSight est conçue pour pouvoir échanger des informations avec deux autres orbiteurs américains, Mars Odyssey et MAVEN, qui constituent donc des relais de secours. Enfin, le module d'atterrissage dispose de deux antennes à gain moyen (MGA), qui permettent de transmettre directement des données avec la Terre. Mise à profit pour l'expérience RISE, ces antennes en forme de cornets pourront également servir à communiquer avec InSight, certes à moindre débit, si les transmissions UHF deviennent inopérantes.

    Dernière mise à jour : 28 octobre 2016

  • Isolant thermique multi-couche (© IPGP/Philippe Labrot).Isolant thermique multi-couche (© IPGP/Philippe Labrot).

    Comment ne pas avoir chaud ou froid sur Mars ?

    L'espace est un milieu extrême, caractérisé en particulier par des variations énormes de température, que ce soit dans le milieu interplanétaire ou à la surface d'astres qui ne bénéficient pas des conditions clémentes de notre planète, à cause d'une distance au soleil trop faible ou trop importante, de l'absence d'air (Lune) ou au contraire de la présence d'atmosphères très épaisses chargées en gaz à effet de serre (c'est le cas de Vénus), ou encore du manque de systèmes régulateurs du climat (comme les océans).

    Le milieu spatial est le domaine des superlatifs, avec des températures qui peuvent descendre à plusieurs centaines de °C sous zéro pour des régions à l'ombre, et qui au contraire peuvent monter à +100°C ou +200°C lorsqu'elles sont directement exposées aux rayons aveuglants du soleil, lorsque ceux-ci ne sont pas filtrés ou diffusés par une atmosphère. Même si les composants des sondes spatiales sont par nature conçus pour résister à des gammes impressionnantes de température, il reste nécessaire de protéger les sondes à la fois du froid et de la chaleur. C'est le rôle du système de régulation thermique.

    La sonde InSight est donc équipée de dispositifs de régulation thermique passifs (écran thermique, couche ou revêtement de matériaux isolants, peintures adaptées, caloduc) et actifs (radiateurs et thermostats). Ces dispositifs, conçus pour l'environnement équatorial martien, permettront de maintenir l'intérieur de la sonde à des températures relativement clémentes, variant entre -15°C et +40°C. Les systèmes électroniques délicats, comme ceux qui contrôlent le sismomètre SEIS, sont rangés dans un caisson isolé appelé Warm Electronic Box (WEB).

    Dernière mise à jour : 28 octobre 2016

  • Processeur RAD 750 (© droits réservés)Processeur RAD 750 (© droits réservés)

    Processeur RAD 750 et système d'exploitation VxWorks

    La sonde InSight est contrôlée par deux ordinateurs redondants, qui s'appuient sur le processeur RAD 750. Cette puce, qui est ici cadencée à 115,5 MHz (à comparer aux 20 Mhz du processeur RAD 6000 qui équipait l'atterrisseur Phoenix), est basée sur le processeur PowerPC 750 proposé par IBM et Motorola au public dans les années 2000. Aujourd'hui, à une époque où le moindre téléphone embarque une puissance de calcul considérable, les caractéristiques techniques de l'ordinateur d'InSight peuvent prêter à sourire. Cependant, ce dernier a été conçu pour fonctionner dans un milieu qui ne ferait qu'une bouchée de nos smartphones, tablettes et ordinateurs : l'espace.

    Le processeur RAD 750, ainsi que sa carte mère, sont effectivement durcis pour pouvoir résister aux conditions hostiles du milieu spatial, en particulier aux radiations et aux variations extrêmes de température. La consommation électrique de l'ensemble est très faible. Au niveau stockage, InSight dispose de 16 gigabits de mémoire flash. Le système d'exploitation utilisé est VxWorks, tandis que les programmes sont écrits dans le langage C et C++.

    A un instant donné, seul l'un des ordinateurs de bord est actif, le second étant en mode dormant. Si une anomalie apparaît sur l'unité active, la sonde InSight peut automatiquement basculer sur l'unité de secours, puis reprendre ses activités.

    Le système RAD 750 a déjà volé à plusieurs reprises et est donc bien rôdé, y compris dans le cadre de missions martiennes. Il équipait ainsi la sonde Mars Reconnaissance Orbiter, le rover Curiosity, ainsi que l'orbiteur MAVEN.

    Dernière mise à jour : 29 janvier 2018

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