Marte Pathfinder

Sonda spațială Marte Pathfinder
Descrierea acestei imagini, comentată și mai jos Pathfinder și Sojourner înainte de lansarea lor în octombrie 1996. Date generale
Organizare JPL - NASA
Domeniu Demonstrator tehnologic
stare Misiune indeplinita
Lansa 4 decembrie 1996
Lansator 7925. Delta II
Sfârșitul misiunii 27 septembrie 1997
Identificator COSPAR 1996-068A
Site Site-ul oficial
Caracteristici tehnice
Liturghie la lansare 870 kg
Instrumente de masă 25 kg (inclusiv rover )
Ergols Hidrazină
Masa de propulsor 94 kg
Δv 130 m / s (podea de croazieră)
Principalele instrumente
IMP aparat foto
ASI / MET Stație meteorologică
APXS Particule alfa și spectrometru cu raze X

Mars Pathfinder este osondă spațială detiplander, dezvoltată deagenția spațială americană,NASA, care a aterizat pe planetaMartepe4 iulie 1997în Ares Vallis , în regiunea Chryse Planitia . Nava spațială principală este mai presus de toate un demonstrator tehnologic la prețuri reduse care validează utilizarea unei noi tehnici de aterizare moale pe Marte, utilizând airbag-uri , și folosește pentru prima dată pe Marte un mic robot mobil ( astromobil ), Sojourner .

Mars Pathfinder este prima misiune a NASA pe solul lui Marte de la programul Viking , care a avut loc în 1976, cu 20 de ani mai devreme. Inițial, proiectul centrului de cercetare Ames , numit MESUR , a constat în crearea unei rețele de 16 stații dotate cu senzori (seismometru, stație meteorologică etc.) aduși în solul lui Marte de nave spațiale foarte simple. Costul crescând al acestui proiect, restricțiile bugetare și refuzul noului administrator al NASA de a dezvolta misiuni costisitoare duc la un proiect aproape lipsit de conținut științific care este încredințat Laboratorului de propulsie cu jet . Mars Pathfinder este a doua misiune din programul Discovery al NASA care reunește proiecte de explorare a Sistemului Solar cu costuri reduse.

Misiunea Mars Pathfinder îndeplinește complet obiectivele limitate stabilite pentru aceasta și se încheie în continuare27 septembrie 1997. Sarcina utilă , redusă la o stație meteo , o cameră și un spectrometru la bordul rover-ului Sojourner , oferă puține informații științifice noi. Pe de altă parte, pentru prima dată, detaliile despre progresul unei misiuni spațiale sunt comunicate în timp real publicului larg, cu imagini de susținere, datorită generalizării internetului, acoperire media care a avut un succes enorm. Inovațiile tehnice testate, sistemul de aterizare cu airbag-uri și utilizarea unui rover vor fi refolosite de misiunile Mars Exploration Rover lansate în 2003.

context

La începutul anilor 1990, singura explorare aprofundată, in situ a suprafeței lui Marte a fost efectuată de sondele spațiale din programul Viking al NASA , care a aterizat pe suprafața planetei în 1976. Acești landeri fixi nu au putut efectua doar scanări limitate la locul de aterizare. La începutul anilor 1990, unitățile agenției spațiale americane aveau în vedere noi metode de explorare a suprafeței lui Marte. Ca parte a proiectului său MESUR ( Mars Environmental Survey ) , Centrul de Cercetare Ames propune crearea unei rețele de senzori de-a lungul planetei, lansând de fiecare dată când fereastra de lansare este deschisă pe Marte (aproximativ la fiecare doi ani) patru landere mici fixe lansate de un o singură rachetă și fiecare însărcinată cu studierea unei regiuni date. Pentru a reduce costurile, tehnica utilizată de aceste sonde pentru a coborî la sol este simplificată: fără radar, retro-rachete cu forță fixă ​​și un sistem airbag pentru a anula viteza de sosire la sol. Fiecare tren de aterizare este identic și are o masă de 160 kg. Este alimentat de un generator termoelectric radioizotopic pentru a face fotografii ale sitului și a colecta date cu un seismometru și o stație meteo. Trebuie lansate șaisprezece sonde, inclusiv primele patru în 1996. longevitatea lor urma să fie de cel puțin 8 ani, astfel încât întreaga rețea de instrumente să poată funcționa cel puțin doi ani simultan. Un satelit de telecomunicații care orbitează Marte este adăugat pentru a permite transferul de date pe Pământ. Costul total de peste un deceniu este de 1 miliard de dolari SUA. La rândul său, centrul de cercetare Langley propune utilizarea penetratorilor care ar fi eliberați de un vehicul de coborâre derivat din sondele spațiale Viking.

Jet Propulsion Laboratory (JPL) a studiat în prealabil într- o misiune pentru a reveni probe de sol pe Pământ de pe Marte , care a folosit un rover. Oficialii JPL lansează studiul unei versiuni miniaturizate a acestui rover. Inginerul JPL Don Bickler oferă un sistem de suspensie articulat cu 6 roți simplu, care negociază în mod eficient obstacolele de pe solul lui Marte. În 1989 a fost construit un prototip.

Bugetul proiectului MESUR crește pe măsură ce studiile progresează pe măsură ce NASA se confruntă cu restricții bugetare. Oficialii NASA decid să aloce prima fereastră de lansare din 1996 unui demonstrator tehnologic numit SLIM ( Surface Lander Investigation of Mars ). Acesta este responsabil pentru validarea alegerilor tehnice ale MESUR și astfel convingerea oficialilor NASA să desfășoare rețeaua de sonde spațiale. La rândul său, Jet Propulsion Laboratory dezvoltă un prototip al rover-ului său cu o masă de 7,1 kg și îl oferă ca sarcină utilă pentru această primă misiune. Roverul trebuie să permită desfășurarea seismometrului pe sol. Acest lucru trebuie să fie în contact cu solul, astfel încât semnalele să nu fie amestecate de vibrațiile comunicate sondei spațiale de vânt, variațiile de temperatură, ..... La momentul respectiv, utilizarea unui braț robot pentru această desfășurare nu este luată în considerare. o soluție viabilă având în vedere experiența dobândită în timpul misiunilor Viking (însă această soluție va fi păstrată pentru desfășurarea seismometrului InSight lansat în 2018). NASA își aprobă dezvoltarea proiectului și îl transferă către JPL. Demonstratorul SLIM este redenumit MESUR Pathfinder. Din motive de cost, seismometrul, rațiunea de a fi a stațiilor MESUR, nu este în cele din urmă la bord. Este considerat o prioritate mai mică decât mini-roverul. Durata de viață a landerului este limitată la 30 de zile (în loc de cei 8 ani ai stațiilor MESUR), iar panourile solare înlocuiesc generatorul termoelectric radioizotopic . În cele din urmă, sistemul de aterizare care utilizează airbag-uri este singura caracteristică reținută din proiectul MESUR. Acesta din urmă a fost anulat la scurt timp din motive bugetare și pentru că proiectele de această scară nu se mai încadrează în strategia de explorare a sistemului solar propusă de noul administrator NASA.

Obiective

Misiunea corespunzătoare întoarcerii americanilor pe Marte timp de douăzeci de ani, obiectivele sale sunt în esență tehnice. Este într-adevăr o chestiune de proceduri de testare care pot fi utilizate ulterior în misiuni ambițioase din punct de vedere științific și, prin urmare, mai scumpe.

Site de aterizare

Misiunile vikingilor, înainte de aterizarea pe Marte, fuseseră plasate pe orbită, ceea ce făcuse posibilă studierea și selectarea la fața locului a locului de aterizare. Marte Pathfinder, după ce a ajuns pe Marte, intră direct în atmosfera marțiană, ceea ce înseamnă că trebuie să selectați locul de aterizare în avans pentru a plasa sonda spațială pe calea cea bună. Constrângerile sunt totuși mai puțin severe decât pentru misiunile Viking, deoarece sistemul airbag face posibilă aterizarea chiar și pe teren relativ neuniform. Pe de altă parte, utilizarea panourilor solare impune o latitudine la care Soarele se află la zenit la data aterizării. În cele din urmă, altitudinea sitului trebuie să fie suficient de mică pentru a oferi sondei spațiale timp pentru a-și reduce suficient viteza. Având în vedere aceste constrângeri tehnice, aproximativ douăzeci de situri au fost studiate de comunitatea științifică, reunite în cadrul unui atelier care a avut loc în 1994. Locul de debarcare ales, Ares Vallis , este o fostă câmpie aluvială, situată în emisfera nordică. de Marte la 19,4 ° latitudine nordică și 33,1 ° longitudine vestică. Acesta este situat la aproximativ 850 de kilometri sud-est de locul de debarcare Viking 1. Site-ul a fost ales deoarece există o mare varietate de roci în raza de acțiune a micului rover, dintre care unele provin probabil din regiunea de munte, care nu a fost niciodată vizitată până acum .

Caracteristici tehnice

Sonda spațială Mars Pathfinder, care cântărește 895  kg , este alcătuită din patru părți distincte:

Ansamblul format din modulul de coborâre și trenul de aterizare (inclusiv roverul) cântărește 570 kg.

Etajul de croazieră

Etapa de croazieră, care măsoară 2,65 metri în diametru și 1,5 metri înălțime, are o masă de aproximativ 300 kg, inclusiv 94 kg de propulsori ( hidrazină ). Rolul său este de a finaliza separarea cu lansatorul, de a roti sonda spațială pentru ao stabiliza în timpul tranzitului dintre Pământ și Marte și de a menține această rotație, de a face corecțiile de traiectorie necesare în această fază, de a asigura comunicațiile cu Pământul și în cele din urmă așezați modulul de coborâre în poziție pentru reintrarea atmosferică. Odată ce această ultimă sarcină este finalizată, este eliberată de modulul de coborâre. Acesta cuprinde panouri solare cu o suprafață de 4,4  m 2 folosind celule fotovoltaice de arsenidă de galiu și oferă 250 până la 450 de wați. Energia necesară pentru etapa de croazieră este de 178 de wați. Pentru a-și corecta traiectoria și a-și controla orientarea, etapa de croazieră folosește 8 motoare rachete cu o forță de 4,4 newtoni care ard hidrazină, ceea ce face posibilă modificarea vitezei de 130 m / s pe întreaga misiune. Celălalt echipament este o antenă cu câștig mediu care funcționează în bandă X și, în cele din urmă, senzori solari și vedete stelare utilizate pentru a determina orientarea (derivată din cele ale sondei spațiale Magellan .

Modul de coborâre

Modulul de coborâre protejează partea sondei spațiale care trebuie să aterizeze pe sol de căldura care se degajă în timpul reintrării atmosferice, apoi reduce viteza la apropierea de sol folosind o parașută și apoi câteva secunde înainte de a atinge solul. rachete. Modulul de serviciu constă dintr-un scut termic frontal (cel mai expus la căldură) și un scut termic spate a cărui formă și structură sunt derivate direct din modulul de coborâre al sondelor spațiale Viking. Echipamentul măsoară performanța modulului în timpul coborârii. De asemenea, include o parașută cu fantă derivată, de asemenea, din sonde Viking și trei rachete cu propulsor solid și un radar care permite a căror date sunt utilizate pentru a declanșa operațiunile finale în timpul coborârii. Modulul de coborâre are o masă de aproximativ 310 kg.

Lander

Landerul, înainte de desfășurare pe sol, are forma unei piramide trunchiate cu trei laturi. Fiecare dintre cele patru panouri care formează această piramidă are formă triunghiulară și 1 metru pătrat. Panoul central servește drept suport pentru cutia care conține electronica și antenele, celelalte trei sunt conectate la acest panou prin articulații echipate cu motoare lente, dar puternice. În timpul desfășurării, landerul se deschide ca o floare, astfel încât roverul (sprijinit pe unul dintre cele trei panouri laterale) să se poată extrage singur. Totul măsoară apoi 2,75 metri în anvergură pentru o înălțime de 1,5 metri. În cazul în care trenul de rulare nu aterizează corect pe baza sa, ci pe unul dintre panourile sale laterale, este prevăzut un dispozitiv care să îi permită să o îndrepte. Landerul are trei panouri solare triunghiulare cu o suprafață de 2,8  m 2 care asigură 1200 de wați-oră pe zi când aerul este transparent și jumătate din cantitate atunci când praful este suspendat în aer. Energia este stocată în baterii de argint zinc cu o capacitate de 40 ampere-oră. Toate componentele electronice sunt plasate într - o cutie centrală situată pe petala de mijloc în care o temperatură cuprinsă între 0 și 20  ° C , se menține . Această cutie găzduiește în special computerul de bord care utilizează un microprocesor IBM RAD6000 , versiunea întărită radio a PowerPC . Acesta are o memorie de masă de 128 megaocteți pentru a stoca datele și fotografiile făcute. Sistemul de comunicații care asigură schimburile cu Pământul, dar și cu roverul este, de asemenea, stocat în această cutie. Landerul are o antenă cu câștig mare de 30  cm în diametru (rata de 2250 biți pe secundă), precum și o antenă cu câștig mic.

Principala inovație adusă de Jet Propulsion Laboratory este sistemul de baloane care servește ca amortizor în ultima parte a coborârii. Umflate de generatoare de gaz cu opt secunde înainte de aterizare pe sol, acestea înconjoară complet trenul de rulare. Odată desfășurat, ansamblul are 5,3 metri lățime, 4,3 metri înălțime și 4,8 metri adâncime. Aceste airbag-uri fac posibilă renunțarea la un sistem de propulsie cu forță variabilă pentru a ajunge la sol, precum și la un software sofisticat de ghidare. De asemenea, elimină riscul asociat terenurilor neuniforme. Aterizarea se poate face cu o viteză verticală de 14  m / s , o viteză orizontală de 20  m / s și în prezența rocilor înalte de 50 de centimetri. Acest dispozitiv nu este cu adevărat nou, deoarece a fost folosit de sovietici pentru a plasa unele dintre sondele lor pe suprafața Lunii. Dezvoltarea sa a dus la numeroase modificări. Sistemul inițial care consta dintr-un singur strat de țesătură cântărea doar 15 kg, dar testele au arătat că nu mai puțin de patru straturi erau necesare, ducând greutatea la 85 kg.

Roverul Sojourner

Roverul Sojourner (numit după Sojourner Truth ) cântărește 10,6 kg și are 65  cm lungime, 48 cm lățime și 30 cm înălțime. Echipat cu șase roți, se poate îndepărta teoretic până la 500 de metri de zona de aterizare. Sistemul de suspensie de tip rocker-bogie a fost dezvoltat de JPL și permite roților sale cu diametrul de 13 centimetri să depășească obstacolele de 20 de centimetri și să urce pante de 45 °. Fiecare roată are un motor electric în butuc și se poate roti independent. Viteza sa teoretică de mișcare este de 24 de metri pe oră, dar în practică nu va depăși niciodată 1  cm / s în timpul operațiunilor la sol pe Marte. Energia este furnizată de un panou solar cu o suprafață de 0,25  m 2 . Consumul de energie al echipamentelor și instrumentelor sale este de 16 wați. În timpul nopții folosește o baterie cu litiu care nu se reîncarcă. Pentru a menține echipamentul la o temperatură acceptabilă, acestea sunt izolate termic de blocuri de aerogel, un material cu densitate foarte mică, dar având o putere de izolare foarte bună. Acest dispozitiv este completat de trei baterii care conțin fiecare 2,6 grame de plutoniu 238, a căror dezintegrare asigură căldură. Este conectat în bandă UHF cu transceiverul radio al landerului. Pentru mișcările sale, Sojourner are două moduri de funcționare. Pe de o parte, poate primi instrucțiuni de pe Pământ (prin lander). Operatorul analizează imaginile terenului înconjurător pentru a defini instrucțiunile de mișcare. De asemenea, poate naviga autonom analizând reflexia razelor de lumină emise de cinci lasere pe care le are în față. Această analiză îi permite să distingă obstacolele și să lucreze în jurul lor. Dacă nu poate găsi un pasaj, semnalează prin radio către Pământ că este blocat.

Instrumente științifice

Mars Pathfinder are trei instrumente: camera IMP și stația meteo ASI / MET instalată pe lander și spectrometrul cu raze X APXS alfa proton instalat pe roverul Sojourner .

Camera IMP

IMP ( Imager for Mars Pathfinder ) este o cameră stereo color care folosește două elemente optice pentru a oferi imagini ridicate. Camera este atașată la 1 metru deasupra punții superioare a trenului de aterizare deasupra unui catarg telescopic realizat dintr-o plasă de sârmă care se desfășoară după aterizare. Camera poate fi rotită 360 ° orizontal și de la -73 ° la + 83 ° în altitudine. Cele două optici distanțate la 150 de milimetri au o distanță focală de 23 milimetri și un câmp vizual de 14,4 °. Acestea sunt protejate de praful extern de geamuri de siliciu topite. Cele două imagini colectate sunt returnate la doi detectoare de tip CCD amplasate una lângă alta, fiecare cuprinzând 256 × 256 pixeli . Pe calea optică se află o roată de filtru care cuprinde patru perechi de filtre atmosferice, două perechi de filtre pentru imaginile în relief și 11 filtre destinate să dezvăluie formațiuni geologice. O lentilă dioptrică face posibilă realizarea de imagini de aproape ale unui mic magnet fixat la mică distanță de IMP pentru a vizualiza praful care aderă la magnet. Realizarea camerei a fost pilotată de Universitatea din Arizona cu contribuții de la Lockheed Martin Company, Institutul Max Planck de Aeronomie din Lindau ( Germania ), Universitatea Tehnică din Brunswick (Germania) și Institutul Niels Bohr din Copenhaga ( Danemarca )

Stația meteo ASI / MET

Instrumentul ASI / MET ( Atmosferic Structure Instrument / Meteorology Instrument ) trebuie să colecteze date meteorologice, cum ar fi presiunea, temperatura, viteza vântului și direcția, odată ce dispozitivul de aterizare este pe sol. De asemenea, trebuie să măsoare caracteristicile straturilor atmosferice traversate în timpul coborârii. Instrumentul, care are o masă de 2,41 kg, este dezvoltat de Jet Propulsion Laboratory . Include patru termocupluri responsabile pentru măsurarea temperaturii cu o precizie de 0,1 ° C. Acestea sunt fixate pe un catarg înalt de 1 metru care este așezat vertical odată ce landerul este pe sol. Termocuplurile sunt distanțate uniform și sunt situate la nivelul solului și 25 cm, 50 cm, 1 m înălțime. Presiunea este măsurată de un senzor care derivă din cel folosit de misiunile Viking . Trei șosete de vânt fixate la diferite înălțimi pe catargul meteorologic fac posibilă măsurarea atât a direcției, cât și a vitezei vântului. Direcția este determinată de fotografierea regulată a șosetelor de vânt cu camera IMP.

Spectrometru cu raze X APXS alfa proton

APXS ( Spectrometrul cu raze X Alpha Proton ) este un spectrometru cu particule alfa și raze X utilizat pentru a determina elementele chimice prezente într-o probă de rocă. Pentru a realiza acest lucru, instrumentul bombardează roca pentru a fi analizată cu particule alfa generate de o sursă radioactivă ( curium 244 ). Detectorii instrumentului analizează apoi particulele emise ca răspuns la bombardament. Un detector de siliciu analizează particulele alfa returnate de nucleii atomilor din rocă. Măsurând energia maximă a acestora, el poate determina cu exactitate prezența atomilor de lumină precum carbonul , oxigenul și azotul . Este mai puțin precis pentru elementele mai grele. Un al doilea detector de siliciu măsoară, de asemenea, protonii expulzați de bombardament și face posibilă identificarea atomilor de lumină (masa atomică între 9 și 14), cum ar fi sodiu , aluminiu , sulf și magneziu . Al treilea detector analizează razele X emise de cei mai grei atomi (din sodiu) și face posibilă determinarea proporției elementelor prezente cu o precizie apropiată de ppm. Toți acești detectoare pot funcționa numai dacă temperatura lor este sub -25 ° C sau -35 ° C (în funcție de detector). Un răcitor cu efect Peltier face posibilă scăderea temperaturii detectoarelor, dar, pentru a limita consumul de energie, managerii misiunii au preferat să nu-l folosească și să opereze instrumentul pe timp de noapte, care pe Marte este caracterizat de temperaturi foarte scăzute (-85 ° C ). Instrumentul este instalat pe un braț care este instalat în fața rover-ului Sojourner pentru a poziționa detectorul în contact cu roca. Pentru a obține rezultate, instrumentul trebuie să rămână apăsat pe probă timp de 10 ore. Instrumentul, care are o masă de 0,56 kg, este o copie a celui de la bordul sondei rusești Marte 96, el însuși derivat din instrumentele purtate de sondele sovietice Vega și Phobos. Acesta este furnizat de Institutul de Chimie Max-Planck din Mainz ( Germania ). Detectorul de raze X este furnizat de Universitatea din Chicago .

Conduita misiunii

Lansare și tranzit între Pământ și Marte (4 decembrie 1996 - 4 iulie 1997)

Lansarea a fost amânată de două ori, prima dată din cauza vremii nefavorabile, a doua din cauza unei defecțiuni a computerului, care a oprit numărătoarea inversă, cu 4 minute înainte ca motoarele să fie aprinse. În sfârșit are loc pe4 decembrie 1996la 06:58:07 ( UTC ), din ESMC / Complexul de lansare 17B . Pe parcursul celor șapte luni care durează călătoria sa către Planeta Roșie, etapa de croazieră (un cilindru de 2,65  m în diametru și 1,5  m în înălțime) furnizează Pathfinder cu energie (datorită celor 2,5  m 2 de panouri solare) și asigură transmisii cu Pământul (datorită unei antene cu câștig mediu). Echipat cu un sistem de propulsie (două seturi de patru duze și patru rezervoare de hidrazină) pentru corectarea cursului, se învârte de două ori pe minut pentru a se stabiliza. Datorită lui, sonda efectuează patru corecții pe 10 ianuarie, 3 februarie, 6 mai și 25 iunie.

Cursul coborârii către solul marțian
Ref.
plan 		Timp Eveniment Altitudine Viteză
Diagrama coborârii către suprafața planetei Mars Pathfinder 1 T - 34 min Eliberarea etajului de croazieră 8.500  km 7,26 km / s
2 T - 4 min Începutul reintrării atmosferice 125 km 7,26 km / s
3 T - 2 min Implementarea parașutei 6-11 km 350-450 m / s
4 T - 100 s Eliberarea scutului termic frontal 5-9 km 95-130 m / s
5 T - 80 s Dispozitiv de aterizare suspendat de frânghie 3-7 km 65-95 m / s
6 T - 32 s Radarul măsoară distanța la sol 1,5 km 60-75 m / s
7 T - 8 s Airbagurile sunt umflate 300 m 52-64 m / s
8 T - 4 s Tragerea de rachete retro 50-70 m 52-64 m / s
9 T - 2 s Tren de aterizare 0-30 m 0-25 m / s
10 T + 15 min Airbagurile se dezumfla pe pământ
11 T + 75 min Retragerea airbagurilor atmosferice
12 T + 120 min Transmiterea primelor date
T = timpul de aterizare.

Sosire pe Marte (4 iulie 1997)

Coborâre pe solul marțian

Secvența de aterizare începe la o altitudine de 8.500  km , adică cu 35 de minute înainte de contactul cu solul, prin scoaterea etapei de croazieră, care acum este inutilă. Spre deosebire de sondele vikinge, Pathfinder nu orbitează planeta, ea reintrând direct, la o altitudine de 130  km , cu un unghi de 14,2 °. Sonda este protejată de încălzirea excesivă printr-un scut termic cu un diametru de 2,65 metri. Datorită acestei frânări „naturale”, viteza Pathfinder este redusă la 1.440  km / h . În timp ce solul se afla la doar 9,4  km distanță , a fost evacuată o parașută cu diametrul de 11,5  m . Viteza Pathfinder scade la 234  km / h . Douăzeci de secunde mai târziu, scutul termic este evacuat. Mai trec încă douăzeci de secunde înainte ca sonda să fie coborâtă la capătul unei linii de kevlar de 30 de metri lungime, al cărei capăt este atașat la scutul superior (atașat la parașută). Distanța până la sol este de numai 6,6  km . Când sunt doar 300  m , cu opt secunde înainte de contactul cu solul, grupul de 24 de baloane de protecție se umflă în jurul său în mai puțin de o secundă. Două secunde mai târziu, când sonda se află la numai 50  m de sol, cele trei rachete retro nituite la scutul superior se aprind, oprind instantaneu întregul în aer. Aproape simultan, flanșa de kevlar care a conectat sonda la scutul superior este tăiată: Pathfinder parcurge ultimii douăzeci de metri care o separă de sol în cădere liberă și atinge solul cu o viteză de 19  m / s , adică 68  km / h . Au trecut apoi patru minute și jumătate de la începutul reintrării sale în atmosferă, a atins solul Ares Vallis . Erau apoi 2 h 56 min 55 s dimineața, ora marțiană (adică 16 h 56 min 55 s UTC . Locul de aterizare a fost așa cum era planificat la Ares Vallis, 19 kilometri sud-vest de centrul elipsei. Coordonatele sunt 19,33 ° latitudine nordică și 33,52 grade longitudine vestică. Mars Pathfinder a sărit de cincisprezece până la douăzeci de ori airbagurile sale (inițial până la 15  m înălțime), uneori pe roci înainte de stabilizare.

La rândul său, scutul superior, după ce a fost eliberat trenul de aterizare, recâștigă puțină altitudine sub împingerea retro-rachetelor, care continuă să funcționeze timp de două secunde pentru a-l trage cât mai departe de locul de aterizare și să „împiedice astfel să cadă din nou pe sondă. Locul de aterizare este numit Memorialul Carl Sagan în onoarea astronomului și planetologului american Carl Sagan , care fusese un mare avocat al explorării spațiului și care murise la doar două săptămâni după lansarea sondei spațiale.

Activarea trenului de aterizare

O antenă cu câștig scăzut este atașată la partea superioară a sondei spațiale și, în timp ce există o șansă una din patru ca sonda spațială să se oprească, cu baza sprijinită pe pământ (Dacă nu ar fi fost cazul deschiderea petalelor ar fi pus landerul în partea dreaptă în sus) asta s-a întâmplat cu Mars Pathfinder. Antena permite sondei spațiale să informeze imediat camera de control că aterizarea a mers bine. Odată ce praful ridicat de aterizare s-a instalat, pernele se dezumfla datorită deschiderii supapelor, apoi sunt retrase de cabluri kevlar pentru a permite deschiderea petalelor care delimitează inima sondei spațiale. Petalele landerului se deschid, expunându-și panourile solare. Debarcarea având loc noaptea, este necesar să așteptați răsăritul soarelui pentru a permite panourilor solare să furnizeze energie și să preia bateriile. Camera este utilizată pentru a determina poziția Soarelui, care la rândul său face posibilă orientarea antenei cu câștig ridicat către Pământ și trimiterea primelor informații detaliate către Pământ.

În prima zi de pe suprafața planetei Marte , camera face primele imagini și se efectuează câteva citiri meteo. Inginerii realizează atunci că una dintre perne nu s-a dezumflat complet și că, prin urmare, poate interfera cu debarcarea roverului. Pentru a rezolva această problemă, ridică și apoi coboară de mai multe ori o petală a landerului pentru a aplatiza perna. Datele transmise în acea zi conțin cele colectate în timpul coborârii pentru prima dată pentru a avea un profil vertical de temperatură al atmosferei marțiene în timpul nopții. Datele de la senzorii îngropați în scutul termic fac, de asemenea, posibilă validarea proiectării acestui echipament, care va fi preluat de următoarele sonde spațiale marțiene. Telemetria indică faptul că dispozitivul de aterizare are o înclinație redusă de 2 °.

Beagle 2 ← Beagle 2 (2003) Oxia Planum ← Rosalind Franklin (2023?) Site de aterizare Bradbury Curiosity (2012) → Martie 2020 ← Perseverență (2021) Deep Space 2 Deep Space 2 (1999) → InSight InSight (2018) → Tianwen-1 ↓ Tianwen-1 rover (2021) 2 martie 2 martie (1971) → 3 martie ← 3 martie (1971) 6 martie 6 martie (1973) → Marte Polar Lander Polar Lander (1999) ↓ Stația Memorială Challenger ↑ Oportunitate (2004) Valea Verde ← Phoenix (2008) Tren de aterizare Schiaparelli Schiaparelli EDM (2016) → Stația Memorială Carl Sagan ← Sojourner (1997) Spirit (2004) ↑ Stația Memorială Thomas Mutch Viking 1 (1976) → Stația Memorială Gerald Soffen Viking 2 (1976) →


Operațiuni la sol (4 iulie - 27 septembrie 1997)

Descoperirea locului de aterizare

Fotografiile din jur arată o multitudine de roci mici cu diferite forme, texturi și culori care încântă geologii. Mai mult, în timp ce terenul din apropiere este destul de plat, la câteva metri distanță apar mici valuri și două dealuri de peste 50 de metri înălțime, una cu vârful conic și cealaltă cu vârful turtit, sunt vizibile la orizont. La distanță de 860 de metri, sunt botezați rapid Twin Peaks . Pe laturile acestor dealuri, există urme de depozite, debituri și terase formate din fluxuri. La sud de sit, o ondulație este de fapt buza unui crater în diametru de 1,5 km care, în momentul formării sale, a expulzat roci care s-au amestecat cu cele transportate probabil de inundații. Proiecțiile mici vizibile la orizont corespund reliefurilor, dintre care cea mai îndepărtată pare a fi la aproximativ patruzeci de kilometri distanță. Unele roci sunt foarte ascuțite, altele sunt rotunjite sau prezintă semne de eroziune de către vânt care nu mai fuseseră observate până acum pe planetă. Pietricelele rotunjite , rocile adesea înclinate sau aliniate pe o axă nord-estică par să confirme teza resturilor transportate acolo de inundații.

Culoarea cerului este o surpriză pentru oamenii de știință. Deși nu a avut loc nicio furtună majoră de praf de ani de zile, aceasta este de culoare roz, ceea ce sugerează că praful, care provoacă această colorare, este prezent permanent în atmosferă. Operațiunea de retragere a airbagurilor a dezvăluit solul imediat sub suprafață, care este mai întunecat. Alte pete întunecate sunt vizibile mai departe în imaginile realizate de cameră. Se pare că indică locul în care airbagurile au atins solul înainte de a reveni. Inginerii și oamenii de știință au denumit rapid rocile din jur, oferindu-le numele unor personaje fictive, în special desene animate  : Barnacle Bill , Yogi , Scooby Doo , Casper , Boe , Stimpy , Bullwinkle , Wedge ...).

Aterizând roverul

Aterizarea rover-ului Sojourner pe solul marțian nu a mers fără probleme. Două rampe de aterizare sunt derulate una în față, cealaltă în spatele roverului. Dar rampa din față nu atinge solul. Cel din spate, pe de altă parte, este în contact cu solul, dar necesită pilotarea rover-ului în sens invers, fără a beneficia de camerele amplasate în partea din față a vehiculului. În plus, un airbag se revarsă ușor pe rampă și legăturile radio dintre Sojourner și Mars Pathfinder sunt întrerupte. Inginerii decid să amâne aterizarea roverului până a doua zi. Când comunicările au fost restabilite a doua zi, computerul lui Sojourner a repornit din motive neclare, dar acest eveniment a rezolvat problemele de comunicare dintre rover și lander. Inginerii declanșează încărcăturile pirotehnice care eliberează roverul de cătușe și trimit instrucțiunile de pornire. Roverul coboară înapoi pe rampa din spate și atinge solul marțian aproximativ zece minute mai târziu.

Explorarea locului de aterizare

Imediat după ce a aterizat, roverul își folosește spectrometrul pentru a determina compoziția solului marțian în noaptea următoare. Suportul telescopic al camerei IMP este instalat, ceea ce permite poziționarea acesteia la o înălțime de 1,4 metri. A doua zi, Sojourner își plasează spectrometrul APXS invers în contact cu stânca numită Barnacle Bill și din această poziție face o fotografie a sondei spațiale, dar pernele dezumflate îi obstrucționează parțial câmpul vizual. Analiza stâncii, o premieră pe Marte, relevă o proporție surprinzătoare de siliciu care implică prezența cuarțului ca andezit pe Pământ. Dar acest rezultat este contestat deoarece ar putea proveni dintr-un strat superficial, fără legătură cu roca și creat prin expunerea acestuia la elemente și la bombardamentele de particule (vânt solar, raze cosmice). O a doua rocă numită Yogi , de dimensiuni mari, rotunjită ca formă și cuprinzând în mod fascinant două culori, constituie a doua țintă studiată. Dar, după o manevră eronată de abordare, apoi mai multe anomalii succesive, este nevoie de patru zile pentru ca spectrometrul să fie așezat pe piatră. Ulterior, Sojourner analizează o piatră albă numită Scooby Doo și apoi o porțiune de sol nisipos. Pentru prima dată, își folosește sistemul de navigație autonom pentru a se deplasa.

În acest timp, camera Mars Pathfinder este utilizată pentru a face panorame, pentru a asista rover-ul în navigația sa, realizând imagini ale poziției sale la sfârșitul fiecărei zile și fotografiind șosetele și magneții folosiți pentru a colecta praful magnetizat. Imaginile realizate arată că roțile roverului dezvăluie porțiuni de sol de culoare roz. După examinarea unei roci numite Souffle, controlorii de la sol au decis să ocolească lander-ul cu rover-ul pentru a se deplasa către un grup de roci numit Rock Garden („grădina de roci”). Au trecut 38 de zile de la aterizare, când Sojourner și-a atins obiectivul. Roverul, în urma unei erori a unui senzor, se angajează să se ridice pe o piatră care-și aduce înclinația la 20 °. Mecanismele de protecție sunt declanșate și progresul roverului este oprit. În următoarele 20 de zile, rover-ul scanează rocile Sharp, Moe și Half Dome. În a 58- a zi, bateriile Sojourner nu mai funcționează: spectrometrul nu mai poate fi folosit în ziua când celulele solare din partea de sus a roverului furnizează energie. A 76- a  zi Sojourner reușește să fotografieze un câmp de dune mici, nevăzute de camera lui Mars Pathfinder.

În același timp, instrumentele acumulează observații ale atmosferei de pe Marte. Fotografiile crepusculului marțian și măsurarea scăderii producției de energie electrică de către panourile solare sunt utilizate pentru a măsura proporția de praf din atmosferă. Cantitatea de apă în suspensie prin realizarea de imagini ale Soarelui cu filtre corespunzătoare liniilor de absorbție a vaporilor de apă. Nori de gheață albastră se văd uneori pe cer. Temperatura la diferite altitudini deasupra solului este măsurată continuu.

Sfârșitul misiunii (27 septembrie)

După ce a studiat site-ul Rock Garden, echipa proiectului intenționează să-l trimită pe Sojourner mult mai departe pentru a-și evalua capacitățile și a contribui la dezvoltarea următoarei generații de rovers. Dar încărcarea bateriei de Mars Pathfinder se deteriorează treptat. Un contact final cu sonda spațială are loc pe27 septembrie 1997la 10:23 ora universală . 28 septembrie, sonda spațială nu mai răspunde. Motivul exact pentru oprirea transmisiilor nu este sigur, dar oprirea se datorează probabil epuizării bateriei în timpul nopții, care ar fi resetat ceasul intern la 0. Când lumina zilei revine și energia curge din nou, la bord computerul nu ar fi putut localiza Pământul și, prin urmare, îndreaptă antena parabolică către acesta. O conexiune scurtă este re-stabilit pe 1 st și7 octombriedar fără a fi transmise date. Deoarece aparatele electronice sunt expuse la o temperatură din ce în ce mai scăzută în fiecare noapte, este probabil ca acestea să nu mai funcționeze în timpul zilei după un timp. Inginerii abandonează10 martie 1998 încearcă să facă contact.

Rezultatele misiunii

În timpul șederii sale pe suprafața lui Marte, au fost luate și transmise 17.050 de imagini (inclusiv 550 de pe rover) și s-au făcut 8,5 milioane de măsurători ale presiunii atmosferice , temperaturii și vitezei vântului marțian. Roverul a parcurs o sută de metri și a efectuat 230 de manevre, efectuând analiza chimică a șaisprezece roci și pete de sol diferite, întinse pe o suprafață de aproximativ 250  m 2 . Misiunea, care era programată să dureze șapte zile, a durat de 12 ori mai mult.

La nivel pur științific, rezultatele misiunii, care a fost în primul rând tehnologică, sunt relativ slabe:

  • analiza chimică a rocilor și a solului indică o concentrație semnificativă de siliciu sugerând că materialele originale sunt diferențiate. Rocile analizate au caracteristici diferite de cele ale meteoriților colectați pe Pământ și despre care se presupune că sunt de origine marțiană.
  • pietricele și rocile găsite pe sol, precum și incluziunile din unele roci, toate caracterizate prin forme rotunjite, sugerează că Marte a cunoscut odată un climat fierbinte care permite apei lichide să curgă pe suprafața sa.
  • canelurile și canelurile vizibile pe unele roci sugerează că acestea au fost erodate de particule de mărimea unui bob de nisip. Depozitele în formă de dună prezente în apropierea zonei de aterizare indică, de asemenea, prezența nisipului.
  • chimia solului la locul de debarcare este similară cu cea întâlnită de landerii Viking 1 și Viking 2.
  • Urmărirea emisiunilor radio de pe Mars Pathfinder indică faptul că miezul metalic al lui Marte are un diametru cuprins între 1.300 și 2.000 de kilometri.
  • praful din atmosferă este format din particule magnetizate cu un diametru de 1 micron. Este probabil ca mineralul magnetic să fie maghemit, una dintre variantele oxidului de fier care a fost depus și a cimentat particulele de praf sub efectul frigului și al secetei. Fierul ar proveni din levigarea rocilor în timpul fazei fierbinți pe care Marte ar fi cunoscut-o.
  • vârtejurile de praf au fost observate frecvent și sugerează că formează mecanismul care injectează praf în atmosfera lui Marte.
  • fotografiile realizate arată prezența norilor de gheață de apă în atmosfera inferioară la începutul zilei. Acestea se risipesc pe măsură ce atmosfera se încălzește.
  • schimbările bruște de temperatură au fost măsurate dimineața, sugerând că atmosfera este încălzită de suprafața planetei și că această căldură este difuzată de curenții ascendenți.
  • clima este similară cu cea a locului de debarcare Viking 1, cu schimbări rapide de presiune și temperatură, vânturi slăbind peste noapte și, în general, vânturi slabe. Temperaturile de suprafață sunt, în general, cu 10  ° C mai calde decât la locul Viking 1.
  • atmosfera are o nuanță roz pal datorită prezenței particulelor fine de praf în atmosfera inferioară, fenomen observat deja la locurile de aterizare ale sondelor spațiale Viking. Mărimea și forma particulelor de praf și cantitatea de vapori de apă prezenți în atmosferă sunt similare cu cele constatate de landerii Viking.

Următorii rovers

Deși gama sa era foarte limitată, Sojourner a fost prima mașină care s-a deplasat pe solul marțian. De atunci, alte cinci rover-uri , primele patru dezvoltate de agenția spațială americană și rover-ul chinez Zhurong , au aterizat pe Marte:

  • Spirit  : este unul dintre cei doi rovers ai proiectului Mars Exploration Rover (MER). După ce am părăsit Pământul10 iunie 2003, a aterizat pe Marte pe 4 ianuarie 2004. Activ până în 2009, a parcurs 7,7  km înainte de a se bloca într-o dună.
  • Oportunitate  : gemenii Spiritului - ca și el - au părăsit Pământul în vara anului 2003 și au aterizat pe Marte înianuarie 2004. Dar a fost mult mai rezistent decât el, deoarece a rămas activ mai mult de paisprezece ani, acoperind astfel mai mult de 45 de  km . A fost adormit de NASA pe10 iunie 2018în urma furtunilor violente, care i-au murdărit panourile solare. Înfebruarie 2019, NASA își anunță oficial scoaterea din funcțiune.
  • Curiozitate  : lansat pe26 noiembrie 2011, mai greu și mai puternic decât cele două „MER”, acest rover nu este, ca și ele, alimentat de panouri solare, ci de un generator nuclear, care îi permite să funcționeze în toate anotimpurile și ziua și noaptea. Ajuns la suprafața lui Marte pe6 august 2012, a parcurs 23,33  km mai departe12 noiembrie 2020.
  • Perseverență  : După o lansare pe 30 iulie 2020, acest nou rover a aterizat pe 18 februarie 2021 în interiorul craterului Jezero cu diametrul de 49 de kilometri, lângă marginea de nord-vest a acestuia. Cu o arhitectură similară cu cea a predecesorului său, Perseverența are mai multe instrumente științifice care îi permit să descopere urme ale vieții.
  • Zhurong  : (în chineză祝融, Zhùróng ) este primul rover chinez marțian aparținând misiunii Tianwen-1 lansată pe Marte pe23 iulie 2020la 12  h  41 (UTC + 8) de la baza de lansare Wenchang . A aterizat pe14 mai 2021, făcând China a doua țară care a aterizat cu succes pe Marte și a stabilit comunicații de pe suprafața marțiană, după Statele Unite . Zhurong a fost desfășurat cu succes pe 22 mai 2021, la 02:40 UTC.

În cultura populară

  • în filmul Planeta Roșie , astronauții pe Marte pe cale de dispariție folosesc părți din Sojourner pentru a realiza un radio improvizat și pentru a comunica cu nava lor spațială.
  • în seria Star Trek: Enterprise , Sojourner apare pe scurt ca un monument istoric.
  • în romanul Singur pe Marte și adaptarea sa de film , un astronaut abandonat pe Marte călătorește către Pathfinder pentru a recupera și repara sonda pentru a comunica cu Pământul.

Note și referințe

Note

  1. această metodă poate fi aplicată numai cu mașini de dimensiuni mici, deci nu poate fi generalizată.
  2. Această metodă va fi utilizată pentru aterizarea Curiosity în 2012.

Referințe

  1. Explorarea robotică a sistemului solar Partea 2 Hiatus și Reînnoire 1983-1996 , p.  442-443
  2. Explorarea robotică a sistemului solar Partea 2 Hiatus și Reînnoire 1983-1996 , p.  443
  3. (în) Philippe Labro, „  O șansă la fiecare 20 de ani: MEAS  ” pe site-ul oficial SEIS-INSIGHT , Institut de Physique du Globe de Paris (accesat la 24 noiembrie 2018 )
  4. Explorarea robotică a sistemului solar Partea 2 Hiatus și Reînnoire 1983-1996 , p.  451-452
  5. Misiune Pathfinder Marte (Golombek) , p.  3954
  6. (în) „  Mars Pathfinder Fact Sheet  ” , NASA (accesat la 23 noiembrie 2018 )
  7. Trusă de presă Mars PathfinderLanding , p.  28
  8. Explorarea robotică a sistemului solar Partea 2 Hiatus și Reînnoire 1983-1996 , p.  445
  9. Philippe Labrot, „  Mars Pathfinder  ” , pe site-ul web al lui P. Labrot (accesat la 23 noiembrie 2018 )
  10. (ro) „  Descrierile instrumentului Mars Pathfinder  ” , pe site-ul oficial Mars Pathfinder , NASA ,23 noiembrie 2018
  11. Philippe Labrot, „  Mars Pathfinder - Les instruments scientifique  ” , pe site-ul web al lui P. Labrot (accesat la 23 noiembrie 2018 )
  12. (în) „  Mars Pathfinder: intrare descendentă și aterizare  ” pe site-ul oficial Mars Pathfinder , NASA (accesat la 23 noiembrie 2018 )
  13. Foto: http://www.astrocosmos.net/articles/mission/pathfinder-sojourner.jpg
  14. Explorarea robotică a sistemului solar Partea 2 Hiatus și Reînnoire 1983-1996 , p.  454
  15. Explorarea robotică a sistemului solar Partea 2 Hiatus și Reînnoire 1983-1996 , p.  454-455
  16. Explorarea robotică a sistemului solar Partea 2 Hiatus și Reînnoire 1983-1996 , p.  455-456
  17. Explorarea robotică a sistemului solar Partea 2 Hiatus și Reînnoire 1983-1996 , p.  456-457
  18. Explorarea robotică a sistemului solar Partea 2 Hiatus și Reînnoire 1983-1996 , p.  457-458
  19. Explorarea robotică a sistemului solar Partea 2 Hiatus și Reînnoire 1983-1996 , p.  458
  20. Explorarea robotică a sistemului solar Partea 2 Hiatus și Reînnoire 1983-1996 , p.  460
  21. Golombek 1997 , p.  1
  22. (în) Trusa de presă NASA : Mars Polar Lander / Deep Space 2 , NASADecembrie 1999( citiți online ) , p.  14
  23. Actualizări de oportunități
  24. NASA confirmă moartea robotului marțian Opportunity , Le Monde , 13 februarie 2019.
  25. (în) „  Oportunitatea de stabilire a înregistrărilor NASA pe misiunea Marte se termină  ” pe nasa.gov ,13 februarie 2019(accesat la 14 februarie 2019 ) .
  26. Puteți urmări în mod regulat kilometrajul acestuia pe un site JPL: http://mars.nasa.gov/msl/mission/whereistherovernow/
  27. Andrew Jones , „  Tianwen-1 se lansează pentru Marte, marcând zorii explorării interplanetare chineze  ”, SpaceNews ,23 iulie 2020( citiți online , consultat la 23 iulie 2020 )
  28. Steven Lee Myers și Kenneth Chang , „  Misiunea Chinei Mars Rover Terenuri pe planeta roșie  ”, The New York Times ,14 mai 2021( citiți online , accesat la 16 mai 2021 )
  29. Rémy Decourt, „  Marte: primele rotiri ale roților pentru roverul Zhurong  ” , pe Futura Sciences ,24 mai 2021
  30. Lei Zhao , „  Roverul Zhurong din China se mută pe suprafața marțiană pentru a începe operațiunile științifice  ”, China Daily ,22 mai 2020( citiți online , consultat la 22 mai 2021 )

Bibliografie

NASA

  • (ro) NASA, Mars Pathfinder Landing ,Iulie 1997( citește online )Trusa de presă furnizată de NASA pentru aterizarea Mars Pathfinder
Articole despre desfășurarea misiunii și rezultate

Alte lucrări

  • (ro) Paolo Ulivi și David M Harland, Explorarea robotică a sistemului solar partea 2 Hiatus și Reînnoire 1983-1996 , Chichester, Springer Praxis,2009, 535  p. ( ISBN  978-0-387-78904-0 )Istoria și cursul detaliat al misiunilor interplanetare între 1982 și 1996
  • (ro) Peter J. Westwick, Into the black: JPL and the American space program, 1976-2004 , New Haven, Yale University Press ,2006, 413  p. ( ISBN  978-0-300-11075-3 ) - Istoria laboratorului de propulsie cu jet între 1976 și 2004
  • (ro) Erik M. Conway, Explorare și inginerie: laboratorul de propulsie cu jet și căutarea pentru Marte , Baltimore, Johns Hopkins University Press ,2015, 418  p. ( ISBN  978-1-4214-1605-2 , citit online ) - Istoria programului de explorare marțiană al Jet Propulsion Laboratory

Vezi și tu

Articole similare

linkuri externe