28 Mai 2020

[Quézako?] Le CNES prépare un rover pour Phobos !

Après la Lune et Mars, Phobos sera-t-il le prochain astre à accueillir un rover à sa surface ? Le CNES prépare un robot à cette intention. Décollage vers la lune martienne prévu en 2024 dans le cadre de la mission japonaise MMX.

 


Phobos est un petit corps de forme très irrégulière. Crédits : NASA/JPL-Caltech/University of Arizona.

Le 19/02/2020, l’Agence spatiale japonaise a donné son feu vert à la mission MMX (Martian Moon Exploration) vers Phobos et Deimos, les 2 satellites naturels de la planète Mars. Le CNES et l’agence spatiale allemande (DLR) participent à cet audacieux projet via, notamment, la fourniture du robot prévu pour atterrir et rouler sur Phobos, la lune la plus proche de Mars.

Un robot éclaireur et explorateur

 L'objectif premier du rover est de « dé-risquer » les opérations de prélèvements d'échantillons par la sonde japonaise

Mais ce rover sera aussi un explorateur. Durant ses 3 mois de mission, il fera de la science à sa surface » indique Gabriel Pont, responsable au CNES de la thématique « Exploration » du rover MMX. De la taille d'un micro-onde (42 x 38 x 23 cm), le rover MMX aura un poids de 25 kg. mais un micro-onde très « kawaii ».

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Représentation du rover MMX, un robot très « kawaii ». Crédits : CNES/DLR, 2020.

Gabriel Pont est responsable au CNES de la thématique « Exploration » du rover MMX. Il est manager des équipes opérationnelles impliquées sur les missions martiennes MSL/Curiosity et Mars 2020/Perseverance. Crédits : CNES/OLLIER Alexandre, 2018.

 

Au CNES, le rover MMX mobilise environ 40 personnes, dont 15 à quasi plein temps.

MMX, une mission de retour d'échantillons

L'objectif principal de la mission japonaise MMX est de ramener sur Terre des échantillons de Phobos, entre 10 et 100 g. Analysés en laboratoire avec les techniques les plus modernes, ces prélèvements de sol permettront de comprendre l'origine — encore très débattue – des satellites naturels de Mars : astéroïdes capturés par la gravité martienne ou débris de Mars agglomérés résultant de l’impact géant d’un corps céleste avec la planète rouge ?  

Le CNES participe également à la mission MMX via la fourniture de l’instrument MIRS qui équipera la sonde japonaise. MIRS analysera la composition minéralogique des surfaces de Phobos et Deimos et l’atmosphère de Mars via à un spectromètre proche infrarouge. L'agence spatiale française apportera aussi un support à la JAXA pour définir l’orbite très particulière qu’il faudra adopter autour de Phobos (une QSO, pour orbite quasi-satellite) et les phases d’approche de la surface.

 Lancement prévu en 2024 avec un retour des échantillons sur Terre en 2029. 

Mais où se poser ? 

Le rover MMX repose sur une coopération franco-allemande de longue date dans le thème de l’exploration des petits corps : la dernière étant l’atterrisseur Mascot déposé à la surface de l’astéroïde Ryugu en 2018 lors de la mission japonaise Hayabusa-2 ; la plus retentissante étant la mission européenne Rosetta avec l'atterrisseur Philae qui s'est posé sur la comète Tchouri.

Après avoir observé en détails Phobos, la sonde japonaise larguera le rover lors d'une répétition générale de sa phase de descente, depuis une altitude inférieure à 100 m et sans aucun équipement protecteur pour atténuer la chute. Phobos a une gravité très faible liée ses petites dimensions : 27 x 22 x 19 km – pour comparaison, le diamètre de la Lune est de 3 500 km. Le rover ne sera pas accéléré de manière importante. Pas besoin de parachute ! 

Les questions sont plutôt : va-t-il faire des rebonds à son atterrissage ? Va-t-il s'enfoncer dans le régolithe (la poussière) présent à la surface Phobos ? Réussira-t-il à rouler ? Difficile à dire. « On ne sait pas !  Cet atterrissage est la grande inconnue. On ne connait pas bien ni la composition, ni la texture, ni l’épaisseur du régolithe à la surface de Phobos. Il y a donc des risques pour le rover » prévient Gabriel Pont.

Phobos au-dessus de Mars par la sonde européenne Mars Express en 2007. Crédits : ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum), CC BY-SA 3.0 IGO.

Eviter une sortie de route vers l’infini de l’Espace

Pour éviter de faire une sortie de route dans l'espace, le rover roulera très lentement à 1 mm/s soit 3,6 m/h. Il sera en complète autonomie sur Phobos. Il utilisera la sonde spatiale japonaise comme relai avec la Terre : celle-ci ne communiquera jamais simultanément avec la Terre et avec le rover, agissant donc uniquement comme boîte aux lettres dans un sens et dans l’autre. « Il naviguera grâce à 2 caméras stéréos permettant d'évaluer les distances. Il sera aussi doté de 2 petites caméras qui resteront pointées vers le sol pour observer l'interaction entre les roues et le régolithe. Ces observations nous permettront de caractériser le matériau à la surface de Phobos et ainsi de mieux prédire la réaction de la sonde MMX lors de son atterrisage pour la collecte des échantillons » explique Simon Tardivel, responsable « Sciences » et analyste de mission sur le rover MMX. Durant les 100 jours de sa mission, les scientifiques espèrent que le rover parcourra entre 30 et 100 m.

Si on réussit à prouver que l'on peut rouler sur Phobos, cela montrerait qu’on peut aussi rouler sur d'autres petits corps par exemple sur Cérès ou Vesta, les lunes de Jupiter ou sur les satellites de Saturne...

ajoute Gabriel Pont.

Pour le CNES, la cerise sur Phobos serait de jouer les paparazzis en filmant l'arrivée de la sonde MMX et sa récolte d’échantillons lors d'un séjour prévu pour durer plusieurs heures. Des ingénieurs du CNES rêvent même un enterrement au robot. « Une fois nos objectifs remplis, le rover pourrait prendre plus de risques. Une de nos idées est d'essayer d'excaver le sol en faisant tourner les roues sur place et d’enterrer le robot de quelques millimètres à quelques dizaines de centimètres en fonction du terrain. Une photo fantastique serait alors d'observer un sol différent sous la surface, un changement de couleur ou de matériau qui nous en apprendrait davantage sur l'histoire et l'évolution de cette lune » rêve Simon Tardivel.

Simon Tardivel, responsable « Sciences » et analyste de mission au CNES sur le rover MMX. Crédits : Simon Tardivel.

Phobos par la sonde européenne Mars Express en 2010. Un pixel = 4,4 m. Crédits : ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum), CC BY-SA 3.0 IGO.

Un rover encore sans nom

Si le rover n'a pas encore de nom, la répartition des tâches dans sa réalisation entre les agences spatiales française (CNES) et allemande (DLR) est, elle, bien définie.

Au CNES, la charge : 

  • des panneaux solaires et de leur mécanisme d’ouverture
  • de la communication entre le robot et la sonde 
  • du « module de service » du robot, à savoir l'ordinateur de bord, l'alimentation électrique, les batteries, la centrale d'attitude, le logiciel de vol
  • des 2 petites caméras WheelCam qui resteront pointées vers les roues et prendront des images à 100 µm de résolution 
  • des 2 caméras stéréos de navigation NavCam dont les images du paysage devant le rover auront moins d'1 mm de résolution.

Le DLR est responsable du châssis, de la mobilité (roues, jambes et moteurs), du mécanisme de séparation avec la sonde MMX, du mini-spectromètre Raman et du radiomètre infrarouge. 

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