Pour les articles homonymes, voirOdyssey.
| Organisation |  NASA/JPL |
|---|---|
| Constructeur | Lockheed Martin |
| Domaine | Observation deMars |
| Type demission | Orbiteur |
| Statut | Opérationnel |
| Lancement | |
| Lanceur | Delta II-7425 |
| Identifiant COSPAR | 2001-014A |
| Site | mars.jpl.nasa.gov |
| Masse au lancement | 725 kg (332 kg d'ergols) |
|---|
| Orbite | Orbite polairehéliosynchrone passage à 15h45 (2012) |
|---|---|
| Périapside | 400 km |
| Apoapside | 400 km |
| Période de révolution | 1,96 heures |
| Inclinaison | 93,2° |
| THEMIS | Spectromètre-imageurinfrarouge |
|---|---|
| GRS | Spectromètre àrayons gamma |
| MARIE | Spectromètre détecteur de particules énergétiques |
2001 Mars Odyssey est unesonde spatiale de laNASA placée enorbite en 2002 autour de laplanèteMars. Cetorbiteur, de taille relativement modeste héritée du programme« better, faster, cheaper » (mieux, plus vite, moins cher), a pour objectifs principaux de dresser une carte de la distribution des minéraux et des éléments chimiques à la surface de Mars et de détecter la présence éventuelle d'eau à l'aide de ses trois instruments scientifiques hérités en partie de la missionMars Observer.
Mars Odyssey remplit parfaitement sa mission : les instruments de la sonde spatiale permettent de mettre en évidence de grandes quantités de glace stockées sous les deux pôles et l'abondance particulièrement importante dupotassium. Le spectromètre imageur THEMIS sert à établir une carte globale de Mars en lumière visible et en infrarouge et montre la présence de grandes concentrations d'olivine, qui prouvent que la période sèche que connaît Mars a débuté il y a très longtemps. Enfin, les données fournies par la sonde sont utilisées pour sélectionner les sites d'atterrissages desastromobilesMars Exploration Rover. La sonde, dont la mission est prolongée à cinq reprises, reste opérationnelle en 2019 plus de dix-huit ans après son lancement[1]. Elle sert également de relais de télécommunications entre laTerre et les engins se posant sur Mars tels que les astromobilesMER ouMars Science Laboratory.
LaNASA lance en 1992 l'orbiteurMars Observer, mais trois jours avant la date prévue pour l’insertion sur son orbite martienne, le contact avec la sonde est perdu[2]. L'échec de cette mission particulièrement coûteuse entraîne une révision complète de la stratégie américaine d’exploration dusystème solaire. La NASA décide de lancer désormais des sondes spatiales moins sophistiquées mais à budget serré : l'objectif est de ne pas tout perdre en cas d’échec tout en permettant la réalisation d'un plus grand nombre de missions avec un cycle de développement raccourci. C’est le« better, faster, cheaper » (« mieux, plus vite, moins cher »), qui devient la devise du nouveauprogrammeDiscovery. Dans le cadre de ce programme et à chaque conjonction favorable de Mars et de la Terre (environ tous les deux ans), la NASA prévoit d’envoyer à la fois une sonde spatiale de typeorbiteur, qui doit effectuer ses observations depuis l’orbite martienne, et une autre de typeatterrisseur, chargée de se poser sur le sol martien pour y recueillir des données scientifiques. Les objectifs qui étaient assignés initialement à la sonde Mars Observer malchanceuse, sont ventilés entre les orbiteurs beaucoup plus légers du nouveau programme : des copies des instruments scientifiques de Mars Observer seront donc embarquées sur les sondesMars Global Surveyor qui doit être lancée en 1996,Mars Climate Orbiter (1998), Mars Odyssey (2001) etMars Reconnaissance Orbiter (2005)[3].
Les deux premières sondes du nouveau programme, lancées en 1996, remplissent parfaitement leur mission : l’atterrisseurMars Pathfinder se pose sur Mars et libère le premier robot mobile extraplanétaire,Sojourner, qui explore les environs durant quelques semaines ; de son côté, l’orbiteurMars Global Surveyor renvoie durant neuf ans une quantité inégalée de données sur l’atmosphère, la surface et la structure interne de Mars. Conformément à ses plans, la NASA lance fin 1998/début 1999 deux nouvelles sondes alors que Mars se trouve de nouveau dans une position favorable, maisMars Climate Orbiter etMars Polar Lander sont toutes deux victimes de défaillances à trois mois d'intervalle avant d’avoir débuté la partie scientifique de leur mission[4]. Face à cette série de défaillances catastrophiques visiblement liées à sa nouvelle doctrine, la NASA décide de suspendre toutes les missions futures de son programme d'exploration martienne notamment les deux sondes spatiales deMars Surveyor 2001 en voie d'achèvement. L'orbiteur, le futur Mars Odyssey, a des caractéristiques très proches de Mars Climate Orbiter or la perte de cette sonde est avant tout liée à une erreur humaine. La NASA décide donc très rapidement de donner son feu vert à l'achèvement de Mars Odyssey par son constructeurLockheed Martin. L’atterrisseurMars Surveyor Lander 2001 quant à lui ne sera jamais lancé et servira de réservoir de pièces détachées pour les missions suivantes. Le coût total de la missionMars Odyssey est évalué à297 millions dedollars[5].
L'objectif scientifique principal de Mars Odyssey est de dresser une carte de la distribution des minéraux et des éléments chimiques à la surface de Mars. La sonde doit également[6] :
Mars Odyssey doit par ailleurs servir de relais pour les télécommunications entre la Terre et les engins américains ou d'autres pays posés à la surface de Mars.
Mars Odyssey, qui a approximativement la forme d'un parallélépipède de 2,2 × 1,7 × 2,6 mètres, pèse 725 kg au lancement dont 331,8 kg d'ergols et 44,5 kg d'instrumentation scientifique. Plusieurs équipements sont rattachés au corps de la sonde et ne sont déployés qu'une fois la sonde en orbite : lespanneaux solaires, l'antennegrand gain et le mât de6 mètres portant le capteur duspectromètregamma. La sonde spatiale est divisée en deux modules : le module de propulsion comprend les réservoirs, les moteurs et les conduits assurant la circulation des ergols. Le module des équipements comprend les équipements assurant le fonctionnement de l'engin et les instruments scientifiques[7].
La structure de la sonde est réalisée essentiellement enaluminium, des parties étant entitane pour assurer la rigidité tout en limitant l'augmentation de la masse. La masse de la structure est de 81,7 kg[8].
Mars Odyssey dispose de plusieurs types demoteur-fusée. Le moteur le plus puissant, qui brûle un mélangehypergolique d'hydrazine et deperoxyde d'azote et a unepoussée minimum de 695newtons, est utilisé une seule fois pour l'insertion en orbite autour de Mars. Pour les corrections de trajectoire et lecontrôle de l'orientation, la sonde dispose de quatre moteurs de 22 N de poussée et de quatre moteurs de 0,9 N de poussée. Les ergols sont injectés dans les moteurs par de l'hélium sous pression stocké dans un réservoir dédié. L'ensemble du système de propulsion représente une masse de 49,7 kg sans les ergols[8].
L'énergie électrique est fournie par troispanneaux solaires ayant une surface totale de 7 m2 recouverts decellules solaires de typeAsGa dont l'énergie est, si nécessaire, stockée dans une batterieNickel-Hydrogène de 16ampères-heures. Les panneaux produisent750watts au niveau de l'orbite de Mars et 1 500 W au niveau de l'orbite terrestre. Les panneaux sont déployés une fois la sonde en orbite. L'ensemble du système gérant la production et la régulation de l'énergie a une masse de 86 kg[9].
Les télécommunications sont réalisées enbande X avec la Terre et enUHF avec lesatterrisseurs etrovers situés à la surface de Mars. L'antenne paraboliquegrand gain de1,3 mètre de diamètre peut être utilisée simultanément pour recevoir des instructions de la Terre et transmettre les données scientifiques recueillies. L'antenne grand gain n'est déployée qu'une fois la phase d'aérofreinage achevée. Elle peut être orientée avec deuxdegrés de liberté. La sonde dispose également d'une antenne rectangulaire moyen gain large de 7,1 cm située au centre de l'antenne grand gain. Enfin, une antenne faible gain de 4,4 cm de diamètre peut être utilisée dans les cas d'urgence ou lorsque l'antenne grand gain n'est pas pointée vers la Terre. L'ensemble du système de télécommunications a une masse de 23,9 kg[9].
Lecontrôle d'orientation de la sonde repose sur trois paires de senseurs redondants constituée chacune d'unviseur d'étoiles et d'unsenseur solaire. Pour modifier son orientation,Mars Odyssey 2001 utilise à la fois desroues de réactionet des petits propulseurs. L'ensemble du système de contrôle d'orientation a une masse de 23,4 kg[10].
Mars Odyssey embarque trois instruments scientifiques qui sont en partie un héritage de la sonde malchanceuseMars Observer.
Lespectro-imageur Thermal Emission Imaging System (acronyme : THEMIS) réalise une cartographie des ressources géologiques de Mars via unecaméra haute définition couplée à unspectromètre travaillant dans l'infrarouge et enlumière visible. Dans l'infrarouge, l'instrument utilise neuf bandes spectrales pour identifier les minéraux tels que lescarbonates, lessilicates, leshydroxydes, lessulfates, lessilices hydrothermaux, lesoxydes et lesphosphates. Cette approche multispectrale doit en particulier permettre d'identifier les minéraux qui se forment en présence d'eau tout en fournissant le contexte géologique. L'instrument, qui est long de 54,5 cm pour 37 cm de haut et 28,6 cm de large, a une masse de 11,2 kg et consomme14 watts[11].
Lespectromètre àrayons gamma Gamma Ray Spectrometer (acronyme : GRS) est également utilisé pour déterminer les éléments composant la surface de Mars. La surface de la planète est frappée en permanence par desrayons cosmiques qui sont par nature très énergétiques. Les éléments composant le sol réagissent (processus despallation) en émettant des neutrons plus ou moins énergétiques. Ces derniers frappent à leur tour des noyaux atomiques en donnant naissance à deux processus : soit le neutron rebondit après avoir communiqué une partie de son énergie au noyau qui la restitue sous forme de rayons gamma soit le neutron est absorbé par le noyau qui devient instable et donc radioactif et qui se désintègre en produisant également des rayons gamma. Dans les deux cas, l'énergie des rayons gamma permet d'identifier le type d'élément (fer, silicium, etc.) qui l'a émis. Le spectromètre GRS, en mesurant l'énergie des rayonnements renvoyés par le sol, permet de mesurer l'abondance en éléments de la zone observée et de dresser une carte de la distribution de ceux-ci à la surface de Mars. L'instrument est complété par deux spectromètres àneutrons : le premier est capable de détecter une large gamme de neutrons, tandis que le second est spécialisé dans les neutrons à haute énergie. Ces détecteurs sont utilisés pour mesurer l'abondance des atomes d'hydrogène présents dans le sol martien à une profondeur inférieure à un mètre et d'en déduire l'abondance en glace d'eau. Pour que le détecteur de rayons gamma de l'instrument GRS ne soit pas perturbé par le rayonnement gamma émis par la structure métallique du satellite, il est positionné à l'extrémité d'un mât de 6,2 mètres qui est déployé à l'issue de la phase de cartographie. Le cristal degermanium au cœur du détecteur doit être exposé au vide pour atteindre la température basse (−193 °C) qui est nécessaire à son fonctionnement. Toutefois, les particules qui le frappent finissent par altérer la structure du cristal et diminuer larésolution spectrale. Cette capacité est restaurée en le portant à100 °C durant quelques dizaines d'heures : pour parvenir à cette température, un couvercle positionné sur le réceptacle contenant le cristal est refermé. GRS a une masse de 30,5 kg et consomme32 watts[12],[5].
Dans l'optique d'une futuremission spatiale habitée vers Mars,Mars Odyssey comprend un instrument qui doit évaluer le niveau des radiations les plus dangereuses que pourraient recevoir un équipage sur le trajet Terre-Mars et en orbite autour de Mars. LeMars Radiation Environment Experiment (acronyme : MARIE) mesure les particules énergétiques ionisées (électrons, protons et noyaux d'atome) émises par le Soleil et lesrayons cosmiques d'origine galactique dont l'énergie est comprise entre15 et 500 MeV. MARIE est un spectromètre avec une ouverture de 68°. L'instrument qui a une masse de 3,3 kg consomme7 watts[13],[14].
La sonde spatialeMars Odyssey est lancée deCap Canaveral, enFloride, le par une fuséeDelta II-7425 et elle atteint Mars le suivant, à2 h 30 (heure universelle). Après avoir parcouru environ460 millions de kilomètres, la sonde passe derrière la planète Mars à une altitude de 300 km (avec un écart de 1 km par rapport à l'altitude visée) et met à feu son moteur principal pour réduire sa vitesse et s'insérer ainsi en orbite autour de la planète. Le moteur-fusée de 695newtons depoussée, qui est utilisé durant19,7 minutes en brûlant environ 262,8 kg d'ergols, place la sonde sur uneorbite polaire très elliptique (~128 × 27 000 km) parcourue en18 heures et36 minutes. Pour arriver sur sonorbite basse circulaire, la sonde modifie celle-ci au cours des trois mois suivants en utilisant la technique dufreinage atmosphérique mise au point parMars Global Surveyor. Cette technique consiste à modifier l'altitude de la sonde spatiale au périgée de manière qu'elle pénètre dans les hautes couches de l'atmosphère martienne (à environ 100 km d'altitude), et soit ralentie par la traînée générée. La réduction de vitesse obtenue à chaque orbite entraîne une diminution de l'altitude deMars Odyssey à l'apogée et permet de ramener celle-ci progressivement de 27 000 à 400 km[15],[16],[17]. L'opération est délicate car si la sonde se trouve trop bas les forces de frottement peuvent entraîner sa destruction. D'autre part, la densité de l'atmosphère de Mars et son épaisseur varient rapidement et il faut donc surveiller en permanence l'évolution de ces paramètres et adapter en conséquence l'altitude au périgée à chaque révolution. Cette surveillance de la météorologie martienne est assurée à la fois parMars Global Surveyor etMars Odyssey[18]. Cette technique permet d'économiser plus de 200kilogrammes depropergol. La phase de freinage atmosphérique s'achève le 11 janvier 2002. À l'aide des petits moteurs-fusées de la sonde, l'altitude du périgée est relevée progressivement à 400 km tandis que l'apogée est abaissé de 500 à 400 km[19]. Ces manœuvres s'achèvent le. La sonde est désormais sur uneorbite polairehéliosynchrone qui la fait survoler Mars à 5 heures locale de l'après-midi[20]. L'antenne grandgain est déployée le[21].
La mission scientifique proprement dite débute le avec la mise en marche des instruments scientifiques[22]. Les ingénieurs de la NASA parviennent le 13 mars 2002 à remettre en marche l'instrument MARIE tombé en panne en août 2001 alors que la sonde était en route pour Mars. En mai 2002, les données collectées par les spectromètres à neutron de GRS permettent de confirmer la présence d'eau dans une proportion de 50 % en volume dans la couche superficielle du pôle sud[23]. De son côté, l'instrument THEMIS fournit le même mois des données infrarouges prometteuses qui permettent d'identifier clairement des couches géologiques superposées très différenciées à la surface de Mars[24]. En juin 2002, le détecteur du spectromètre gamma est mis en marche : le mât qui le supporte est déployé[25]. Mi-octobre 2002, la couche dedioxyde de carbone qui recouvre lepôle nord durant une partie de l'année s'évapore. L'instrument GRS permet alors de constater que le pôle nord recèle également des quantités d'eau encore plus importantes que celles détectées aupôle sud quelques mois auparavant[26]. Le 28 août 2003, l'instrument MARIE tombe en panne : un composant de l'électronique de MARIE a sans doute été endommagé par une particule solaire. Les ingénieurs ne parviendront pas à le remettre en marche[27].
Le 24 août 2004, la mission primaire deMars Odyssey s'achève mais la NASA a approuvé une première extension de la mission jusqu'à septembre 2006, afin de pouvoir comparer les phénomènes climatiques affectant la planète d'une année sur l'autre. Ainsi, les scientifiques pourront observer les changements affectant la calotte polaire, ou d'autres phénomènes atmosphériques (formation de nuages ou de tempêtes de poussière). Cette mission étendue permet également d'apporter une assistance précieuse aux missions martiennes en cours ou futures : près de 85 % des données collectées par lesrovers MER qui ont atterri en 2003, vont transiter vers la Terre grâce au relais de communicationUHF deMars Odyssey. En outre, les données collectées par l'orbiteur vont contribuer au choix du site d'atterrissage de la sondesonde Phoenix lancée en 2008. Enfin, Odyssey va guider l'orbiteurMars Reconnaissance Orbiter, qui se place en orbite autour de la planète rouge en mars 2006, en analysant les conditions atmosphériques martiennes. CommeMars Odyssey, la sondeMars Reconnaissance Orbiter a utilisé en effet l'atmosphère ténue de Mars pour ralentir et se placer sur son orbite définitive[28].
En octobre 2008, la mission de la sonde est prolongée pour la troisième fois jusqu'en septembre 2010. Pour cette nouvelle phase de la mission de la sonde spatiale, l'heure locale de survol est progressivement modifiée pour la faire passer de5 h de l'après-midi à3 h 45. Ce changement doit permettre d'améliorer les performances de l'instrument THEMIS mais le spectromètre gamma de GRS doit être arrêté car à cette heure de passage, il chauffe trop pour fournir des résultats exploitables. La modification de l'heure de survol est très progressive et la nouvelle orbite est atteinte en juin 2009[29],[30]. Une quatrième extension jusqu'en août 2012 est décidée pour continuer à étudier les variations d'une année sur l'autre de phénomènes tels que les variations affectant la couverture par la glace de la calotte polaire, les tempêtes de poussière et les nuages. Cette extension doit permettre également de dresser une carte plus détaillée de lacomposition minéralogique de la surface de la planète. Une cinquième extension jusqu'en juillet 2014 doit permettre d'assurer la couverture de l'atterrissage deMars Science Laboratory prévue en août 2012. La sonde est devenue en 2015 l'engin envoyé vers Mars à la plus longue durée de vie[31].
Le 8 juin 2012,Mars Odyssey se met en mode de survie[N 1] car elle a détecté un comportement anormal d'une de sesroues de réactions utilisées pour contrôler son orientation. Cet incident tombe à un mauvais moment car il est prévu que la sonde relaie les informations fournies par Mars Science Laboratory durant sa descente vers le sol martien qui est planifiée pour le 6 août de la même année. Après avoir testé durant plus deux semaines le fonctionnement de la roue de réaction de rechange qui n'avait pas été activée depuis le début de la mission, la sonde spatiale est déclarée en état de fonctionner et reprend sa collecte de données scientifiques[32],[33]. La sonde se met à nouveau brièvement en mode de survie le 11 juillet alors qu'elle effectuait une petite correction de trajectoire. Mais la situation revient à la normale et le 24 juillet une dernière manœuvre parvient à placerMars Odyssey sur une orbite qui lui permettra de relayer en temps réel les données transmises par MSL durant son atterrissage. Les deux autres sondes en orbite,Mars Express etMars Reconnaissance Orbiter, enregistreront également les données transmises parMSL mais ne seront pas en position de les retransmettre immédiatement[34].
Le spectromètre GRS et les spectromètres à neutrons qui lui sont associés ont permis de mettre en évidence de grandes quantités de glace stockées sous les deux pôles ainsi que la présence de glaces en quantités plus modérées aux latitudes moyennes. Le même instrument a permis de dresser la première carte de la distribution des éléments chimiques à la surface de la planète. GRS a permis en particulier de mesurer la composition des éléments suivants : hydrogène,silicium,fer,potassium,thorium,chlore. La croûte de la planète contiendrait notamment deux fois plus de potassium que lacroûte terrestre. L'étude a confirmé que les principaux éléments nécessaires à l'apparition de la vie étaient présents sur Mars. L'instrument THEMIS a mis en évidence de grandes concentrations d'olivine dans l'un des canyons deValles Marineris qui démontrent que la période sèche que connaît Mars a débuté il y a très longtemps. Une couverture photographique globale de Mars en lumière visible et en infrarouge (de nuit) a été réalisée pour la première fois avec une résolution de dix mètres. Enfin, les données fournies par la sonde ont été utilisées pour sélectionner les sites d'atterrissages desroversMER, en particulier le site deMeridiani Planum retenu pourOpportunity du fait de sa richesse enhématite, un minéral formé généralement sur Terre en présence d'eau. L'instrument MARIE a déterminé que le taux de radiation sur l'orbite autour de Mars était deux à trois fois supérieur à celui mesuré sur une orbite terrestre[35],[5].
À l'origine,Mars Odyssey s'appelaitMars Surveyor 2001 et l'orbiteur devait être lancé à peu près à la même période que l'atterrisseurMars Surveyor Lander 2001. En mai2000, la NASA abandonna le projet d'une mission sur le sol martien, notamment à la suite des échecs des sondesMars Climate Orbiter etMars Polar Lander fin1999. Par conséquent, l'agence spatiale américaine modifia le nom de la mission :2001 Mars Odyssey rappelle le roman de science-fiction2001, l'Odyssée de l'espace (2001, Space Odyssey en anglais) d'Arthur C. Clarke.
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| La première date est celle du lancement du lancement (du premier lancement s'il y a plusieurs exemplaires). Lorsqu'elle existe la deuxième date indique la date de lancement du dernier exemplaire. Si d'autres exemplaires doivent lancés la deuxième date est remplacée par un -. Pour les engins spatiaux autres que les lanceurs les dates de fin de mission ne sont jamais fournies. | |||||||||||||||||
