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Nov 25, 2023

Comment fonctionne le Mars Curiosity Rover

Déplacez-vous, esprit et opportunité : il y a un nouveau rover martien sur la planète à partir de

Déplacez-vous, esprit et opportunité : il y a un nouveau rover martien sur la planète depuis août 2012. Avec ses six roues motrices, son système de suspension à bascule et ses caméras montées sur mât, il pourrait ressembler à ses vénérables prédécesseurs, mais seulement dans la manière une camionnette ressemble à un Humvee. Nous parlons d'un camion monstre scientifique à propulsion nucléaire et laser, avec un pack de fusées - un vol à 2,5 milliards de dollars (taxes, titre, amarrage et frais de transport inclus).

Le Mars Science Laboratory, alias Curiosity, domine la salle d'exposition du rover de Mars, s'étendant deux fois plus longtemps (environ 10 pieds ou 3 mètres) et construit cinq fois plus lourd (1 982 livres ou 899 kilogrammes) que les modèles record de la NASA en 2003, Spirit et Opportunité. Il est prêt pour le tout-terrain, sans moyeux à verrouiller (et personne pour les verrouiller). Six roues en aluminium de 20 pouces (51 centimètres) franchissent des obstacles approchant 30 pouces (75 centimètres) de haut et accumulent 660 pieds (200 mètres) par jour sur le terrain martien.

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Mesdames et messieurs, la Curiosity 2011 contient plus de gadgets qu'un entrepôt Ronco - tout, du matériel pour collecter le sol et les échantillons de roche en poudre, aux tamis pour les préparer et les trier, aux instruments embarqués pour les analyser. Le laser de Curiosity est un spectromètre accordable conçu pour identifier les composés organiques (contenant du carbone) et déterminer les rapports isotopiques des éléments clés. Mieux encore, son système d'alimentation nucléaire éprouvé, utilisé depuis longtemps dans les satellites, les engins spatiaux et les équipements lunaires embarqués à bord des missions Apollo, est garanti de ne pas vous laisser bloqué dans une tempête de poussière.

Oui, en effet, la NASA est retournée à la planche à dessin pour celui-ci, imaginant un arrangement de type fractal pour emballer la meilleure sélection d'équipements scientifiques compacts dans le plus petit espace possible. Mais ne nous croyez pas sur parole : demandez à Rob Manning, ingénieur en chef des systèmes de vol au Jet Propulsion Laboratory, qui l'appelle "de loin, la chose la plus complexe que nous ayons jamais construite" [source : JPL].

Aucun effort n'a été épargné pour le rover le plus ambitieux de la NASA à ce jour. Ce bourreau de travail mènera plus de recherches scientifiques à bord, en utilisant une plus grande suite d'instruments et de capteurs de laboratoire, que n'importe quel modèle martien précédent. Commandez aujourd'hui et la NASA le livrera dans un rayon de 12 miles (20 kilomètres) de votre porte (certaines limitations s'appliquent ; la porte doit se trouver dans une zone de livraison de 250 millions de miles (402 millions de kilomètres)). Votre rover atterrira avec plus de précision et couvrira un terrain plus accidenté que tout autre, et il aura jusqu'à présent la meilleure chance de capturer l'histoire du débit d'eau et la possibilité d'anciens environnements habitables sur Mars. Oui, si le magazine Motor Trend avait une catégorie pour les poussettes spatiales, Curiosity remporterait sans aucun doute le Rover de l'année.

Maintenant, pourquoi ne nous laisseriez-vous pas garder vos clés pendant que vous l'emmenez faire un essai routier ?

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Des années de tests, de développement et d'intégration de tolérances aux pannes ont culminé à 10 h 02 HNE le 26 novembre 2011, lorsque le Mars Science Laboratory (MSL) a été lancé depuis la base aérienne de Cap Canaveral à bord d'une fusée Atlas V. Il a atterri avec succès sur Mars à 1 h 32 HAE, le 6 août 2012.

Avant de charger Curiosity dans sa coque, les ingénieurs ont soumis le rover à une série de tests rigoureux simulant à la fois des défauts internes et des problèmes externes, des punitions qui comprenaient des centrifugeuses, des tests de chute, des tests de traction, des tests de conduite, des tests de charge, des tests de stress et des tests de court-circuit [ source : JPL].

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Pendant ce temps, la NASA devait décider où le nouveau rover explorerait, comment il y arriverait et comment l'agence spatiale pourrait l'atterrir en toute sécurité – plus facile à dire qu'à faire.

La Terre et Mars tournent autour du soleil à des rythmes différents - 686,98 jours terrestres pour Mars contre 365,26 pour la Terre - ce qui signifie que leur distance relative varie énormément. Atteindre Mars avec le moins de carburant possible signifiait se lancer au moment où la planète rouge passe le plus près de nous [source : NASA]. Ce n'était pas une considération mineure : Mars oscille plus de sept fois plus loin de la Terre à son extrémité la plus éloignée (249,3 millions de miles, ou 401,3 millions de kilomètres) qu'à son approche la plus proche (34,6 millions de miles, ou 55,7 millions de kilomètres) [source : Williams ].

Comme un quart-arrière lançant une passe, le système de lancement ne visait pas l'endroit où se trouvait Mars, mais l'endroit où il se trouverait lorsque l'engin arriverait. La NASA a lancé cette passe, et le rover-football a atteint son récepteur rond et rouge plus de 250 jours plus tard, et a atterri le dimanche 6 août 2012 (heure avancée de l'Est).

Cependant, la NASA n'a pas "jeté" le MSL de la surface de la Terre ; l'agence l'a lancé depuis l'orbite planétaire. Voici comment : une fois que le véhicule de levage a atteint l'espace depuis Cap Canaveral, son nez, ou carénage, s'est ouvert comme une coquille et est tombé, ainsi que le premier étage de la fusée, qui s'est coupé et a chuté dans l'océan Atlantique. Le deuxième étage, un moteur Centaur, a ensuite démarré, plaçant l'engin sur une orbite de stationnement. Une fois que tout a été correctement aligné, la fusée a déclenché une deuxième brûlure, propulsant l'engin vers Mars.

Environ 44 minutes après le lancement, MSL s'est séparé de sa fusée et a commencé à communiquer avec la Terre. Au fur et à mesure qu'il poursuivait sa route, il effectuait occasionnellement des corrections de trajectoire planifiées.

Une fois dans l'atmosphère martienne, le plaisir a vraiment commencé.

Curiosity a commencé son voyage en explorant Gale, un cratère d'impact niché entre les hautes terres du sud de Mars et les basses terres du nord. Mesurant 96 miles (154 kilomètres) de diamètre, Gale s'étend sur une zone équivalente au Connecticut et au Rhode Island réunis.

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À l'intérieur de Mars, s'élevant plus haut que les tours du mont Rainier au-dessus de Seattle, se dresse une montagne de sédiments de 5 kilomètres de haut. Composées de couches de minéraux et de sols -- y compris des argiles et des sulfates, qui indiquent une histoire aquatique -- ces couches fourniront une carte inestimable de l'histoire géologique martienne [sources : Siceloff ; Zubritsky].

L'eau du passé aurait coulé vers les basses terres de Gale et s'y serait accumulée, ce qui en ferait un dépôt probable pour les restes de ruisseaux, de piscines et de lacs, et donc un endroit idéal pour trouver des preuves de l'habitabilité passée de Mars.

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Comme "l'araignée patiente silencieuse" de Walt Whitman, Curiosity sera un jour bientôt isolée sur un promontoire, renvoyant des données à partir desquelles ses contrôleurs de mission décideront "comment explorer le vaste environnement vacant". Sa ressemblance arachnéenne ne s'arrête pas à la licence poétique ou même à ses jambes grêles et articulées; il s'étend jusqu'à la manière en forme d'araignée que le rover a atterri sur la surface martienne.

Avant de découvrir cela, cependant, regardons le saut assisté par fusée que l'engin a fait lorsqu'il a atteint Mars pour la première fois.

Lorsque le vaisseau spatial transportant Curiosity a basculé dans l'atmosphère martienne à 125 kilomètres au-dessus du sol, il a dirigé et freiné à travers une série de courbes en S comme celles utilisées par les navettes spatiales. Pendant les minutes précédant le toucher des roues, à environ 11 kilomètres (7 milles), l'engin a sauté un parachute pour ralentir sa descente de 1 448 km/h (900 mph). Il a ensuite éjecté son bouclier thermique du bas du cône, créant une sortie pour Curiosity.

Le rover, avec son étage supérieur fixé à son dos comme une carapace de tortue, est tombé à l'écart du cône. Quelques instants plus tard, les fusées rétro montées sur jante de l'étage supérieur ont pris vie, stabilisant la paire dans une position en vol stationnaire à environ 66 pieds (20 mètres) au-dessus de la surface; à partir de là, l'étage supérieur agissait comme une grue céleste, abaissant Curiosity comme une araignée sur de la soie. Une fois le rover en toute sécurité au sol, son attache a été coupée et Curiosity a commencé son voyage [sources : NASA ; JPL].

Peu de temps avant l'atterrissage, le Mars Descent Imager a pris une vidéo couleur haute définition de la zone d'atterrissage. Ces images ont aidé à l'atterrissage et ont fourni une vue d'ensemble de la zone d'exploration pour les chercheurs et les spécialistes de mission à la maison. Un autre ensemble d'instruments, la suite d'instruments d'entrée, de descente et d'atterrissage du Mars Science Laboratory, mesurera les conditions atmosphériques et les performances des engins spatiaux. La NASA utilisera ces données lors de la planification et de la conception de futures missions.

Le nouveau système d'atterrissage était plus compliqué, mais aussi contrôlé avec plus de précision que jamais auparavant, permettant aux planificateurs de mission de cibler la cible tant désirée de Gale Crater. Atterrir dans la zone cible de 12 milles (20 kilomètres) de Curiosity dans le cratère aurait été impossible pour Spirit et Opportunity, qui avaient besoin de cinq fois plus de surface pour rebondir dans leur film à bulles de l'ère spatiale. Ce succès a ouvert une multitude de sites souhaitables, y compris des cratères aux parois abruptes auparavant interdits en raison de leur terrain délicat.

Curiosity jettera également les bases de futures missions, tout comme les précédentes escapades sur Mars ont rendu possible l'expédition du nouveau rover. De telles missions pourraient inclure le ramassage de roches et leur retour à la maison, ou la réalisation d'enquêtes de surface plus approfondies, à la recherche de preuves de la vie microbienne martienne et de ses ingrédients chimiques clés [source : NASA].

Maintenant que nous avons atterri sains et saufs, regardons quel type d'équipement est livré en standard avec le pack Mars Science Laboratory.

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Qu'il s'agisse de faire ses valises pour deux semaines de vacances ou de s'approvisionner pour une expédition scientifique dans un désert hostile à des millions de kilomètres, le problème de base reste le même :

Quoi apporter, quoi apporter ....

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Contrairement à un touriste terrestre, qui peut se rendre au magasin du coin pour remplacer une brosse à dents oubliée, Curiosity est tout à fait autonome. Lorsqu'il n'y a pas d'équipe de réparation sur appel, pas de pièces de rechange dans le coffre et que chaque signal de la Terre prend environ 14 minutes (en date d'août 2012) pour vous atteindre, l'autonomie est tout ce que vous avez.

Cependant, Curiosity n'est pas sur Mars pour faire du tourisme. Il est chargé de collecter des échantillons de roche et de sol et de les placer dans des instruments embarqués pour analyse. Dans cet esprit, le rover est équipé d'un mât de caméra de 7 pieds (2,1 mètres) et d'un bras robotique à trois articulations de 7 pieds doté de plus d'accessoires qu'un aspirateur industriel. Ce système d'acquisition d'échantillons/préparation et de manipulation d'échantillons ramassera, dépoussiérera, percera, saupoudrera, collectera, triera, tamisera et livrera des échantillons à une variété d'actifs analytiques [sources : JPL ; Nasa ; Webster] :

Le cou, ou mât, de Curiosity est également affublé d'une instrumentation :

Au-delà de ces instruments d'analyse d'échantillons, le rover contient également des gadgets scientifiques qui examineront les conditions locales, ce qui pourrait s'avérer pertinent pour les futures missions humaines ou pour comprendre la capacité de la planète à supporter la vie :

C'est une gamme impressionnante de rendez-vous de luxe, mais cela ne fera pas beaucoup de bien à la NASA à moins que Curiosity ne l'ait sous le capot. Jetons un coup d'œil à ce qui alimente ce chiot.

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Le "monster truck of science" n'est pas une drôle de voiture qui brûle de la nitro et qui crache du feu, ou un simple vieux énergivore à combustion interne. Il ne arbore pas non plus les panneaux solaires qui ont généré du jus pour ses prédécesseurs. Non, sur cette mission, la NASA est devenue nucléaire.

Curiosity tire son énergie de l'oxyde de plutonium. Au fur et à mesure que le radio-isotope se désintègre, il dégage de la chaleur, que le rover convertit en électricité à l'aide de thermocouples. Ce générateur thermoélectrique à radio-isotopes multi‐missions (MMRTG) maintiendra la batterie du rover au top avec 110 watts de puissance électrique.

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Le système contient plus de puissance que l'approche solaire et n'a aucune pièce mobile à casser, mais ce générateur peut-il surpasser les bons vieux panneaux à l'arséniure de gallium ? Après tout, Spirit a fonctionné jusqu'au printemps 2010, et l'irréductible Opportunity tourne toujours son compteur kilométrique, après avoir accumulé 21 miles (34 kilomètres) à 328 pieds (100 mètres, soit environ la longueur d'un terrain de football américain) par jour. Ces véhicules exceptionnels ont largement dépassé leurs mandats de mission de 90 jours, en partie grâce à l'énergie solaire gratuite et renouvelable.

Eh bien, n'armez pas la bombe nucléaire tout de suite. L'espérance de vie de 14 ans du système de radio-isotopes pourrait durer plus longtemps que le rover lui-même et ne sera jamais victime des caprices du temps martien, de la poussière ou de l'hiver [source : JPL]. De plus, la puissance supplémentaire en vaut la peine : Curiosity couvrira plus de terrain que ses prédécesseurs, voyageant à environ deux fois leur vitesse. Au cours de la seule année martienne (environ 687 jours terrestres) de sa mission initiale, il parcourra 19 kilomètres à l'intérieur du cratère Gale, transportant une charge utile scientifique 10 à 15 fois plus massive que Spirit ou Opportunity. L'alimentation restera disponible tout au long, tout comme l'excès de chaleur que Curiosity utilisera pour garder ses instruments vitaux au chaud [source : NASA].

Aider Curiosity à utiliser efficacement cette puissance est le châssis à bogies à bascule du rover ancien et amélioré de la NASA (voir encadré), un assemblage de tubes en titane articulés attachés à six roues en aluminium si fines qu'elles fléchissent comme du caoutchouc. Les quatre roues d'angle peuvent pivoter de 90 degrés, ce qui permet au rover de tourner sur place. Les ingénieurs ont quelque peu renforcé la suspension de Curiosity pour l'adapter à son nouveau rôle de train d'atterrissage et pour accueillir un véhicule plus lourd qui doit traverser un terrain plus accidenté [sources : Harrington ; JPL].

Peu de temps après l'atterrissage, ce châssis transportera le rover vers sa première destination : un affleurement rocheux surnommé "la clôture". La NASA a ciblé ce rocher parce que les observations précédentes de Mars ont révélé qu'il contient des dépôts aqueux - des minéraux formés dans l'eau. De là, Curiosity s'aventurera dans des canyons, des flancs de montagnes rocheux et des collines rappelant les roches rouges de Sedona, en Arizona, qui se sont également formées dans un environnement aquatique. D'ici là, sa première année martienne sera passée.

À partir de là, le rover plongera dans un terrain plus rocheux et plus accidenté. L'exploration de cette zone demandera plusieurs années, mais une fois traversée, les caméras du rover auront droit à un panorama du chemin parcouru par Curiosity [source : NASA].

Tout au long du chemin, le Mars Science Laboratory étudiera si des conditions existent, ou ont déjà existé, qui pourraient soutenir la vie microbienne sur Mars, et si des indices d'une telle vie restent préservés dans les roches et le sol de Mars.

Curieux d'en savoir plus sur Mars et comment s'y rendre ? Allez sur les liens sur la page suivante.

Curiosity arbore le même système de suspension à bascule qui transportait les précédents rovers martiens Sojourner, Spirit et Opportunity sur les collines et les vallées martiennes. Le système, qui n'utilise ni essieux ni ressorts, reste stable car chaque roue peut monter et descendre indépendamment. Grâce à la gravité martienne et à l'ingénieuse ingénierie terrienne, le rover maintient passivement les six roues au sol et constamment sous charge, même lorsqu'il franchit des obstacles approchant 30 pouces (75 centimètres). Cet équilibre des forces fournit une traction vitale, en particulier dans les environnements mous et sablonneux. La suspension flexible peut également "absorber" une partie de l'inclinaison des pentes, maintenant ainsi le rover plus à niveau [sources : Harrington ; JPL].

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