À la recherche de gaz signatures dans l’atmosphère martienne

L’Orbiteur ExoMars Trace Gas Orbiter 2016 est la première d’une série de missions sur Mars à entreprendre conjointement par les deux agences spatiales, l’ESA et Roscosmos. L’un des objectifs clés de cette mission est de mieux comprendre le méthane et les autres gaz atmosphériques qui sont présents en faibles concentrations (moins de 1% de l’atmosphère) mais qui pourraient néanmoins constituer des preuves d’une éventuelle activité biologique ou géologique.

Schiaparelli se séparant de l’Orbiteur de gaz de trace. Crédit : ESA/ATG medialab

Des études effectuées avec des observatoires dans l’espace et sur Terre ont démontré la présence de petites quantités de méthane dans l’atmosphère martienne qui varient selon le lieu et le temps. Comme le méthane est de courte durée sur les échelles de temps géologiques, sa présence implique l’existence d’une source active et actuelle de méthane. On ne sait pas encore si la nature de cette source est biologique ou chimique. Les organismes sur Terre libèrent du méthane lorsqu’ils digèrent les nutriments. Cependant, d’autres processus purement géologiques, tels que l’oxydation de certains minéraux, libèrent également du méthane.

L’Orbiteur à gaz Traces transporte une charge utile scientifique capable de répondre à cette question scientifique, à savoir la détection et la caractérisation des gaz traces dans l’atmosphère martienne. Depuis son orbite scientifique d’environ 400 km d’altitude, les instruments à bord de l’Orbiteur de gaz Traces sont déployés pour détecter une large gamme de gaz traces atmosphériques (tels que le méthane, la vapeur d’eau, les oxydes d’azote, l’acétylène), avec une précision améliorée de trois ordres de grandeur par rapport aux mesures précédentes.

L’orbiteur Trace Gas surveillera les changements saisonniers de la composition et de la température de l’atmosphère afin de créer et d’affiner des modèles atmosphériques détaillés. Ses instruments cartographieront également l’hydrogène souterrain à une profondeur d’un mètre, avec une résolution spatiale améliorée par rapport aux mesures précédentes. Cela pourrait révéler des dépôts de glace d’eau cachés juste sous la surface, ce qui, avec des emplacements identifiés comme sources de gaz à l’état de traces, pourrait influencer le choix des sites d’atterrissage des futures missions.

Communication sur Mars

Test de déploiement de l’antenne à gain élevé. Crédit : ESA-B. Bethge

L’Orbiteur Trace Gas a transporté le module de démonstration d’Entrée, de Descente et d’atterrissage (EDM), connu sous le nom de Schiaparelli, lors du voyage de la Terre vers Mars et, à l’approche de la planète, l’a déployé pour entrer dans l’atmosphère martienne en route pour se poser à la surface de la planète. Après le déploiement, l’Orbiteur a surveillé la transmission UHF de Schiaparelli depuis son cabotage vers Mars jusqu’à son atterrissage sur la planète Rouge. Il a également facilité la transmission en temps réel sur Terre des données les plus importantes mesurées par Schiaparelli.

Les recherches scientifiques seront prioritaires jusqu’au début de la deuxième mission du programme ExoMars, avec l’arrivée du rover ExoMars, Rosalind Franklin, en 2023. À ce stade, l’Orbiteur deviendra un précieux atout de télécommunications de Mars, fournissant des services de communication au Rover opérant à la surface de Mars. L’Orbiteur servira de centre de relais de données pour envoyer des commandes au rover et télécharger des données vers la Terre via le réseau de communications spatiales de l’ESA.

La conception de l’orbiteur ExoMars Trace Gas Le vaisseau spatial Orbiter, conçu par l’ESA, s’appuie sur l’héritage accumulé lors des précédents scénarios de mission ExoMars. Les principales caractéristiques de l’Orbiteur sont déterminées par les fonctions qu’il effectuera et le lanceur, un lanceur à protons, fourni par Roscosmos.

Caractéristiques techniques principales de l’orbiteur de gaz Trace ExoMars
Vaisseau spatial	3,2 m × 2 m × 2 m avec des ailes solaires de 17,5 m bout à bout fournissant environ 2000 W de puissance
Masse au lancement	4332 kg (dont 113.8 kg de charge utile scientifique et 577 kg de Schiaparelli)
Propulsion	Bipropellant, avec un moteur principal de 424 N pour l’insertion de l’orbite de Mars et les grandes manœuvres
Puissance	En plus de la puissance générée par les ailes solaires, 2 batteries lithium-ion sont utilisées pour couvrir les éclipses, avec une capacité totale de ~ 5100 Wh
Communication	Système en bande X de 65 W avec antenne à gain élevé de 2,2 m de diamètre et 3 antennes à gain faible pour la communication avec la Terre; Émetteurs-récepteurs à bande UHF Electra (fournis par la NASA) avec une antenne à hélice unique pour la communication avec les rovers de surface et les atterrisseurs
Ensemble d’instruments scientifiques	Suite de chimie atmosphérique (ACS); Système d’Imagerie Couleur et Stéréo de Surface (CaSSIS); Détecteur de Neutrons Épithermaux à Résolution Fine (FREND); Nadir et Occultation pour la Découverte de Mars (NOMAD)