Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN

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1 Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN

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4 MAVEN s'inscrit dans le cadre du Mars Scout Program de la Nasa qui vise à développer des petites missions à bas coût (450 millions $ hors lancement) destinées à étudier un aspect particulier de la planète Mars. Cette fois, l'agence spatiale s'intéressera à la très ténue atmosphère martienne et plus particulièrement ses couches les plus élevées. Pour se faire, elle s'est fixé trois objectifs: - Déterminer la structure et la composition de la haute atmosphère d'aujourd'hui et comprendre les processus qui la contrôle; - Déterminer le taux de perte des particules qui la compose et comprendre le mécanisme de cette perte; - Mesurer les propriétés et les processus qui permettront de déterminer les raisons de la perte des particules atmosphériques dans l'espace. Pour cette mission, la Nasa a voulu intégrer des instruments qui ont déjà fait leur preuve par le passé sur d'autres missions comme THEMIS (étude les décharges d'énergie dans la magnétosphère terrestre à l'origine des aurores polaires), Wind (étude du vent solaire), STEREO (étude des relations Soleil-Terre), TIMED (étudie de la dynamique de la mésosphère et de la partie basse de la thermosphère terrestre), SDO (observation du Soleil). DATE CLES DU PROGRAMME 08/2006: La Nasa lance un appel d'offre pour une mission dans le cadre du programme Mars Scout Program avec comme objectif l'étude de l'atmosphère martienne. 09/2008: Parmi 20 projets, la mission MAVEN proposée par le Laboratory for Atmospheric and Space Physics de l'université du Colorado est approuvée. Lancement entre le 1 8/11 /201 3 et le 07/1 2/201 3 avec une arrivée en orbite autour de Mars le 22/09/201 4 et un début de mission début novembre Photo JHU/APL 4

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6 La mission MAVEN a été développée par Laboratory for Atmospheric and Space Physics de l'université du Colorado en partenariat avec la Nasa et Lockheed Martin qui a procédé à l'assemblage. La sonde sera lancée entre le 1 8/11 /201 3 et le 07/1 2/201 3 par une fusée Atlas V/401 de la United Launch Alliance depuis le pas de tir 41 de Cap Canaveral en Floride. La mission sera pilotée par le Goddard Space Flight Center de la Nasa pour une durée optimale d'un an mais qui pourrait s étendre jusqu'en

7 DIMENSIONS Cotés: 2,3 x 2,3 x 2 m Envergure panneaux solaires déployés: 11,43 m MASSE Au décollage: kg A sec: 809 kg STABILISATION Triaxiale DUREE DE VIE A partir de l'insertion orbitale: de 1 à 8 ans PUISSANCE Puissance de kw fournie par 2 panneaux solaires couvrant une superficie de 1 2m² PROPULSION 6 moteurs MR-1 07 de 200 N chacun pour les manoeuvres de freinage en vue de l'insertion orbitale et de 6 moteurs de 20 N chacun pour les corrections orbitales COMMUNICATIONS Antenne haut gain fonctionnant en bande X permettant la transmission de 550kb/s de données via le Deep Space Network constitué d une station de poursuite située en Californie, à Madrid (Espagne) et Canberra (Australie). COÛT Le coût de la mission, depuis son développement jusqu à l analyse des données recueillies, s élève à 671 millions de dollars Photo Nasa/Lockheed Martin 7

8 La sonde MAVEN doit étudier la haute atmosphère martienne et son interaction avec le Soleil. Pour remplir cet objectif, elle transporte trois différents packages scientifiques, à savoir le Particles and Field Package (PFP), Remote Sensing Package (RSP) et le Neutral Gas and Ion Mass Spectrometer Package (NGIMSP). Ils ont été élaborés par la Nasa en collaboration avec plusieurs universités du pays. De plus, MAVEN emporte également la station de télécommunications Electra qui permettra de faire la liaison en bande UHF entre la Terre et les atterrisseurs présents à la surface de Mars. MAVEN viendra en complément des sondes Mars Reconnaissance Orbiter, Mars Odyssey qui effectuent déjà ce travail en plus de leur mission scientifique. A: STATIC B: IUVS C: NGIMS D: SWEA E: LPW F: EUV G: SWIA H: SEP I: MAG 8 Photo Nasa

9 SWEA (Solar Wind Electron Analyzer) - PSP Conçu par l'university of California et l'institut de recherche en astrophysique et planétologie Objectifs: Mesurer les électrons présents dans le vent solaire et l'ionosphère martienne. SWIA (Solar Wind Ion Analyzer) - PSP Conçu par l'university of California Objectifs: Mesurer la densité et la vitesse des ions présents dans le vent solaire et la magéntosphère martienne. STATIC (SupraThermal And Thermal Ion Composition) - PSP Conçu par l'university of California Objectifs: Analyser la composition des ions thermiques et suprathermiques. SEP (Solar Energetic Particle) - PSP Conçu par l'university of California Objectifs: Mesurer les particules énergétiques (protons, ions) issus du vent solaire ou de l'espace interplanétaire dont l'énergie est comprise entre 1 0 kev et MeV. LPW (Langmuir Probe and Waves) / EUV (Extreme Ultraviolet) - PSP Conçu par les University of Colorado et University of Berkley Objectifs: Déterminer les propriétés de l'ionosphère de Mars. MAG (Magnetometer) - PSP Conçu par le Goddard Space Flight Center Objectifs: Mesurer le vent solaire dans l'espace interplanétaire et du champ magnétique de Mars. IUVS (Imaging Ultraviolet Spectrometer) - RSP Conçu par l'university of Colorado Objectifs: Mesurer les caractéristiques globales de la haute atmosphère et de l'ionosphère de Mars. NGIMS (Neutral Gas and Ion Mass Spectrometer) - NGIMSP Conçu par le Goddard Space Flight Center Objectifs: Mesurer la composition et les isotopes des gaz neutres et des ions. Photo Nasa 9

10 VOYAGE VERS MARS 1 8/11 /201 3 au 07/1 2/201 3: Fenêtre de lancement de la sonde MAVEN par une fusée Atlas V/401 Au cours de son voyage vers Mars, la sonde MAVEN devra effectuer plusieurs corrections de trajectoire (TCM). Il s'agit avant tout d'affiner la trajectoire vers Mars afin de viser au mieux la cible. Ces corrections auront lieu dans les premiers jours de décembre, à la fin de février, en juillet et en septembre. Photo Nasa Photo Nasa INSERTION EN ORBITE MARTIENNE ET VALIDATION DE L'EQUIPEMENT SCIENTIFIQUE Si le lancement est effectué le 1 8/11 /201 3, MAVEN entamera ses manœuvres d'insertion orbitale le 22/09/201 4 au terme d'un voyage de 1 0 mois. Elle approchera Mars par le Nord et allumera ses moteurs afin de réduire sa vitesse se faisant capturer par la force d'attraction de la planète. Le plan de vol prévoit qu'à ce stade, MAVEN se satellise autour de Mars sur une orbite très elliptique de 35 heures avec une inclinaison de 75 et une altitude de 380 km pour le périgée. Peu de temps après sa capture, MAVEN exécutera un second allumage des moteurs afin de réduire l'altitude de l'apogée, plaçant l'engin sur une orbite accomplie en 4 heures 30. Les trois semaines suivantes, MAVEN allumera ses moteurs à quatre reprises afin de se placer sur son orbite de travail dont les paramètres sont de 1 50 x km avec une inclinaison de 75. Après son insertion sur l'orbite scientifique, MAVEN prendra deux semaines pour déployer ses instruments et les tester afin de vérifier leur bon fonctionnement. 10

11 MISSION PRIMAIRE La mission primaire est l'ensemble des objectifs assignés à un engin spatial et qui doivent être remplis sur une période déterminée. C'est en quelque sorte la garantie de fonctionnement de l'engin. Dans le cas de MAVEN, cette période s'étend de fin octobre à fin octobre Pour faciliter la collecte de données utiles, les instruments ne seront pas utilisés en permanence mais à un moment précis au cours d'une orbite autour de la planète. Au cours de la mission, il est prévu également que la sonde effectue 5 plongées de 5 jours dans l'atmosphère martienne en abaissant son altitude à 1 25 km afin de procéder à des analyses complémentaires. Ces cinq sondages ont été programmés afin que MAVEN se trouve dans des contextes différents l'un de l autre: 1 5/1 2/201 4 pour couvrir la région anti-solaire 06/02/201 5 pour couvrir la région du terminateur où il fait jour 1 0/04/201 5 pour couvrir la région éclairée par le Soleil 26/06/201 5 pour couvrir la région du terminateur où il fait nuit 21 /08/201 5 pour couvrir la région polaire sud MISSION SECONDAIRE En fonction de l'état de MAVEN au terme de la mission primaire, il pourrait être décidé de prolonger la mission audelà de Pour cela, il sera nécessaire de rehausser l'orbite de la sonde car au fil du temps, le frottement atmosphérique, aussi minime soit-il, a une incidence sur l'altitude de la sonde. Arrivé à une altitude critique, un engin devient irrécupérable et finit par se consumer dans les hautes couches atmosphériques. C'est pourquoi, il faut de temps à autre procéder à un allumage des moteurs afin de rehausser l'orbite. Ce sera chose faite en avril 201 8, offrant quatre années supplémentaires de recherche. En janvier 2022, les réserves d'ergols seront épuisées et la destruction de MAVEN dans l'atmosphère de Mars deviendra inévitable, ce qui mettra un terme final à la mission. En orbite autour de Mars, MAVEN se trouve en position idéale pour servir de relai entre la Terre et les atterrisseurs et rovers présents à la surface de la planète Mars. Si durant la mission primaire, MAVEN aura plutôt un rôle scientifique, il n'est pas exclu que son rôle principal deviennent celui de relai durant la mission secondaire. Photo Nasa 11