Curiosity sur Mars : dernières nouvelles de la Planète Rouge Jean-Baptiste Sirven Commissariat à l Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA) Crédit image : NASA/JPL.
Jet Propulsion Laboratory (Pasadena, Californie) 5 août 2012, 22h23 Crédit : NASA.
Atterrissage parfaitement réussi!
1. L histoire de la planète Mars Présentation réalisée par Thomas Appéré Post-doctorant au laboratoire AIM (CEA/Saclay) Animateur du site Internet http://orbitmars.futura-sciences.com/index.php
Comparaison Terre - Mars 5 Terre Mars Composition atmosphérique 78% N 2 21% O 2 1% H 2 O 95% CO 2 3% N 2 0,03% H 2 O Pression atmosphérique 1015 hpa 6 hpa Température à la surface 15 C -60 C Mars : un désert aride, froid et à l atmosphère raréfiée
La topographie de Mars 6 Un livre ouvert sur l histoire de la planète
Le Noachien 7-4,5 milliards d années : un impact géant arrache la croûte de l hémisphère nord
Le Noachien 8 Argyre Planitia Hellas Planitia 20 km -4,5 à -3,7 milliards d années : formation de vallées ramifiées et deltas Climat chaud et humide
Le Noachien 9 Vers -3,7 milliards d années : arrêt du champ magnétique, échappement de l atmosphère Changement climatique Climat froid et sec
L Hespérien 10 Olympus Mons Elysium Mons Argyre Planitia Hellas Planitia -4 à -3 milliards d années : volcanisme intense Olympus Mons : volcan de 25 km de haut et 600 km de large Encore actif il y a 2 millions d années
L Hespérien 11 Olympus Mons Elysium Mons Argyre Planitia Hellas Planitia -4 à -3 milliards d années : volcanisme intense Olympus Mons : volcan de 25 km de haut et 600 km de large Encore actif il y a 2 millions d années
L Hespérien 12 Olympus Mons Elysium Mons Valles Marineris Argyre Planitia Hellas Planitia -3,5 milliards d années : formation de Valles Marineris Rift de 4800 km de long, 200 km de large et 7 km de profondeur
L Hespérien 13 Olympus Mons Elysium Mons Valles Marineris Argyre Planitia Hellas Planitia -3,7 à 3 milliards d années : formation de vallées de débacle Ares Vallis, 25 km de large, 1 km de profondeur Eau liquide de façon épisodique
L Hespérien 14 2004 : Opportunity atterrit sur le plancher d une ancienne mer salée et peu profonde Sur Terre : salar d Uyuni en Bolivie, un lac très salé
L Amazonien 15 Calotte permanente nord Olympus Mons Elysium Mons Valles Marineris Argyre Planitia Hellas Planitia Calotte permanente sud -3 milliards d années à aujourd hui : formation d oxyde de fer anhydre Couleur rouge de Mars
L Amazonien 16 Il y a quelques millions d années à aujourd hui : formation des calottes permanentes de glace d eau aux pôles Environ 3 km d épaisseur et 1500 km de diamètre
L Amazonien 17 Aujourd hui : apparition de ravines et de traînées sombres Ecoulement présent d eau liquide salée (saumure)?
Changement climatique brutal L histoire de la planète Mars 18 Noachien Hespérien Amazonien Argiles Sulfates Oxyde de fer anhydre Climat chaud et humide Climat froid et sec Climat froid et sec Eau liquide stable Formation d argiles Volcanisme intense Episodes d eau liquide acide Formation de sulfates Ecoulement ponctuel d eau salée : ravines Formation des calottes permanentes aux pôles
Changement climatique brutal L histoire de la planète Mars 19 Noachien Hespérien Amazonien Argiles Sulfates Oxyde de fer anhydre Climat chaud et humide Climat froid et sec Climat froid et sec Eau liquide stable Formation d argiles Apparition de la vie? Volcanisme intense Episodes d eau liquide acide Formation de sulfates Ecoulement ponctuel d eau salée : ravines Formation des calottes permanentes aux pôles
2. La mission Mars Science Laboratory et Curiosity (et bien d autres!...) Crédit image : NASA/JPL.
L exploration martienne : portrait de famille
La vie sur Mars? Mariner 9 (1971) : l'eau a coulé un jour sur Mars. Viking 1 et 2 (1976) : ne détectent pas de vie à la surface de Mars. Mars Express (2003) : observe des argiles et des sulfates dans les terrains anciens. Spirit et Opportunity (2004) : analysent les sulfates en surface et précisent leurs conditions de formation.
Crédit image : NASA/JPL. 3 générations de rovers martiens
Le projet Mars Science Laboratory (MSL) Budget : 1800 M$ + 700 M$ pour le lancement et les opérations Contribution française (CNES : 40 M$) Durée initiale de la mission : 1 année martienne (~ 2 années terrestres)
MSL Objectifs de la mission CHERCHER DE L EAU ET DE LA MATIÈRE ORGANIQUE DANS LES ROCHES ARGILEUSES MARTIENNES, LES SOLS ET L ATMOSPHÈRE Crédit image : NASA/JPL.
Curiosity Le rover le plus gros et le plus complexe jamais envoyé dans l espace 10 instruments scientifiques à bord : 75 kg de charge utile, 10 fois celle des rovers précédents Spirit et Opportunity Crédit image : NASA/JPL. Longueur : 3 m + bras de 2.1 m Largeur : 2.7 m Hauteur du mât : 2.2 m Masse : 900 kg Crédit image : NASA/JPL. Sojourner Spirit / Opportunity Curiosity 1997 2004 2012
Équipement scientifique ChemCam (chimie et caméra) Mastcam (caméras) REMS (météo) RAD (radiations) APXS (chimie) MAHLI (microscope) DAN (hydrogène sous la surface) Outils de prélèvement et de préparation d échantillon (foreuse, pelle, brosse, tamis) + 12 caméras de navigation SAM (chimie et isotopie) CheMin (minéralogie) MARDI (caméra)
Autoportrait de Curiosity sur Mars, 7/09/2012 (crédit : NASA/JPL-Caltech/MSSS) ChemCam
Pourquoi ChemCam? Retour d expérience des missions précédentes : Besoin de moyens d analyse actifs à distance rapides Trajectoire du rover Sojourner (4/07 27/09 1997) 24 m 16.8 m identification rapide des roches (y compris sous la couche de poussière martienne) et des sols environnant le rover, sans avoir besoin de le déplacer mesures sur des terrains ou échantillons inaccessibles augmentation du nombre de mesures Technique retenue par la NASA en 2004 : la LIBS.
La LIBS Laser-Induced Breakdown Spectroscopy ou spectroscopie sur plasma produit par laser. spectromètre 2. Spectre fibre optique Cu Ni Zn laser 1. Ablation du matériau / formation du plasma excitation des atomes échantillon 3. Composition de l échantillon 31
Contribution du CEA à ChemCam La Direction de l Energie Nucléaire (DEN) dans le projet ChemCam : Une expertise sur la LIBS reconnue internationalement et un leadership clair sur cette technique au niveau national La valorisation de notre expérience du développement analytique acquise dans le nucléaire La LIBS est une technique particulièrement intéressante dans le nucléaire (analyse sans contact, rapide, sur site, sans préparation d échantillon ) CEA Mesures en milieu confiné CEA Analyse de matériaux sur site
Contribution du CEA à ChemCam Démarche des études menées au CEA/DEN pour ChemCam : Acquisition de données de base sur l interaction laser-matière et sur la morphologie du plasma à basse pression et lorsque la distance d analyse varie Simulation de l instrumentation et prédiction des performances associées Dimensionnement de l instrument CEA
Contribution du CEA à ChemCam Distance d analyse variable (2-7 m) le signal LIBS dépend de la distance 2,7 m 4,6 m 6,6 m 11,1 m Al 50 tirs laser, incidence 45 Crédit images : LANL.. Pression basse (8 mbar) + variations saisonnières importantes observation du plasma plus délicate qu à la pression atmosphérique terrestre le signal LIBS dépend de la pression 27/08/2012 Nature des roches et des sols inconnue et variable analyse par comparaison avec des échantillons de référence difficile Crédit image : NASA/JPL-Caltech/MSSS. Cibles d étalonnage embarquées sur le rover Crédit image : NASA/JPL- Caltech/LANL.
L instrument ChemCam Chemistry and Camera Système LIBS + Caméra haute résolution Mast unit Crédit images : NASA/JPL-Caltech/LANL. Body unit Mast unit 38*22*17 cm, 5.8 kg Body unit 20*24*15 cm, 4.8 kg 35
ChemCam en action Plasma LIBS Images caméra RMI Crédit image : NASA/JPL-Caltech/LANL. Crédit image : NASA/JPL-Caltech/LANL. Tirs laser Avant la mesure Après la mesure (5x50 tirs) Crédit image : NASA/JPL-Caltech/LANL/ CNES/IRAP/LPGN/CNRS.
3. Montage, voyage et atterrissage de Curiosity
Assemblage de la sonde Étage de croisière Logement du parachute Bouclier arrière Étage de descente Rover Bouclier thermique
Crédit : NASA/JPL. Montage du rover et de la sonde
Le lanceur : fusée Atlas V Hauteur : 58 m Masse au décollage : 531 tonnes Diamètre de la coiffe : 5.4 m 29 lancements depuis 2002 1 seul échec Sonde Boosters Réservoir principal Étage Centaur Coiffe
Crédit : NASA/KSC. Intégration de la sonde dans la coiffe
Le lancement! Cap Canaveral, 26 novembre 2011, 10h02
La croisière 8 mois de voyage 570 millions de km 60 fois le tour de la Terre par jour
Sites d atterrissage Martiens PHOENIX VIKING 2 VIKING 1 PATHFINDER OPPORTUNITY SPIRIT Le cratère Gale a été sélectionné parmi une cinquantaine de sites d atterrissage proposés par la communauté scientifique
Pourquoi le cratère Gale? Monticule central stratifié sur plus de 5 km de hauteur Un livre ouvert sur l histoire géologique de Mars!
Composition minéralogique d Aeolis Mons Crédit : NASA/JPL/MSSS/Pierre Thomas
49 Panorama couleur depuis la surface Crédit : NASA/JPL/MSSS/Damien Bouic
50 De magnifiques buttes stratifiées! Crédit : NASA/JPL/MSSS/Damien Bouic
Le système d atterrissage Altitude 125 km Vitesse ~ 6 km/s Altitude 10 km Vitesse ~ 470 m/s Altitude 7 km Vitesse ~ 160 m/s T 0 7 min T 0 3 min T 0 2 min 30 s
Le système d atterrissage Altitude 1.8 km Vitesse ~ 100 m/s Altitude 20 m Vitesse ~ 0.75 m/s T 0 1 min T 0 20 s T 0
L atterrissage Crédit : NASA/JPL/MSSS.
Image de la descente de Curiosity par HiRISE (Mars Reconnaissance Orbiter) NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona
Premières images de Curiosity! Crédit : NASA/JPL/MSSS.
Premières images de Curiosity! Crédit : NASA/JPL/MSSS.
4. Les opérations
7-8 GHz 400 MHz Communication avec la Terre Satellites en orbite autour de Mars (250 400 km d altitude) Californie Espagne Australie Antennes X-band du rover : Faible gain Haut gain Pasadena (Californie) Crédit images : NASA/JPL. Fenêtre de communication avec les satellites : ~ 8 min à chaque passage Quantité de données transmissible pendant de laps de temps : 100 à 250 Mbits
Premier paysage NASA/JPL-Caltech/MSSS Vue du Mont Sharp, de l ombre du rover et des traces des rétrofusées de l étage de descente
NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona Vue de Curiosity et des traces de roues (sonde HiRISE, Mars Reconnaissance Orbiter)
Chemcam le premier spectre sur Mars Première roche analysée par ChemCam sur Mars : Coronation (un basalte) Peu d intérêt scientifique mais intérêt pour tester l instrument Crédit images : NASA/JPL- Caltech/MSSS/LANL/ CNES/IRAP 8 mm Tir laser 6 cm
Météo martienne L instrument REMS (station météo du rover) fait des mesures 24h/24h et 7j/7j Température Pression Humidité Rayonnement UV Vitesse et direction du vent Température Pression Amplitude journalière : 90 C air sol Crédit : NASA/JPL-Caltech/ CAB(CSIC-INTA).
Site Rocknest : essais de prélèvement de sol Prélèvements de sable par le bras motorisé Test des instruments SAM et CheMin Séjour de 6 semaines au même endroit NASA/JPL-Caltech/MSSS
Prélèvement de sable par le bras motorisé 13 mm NASA/JPL-Caltech/MSSS Débris brillant non identifié à proximité du prélèvement
Échantillons analysés par ChemCam (LIBS + RMI) NASA/JPL-Caltech/LANL/CNES/IRAP/LPGN/CNRS Jake Matijevic NASA/JPL- Caltech/LANL/CNES/IRAP/LPGN/CNRS NASA/JPL-Caltech/MSSS Rocknest (roche et sable)
Site John Klein Test de la foreuse du rover NASA/JPL-Caltech/MSSS
Mesures de ChemCam de janvier 2013 Analyse des roches dans la zone sélectionnée pour tester la foreuse. Présence de veines riches en calcium infiltrations d eau dans des roches fracturées NASA/JPL-Caltech/MSSS NASA/JPL-Caltech/LANL/ CNES/IRAP/LPGNantes/CNRS
La mesure de ChemCam a joué un rôle décisif dans la prise de décision du site de test de la foreuse rôle stratégique de l instrument. Mesures de ChemCam de janvier 2013 Analyse des roches dans la zone sélectionnée pour tester la foreuse. Détection de soufre et d hydrogène en concentration élevée dans les veines Présence de sulfate de calcium (gypse? bassanite?), formé à température basse à modérée, à partir d un fluide relativement dilué NASA/JPL-Caltech/LANL/CNES/IRAP/LPGNantes/CNRS
Préparation du forage Pré-forage NASA/JPL-Caltech/MSSS NASA/JPL-Caltech/MSSS APXS + MAHLI + Chem Cam Brosse + APXS + MAHLI + ChemCam APXS + MAHLI
Forage de roche par Curiosity 8 février 2013 182 ème jour de la mission NASA/JPL-Caltech
Mesures ChemCam après forage 8 février 2013 : forage NASA/JPL-Caltech/MSSS 9 février 2013 : analyses ChemCam NASA/JPL-Caltech/LANL/CNES/IRAP/LPGNantes/CNRS NASA/JPL-Caltech
Où est Curiosity actuellement? 15 janvier 2013 Mesures de température NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona/CAB(CSIC-INTA)/FMI
MERCI POUR VOTRE ATTENTION jean-baptiste.sirven@cea.fr
Énergie Générateur thermoélectrique à radioisotope (principe du thermocouple) + batteries lithium-ion Crédit image : NASA/KSC 4.8 kg de dioxyde de plutonium 238 Crédit image : NASA/JPL Puissance délivrée : 125 W au lancement, 100 W après 14 ans
Organisation des opérations Nuit martienne Transit des données Passage des satellites de télécommunication Nuit terrestre Analyse des données Programmation du rover Responsables de la mission Scientifiques de Mars (géologues ) Spécialistes des instruments Ingénieurs de la NASA (mécanique du rover, énergie, télécommunications ) Informaticiens