Mars: ça repart...

un être animé sur Mars?

Le 14 décembre 1962, pour la première fois, une planète du système solaire était survolée par une sonde: c'était Vénus et Mariner II (voir à ce sujet l'article du présent blog en date du 20/11/2018 intitulé "L'époque héroïque de l'exploration du Système Solaire").

Deux ans plus tard, l'exploration de la planète Mars commençait avec le lancement le 28 novembre 1964 de la sonde Mariner IV qui l'a survolée le 14 juillet 1965 et qui est devenue une micro-planète du système solaire. La NASA a ainsi profité de la fenêtre ouverte par l'opposition du 9 mars 1965.

L'architecte allemand Walter Hohman (1880/1945) a identifié le premier, en 1925, la trajectoire optimale d'un voyage dans l'espace. Pour un voyage interplanétaire depuis la Terre, il faut décrire la demi ellipse qui a pour foyer le Soleil, pour distance périhélique (aphélique) le rayon vecteur de la Terre et pour distance aphélique (périhélique) celui de la planète. Il faut partir avant une opposition pour arriver après celle-ci.

Mars tourne sur elle-même en  24h39.38m, elle décrit son orbite en 668.6 sols martiens ce qui correspond à 686.98 jours terrestres. Sa révolution synodique moyenne qui ramène les deux planètes dans la même configuration solaire compte 780 jours mais elle varie fortement entre 764 jours et 811.
En effet l'ellipse décrite par Mars présente une assez forte excentricité, 0.0933, soit 5.6 fois celle de la Terre, 0.0167. Il en résulte un aphélie à 1.666 UA du Soleil, soit une opposition aphélique à 0.67 UA de la Terre et un périhélie à 1.381 UA du Soleil, soit une opposition périhélique à 0.38 UA de la Terre.

Selon la loi de la gravitation universelle, dans le système solaire, la vitesse V et la distance r d'une planète sont liées  par la relation:

V = 29.785 * rac ( 2 / r - 1 / a ) km/s où a est le demi grand axe de l'orbite en UA.

Pour Mars la vitesse au périhélie atteint 26.5 km/s, pour 22 km/s à l'aphélie. En conséquence la durée d'une révolution synodique varie en fonction des positions successives de Mars sur son orbite au moment des oppositions.

La longitude du second foyer, le premier étant le Soleil, est de 334°. Une opposition à l'aphélie se produit donc vers le 22 février et une opposition au périhélie vers le 27 août.

 Quinze ans comptent 5479 jours alors qu'il faut à Mars 5496 jours, soit 17 jours de plus, pour décrire huit fois son orbite. Il en découle un rythme imparfait de 15 ans pour la survenance des oppositions.

trajectoire de Mars et oppositions dans un repère terrestre, de mars 2012 à février 2027

Pour survoler la planète il est intéressant de choisir une opposition lors de laquelle Mars est proche de la Terre, opposition périhélique, car alors la vitesse d'injection à communiquer au départ sera moindre.
Mais, si on veut, non plus seulement survoler la planète mais s'y poser en douceur, il faudra, à l'arrivée, imprimer au vaisseau une décélération, d'autant plus élevée et coûteuse en énergie embarquée que Mars sera moins rapide et donc plus éloignée du périhélie.

Au fur et à mesure que la puissance des lanceurs progresse ces considérations perdent de leur pertinence mais les oppositions les plus favorables restent celles qui se produisent entre juin et novembre.
L'opposition du 15 décembre 1975 a permis à la NASA de poser sur Mars pour la première fois en juin et août 1976 deux atterrisseurs Viking après un long voyage de 10 et 11 mois.
Celle du 17 mars 1997 a vu la dépose du premier rover Sojourner après un voyage de 240 jours.

L'opposition exceptionnelle du 28 août 2003 qui a mis Mars à 0.38 UA seulement de la Terre a permis à la NASA d'envoyer avec succès deux rovers sur Mars à 27 jours d'intervalle les 10 juin et 7 juillet 2003. Spirit et Oppotunity sont arrivés à destination en janvier 2004 après 200 jours de voyage.

Huit années et demi plus tard, après un report du lancement de 2009 à 2011, c'est en utilisant l'opposition défavorable du 3 mars 2012 (Mars à 0.67 UA de la Terre) que la NASA dépose sur Mars le rover Curiosity, preuve des progrès intervenus dans les capacités des lanceurs. Le lancement a eu lieu le 26 novembre 2011 et l'arrivée le 6 août 2012 après un voyage de 254 jours.
L'atterrissage sur Mars est rendu compliqué par une gravité assez forte de 3.71 m/s^2 et une atmosphère de faible densité au niveau du sol, 6 millibars. La Lune, sans atmosphère, présente une gravité de 1.62 m/s^2 seulement. Pour la Terre, la gravité est forte, 9.81 m/s^2, mais la densité de l'atmosphère atteint 1015 millibars au niveau de la mer.
L'étude du projet avait commencé dès 2003 et a mis en œuvre des techniques d’atterrissage combinées avec parachute, rétro-fusées et grutage final en douceur sur le sol martien.
Le rover Curiosity est un véritable laboratoire mobile (MSL) commandé en direct et en aveugle par des équipes qui sont éloignées, au mieux, de 57 millions de kilomètres et, au pire, de 400 millions.

Aujourd'hui il continue à fonctionner et provoque, à coup sûr, la perplexité des martiens qui le voient évoluer...

1997: Sojourner 11 kg, 2004: Oppotunity et Spirit 174 kg, 2012: Curiosity 900kg (2021: XXX 1050 kg?)

A l'assaut du mont Sharp 5.500 m.

 

L'opposition favorable du 13 octobre 2020 va être utilisée au cours de l'été pour plusieurs missions.

Avec Mars 2020, les États-Unis reconfigurent le laboratoire MSL de 2011 en le fiabilisant et en l'améliorant pour lui permettre de stocker des échantillons du sol martien en vue de leur retour sur Terre à l'horizon 2026! Le lancement aura lieu le 17 juillet 2020 pour une arrivée le 18 février 2021 (216 jours).

L'ESA, alliée à la Russie, après la première phase de la mission ExoMars lancée le 14 mars 2016 qui a connu la réussite de l'orbiteur TGO mais aussi l'échec de l'atterrisseur Schiaparelli qui s'est écrasé sur Mars le 19 octobre 2016, prévoit un lancement fin juillet / début août 2020 pour une arrivée en mars 2021. Le lanceur et l'atterrisseur seront russes et le rover européen.

La Chine pour sa mission HX-1 utilisera son lanceur Longue Marche 5 pour amener sur Mars un orbiteur, un atterrisseur et un rover.

Un lanceur japonais mettra sur orbite un engin étudié par les Émirats arabes unis en collaboration avec deux universités américaines.

Toute cette effervescence autour de la planète rouge relance l'idée d'un séjour humain et même d'une "colonisation".

Mais si le principe de l'opposition Terre-Mars commande les dates du voyage aller, il en est de même pour le voyage retour.

voyage aller de la mission américaine Mars 2020

L'arrivée sur Mars intervient le 18 février 2021 et pour revenir sur Terre il faut attendre la prochaine opposition qui a lieu le 8 décembre 2022, 786 jours après l'opposition du 13 octobre 2020.

Ce qui fait prévoir de quitter Mars au début du mois d'août 2022 pour une arrivée sur Terre vers le milieu du mois de mars 2023.

voyage retour le plus proche possible

Parti le 17 juillet 2020 de la Terre, l'astronaute y revient quelques 1.000 jours après, en mars 2023!

Près de 1.000 jours de voyage, dont 500 environ passés sur Mars et presque autant dans un vaisseau spatial.

"L'écologie décoloniale établit des horizons non extractivistes: c'est une écologie du renoncement. Dans les cosmologies occidentales, ne serait-ce que par la pensée, on peut tout faire. Or je crois qu'on ne peut pas coloniser la Lune, le ciel, Mars, juste parce-qu’ils sont vides."

Diego Landivar directeur de "Origens Media Lab" à Clermont-Ferrand,
cité par "Le Monde" daté 25 janvier 2020.