Phobos Grunt

Phobos-Grunt (en russe Фобос-Грунт) est une mission programmée par la Russie qui doit explorer Phobos, une des lunes de Mars. La sonde spatiale lourde (8 tonnes au départ de la Terre) doit étudier les caractéristiques de la lune et ramener un échantillon de son sol (environ 200 g) sur Terre. Le lancement est prévu en 2011 (initialement octobre 2009). Ce sera la première mission interplanétaire de la Russie depuis l’échec de Mars 96. La sonde spatiale emporte une cinquantaine de kg d'instruments scientifiques dont certains réalisés en collaboration avec plusieurs organismes de pays européens( dont le CNES) et chinois. L'un des objectifs de la sonde Phobos-Grunt est de déterminer si Phobos est un astéroïde capturé par Mars. La sonde emporte un micro-satellite chinois qui doit se mettre en orbite autour de Mars pour faire des études de l'interaction entre l'atmosphère martienne et le vent solaire.

Sommaire 1 Objectifs de la mission 2 Déroulement prévu de la mission 3 Développement 4 Caractéristiques de Phobos Grunt 4.1 Instruments scientifiques 4.2 L'orbiteur chinois 5 Liens externes 6 Références

Objectifs de la mission

L'origine de Phobos n'est pas connue avec certitude : ce satellite de Mars de petite taille (28 x 20 km) avec une orbite très basse (altitude moyenne d'environ 6 000 km), pourrait être un astéroïde capturé par Mars ou un morceau d'un satellite de Mars plus important qui se serait brisé. La sonde doit tenter de répondre à la question de son origine en analysant son sol. Elle doit également étudier l'évolution du satellite et plus généralement apporter des éléments au rôle des astéroïdes dans la formation des planètes. Les principales expériences effectuées par la sonde sont les suivantes :

• Collecte d'un échantillon du sol de Phobos (environ 200 g) qui sera ramené sur Terre
• Analyses physico-chimiques sur place du sol Phobos
• Étude des jets de gaz découverts par Phobos 2 et recherche d'éventuelles poches d'eau^[1],[2]
• Étude du comportement atmosphérique de Mars et notamment de la dynamique des tempêtes de sable
• Étude de l’environnement ionisé de Mars, et de son interaction avec le vent solaire et l’étude de l’atmosphère martienne.

Le nom de la sonde provient des deux aspects principaux de la mission : sa destination Phobos et Grunt signifiant dans ce contexte sol (dont on espère pouvoir retourner un échantillon vers la Terre).

Déroulement prévu de la mission

• Lancement en 2011
• Injection sur une orbite de transfert vers Mars d'une durée de 10 à 11 mois de durée, après que la sonde se soit placée sur une orbite intermédiaire excentrique (au lieu d'un tir direct).
• Injection sur une orbite autour de Mars parallèle à Phobos. La forme irrégulière de la lune et sa proximité avec Mars interdisent une satellisation stable autour de la lune : la sonde est à la fois sous l'influence du champ gravitationnel de Mars et de Phobos. Pour qu'elle puisse se placer en orbite autour de Phobos et non de Mars, il faut que le rayon de son orbite soit inférieure à une valeur découlant du rapport de masse entre Phobos et Mars et de leur distance respective. Phobos étant très proche de Mars et de masse relativement faible, ce rayon est égal à environ 16 km. Compte tenu de la forme très irrégulière de Phobos, l'orbite à la limite de la sphère de Hill de Phobos n'est pas viable.
• Cartographie de Phobos et repérage du site d'atterrissage.
• Contact avec la surface de Phobos, le prélèvement de 200 à 300g d'échantillons se fera à ce moment-là^[3].
• Décollage de la capsule de retour d'échantillons tandis que 50 kg d'équipements restent sur place pour continuer des analyses in situ.
• Atterrissage de la capsule sur le territoire russe.

Développement

La mise au point de Fobos Grunt a commencé en 2001 et sa conception préliminaire s'est achevée en 2004. La sonde, qui est construite sous la maîtrise d’œuvre de NPO-Lavotchkine, pèse 8120 kg^[4] . Le lancement, prévu en octobre 2009, a été repoussé en 2011 pour permettre d'achever les tests (la fenêtre de tir vers Mars s'ouvre tous les 2 ans).^[5]

Caractéristiques de Phobos Grunt

Pour mener à bien ses objectifs la sonde comporte 4 sous-ensembles^[6] . Elle est équipée d’un moteur ionique du même type que celui de la sonde Deep Space 1 de la NASA^[7] :

Module de croisière 

Le module de croisière est chargé de transporter la sonde de l'orbite terrestre jusqu'à l'orbite de Phobos  : il effectue les corrections de trajectoire intermédiaires puis décélère la sonde pour l'insérer en orbite autour de Phobos.

Orbiteur/atterrisseur 

L'orbiteur/atterrisseur contient les instruments scientifiques et transporte les deux autres modules chargés de ramenés l'échantillon de sol sur Terre. Il mène les mesures en orbite autour de Phobos puis atterrit pour poursuivre ses investigations sur le sol de Phobos.

Module de rentrée sur Terre (215 kg) 

le module de rentrée sur Terre est chargé de ramener l'échantillon de sol de Phobos contenu dans le module de descente sur Terre. Après avoir décollé de Phobos, il s'injecte sur une trajectoire de retour vers la Terre en effectuant en route plusieurs corrections de trajectoire.

Module de descente (8,15 kg) 

Le module de descente contient l'échantillon du sol de Phobos. Il est transporté par le module de rentrée sur Terre puis effectue seul la rentrée dans l'atmosphère pour être récupéré.

La sonde est équipée d’un moteur ionique du même type que celui de la sonde Deep Space 1 de la NASA^[8].

Instruments scientifiques

La charge utile à une masse de 40 kg. Elle comprend les instruments scientifiques suivants^[9] :

Instruments d'analyse in situ

• Ensemble d'analyse des gaz (GAP) (8,7 kg) : composition minéralogique du sol, détection des molécules volatiles légères et des gaz rares détection de molécules organiques, composition isotopique des molécules analysées.

• Analyseur de différences thermiques
• Spectromètre à diode laser
• Chromatographe en phase gazeuse
• Spectromètre de masse

• Instruments situés sur le bras manipulateur (1,3 kg) : composition élémentaire et minéralogique du sol

• Spectromètre APX
• Spectromètre Mössbauer
• Mini caméra

• Spectromètre Gamma : composition élémentaire du sol (5,5 kg)
• Spectromètre à neutron : analyse du contenu en hydrogène du sol (4,0 kg)
• Spectromètre infrarouge : minéralogie du régolite (2,5 kg)
• Spectromètre de masse laser : composition élémentaire du sol (1,5 kg)
• Spectromètre de masse à ions secondaires  : composition élémentaire du sol (1,5 kg)
• Capteur thermique : étude des caractéristiques thermiques du régolite (0,3 kg)
• Radar à ondes longues pour les sondages en profondeur : étude des caractéristiques électriques de la structure interne de Phobos (3,5 kg)
• Sismographe : gravimétrie et structure interne de PHOBOS (0,5 kg)

Instruments optiques

• Système de navigation TV  : cartographie de la surface, support à l'atterrissage (3 kg)
• Caméra panoramique TV  : prises de vue panoramiques de PHOBOS, images pour la sélection d'échantillons (0,5 kg)
• Spectromètre optique  : étude des composants mineurs de l'atmosphère martien (2,5 kg)

Instruments pour l'étude de l'environnement martien et de la mécanique céleste

• Compteur de poussières  : micrométéorites (3,0 kg)
• Compteur de poussières  : mesure des poussières sur l'orbite PHOBOS (2,5 kg)
• Ensemble d'analyse du plasma (3 kg) : Interaction entre le vent solaire et Phobos ainsi que Mars

• Spectromètre à ions
• Spectromètre à électron
• Magnétomètre

• Senseur solaire  : étude de la libration de PHOBOS (0,5 kg)
• Oscillateur ultra-stable  : expérience de mécanique céleste (0,1 kg)

La participation française, pilotée par l'agence spatiale française du CNES porte sur les colonnes chromatographiques du chromatographe (réalisation du laboratoire LATMOS du CNRS) et les diodes laser et des composant électroniques du TDLAS (Tunable Diode LAser Spectrometer)^[10].

L'orbiteur chinois

Dans le cadre d’un contrat de coopération plus large entre l’Agence spatiale fédérale russe et l’Administration spatiale nationale de Chine ^[11], la Chine fut associée tardivement à la mission russe pour la conception du mécanisme de prélevement d’échantillons^[12][13] et l’adjonction du microsatellite Yinghuo-1 à la sonde. Cet orbiteur supplémentaire est un cube de 75×75×60 cm pesant 110 kg^[14] qui se séparera à proximité de Mars et s’injectera dans une orbite équatoriale (inclinaison 5°, altitude de 800 à 80 000 km et période de 3 j)^[15] autour de Mars où il devrait rester pendant un an. La sonde chinoise emporte 4 instruments scientifiques. Phobos-Grunt et Yinghuo-1 effectueront ensemble des expériences d’occultation.

Liens externes

• (fr) Phobos Grunt sur le site du CNES participant au développement des instruments
• (en) ESA info page on Phobos-Grunt
• (en) [pdf] Russia prepares a return to Mars (James Oberg)
• (ru) Présentation Vidéo de la Mission sur YouTube

Références

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