L'une des grandes réalisations des missions Apollo a été de ramener à la maison des centaines de kilogrammes de roche lunaire. Ces roches et cette poussière font l'objet d'une analyse continue depuis le retour des astronautes d'Apollo 11 il y a plus de 50 ans.
Et ils font encore des découvertes.
Les scientifiques ont des échantillons du vent solaire du Soleil, des particules de la queue d'une comète, quelques grammes d'un astéroïde, et d'autres arriveront bientôt.
Mais il y a un monde, au centre de tant d'études scientifiques, qui n'a jamais vu un échantillon: Mars.
La NASA et l'Agence spatiale européenne ont prévu de ramener un échantillon de Mars depuis des décennies, et maintenant, les missions pourraient voler dans les prochaines années, ramenant enfin un morceau de la planète rouge sur Terre pour que nous puissions étudier directement.
Historique des exemples de missions de retour
L'exploration spatiale se fait par étapes. Vous commencez d'abord par un survol de reconnaissance, où un vaisseau spatial suit une trajectoire rapide devant un monde, fournissant un premier ensemble d'images et de données. Pensez au Grand Tour du Voyager à travers le système solaire ou à New Horizons visitant Pluton.
Ensuite, vous revenez avec un orbiteur, un vaisseau spatial qui peut rester en place pendant des années, en étudiant la surface d'un monde dans les moindres détails. Considérez le vaisseau spatial Cassini, qui a orbité autour de Saturne 294 fois, a pris plus de 450 000 photos et a changé à jamais notre compréhension de la planète annelée.
Viennent ensuite les atterrisseurs et les rovers. Bien sûr, le meilleur exemple de cela est Mars, avec Spirit and Opportunity, ainsi que Curiosity, qui ensemble ont capturé des centaines de milliers d'images, foré des roches et trouvé des preuves de l'eau passée sur Mars.
Viennent ensuite les exemples de missions de retour. C'est l'étape que les agences spatiales n'ont essayée que quelques fois.
Outre la mission Apollo, le premier vaisseau spatial à ramener des échantillons de l'espace sur Terre a été la mission soviétique Luna. En 1970, Luna 16 a rapporté 101 grammes de régolithe lunaire, suivi de Luna 20 et Luna 24. Bien qu'ils aient apporté une fraction du matériel retourné par les missions Apollo, il provenait de différents endroits sur la Lune.
Le prochain vaisseau spatial à restituer un échantillon était la mission Genesis de la NASA. Il a été lancé en 2001 pour recueillir des échantillons du vent solaire du Soleil et les ramener sur Terre.
Il a ouvert ses collecteurs d'échantillons le 1er avril 2004, puis est retourné sur Terre en septembre de la même année. Malheureusement, son parachute n'a pas pu s'ouvrir correctement, et le vaisseau spatial a percuté durement le désert de l'Utah.
Malgré l'atterrissage dur, les scientifiques ont pu récupérer des échantillons utilisables, ce qui les a aidés à découvrir que la Terre aurait pu se former à partir de matériaux de nébuleuses solaires différents du Soleil.
Puis est venue la mission Stardust de la NASA, qui a survolé la queue de la comète Wild 2 en janvier 2004, puis a rendu sa capsule collectrice sur Terre deux ans plus tard. L'analyse de ces particules a montré aux scientifiques que les comètes contenaient des particules éjectées du Soleil au début de son histoire et pouvaient avoir une façon de se former différente de ce que les astronomes avaient prédit.
Le dernier échantillon de mission de retour était la mission Hayabusa de la JAXA, surmontant toutes sortes de difficultés, notamment le fait d'être directement touché par une éruption solaire, la perte de ses roues de réaction et l'échec du déploiement de son atterrisseur sautillant. Mais incroyablement, les contrôleurs de mission ont réussi à ramener le vaisseau spatial à la maison, avec quelques microgrammes précieux de matériel astéroïde à bord.
Il y a des missions en ce moment: Hayabusa 2 et OSIRIS-REx qui ramèneront encore plus d'échantillons d'astéroïdes à la maison pour étudier. La JAXA prévoit même une mission pour retourner un échantillon des lunes de Mars.
Alors qu'en est-il d'un exemple de mission de retour sur Mars lui-même?
Que pouvons-nous apprendre d'une mission de retour d'échantillons sur Mars?
Nous avons en fait beaucoup appris sur la géologie et l'atmosphère de Mars car il y a des morceaux de la planète rouge trouvés ici sur Terre. Ils ont été projetés hors de Mars par un impact d'astéroïde géant il y a des millions d'années, et ils ont flotté dans l'espace, frappant finalement la Terre et survivant incroyablement à un voyage dans l'atmosphère.
Les scientifiques ont des morceaux aléatoires de Mars, mais maintenant ils veulent un échantillon de leur choix. Et cela signifie envoyer directement un exemple de mission de retour.
La NASA prévoit en fait une mission de retour d'échantillons sur Mars depuis le début des années 1970, avant même le lancement du vaisseau spatial Viking.
Les objectifs d'une mission de retour comprendraient la recherche de la vie, pas seulement la vie d'aujourd'hui, mais la vie passée, et même les précurseurs chimiques de la vie.
En ramenant des échantillons vierges de Mars chez eux, les scientifiques pourraient effectuer toutes sortes d'expériences sur le régolithe martien, l'exposant à l'eau, à une atmosphère plus épaisse et à des nutriments pour voir s'il y a des bactéries actives. Cette expérience a été tentée avec Viking, mais les résultats n'ont pas été concluants et les biologistes planétaires se disputent toujours à leur sujet.
Ils pourraient analyser les échantillons sous de puissants microscopes, à la recherche de fossiles microscopiques ou de toute autre indication de la vie là-bas.
De plus, les scientifiques ont pu comprendre l'histoire de la surface de Mars et comment elle a été affectée par l'eau pendant des millions d'années.
Des échantillons pourraient être retournés de certains des endroits les plus intéressants, comme les sédiments des lacs, les dépôts autour des évents hydrothermaux et les deltas des anciennes rivières.
Ils pourraient rapporter des échantillons de grèves de météorites récentes et anciennes, d'éruptions volcaniques et de régions exposées au vent depuis longtemps.
Ils pourraient également étudier l'histoire à long terme de Mars sur des milliards d'années, pour essayer de comprendre quand de vastes changements planétaires se sont produits pour rendre la planète si froide et sèche. Quand le bombardement d'astéroïdes s'est-il installé?
Ils pourraient même échantillonner des morceaux de météorites qui jonchent la surface de Mars, échantillonnant d'autres mondes en même temps.
Ces échantillons seraient idéalement renvoyés chez eux avant que le premier humain ne mette le pied à la surface de Mars. Nous savons déjà qu'il y a des produits chimiques toxiques dans le régolithe martien, mais qu'en est-il de la poussière qui se dépose dans l'atmosphère? Sera-ce un risque si les astronautes le respirent? Qu'en est-il du matériau qui se trouve plus profondément sous la surface?
En étudiant ce matériau, les scientifiques pourraient également comprendre dans quelle mesure les astronautes pourraient vivre de la terre. Utiliser le régolithe pour les matériaux de construction et la culture des plantes. En plus de le décomposer chimiquement pour diverses matières premières.
Les différentes parties de Mars sont-elles plus utiles que d'autres?
Exemples de plans de mission de retour sur Mars
L'un des premiers plans pour un échantillon de mission de retour sur Mars a été appelé le prélèvement d'échantillons pour l'enquête sur Mars (ou SCIM). Ce serait une mission de classe scout relativement peu coûteuse qui traverserait l'atmosphère de Mars à une altitude aussi basse que 40 km, collectant la poussière et le gaz atmosphérique.
Ce serait assez haut pour que le vaisseau spatial ne soit pas capturé par Mars. Ensuite, il retournerait les échantillons sur Terre. En étudiant ces échantillons, les scientifiques pourraient faire correspondre l'échantillon atmosphérique avec les gaz trouvés dans ces roches de Mars pour être certains qu'ils provenaient de la planète rouge. Ils pourraient étudier de près la poussière martienne, vous savez, la poussière qui peut former des tempêtes à l'échelle de la planète capable de mettre fin aux missions de rover, et pourrait être un risque pour les futurs astronautes.
La proposition a été faite en 2001, pour une mission qui volerait en 2007 et rendrait des échantillons d'ici 2010, mais elle n'a jamais décollé.
Mais en 2009, la NASA et l'Agence spatiale européenne ont commencé à planifier sérieusement de ramener un morceau de Mars chez eux, annonçant officiellement leur coopération pour une mission.
Anticipant la future mission de retour d'échantillons, la NASA et l'ESA ont construit leurs prochains rovers pour être la première étape de l'envoi de matériel à la maison.
Alors qu'il rampe à travers la surface de la planète rouge, le rover Mars 2020 de la NASA recueillera des échantillons intéressants, puis les déposera à la surface au fur et à mesure. Le rover Rosalind Franklin de l'ESA, qui doit également être lancé en 2020, collectera et stockera des échantillons de la surface de Mars dans des conteneurs de la taille d'un stylo, qui seront prêts pour le ramassage.
Un exemple de mission de retour comprendrait trois parties.
Tout d'abord, il y aurait un robot de récupération rapide construit par l'Agence spatiale européenne pour collecter des échantillons pour étude. Puis un véhicule de remontée de la NASA qui transférerait les échantillons sur l'orbite de Mars. Et enfin, une mission en orbite de l'ESA qui récupérerait les échantillons et les ramènerait sur Terre.
Le Sample Fetch Rover de l'ESA serait un véhicule relativement léger, ne dépassant pas environ 120 kilogrammes. Il devrait être capable de parcourir 20 à 30 kilomètres en parcourant 200 mètres par jour, en contournant de manière autonome les dangers sur son chemin. Au cours de cette période, il ramasserait des dizaines d'échantillons laissés à la surface par Mars 2020 ou Rosalind Franklin, en choisissant les 30 ou les plus scientifiquement intéressants à renvoyer chez eux.
Après plusieurs mois de collecte d'échantillons, le Fetch Rover arriverait au Mars Sample Retrieval Lander. Il s'agit d'un vaisseau spatial qui présente de nombreuses similitudes avec les rovers Curiosity et Mars 2020 de la NASA.
Il utiliserait une coquille puis un parachute lors de son entrée dans l'atmosphère martienne, abaissant finalement la fusée de remontée à la surface de Mars. Il resterait sur Mars jusqu'à 150 jours, attendant des échantillons du Fetch Rover.
Lorsque les échantillons étaient chargés à bord, le véhicule de remontée tirait son moteur-fusée hybride ou solide, transportant les échantillons sur une orbite d'altitude de 350 km.
Ensuite, il serait intercepté par Earth Return Orbiter de l'ESA, faisant un rendez-vous complètement autonome à des millions de kilomètres de la Terre. Il utilisera ensuite un moteur ionique solaire-électrique pour effectuer le long voyage vers la Terre.
Et puis, dans les années 2030, les scientifiques mettront la main sur environ 500 grammes de matière de la surface de Mars.
Début 2019, la Maison Blanche a inclus de l'argent dans son budget proposé pour une mission de retour d'échantillons sur Mars, qui pourrait idéalement être lancée dès 2026. Bien qu'une mission comme celle-ci ait été proposée à plusieurs reprises auparavant, c'est la première fois qu'un financement réel est mettre de côté. Il a donné à la NASA 109 millions de dollars en 2020 pour travailler sur les "futures activités martiennes", qui sont essentiellement la mission de retour d'échantillons.
Alors maintenant, après près de 50 ans de planification, une sérieuse mission de retour d'échantillons vers Mars est en cours.
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