| |
Pour mener à bien sa mission, Phoenix dispose d'une batterie d'instruments,
soit hérités des mission Mars Polar Lander (caméra SSI, four TEGA
et caméra de descente MARDI) et Mars Surveyor 2001 (bras robotique,
laboratoire MECA), soit développés spécifiquement pour la mission
(comme la station météorologique ou le spectromètre à neutrons).
Bras robotique / caméra
Phoenix sera doté d'un bras robotique sophistiqué. Tel un bulldozer
miniature, il sera capable de creuser une tranchée de 50 centimètres
de profondeur environ et de collecter des échantillons pour d'autres
instruments comme le four TEGA et le laboratoire de chimie MECA.
D'une longueur de 2,35 mètres, ce bras offrira quatre degrés de
liberté, et pourra exercer une force de 80 Newtons. Une petite pelle
est fixée à son extrémité.
Une caméra miniature est également montée à l'extrémité du bras
robotique. Une multitude de petites LEDS de couleurs permettront
de prendre des images avec un éclairage rouge, bleu ou vert, la
lentille étant protégée de la poussière pour un cache transparent
amovible. Cette caméra réalisera des images des échantillons collectées
par la pelle, du sol, et des parois des tranchées creusées par le
bras. Elle pourra aussi être déplacée à proximité d'éventuelles
roches pour examiner leur texture.
Caméra de descente MARDI (Mars Descent Imager)
L'instrument MARDI est une caméra dont l'objectif est d'acquérir
des images grand angle et en couleurs du site d'atterrissage lors
de la descente vers la surface martienne, un peu comme la caméra
DIMES des rovers Spirit et Opportunity. MARDI entrera en fonctionnement
juste après l'éjection du bouclier thermique, et prendra 20 images
de la région située en dessous d'elle. Grâce à ces données, les
scientifiques seront à même de caractériser géologiquement le site
d'atterrissage et de construire un modèle numérique en 3D l'endroit
ou Phoenix travaillera.
SSI (Stereo Imager)
L'instrument SSI va constituer les yeux de l'atterrisseur. Héritée
des sondes Mars Pathfinder et Mars Polar Lander, mais améliorée
grâce à des capteurs haute résolution similaires à ceux des rovers
américains Spirit et Opportunity, la caméra SSI pourra prendre des
images stéréoscopiques en couleurs du site d'atterrissage, pratiquement
à hauteur d'homme (2 mètres au-dessus de la surface martienne).
Des roues à filtres permettront à la caméra d'observer dans 12 longueurs
d'ondes différentes (du violet au proche infrarouge) le sol, le
ciel et le soleil. Les panoramas réalisés permettront de caractériser
la géologie du site d'atterrissage, d'identifier les minéraux des
roches et du sol, et de réaliser des cartes permettant de définir
les déplacements du bras robotique. En se tournant vers le ciel,
la caméra pourra étudier les nuages ainsi que la poussière en suspension
dans l'atmosphère martienne (en jaugeant l'atténuation de la lumière
du soleil par les particules de poussière).
MET (Meteorological Station)
L'ensemble météorologique, fourni par le Canada, comprend des capteurs
de pression et de température, ainsi qu'un LIDAR, un instrument
similaire à un radar mais utilisant des brèves émissions de lumière
laser en lieu et place de pulses d'ondes radio. Ce sera la première
fois qu'une station météorologique renverra des données depuis la
région polaire nord de Mars.
La majorité des capteurs de température seront montés sur un mat
de 1,2 mètres de hauteur. Les capteurs de pression seront quant
à eux logés à l'intérieur de l'atterrisseur. Le package météorologique
recueillera également les données provenant des thermocouples rivetés
sur le bras robotique.
Le LIDAR se trouvera au dessus du corps de l'atterrisseur et servira
à étudier les aérosols atmosphériques ainsi que les nuages de glace.
Son fonctionnement est un peu similaire à celui du radar. Il émet
des pulses d'énergie et détecte leur écho lorsqu'elles sont réfléchies
par différents obstacles. Contrairement au radar, le LIDAR n'émet
pas d'ondes radio, mais des pulses de lumière laser (2500 pulses
de lumière dans le proche infrarouge chaque seconde). Une diode
laser enverra des flashs lumineux dont le retour sera chronométré
de manière à localiser et à caractériser les nuages de glace et
la poussière dans l'atmosphère martienne sur une courte distance
(2 à 3 kilomètres). L'objectif principal de cet instrument est de
déterminer la quantité de poussière en suspension dans l'atmosphère
au dessus du site d'atterrissage.
TEGA (Thermal and Evolved Gas Analyzer)
Cet instrument original, qui combine des petits fours et un spectromètre
de masse, aura pour tâche d'analyser les échantillons de sol et
de glace collectés par le bras robotique. Le TEGA de Phoenix est
similaire à l'appareil du même nom embarqué sur la sonde Mars Polar
Lander, et se livrera aux premières recherches de composés organiques
depuis les sondes Viking en 1976.
Le bras robotique commencera par creuser une petite tranchée de
quelques centimètres dans le sol. Un échantillon sera prélevé, photographié
par la caméra du bras robotique puis déposé dans l'un des 8 fours
du TEGA (leur taille est approximativement celle d'une petite cartouche
d'encre). Une diode LED servira à confirmer qu'un échantillon de
sol a bien été délivré. L'échantillon sera alors porté à très haute
température (environ 1000°C), et ce de manière progressive. Bien
qu'alimenté uniquement par des panneaux solaires, le TEGA pourra
atteindre une telle température, car la masse de l'échantillon à
chauffer sera très faible (100 milligrammes environ).
Lors du chauffage progressif, le sol va libérer de l'eau et du CO2,
ainsi que diverses substances volatiles emprisonnées dans différents
minéraux. L'identification des substances volatiles s'effectuera
grâce à un spectromètre de masse très sensible, qui pourra mesurer
précisément la masse (et donc la nature), ainsi que la concentration
des substances libérées au cours du chauffage. Une fois utilisé,
un four ne pourra plus servir. Le TEGA devrait aussi jouer le rôle
d'un calorimètre, étant donné que l'énergie à fournir pour porter
les fours à une certaine température sera contrôlée. En tout et
pour tout, le TEGA pourra donc analyser 8 échantillons de sol.
MECA (Microscopy, Electrochemistry, and Conductivity Analyzer)
L'expérience MECA est un véritable petit laboratoire destiné à analyser
de nombreuses propriétés du sol martien. Elle s'organise autour
de trois instruments :
Un petit laboratoire humide, qui devra mesurer de nombreuses propriétés
du sol, comme le pH, le potentiel d'oxydoréduction, la salinité
(magnésium, sodium, chlore, brome et sulfates), l'acidité ou l'alcalinité,
ou encore les concentrations en oxygène et dioxyde de carbone.
Le laboratoire comprend quatre petits béchers ou auront lieu les
mesures. Après qu'un échantillon de sol ait été collecté par le
bras robotique et déversé dans le bécher, ce dernier est mélangé
à une solution, puis agité, et ce durant une journée environ. Des
électrodes mesureront la présence et la concentration de différents
solutés. L'expérience se termine avec l'ajout de deux pastilles
réactives. La première pastille libérera de l'acide pour détecter
d'éventuels carbonates et mesurer des espèces uniquement solubles
en milieu acide. La seconde pastille doit permettre de détecter
des sulfates et des molécules oxydantes.
Le second instrument est un ensemble de deux microscopes, qui devront
étudier les particules de sol à différents grossissements.
Le premier microscope, un microscope optique comme il en existe
dans toutes les salles de TP, possèdera une résolution de 4 microns
par pixel. Des diodes électroluminescentes colorées (rouge, verte,
bleue et ultraviolet) éclaireront les échantillons, ce qui permettra
de faire ressortir les différents constituants du sol (particules
minérales, glace d'eau, etc).
Le second microscope est autrement plus impressionnant que le premier.
Il porte le nom quelque peu grandiose de microscope à force atomique.
Contrairement aux microscopes optiques ou électroniques, un microscope
à force atomique n'étudie pas la matière en la voyant, mais plutôt
en la touchant. Le principe d'un microscope à force atomique est
assez simple : l'appareil utilise un capteur extrêmement petit (que
les spécialistes appellent des pointes) pour sentir la surface d'un
échantillon et en construire une représentation en 3D très précise.
Baptisé FAMARS, ce microscope à force atomique permettra d'étudier
le sol à l'échelle nanométrique, et pourra observer des particules
aussi petites que 10 nm. L'instrument comportera 8 petits pointes
attachés à des leviers très flexibles. Si un capteur est contaminé
ou endommagé durant la mesure, un autre prendra sa place. Lorsque
les 8 capteurs auront été utilisés, le microscope à force atomique
ne pourra plus fonctionner.
FAMARS sera le premier microscope à force atomique jamais envoyé
sur Mars.
Avant d'être examinés par les microscopes optiques et à force atomique,
les échantillons collectés par le bras robotique seront déposés
sur un porte échantillon d'un genre particulier : une roue mobile
portant 69 substrats différents, depuis des aimants jusqu'à des
plaques collantes, des plaquettes pour déterminer la dureté, des
fragments de tissus et de métaux, etc. Ce système permettra de générer
différentes interactions entre les particules de sol et les substrats.
Le dernier instrument du package MECA est une sonde permettant d'étudier
la conductivité thermique et électrique du sol. Celle-ci sera fixée
sur la pelle du bras robotique et sera enfoncé dans la tranchée
creusée par le bras robotique.
L'expérimentation MECA était auparavant monté sur la sonde Mars
Surveyor 2001. L'un des objectifs de cette mission était de préparer
la venue de l'homme sur Mars, en déterminant les dangers potentiels
de la surface martienne. Le package MECA devait notamment servir
à caractériser la poussière, identifier les interactions indésirables
avec les hommes et les systèmes électroniques (adhésion, abrasion,
corrosion, toxicité, obstruction, radiations, courts-circuits) et
permettre le design des systèmes d'habitations et des combinaisons
spatiales pour les sorties extra-véhiculaires (EVA). Il n'est par
certain que ces objectifs, décrits en détails ici, soient encore
d'actualité, et ce malgré le projet d'exploration spatiale du président
George Bush visant un retour sur la Lune et une exploration humaine
de la planète rouge. Le seul objectif lié aux missions habitées
semble être l'étude de la teneur en eau du sol par spectrométrie
à neutrons, qui pourrait alors être extraite et utilisée par l'équipage.
© & flashespace
|
