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ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO)

Concept de la Mission

La mission ExoMars Trace Gas Orbiter (un orbiteur destiné à mesurer les gaz en traces autour de Mars) est maintenant devenue une mission ESA-RosCosmos (l'agence spatiale russe). Ce dernier fera la démonstration d’un vol de première importance et de mesures in situ débouchant sur des technologies permettant de futures missions d'exploration.

De même, il permettra d'accomplir des recherches scientifiques fondamentales pour l'exploration de Mars et il devrait fournir de nouveaux moyens de communication pour les missions actuelles et futures vers Mars.

ExoMars Mission

Le programme ExoMars comporte en fait deux missions.

  1. La première est la mission ExoMars Trace Gas Orbiter décrite dans le présent document. Il s'agit d'une mission menée par l'ESA, composée d'un orbiteur et un atterrisseur démonstrateur (EDL), qui sera lancé en 2016 par un lanceur américain.
  2. La deuxième mission est un rover européen, avec des instruments russes dans la charge utile, qui sera lancée en 2018 aussi par un lanceur Soyouz.

 

2016 Mars Orbiter Bus Joint Instrument Definition Team

En novembre 2009, les objectifs scientifiques ainsi qu'une mission typique ont été définis et décrits dans un Raport du JIDT (Joint Investigation Definition Team). Frank Daerden de l'Institut d'Aéronomie Spatiale de Belgique faisait partie de ce groupe d'étude. Ce raport qui décrivait une série d'instruments pouvant potentiellement répondre aux objectifs définis, a servi de base à l'élaboration de l'annonce officielle émise par l'ESA et la NASA concernant la future mission ExoMars Trace Gas Orbiter 2016.

JIDT (2009). Final Report from the 2016 Mars Orbiter Bus Joint Instrument Definition Team, November 2009. (.pdf)

 

 

ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO)

La sonde spatiale est conçue, construite et intégrée par l'ESA. Elle comprend un orbiteur qui portera une charge utile instrumentale scientifique permettant la quantification des gaz en traces ainsi qu’un démonstrateur EDL (Entry, Descent and Landing).

ExoMars logo

Le satellite a été lancé en mars 2016 par le RosCosmos grâce à un lanceur de type Proton. L’arrivée au niveau de Mars se fesait en octobre 2016. Le lâcher du démonstrateur EDL s'est fait quelques jours avant la délicate manœuvre de mise en orbite du module orbiteur autour de Mars. A partir de ce moment-là, l’orbiteur était capté par la gravité de la planète.

L'orbiteur a d'abord décrit une orbite elliptique autour de Mars qui a duré 4 « sols » (un sol étant un jour martien). Cette orbite est maintenue durant 8 sols supplémentaires. Ensuite, l’orbiteur est déplacé sur une autre orbite dont la période est d’un sol pour en finir sur une orbite circulaire à une altitude de l'ordre de 350 à 420 km.

ExoMars trace Gas Orbiter

La phase des opérations scientifiques commencera au milieu de l’année 2017 et durera une année martienne complète. Après cette phase d'opérations scientifiques, l'orbiteur servira de canal de communication et de relais de données pour le rover, qui aurait été lancé en 2018 (deux ans plus tard que le TGO).

Le démonstrateur EDL sera utilisé comme test pour de futurs atterrisseurs plus volumineux. Il est conçu pour survivre à la surface de Mars pour une durée relativement courte (environ 8 sols).

 

Orbite

Le graphique montre la trace de l’orbite au cours de 4 jours martiens. Le TGO sera sur l’orbite de 400 km pendant toute une année martienne (2 années terrestres). Une grande quantité de données sera collectée pendant cette période.

Orbit

Les instruments nadir pointeront vers la surface de la planète pendant le jour et la nuit. NOMAD observera alors la colonne totale de l’atmosphère entre le satellite et la surface.

L’instrument pourra même mesurer la lumière émise ou réfléchie par la surface si l’atmosphère n’est pas trop chargée de poussière. Pendant les tempêtes de poussière (voir mars, la planète, NOMAD étudiera la composition et la densité des particules de poussière.

À la limite du jour et de la nuit, (moment où le satellite voit un lever ou un coucher de soleil depuis sa position avantageuse en orbite), tout le satellite est orienté pour pointer les instruments tels que NOMAD vers le soleil. Ceux-ci mesurent la lumière du soleil lorsqu’elle traverse l’atmosphère de Mars. En étudiant quelles longueurs d’onde de la lumière sont absorbées, on peut connaître la composition de l’atmosphère.

 

 

Objectifs Scientifiques

Des observations récentes de la planète Mars, réalisées à la fois à partir de satellites orbitant autour de Mars, mais aussi depuis la Terre, ont indiqué la présence de méthane.

Les modèles photochimiques actuels ne peuvent pas expliquer la présence de ce gaz ainsi que les variations dans le temps et l'espace.

Ces observations soulèvent donc des questions sur l'origine même du méthane, sur la présence éventuelle ainsi que la variation d'autres gaz en traces, et enfin sur les processus réactionnels eux-mêmes, ayant lieu soit en surface ou sous celle-ci ou dans l'atmosphère martienne, etc.

Ces questions conduisent aux objectifs scientifiques suivants:

  1. détecter une large gamme de gaz en traces dans l'atmosphère et leurs principaux isotopes
  2. caractériser les variabilités spatiale et temporelle des émissions de méthane et d'autres espèces clés 
  3. localiser les sources du méthane et d'autres espèces clés et en déduire leur évolution respective ainsi que les diverses interactions possibles entre ces derniers 
  4. donner les caractéristiques de surface, éventuellement en lien avec les sources et puits des divers gaz en traces.

 

     

Instruments

Instruments on TGO 2016

  • NOMAD: A high resolution solar occultation and nadir spectrometer

    Une série de trois spectromètres conçus pour détecter des composants de l’atmosphère de Mars sous forme de traces et pour cartographier où on les rencontre à la surface

    Contact: Ann C. Vandaele, Institut royal d’Aéronomie Spatiale de Belgique, Bruxelles, Belgique.

  • ACS: Atmospheric Chemistry Suite
    Trois spectromètres conçus pour cartographier des gaz, poussières et nuages
  • FREND: Fine Resolution Epithermal Neutron Detector
    Un instrument qui mesure la teneur en hydrogène du sol et sous-sol
  • CaSSIS: Camera and Stereo Surface Imaging System
  • Un caméra développé pour la prise d’images à haute résolution de la surface martienne

En lire plus: ESA ExoMars Trace Gas Orbiter and Schiaparelli Mission (2016)

 

 

Phases operationelles

Mars 2016: Lancement
Octobre 2016: Démonstrateur EDL – séparation avec l’orbiteur
Octobre 2016: Orbiteur sur orbite elliptique autour de mars
Entre mai et août 2017: Démarrage de la phase scientifique de l’orbiteur
Janvier 2019: Arrivée de la mission des deux rovers (2018) et atterrissage de ceux-ci
Entre avril et juillet 2019: Démarrage du relais de données pour les rovers
Décember 2022: Fin de la mission
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