En mars 2016, l'Agence spatiale européenne (ESA) a lancé le ExoMars (Exobiologie sur Mars) mission dans l'espace. Projet conjoint entre l'ESA et Roscosmos, cette mission en deux volets consistait à Orbiteur de gaz en trace (TGO) et le Schiaparelli atterrisseur, tous deux arrivés en orbite autour de Mars en octobre 2016. Bien que Schiaparelli s'est écrasé en tentant d'atterrir, le TGO a continué à accomplir des exploits impressionnants.
Par exemple, en mars 2017, l'orbiteur a commencé une série de manoeuvres d'aérofreinage, où il a commencé à abaisser son orbite pour pénétrer dans la mince atmosphère de Mars et se ralentir. Selon Armelle Hubault, l'ingénieur des opérations spatiales sur le TGO Équipe de contrôle de vol, la mission ExoMars a fait d'énormes progrès et est en bonne voie d'établir son orbite finale autour de la planète rouge.
TGO's mission a été d'étudier la surface de Mars, de caractériser la distribution de l'eau et des produits chimiques sous la surface, d'étudier l'évolution géologique de la planète, d'identifier les futurs sites d'atterrissage et de rechercher les biosignatures possibles de la vie martienne passée. Une fois qu'il a établi son orbite finale autour de Mars - à 400 km (248,5 mi) de la surface - le TGO sera idéalement placé pour mener ces études.
L'ESA a également publié un graphique (illustré ci-dessus) illustrant les orbites successives du TGO a fait depuis qu'il a commencé l'aérofreinage - et continuera de le faire jusqu'en mars 2018. Alors que le point rouge indique l'orbiteur (et la ligne bleue son orbite actuelle), les lignes grises montrent des réductions successives de la TGO's période orbitale. Les lignes en gras indiquent une réduction de 1 heure tandis que les lignes fines indiquent une réduction de 30 minutes.
Essentiellement, une seule manœuvre d’aérofreinage consiste à faire passer l’orbiteur dans la haute atmosphère de Mars et à s’appuyer sur ses panneaux solaires pour générer de très petites quantités de traînée. Au fil du temps, ce processus ralentit l'engin et abaisse progressivement son orbite autour de Mars. Comme Armelle Hubault l’a récemment publié sur le blog de fusée de l’ESA:
«Nous avons commencé sur la plus grande orbite avec un apocentre (la distance la plus éloignée de Mars pendant chaque orbite) de 33 200 km et une orbite de 24 heures en mars 2017, mais nous avons dû nous arrêter l'été dernier en raison de la conjonction de Mars. Nous avons recommencé le freinage aérodynamique en août 2017 et nous sommes sur le point de terminer dans l'orbite scientifique finale à la mi-mars 2018. À compter d'aujourd'hui, le 30 janvier 2018, nous avons ralenti l'ExoMars TGO de 781,5 m / s. À titre de comparaison, cette vitesse est plus de deux fois plus rapide que la vitesse d'un avion à réaction long-courrier typique. »
Plus tôt cette semaine, l'orbiteur a traversé le point où il a fait son approche la plus proche de la surface de son orbite (le passage du péricentre, représenté par la ligne rouge). Au cours de cette approche, l’engin a bien plongé dans l’atmosphère la plus élevée de Mars, ce qui a entraîné l’avion et l’a ralenti davantage. Dans son orbite elliptique actuelle, il atteint une distance maximale de 2700 km (1677 mi) de Mars (c'est l'apocentre).
Bien qu'il soit une pratique vieille de plusieurs décennies, l'aérofreinage demeure un défi technique important pour les équipes de mission. Chaque fois qu'un vaisseau spatial passe dans l'atmosphère d'une planète, ses contrôleurs de vol doivent s'assurer que son orientation est juste pour ralentir et s'assurer que l'engin reste stable. Si leurs calculs sont légèrement décalés, le vaisseau spatial pourrait commencer à tourner hors de contrôle et à dévier de sa trajectoire. Comme Hubault l'a expliqué:
"Nous devons ajuster régulièrement la hauteur de notre péricentre, car d'une part, l'atmosphère martienne varie en densité (donc parfois on freine plus et parfois on freine moins) et d'autre part, la gravité martienne n'est pas la même partout (donc parfois la planète nous tire vers le bas et parfois nous dérivons un peu). Nous essayons de rester à environ 110 km d'altitude pour un effet de freinage optimal. Pour garder le vaisseau spatial sur la bonne voie, nous téléchargeons un nouvel ensemble de commandes chaque jour - donc pour nous, pour la dynamique de vol et pour les équipes de la station au sol, c'est une période très exigeante! »
La prochaine étape pour l'équipe de contrôle de vol consiste à utiliser les propulseurs du vaisseau spatial pour manoeuvrer le vaisseau spatial dans son orbite finale (représentée par la ligne verte sur le diagramme). À ce stade, l'engin spatial sera dans son orbite finale de relais de données scientifiques et opérationnelles, où il se trouvera sur une orbite à peu près circulaire à environ 400 km (248,5 mi) de la surface de Mars. Comme l'écrivait Hubault, le processus d'amener le TGO sur son orbite finale reste un défi.
«Le principal défi pour le moment est que, comme nous ne savons jamais à l'avance à quel point le vaisseau spatial va être ralenti pendant chaque passage du péricentre, nous ne savons jamais exactement quand il va rétablir le contact avec nos stations au sol après avoir indiqué Terre », a-t-elle dit. "Nous travaillons avec une" fenêtre "de 20 minutes pour l'acquisition du signal (AOS), lorsque la station au sol capte pour la première fois le signal de TGO pendant une visibilité donnée de la station, alors que normalement pour les missions interplanétaires, nous avons un temps AOS ferme programmé à l'avance."
La période orbitale du vaisseau spatial étant désormais raccourcie à moins de 3 heures, l'équipe de contrôle de vol doit effectuer cet exercice 8 fois par jour. Une fois que le TGO aura atteint son orbite finale (d'ici mars 2018), l'orbiteur y restera jusqu'en 2022, servant de satellite relais de télécommunications pour les futures missions. L’une de ses tâches consistera à relayer les données des ExoMars 2020 mission, qui consistera en un rover européen et une plate-forme de surface russe déployée à la surface de Mars au printemps 2021.
Avec la NASA Mars 2020 rover, cette paire rover / lander sera la dernière d'une longue lignée de missions robotiques cherchant à percer les secrets du passé martien. De plus, ces missions mèneront des enquêtes cruciales qui ouvriront la voie à d'éventuelles missions de retour d'échantillons sur Terre, sans parler de l'équipage à la surface!
