Les futures missions vers Mars ont pour but d'accroître d'une part nos connaissances scientifiques sur la planète Mars et d'autre part nos compétences technologiques permettant d'amener la sonde à bon port.
Plus précisément, les objectifs scientifiques sont les suivants :

• La recherche de la vie présente ou passée sur Mars ;
• La caractérisation de la distribution d'eau et de la géochimie en fonction de la profondeur dans le sol ;
• L'étude de l'environnement à la surface de Mars et l'identification des risques pour une future mission humaine ;
• L'étude de l'intérieur de Mars afin d'avoir une meilleure compréhension de l'évolution de Mars et de son habitabilité.

Les objectifs technologiques à atteindre sont :

• La gestion de l'entrée dans l'atmosphère, de la descente et de l'atterrissage de la sonde sur la surface de Mars ;
• L'acquisition d'une mobilité sur Mars de l'ordre de quelques kilomètres grâce à un Rover ;
• Le prélèvement des échantillons sur Mars à une profondeur de deux mètres grâce à une foreuse ;
• La préparation des échantillons pour l'analyse et la distribution des résultats.

Ces objectifs seront atteints par deux séries d'instruments : une série à bord d'un Rover, donc mobile, pourvu d'instruments de sondage du sol et du sous-sol (charge utile Pasteur), et une série à bord du module de surface (charge utile Humboldt, ou GEP pour Geophysics Environment Package).



Le voyage vers Mars durera environ dix mois. La sonde sera composée du module de croisière (CM) et du module de descente composite (DMC). Le module de croisière sera chargé de transporter le module de descente composite de la Terre vers Mars. Il se mettra en orbite autour de Mars et il attendra que les conditions soient favorables pour libérer le DMC. En effet, sur Mars, il peut y avoir à cette époque de l'année martienne des tornades de poussières qui pourraient endommager la mission. Au moment opportun, il libèrera donc le module sur la bonne trajectoire. Le module de croisière continuera sa trajectoire, rentrera dans l'atmosphère de Mars et se détruira en brûlant tandis que le DMC atterrira sur la surface de Mars et déploiera le Rover ou l'atterrisseur.

L'atterrissage de la mission ExoMars - Crédits Thalès Alenia Space

La sonde spatiale d'ExoMars est constituée de :

• Un module de croisière (MC) qui transporte le module de descente composite et le libère au moment opportun.
• Un module de descente composite (MDC) qui réalise l'entrée dans l'atmosphère, la descente et l'atterrissage sur la surface de Mars. Pour permettre un atterrissage dans des conditions optimales, le MDC contient un bouclier thermique, un système de parachute, un système de contrôle à réaction, des propulseurs de descente et un atterrisseur. L'atterrissage peut être réalisé à l'aide d'un nouveau système d'airbag qui permet d'atterrir sans rebond. L'avantage de ce dispositif est qu'il n'est plus nécessaire d'entourer toute la sonde d'airbag comme c'était le cas pour les missions précédentes ce qui représente un gain d'espace. Une fois posé, le MDC décharge l'atterrisseur, our le Rover. Le Rover ExoMars est un robot mobile d'environ 250kg contenant lui-même la charge utile scientifique Pasteur de 16.5kg. Le(s) futur(s) atterrisseur(s) déploiera(ont) la charge utile scientifique Humboldt..

Le Rover est un robot mobile à six roues destiné à la recherche en géologie et exobiologie. Il parcourra plusieurs kilomètres à la recherche de signes de vie passée ou présente. Il est chargé de récolter des échantillons sur et sous la surface de Mars. Pour cela, il est équipé d'une foreuse prélevant des échantillons jusqu'à deux mètres de profondeur et d'un système qui gère les échantillons récoltés, le SPDS (Sample Preparation and Distribution System) : il prépare les échantillons, les analyse et envoie ensuite les résultats vers la Terre. Le Rover est également équipé de la charge utile " Pasteur " comportant onze instruments différents.

Le Rover - Crédits : ESA

Le robot utilisera l'énergie solaire pour générer l'énergie électrique dont il aura besoin. Quatre panneaux solaires d'une surface de deux mètres carrés chacun lui permettront de survivre aux froides et sombres nuits martiennes. Equipé de caméras panoramiques, il aura une grande autonomie, créant lui-même ses itinéraires en évitant les collisions avec le relief si il le faut. Il parcourra environ cent mètres par jour. Cette autonomie est nécessaire, car les communications avec la Terre seront rares et courtes, seulement une à deux petites sessions par jour.

L'objectif principal sera d'analyser la composition de la surface martienne par un ensemble de douze instruments pour obtenir des mesures cruciales permettant de caractériser la composition chimique et minéralogique et d'identifier les processus géologiques et géochimiques endogènes et exogènes, d'altération, de différentiation, de tectonique, de volcanisme, de contenu en volatiles et de formation des roches de la surface et du manteau de Mars.

Observations et prélèvements du Rover - Crédits : ESA

La charge utile scientifique " Pasteur " comprend :

Des instruments panoramiques pour réaliser la topographie du paysage, déterminer l'endroit où les prélèvements seront effectués, analyser l'atmosphère martienne et la minéralogie :

• PanCam est un ensemble de caméras panoramiques qui localisent le Rover, font une topographie de son environnement et étudient les propriétés de l'atmosphère ;
• MIMA est un spectromètre qui travaille avec PanCam pour choisir l'endroit des prélèvements, ses objectifs sont de déterminer, grossièrement, la composition minéralogique du sol de Mars, d'observer les conditions météorologiques et d'identifier la présence de vapeur d'eau ou de gaz particuliers dans l'atmosphère ;
• WISDOM est un radar avec une pénétration dans le sol jusqu'à trois mètres, il recherche la présence d'eau ;

Des instruments de contact pour étudier le sol martien :

• CLUPI est une caméra couleur qui caractérise l'environnement géologique et détermine les détails de l'histoire géologique enregistrée dans le sol (échelle du micromètre au centimètre);
• MIMOS II est un spectromètre qui analyse la présence de Fer dans le sol pour caractériser les minéraux et leur état d'oxydation;
• Raman-LIBS est un spectromètre pour l'analyse des échantillons martiens ;
• Ma_MISS est un spectromètre intégré à la foreuse qui analyse la composition du sol en profondeur pour comprendre l'évolution géologique, atmosphérique et climatique et peut-être trouver des signes de vie passée ou présente ;

Des instruments d'analyse pour les substances organiques et géochimiques dans les échantillons prélevés :

• MicrOmega est un microscope infrarouge et visible qui observe les échantillons et caractérise leur structure et leur composition ;
• Mars-XRD est un diffractomètre qui envoie des rayons X sur les roches et analyse la composition minéralogique en mesurant la diffraction ;
• MOMA détecte et identifie les différentes sortes de molécules même à de très basses concentrations : un de ses instruments est le Chromatographe en phase gazeuse qui détecte les molécules volatiles dans l'atmosphère et dans les roches sédimentaires ;
• Urey est un instrument qui recherche des composants organiques dans les roches et le sol de Mars comme preuve de la présence de la vie.

La station géophysique prévue dans le cadre de la charge utile amelliorée de ExoMars est appellée Humboldt station. Elle tient son nom de Alexander von Humboldt, un naturaliste et explorateur allemand du 19ième siècle. La mission de la station géophysique est d'étudier l'intérieur de Mars, de caractériser son environnement et de mesurer l'orientation et la rotation de la planète pour comprendre l'évolution de Mars et son habitabilité. A son bord, un panel d'instruments:

• ARES est un instrument qui capte les champs électriques et détermine l'état d'ionisation de l'atmosphère. Son objectif est de mesurer les propriétés électriques de l'environnement martien.
  
  
• ATM comprend une série de capteurs météorologiques et environnementaux pour étudier l'atmosphère, le climat et son évolution, l'environnement de Mars et son habitabilité.
  
  
• EISS est un radar qui permettra d'obtenir la structure et la stratigraphie du sous-sol martien de quelques dizaines de mètres jusqu'à plus d'un km de profondeur.
  
  
• L'HP3 est un instrument qui mesure les flux de chaleur dans le sol de Mars jusqu'à une profondeur de deux mètres. Au commencement, Mars était une planète chaude. Mais petit à petit, la chaleur s'évacue. Les détails de l'évolution thermique sont gouvernés par la quantité de chaleur acquise lors de son accrétion, l'abondance des radioéléments et la nature des processus de convection (mouvement à large échelle dans le manteau de mars). Connaître les flux de chaleur dans le sol de Mars pose une contrainte sur l'abondance des éléments radioactifs et sur les processus d'évolution thermique de Mars ; cette contrainte nous aidera à mieux comprendre l'évolution biologique de Mars.
  
  
• IRAS est un spectromètre, il mesure les radiations à la surface de Mars et indique leur différents types. On pourra ainsi déterminer la quantité de radiations et les risques qui seront encourus lors d'une mission humaine future.
  
  
• LaRa (
  La
  nder
  Ra
  dioscience) est un transpondeur en bande X qui permettra de reconstituer les variations d'orientation et de rotation de Mars dans l'espace. Pour plus de détails, cliquez ici.
  
  
• MEDUSA est un instrument qui étudiera la présence de poussière et d'eau dans l'atmosphère. Les détecteurs de poussières vont déterminer les mouvements des grains de poussières, leur quantité, la variation de leur taille et aussi la probabilité qu'un grain devienne électriquement chargé. Comprendre les tornades de poussières et le cycle de la poussière est important pour déterminer les dommages que la poussière peut causer aux instruments ou sur une mission humaine future. MEDUSA mesurera également la teneur en vapeur d'eau à la surface de Mars pour éventuellement pouvoir remonter jusqu'à la source en suivant le gradient de concentration en vapeur d'eau.
  
  
• MiniHUM comprend deux capteurs d'humidité et deux thermocouples mesurant les changements de température dans le sol. L'objectif est de comprendre le rôle de l'eau dans la dernière couche du sol, son influence sur la réactivité chimique du sol et d'expliquer la variation journalière et saisonnière de la quantité d'eau dans le sol de Mars.
  
  
• MSMO est un magnétomètre qui mesure le champ magnétique de Mars. Mars possédait, il y a fort longtemps un champ magnétique global comme celui sur la Terre, généré par la rotation d'un noyau de métal liquide. Mais, aujourd'hui, il n'existe plus et il ne subsiste qu'un champ magnétique rémanent dans les très vieilles roches, trace fossile de l'ancien champ magnétique global. La mesure effectuée est donc celle du champ induit dans la planète Mars par le Soleil et du champ du Soleil.
  
  
• SEIS est un sismomètre qui mesure les ondes sismiques. Les mouvements sismiques sur Mars sont très faibles par rapport à ceux sur la Terre, il n'existe pas de tectonique des plaques. Mars est considérée comme une planète en fin de vie géologique. L'intérêt des sismomètres est de permettre d'étudier l'activité sismique de Mars, mais aussi d'étudier l'intérieur de Mars. En effet, lorsqu'une onde sismique apparaît, on mesure le temps mis par cette onde pour se propager dans le manteau par convection et pour arriver jusqu'au sismomètre. Ce laps de temps change en fonction de la densité de la matière que l'onde traverse. On peut ainsi, quand on connaît l'emplacement de la source d'activité séismique, déterminer la composition du manteau.
  
  
• UVIS est un spectromètre UV et visible qui mesure la quantité de lumière UV arrivant sur Mars. Une trop grande quantité d'UV peut mener à l'oxydation des composants organiques et donc causer des dommages importants à toutes formes de vie et à une éventuelle expédition humaine. UVIS peut également mesurer des variations de la densité de l'atmosphère de Mars causées par la présence de poussières.

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