Instrument belge


Mars

Explorer la planète Mars

Explorer les lunes de Mars, Phobos et Deimos

Les missions martiennes

Contact, Info and Links

ExoMars : LaRA

 Mars Missions actuellesIntrument belge



mars express_LaRA at ROB
      Instrument: LaRa ( 
La
 nder
Ra
 dioscience )      
mars project
L'expérience de radio science LaRa

LaRa (Lander Radioscience) est un transpondeur en bande X à embarquer sur un atterrisseur. La coordinatrice de l'équipe du projet est Mme Dehant, chercheuse à l'ORB.

Les deux objectifs principaux de cette expérience sont d'une part d'obtenir des informations sur l'intérieur de Mars pour avoir une meilleure compréhension de la formation et de l'évolution de Mars et d'autre part d'améliorer nos connaissances sur le processus de condensation/sublimation du CO2 aux calottes polaires afin de mieux comprendre la circulation et la dynamique de l'atmosphère de Mars.

LaRa est un instrument utilisant le lien radio entre la Terre et Mars. Un signal radio sera envoyé de la Terre vers Mars et LaRa le renverra comme un miroir vers la Terre. Sur Terre, on mesurera le décalage de fréquence entre l'onde envoyée et l'onde reçue. Ce décalage est expliqué par l'effet Doppler induit par les vitesses relatives de la Terre et de Mars. Il se produit lorsque l'émetteur des ondes est en mouvement par rapport au récepteur de ces ondes, ou inversement (ou le cumul des deux). La fréquence alors mesurée à la transmission et celle mesurée à la réception sont légèrement différentes. Cette mesure nous permettra d'obtenir l'orientation de Mars dans l'espace et sa rotation (précession , nutation et variation de la longueur de jour).

La connaissance actuelle de la structure interne de Mars a été développée essentiellement à partir de trois paramètres, la masse totale, la taille et le moment d'inertie de la planète. Le champ gravitationnel ressenti par tout corps aux alentours de Mars dépend également de la répartition des masses à l'intérieur de la planète. L'observation de la position d'un satellite artificiel en orbite autour de Mars donne donc de l'information sur la masse, sa répartition (les moments d'inertie) à l'intérieur de Mars. L'étude de la rotation de Mars devrait donc compléter l'information sur l'intérieur de cette planète.


L'intérieur de Mars

L'expérience LaRa permettra d'obtenir au cours du temps l'orientation et les variations de la rotation de Mars. On pourra alors déterminer très précisément les variations de la vitesse de rotation (et donc de la durée du jour) et celles de l'orientation de la planète dans l'espace. Cette étude permettra, entre autre, de déduire quelques paramètres très intéressants concernant la structure interne de Mars (propriétés physiques, densité et dimensions du noyau par exemple) et d'obtenir les variations de masse et de pression dans l'atmosphère liées au processus saisonnier de sublimation/condensation des calottes polaires, comme expliqué dans les paragraphes suivants.



La précession et la nutation de Mars
De façon similaire à la Terre, la position de l'axe de rotation de Mars varie au cours du temps à cause de l'attraction gravitationnelle du Soleil, des satellites naturels Phobos et Deimos et des planètes environnantes. A cause de l'existence d'un bourrelet équatorial (comme la Terre, Mars est aplatie aux pôles), l'attraction du Soleil tend à faire basculer l'équateur dans le plan de l'orbite de Mars (écliptique). Mars étant en rotation sur elle-même, elle réagit à ce forçage à la manière d'une toupie et son axe de rotation décrit un large cône autour de la perpendiculaire au plan de l'écliptique : ce mouvement est appelé précession.
La précession et la nutation de Mars


LaRa nous permettra de calculer la précession avec une précision quatre fois supérieure à celle connue à l'heure actuelle pour la durée nominale de la mission (120 jours à la surface de Mars). Grâce à cela, on peut calculer le moment d'inertie de toute la planète et le rayon du noyau avec une précision atteignant quelques dizaines de kilomètres.

Les positions relatives de Mars, du Soleil, de Phobos, de Deimos et des planètes proches changeant périodiquement au cours du temps, la précession est perturbée par une série de variations périodiques, appelées nutations. Le fait que Mars soit déformable et que cette planète puisse contenir un noyau liquide induit des effets additionnels perturbateurs, dont en particulier un effet de résonance dans les nutations forcées par le Soleil. Selon leur forme, leur structure et leur constitution, certains objets présentent des résonances à certaines fréquences (comme la cloche) ; une très petite excitation pourra donner lieu à des mouvements très importants. C'est pour une raison similaire que les soldats doivent rompre le pas en passant sur un pont. Pour observer un mode propre de vibration il faut avoir induit une excitation à une fréquence très proche de la fréquence propre. La résonance dans les nutations n'existe que si le noyau de Mars est liquide. Par conséquent, si les données recueillies par LaRa montrent l'existence de cette résonance, on aura la certitude que le noyau est au moins partiellement liquide. Dans le cas contraire, on saura que le noyau est entièrement solide. Ce sont les mêmes raisons qui permettent de distinguer un oeuf cru d'un oeuf cuit par la manière dont il tourne sur lui-même.


La nutation de Mars pour un noyau liquide ou solide
La nutation de Mars pour un noyau liquide ou solide
La mesure des variations de la vitesse de rotation de Mars (la longueur du jour) permet de calculer les variations de moment angulaire de la planète. Celui-ci change régulièrement avec le transfert de masse entre l'atmosphère et les pôles de glace (par conservation du moment angulaire entre la planète solide et l'atmosphère). La connaissance des variations du moment angulaire, nous permettra de déterminer les quantités transférées. Cet échange de matière est responsable des variations de la vitesse de rotation et donc également des variations de la longueur du jour. Un quart de l'atmosphère martienne participe au phénomène de condensation/sublimation du CO2 au niveau des calottes polaires avec les saisons. C'est pourquoi, la connaissance de la variation de la longueur du jour permettra d'améliorer nos connaissances sur ce phénomène et par la même occasion celles sur la circulation et la dynamique de l'atmosphère martienne. Donc, la précession et la nutation seront étudiées pour améliorer nos connaissances sur l'intérieur de Mars tandis que la variation de la longueur de jour sera étudiée pour élucider nos questions sur l'atmosphère martienne.
La précession et la nutation de Mars

Pour visualiser, en trois dimensions, les mouvements de variations de la rotation de Mars et de son orientation dans l'espace, cliquez ici


Design et construction de LaRa

Le design et la construction de LaRa sont actuellement effectués par la société AntwerpSpace qui réside à Anvers en Belgique. Les modèles Thermique, Structurel, Electrique, de qualification, et de vol sont prévus pour 2017 et 2018. LaRa est sélectionné pour la mission Roscosmos-ESA ExoMars de 2020.


Plus d'information...



Valid XHTML 1.1