Missions vers Mars

Mariner 4 fut la première mission réussie de la NASA vers Mars et le premier engin spatial à survoler la planète et à renvoyer des photographies rapprochées d'un autre monde. Lancée le 28 novembre 1964, elle est passée près de Mars les 14 et 15 juillet 1965, transmettant les premières images d'une planète prises depuis l'espace lointain.

La sonde a renvoyé 21 images exploitables (plus une 22e partielle) couvrant environ 1 % de la surface et révélant un paysage criblé de cratères, semblable à celui de la Lune. Elle a également mesuré une atmosphère étonnamment ténue, avec une pression au sol d'environ 4–7 millibars, et n'a détecté aucun champ magnétique global significatif.

Les résultats ont bouleversé l'image que l'humanité se faisait de Mars : le terrain aride et criblé de cratères a mis fin aux espoirs persistants de canaux, de végétation luxuriante ou d'un monde semblable à la Terre. Le contact avec l'engin a été maintenu jusqu'en 1967.

Mariner 9 est devenue le premier engin spatial à se mettre en orbite autour d'une autre planète. Lancée le 30 mai 1971, elle s'est placée en orbite martienne le 14 novembre 1971, arrivant juste au moment où une tempête de poussière à l'échelle de la planète enveloppait la surface.

L'orbiteur a attendu des semaines que la poussière retombe avant de commencer son relevé. Une fois le ciel dégagé, il a cartographié environ 85 % de la surface martienne et renvoyé 7 329 images, transformant Mars d'un disque flou en un monde cartographié.

Ses découvertes furent marquantes : le volcan géant Olympus Mons, l'immense système de canyons baptisé plus tard Valles Marineris en hommage au programme Mariner, les volcans de Tharsis et des lits de rivières asséchés évoquant un passé plus humide. La mission a fonctionné jusqu'en octobre 1972.

Mars 2 était l'une des deux sondes soviétiques orbiteur-atterrisseur lancées en 1971. Son module de descente a atteint Mars le 27 novembre 1971, mais son système d'atterrissage a échoué lors d'une violente tempête de poussière globale, et il s'est écrasé — devenant ainsi le premier objet fabriqué par l'homme à atteindre la surface de Mars, même s'il n'a jamais fonctionné sur place.

L'orbiteur, en revanche, a été un succès : il s'est placé en orbite et a transmis des données et des images au cours des mois suivants, dans le cadre d'une campagne soviétique intensive d'étude de la planète.

Mars 3 était une mission soviétique conçue comme un couple orbiteur-atterrisseur. Lancée le 28 mai 1971, son atterrisseur s'est posé le 2 décembre 1971 : le tout premier atterrissage en douceur à la surface de Mars.

L'atterrisseur a commencé à émettre, mais s'est tu au bout d'une vingtaine de secondes, très probablement submergé par une violente tempête de poussière globale. Ce signal bref et sans image est considéré comme la toute première transmission depuis la surface martienne.

Si l'atterrisseur a été perdu presque immédiatement, l'orbiteur de Mars 3 a continué de fonctionner et a renvoyé des données depuis l'orbite de la planète.

Viking 1 a réalisé le premier atterrissage pleinement réussi sur Mars. Son orbiteur a atteint la planète le 19 juin 1976, et après une recherche minutieuse d'un site sûr, l'atterrisseur s'est posé dans Chryse Planitia le 20 juillet 1976 — renvoyant les premières images jamais prises depuis la surface martienne.

L'atterrisseur a photographié ses environs, suivi la météo et mené une série d'expériences biologiques à la recherche de vie microbienne dans le sol ; les résultats sont restés célèbres pour leur caractère non concluant. Il a fonctionné pendant plus de six ans — un record de longévité pour une mission à la surface de Mars jusqu'à Opportunity — avec un dernier contact en novembre 1982.

Viking 2 était le jumeau de Viking 1 — un duo orbiteur-atterrisseur lancé en 1975. Son atterrisseur s'est posé dans Utopia Planitia le 3 septembre 1976, du côté opposé de la planète par rapport à Viking 1, offrant aux scientifiques deux sites de surface très différents à comparer.

Il a renvoyé des milliers d'images, suivi le givre et les conditions météorologiques au fil des saisons et répété les expériences biologiques cherchant des traces de vie dans le sol. L'atterrisseur a fonctionné jusqu'en avril 1980 et son orbiteur jusqu'en juillet 1978.

Mars Pathfinder a atterri en rebondissant sur des coussins gonflables dans Ares Vallis le 4 juillet 1997 — une démonstration à bas coût d'une méthode d'atterrissage radicalement nouvelle. Il a libéré Sojourner, un robot de la taille d'un four à micro-ondes qui est devenu le premier rover à roues à se déplacer sur une autre planète.

L'atterrisseur et le rover ont fonctionné pendant environ trois mois, bien au-delà de leur courte durée de vie prévue, renvoyant plus de 16 000 images et analysant des roches qui ont révélé un passé plus chaud et humide. Pathfinder a validé les atterrissages par airbags et les opérations de rover, des techniques sur lesquelles tous les rovers ultérieurs de la NASA se sont appuyés.

Mars Global Surveyor a été lancé en 1996 et a atteint la planète le 11 septembre 1997, puis a utilisé l'aérofreinage pour ajuster son orbite. Il s'agissait de la première mission martienne américaine pleinement réussie depuis Viking et il a cartographié la planète pendant près d'une décennie.

Son altimètre laser MOLA a produit la topographie globale définitive de Mars, tandis que sa caméra a capturé des ravines, le comportement des tempêtes de poussière et les dépôts d'hématite grise qui ont ensuite guidé le choix du site d'atterrissage d'Opportunity. Le contact a été perdu en novembre 2006.

Nozomi (« Espoir ») était la première mission japonaise vers Mars, lancée en 1998 pour étudier la haute atmosphère. Une vanne de propulsion bloquée a gaspillé du carburant dès le début et contraint la sonde à une longue trajectoire de récupération passant à nouveau près de la Terre.

Une puissante éruption solaire a ensuite endommagé ses systèmes électroniques, et lorsque Nozomi a finalement atteint Mars en décembre 2003, elle n'a pas pu allumer son moteur pour se placer en orbite. Elle a survolé la planète à la place — un quasi-échec qui a néanmoins permis de valider une grande partie de la technologie japonaise pour l'espace lointain.

Mars Climate Orbiter devait étudier la météo de la planète et servir de relais pour Mars Polar Lander. Il n'en a jamais eu l'occasion : le 23 septembre 1999, alors qu'il allumait ses moteurs pour se placer en orbite, il est descendu trop bas dans l'atmosphère et a été détruit.

La cause est devenue une leçon d'ingénierie classique : le logiciel d'une équipe utilisait des unités impériales (livre-force-seconde) tandis que le système de navigation attendait des unités métriques (newton-seconde), si bien que la trajectoire était erronée au point de condamner l'engin.

Mars Polar Lander avait pour objectif de se poser près de la bordure de la calotte polaire sud en décembre 1999 afin d'étudier la glace et le climat. Le contact a été perdu lors de la descente finale le 3 décembre 1999 et n'a jamais été rétabli.

L'explication la plus probable est qu'un signal parasite provenant des pieds d'atterrissage a conduit le logiciel de vol à couper les moteurs alors que l'atterrisseur se trouvait encore à plusieurs dizaines de mètres du sol, le faisant s'écraser. Les deux petites pénétrateurs Deep Space 2 embarqués ont également été perdus.

Mars Odyssey a atteint l'orbite le 24 octobre 2001 et fonctionne depuis sans interruption — le vaisseau spatial en activité le plus long jamais présent autour de Mars. Ses instruments à rayons gamma et à neutrons ont cartographié l'hydrogène juste sous la surface, révélant de vastes quantités de glace d'eau enfouie.

THEMIS cartographie les minéraux de surface et les températures de jour comme de nuit, et Odyssey sert de relais de données essentiel pour les rovers au sol. Des décennies plus tard, il continue de fournir des données scientifiques et de transmettre les données des rovers vers la Terre.

Mars Express a été la première mission européenne vers une autre planète, arrivant le 25 décembre 2003. Elle embarque le radar souterrain MARSIS et la caméra stéréo HRSC, qui a produit des cartes tridimensionnelles spectaculaires de la surface martienne.

Son radar a sondé les calottes polaires et fourni des preuves de la présence de glace d'eau — et, de manière controversée, d'éventuelles étendues d'eau liquide sous le pôle Sud. Il a également transporté Beagle 2 vers Mars et continue de fonctionner après deux décennies.

Beagle 2 était un petit atterrisseur britannique embarqué à bord de Mars Express de l'ESA. Il a été largué et s'est posé dans Isidis Planitia le 25 décembre 2003 — mais n'a jamais émis de signal, et son sort est resté un mystère pendant plus d'une décennie.

En 2015, des images haute résolution de la sonde Mars Reconnaissance Orbiter de la NASA ont permis de localiser Beagle 2 intact à la surface : il avait atterri avec succès, mais deux de ses quatre panneaux solaires ne s'étaient pas déployés, bloquant l'antenne nécessaire pour communiquer.

Les Mars Exploration Rovers étaient deux géologues jumeaux — Spirit s'est posé dans le cratère Gusev le 4 janvier 2004 et Opportunity dans Meridiani Planum le 25 janvier 2004. Chacun était conçu pour durer seulement 90 sols, mais tous deux ont largement dépassé cette durée prévue.

Ils ont rapporté des preuves décisives que de l'eau liquide a autrefois coulé sur Mars — des sphérules d'hématite, des sels de sulfate et des roches stratifiées. Spirit a cessé de communiquer en 2010 après s'être enlisé dans un sol meuble ; Opportunity a parcouru un record de 45 km sur 14 ans avant qu'une tempête de poussière planétaire ne mette fin à sa mission en 2018.

Mars Reconnaissance Orbiter s'est placé en orbite le 10 mars 2006 et a passé plusieurs mois à effectuer un aérofreinage pour atteindre une orbite basse scientifique. Il transporte la suite d'instruments la plus puissante jamais envoyée en orbite martienne.

Sa caméra HiRISE distingue des détails de surface jusqu'à environ 30 cm, CRISM cartographie les minéraux et SHARAD sonde la glace enfouie. MRO sert également de relais principal à haut débit pour transmettre les données des rovers de surface et reste actif après plus de 15 ans.

Phoenix s'est posé le 25 mai 2008 dans les plaines boréales lointaines — le premier engin spatial à atterrir dans l'Arctique martien. Au lieu de se déplacer, il est resté sur place et a utilisé un bras robotisé pour creuser le sol glacé juste sous lui.

Il a mis au jour et confirmé la présence de glace d'eau à quelques centimètres sous la surface, détecté des sels de perchlorate réactifs dans le sol et même observé la chute de neige depuis les nuages au-dessus. Alimenté par l'énergie solaire, il a cessé de fonctionner en novembre 2008 avec l'arrivée de l'hiver polaire.

Curiosity est un rover de la taille d'une voiture, alimenté par énergie nucléaire, qui s'est posé dans le cratère Gale le 6 août 2012 grâce à la manœuvre audacieuse du « sky crane ». Son objectif est d'étudier l'histoire de l'habitabilité de la planète, couche après couche.

Il a confirmé que le cratère Gale abritait autrefois un lac d'eau douce pérenne et habitable, détecté des molécules organiques dans les mudstones et mesuré des variations saisonnières du méthane atmosphérique. Des années plus tard, il continue son ascension des pentes du mont Sharp.

MAVEN s'est placée en orbite le 21 septembre 2014 avec une question centrale : qu'est-il advenu de l'atmosphère autrefois dense de Mars ? Elle traverse la haute atmosphère pour mesurer comment le gaz s'échappe aujourd'hui dans l'espace.

Ses données ont révélé que le vent solaire et les tempêtes solaires ont arraché l'essentiel de l'atmosphère sur des milliards d'années, entraînant la transformation de la planète, passée d'un environnement chaud et humide à un monde froid et sec. MAVEN sert également de relais de communication.

La mission Mars Orbiter, surnommée Mangalyaan, a été le premier engin interplanétaire de l'Inde. En atteignant l'orbite le 24 septembre 2014, l'ISRO est devenue la première agence spatiale à arriver sur Mars dès sa première tentative — et ce avec un budget remarquablement modeste d'environ 74 millions de dollars.

Conçue principalement comme une démonstration technologique, elle emportait une petite charge utile scientifique comprenant un capteur de méthane et une caméra couleur dont les vues grand angle du disque complet de Mars sont devenues emblématiques. Elle a fonctionné pendant environ huit ans avant que le contact ne soit perdu.

L'orbiteur ExoMars Trace Gas Orbiter est arrivé le 19 octobre 2016 pour traquer les gaz rares dans l'atmosphère — avant tout le méthane, qui sur Terre est souvent lié à la vie ou à une géologie active. Il a passé plus d'un an à effectuer un aérofreinage pour atteindre son orbite scientifique.

TGO a mesuré étonnamment peu de méthane, aiguisant une énigme de longue date, et cartographie l'hydrogène (eau) juste sous la surface. Il sert également de relais principal de données pour les missions en surface. Son atterrisseur de démonstration Schiaparelli, cependant, a été perdu lors de l'atterrissage en 2016.

InSight s'est posé dans Elysium Planitia le 26 novembre 2018 pour étudier Mars de l'intérieur. Contrairement à un rover, cet atterrisseur fixe a déployé un sismomètre ultra-sensible au sol afin d'écouter les séismes martiens.

En quatre ans, il a enregistré plus de 1 300 séismes, permettant aux scientifiques de mesurer pour la première fois l'épaisseur de la croûte, du manteau et du noyau. Sa sonde thermique à auto-martelage n'a pas réussi à s'enfoncer dans le sol, et l'accumulation de poussière sur les panneaux solaires a mis fin à la mission en décembre 2022.

La mission martienne des Émirats, appelée Hope, a atteint l'orbite le 9 février 2021 — la première mission interplanétaire du monde arabe. Son orbite haute et large est conçue pour observer la météo martienne sur l'ensemble de la planète et tout au long de la journée.

Hope a dressé le premier tableau complet des cycles météorologiques quotidiens et saisonniers, suivi les tempêtes de poussière et la fuite des gaz, et capturé des observations frappantes d'aurores irrégulières illuminant l'atmosphère nocturne. Elle reste active.

Tianwen-1 est arrivé le 10 février 2021 et a réalisé ce qu'aucune première mission martienne n'avait fait auparavant : orbiter, atterrir et déployer un rover en une seule tentative. Le rover Zhurong s'est posé dans Utopia Planitia le 15 mai 2021.

Zhurong a parcouru près de deux kilomètres en étudiant le sol, les roches et les couches souterraines avant d'entrer en hibernation pour l'hiver martien en mai 2022 ; il ne s'est pas réveillé, probablement vaincu par la poussière sur ses panneaux solaires. L'orbiteur continue de cartographier la planète et de relayer les données.

Perseverance s'est posé dans le cratère Jezero le 18 février 2021, sur le site d'un ancien delta fluvial choisi pour son potentiel à préserver des traces de vie passée. Il est la pièce maîtresse de l'effort Mars Sample Return.

Le rover recherche des biosignatures et scelle des carottes de roche dans des tubes à échantillons en vue d'un retour sur Terre. Son expérience MOXIE a produit de l'oxygène à partir de l'atmosphère de CO₂, et il a emporté Ingenuity — le premier aéronef à voler sur un autre monde, qui a effectué 72 vols.

Rosalind Franklin est le rover ExoMars de l'ESA, conçu pour accomplir ce qu'aucune mission martienne n'a encore réussi : forer jusqu'à deux mètres sous la surface, où d'éventuelles molécules organiques seraient protégées des radiations, et analyser ces matériaux intacts à la recherche de traces de vie passée.

Le rover était prêt il y a plusieurs années, mais son lancement a été annulé en 2022 lorsque l'ESA a mis fin à son partenariat avec Roscosmos, l'agence spatiale russe. La NASA contribue désormais à fournir les éléments de lancement et d'atterrissage, avec un décollage prévu en 2028 et un atterrissage dans Oxia Planum. Aucune date n'est garantie.

Mars Sample Return est une campagne conjointe NASA–ESA visant à accomplir ce qu'aucune mission n'a jamais fait : ramener des échantillons de Mars sur Terre. Perseverance scelle déjà des carottes de roche et de sol dans le cratère Jezero en vue de leur collecte par un futur engin spatial.

Le plan prévoit un atterrisseur pour récupérer les tubes mis en cache, une petite fusée (le Mars Ascent Vehicle) pour les envoyer en orbite, et un orbiteur de l'ESA pour capturer les échantillons et les ramener sur Terre. L'architecture est en cours de révision afin de réduire les coûts et le calendrier, et aucune date de lancement n'est confirmée.