Curiosity sur Mars : Jean-Baptiste Sirven - Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA)
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Curiosity sur Mars :
dernières nouvelles
de la Planète Rouge
Jean-Baptiste Sirven
Commissariat à l’Energie Atomique
et aux Energies Alternatives (CEA)
Crédit image : NASA/JPL.
Jet Propulsion Laboratory (Pasadena, Californie)
5 août 2012, 22h23
Crédit : NASA.
Atterrissage parfaitement réussi !
1. L’histoire de la planète Mars
Présentation réalisée par Thomas Appéré
Post-doctorant au laboratoire AIM (CEA/Saclay)
Animateur du site Internet
http://orbitmars.futura-sciences.com/index.php
5
Comparaison Terre - Mars
Terre Mars
78% N2 95% CO2
Composition atmosphérique 21% O2 3% N2
1% H2O 0,03% H2O
Pression atmosphérique 1015 hPa 6 hPa
Température à la surface 15°C -60°C
Mars : un désert aride, froid et à l’atmosphère raréfiée
6 La topographie de Mars Un livre ouvert sur l’histoire de la planète
7
Le Noachien
-4,5 milliards d’années : un impact géant arrache la croûte de
l’hémisphère nord
8
Le Noachien
Hellas Planitia
Argyre Planitia
20 km
-4,5 à -3,7 milliards d’années : formation de vallées ramifiées et deltas
Climat chaud et humide
9
Le Noachien
Vers -3,7 milliards d’années : arrêt du champ magnétique,
échappement de l’atmosphère
Changement climatique Climat froid et sec
10
L’Hespérien
Olympus Mons Elysium Mons
Hellas Planitia
Argyre Planitia
-4 à -3 milliards d’années : volcanisme intense
Olympus Mons : volcan de 25 km de haut et 600 km de large
Encore actif il y a 2 millions d’années11
L’Hespérien
Olympus Mons Elysium Mons
Hellas Planitia
Argyre Planitia
-4 à -3 milliards d’années : volcanisme intense
Olympus Mons : volcan de 25 km de haut et 600 km de large
Encore actif il y a 2 millions d’années12
L’Hespérien
Olympus Mons Elysium Mons
Valles Marineris
Hellas Planitia
Argyre Planitia
-3,5 milliards d’années : formation de Valles Marineris
Rift de 4800 km de long, 200 km de large et 7 km de profondeur13
L’Hespérien
Olympus Mons Elysium Mons
Valles Marineris
Hellas Planitia
Argyre Planitia
-3,7 à 3 milliards d’années : formation de vallées de débacle
Ares Vallis, 25 km de large, 1 km de profondeur
Eau liquide de façon épisodique14
L’Hespérien
2004 : Opportunity atterrit sur le plancher d’une ancienne mer salée et peu profonde
Sur Terre : salar d’Uyuni en Bolivie,
un lac très salé15
L’Amazonien
Calotte permanente nord
Olympus Mons Elysium Mons
Valles Marineris
Hellas Planitia
Argyre Planitia
Calotte permanente sud
-3 milliards d’années à aujourd’hui : formation d’oxyde de fer anhydre
Couleur rouge de Mars16
L’Amazonien
Il y a quelques millions d’années à aujourd’hui : formation des
calottes permanentes de glace d’eau aux pôles
Environ 3 km d’épaisseur et 1500 km de diamètre17
L’Amazonien
Aujourd’hui : apparition de ravines et de traînées sombres
Ecoulement présent d’eau liquide salée (saumure) ?18
L’histoire de la planète Mars
Noachien Hespérien Amazonien
Argiles Changement climatique brutal Sulfates Oxyde de fer anhydre
• Climat chaud et humide • Climat froid et sec • Climat froid et sec
• Eau liquide stable • Volcanisme intense • Ecoulement ponctuel d’eau
Formation d’argiles salée : ravines
• Episodes d’eau liquide acide
Formation de sulfates • Formation des calottes
permanentes aux pôles19
L’histoire de la planète Mars
Noachien Hespérien Amazonien
Argiles Changement climatique brutal Sulfates Oxyde de fer anhydre
• Climat chaud et humide • Climat froid et sec • Climat froid et sec
• Eau liquide stable • Volcanisme intense • Ecoulement ponctuel d’eau
Formation d’argiles salée : ravines
• Episodes d’eau liquide acide
Apparition de la vie ? Formation de sulfates • Formation des calottes
permanentes aux pôles2. La mission Mars Science
Laboratory et Curiosity
(et bien d’autres !...)
Crédit image : NASA/JPL.L’exploration martienne : portrait de famille
La vie sur Mars ?
Mariner 9 (1971) : l'eau a coulé un jour sur Mars.
Viking 1 et 2 (1976) : ne détectent pas de
vie à la surface de Mars.
Mars Express (2003) : observe
des argiles et des sulfates dans
les terrains anciens.
Spirit et Opportunity (2004) : analysent les sulfates en
surface et précisent leurs conditions de formation.3 générations de rovers martiens Crédit image : NASA/JPL.
Le projet Mars Science Laboratory (MSL)
Budget : 1800 M$ + 700 M$ pour le lancement et les opérations
Contribution française (CNES : 40 M$)
Durée initiale de la mission : 1 année martienne (~ 2 années terrestres)MSL – Objectifs de la mission
CHERCHER DE L’EAU ET DE LA MATIÈRE
ORGANIQUE DANS LES ROCHES
ARGILEUSES MARTIENNES, LES SOLS
ET L’ATMOSPHÈRE
Crédit image : NASA/JPL.Curiosity
• Le rover le plus gros et le plus
complexe jamais envoyé dans
l’espace
• 10 instruments scientifiques à
bord : 75 kg de charge utile, 10 fois
celle des rovers précédents Spirit et
Opportunity
Crédit image : NASA/JPL. Curiosity
Crédit image : NASA/JPL.
Spirit /
Opportunity
Longueur : 3 m + bras de 2.1 m
Largeur : 2.7 m Sojourner
Hauteur du mât : 2.2 m
Masse : 900 kg
1997 2004 2012Équipement scientifique
ChemCam
(chimie et caméra)
Mastcam APXS
(caméras) RAD (chimie) MAHLI
(radiations) (microscope)
REMS
(météo)
DAN
(hydrogène
sous la surface)
Outils de prélèvement
et de préparation
d’échantillon
(foreuse, pelle,
brosse, tamis)
+ 12
SAM
caméras de (chimie et isotopie) CheMin MARDI
navigation (minéralogie) (caméra)ChemCam Autoportrait de Curiosity sur Mars, 7/09/2012 (crédit : NASA/JPL-Caltech/MSSS)
Pourquoi ChemCam ?
• Retour d’expérience des missions Trajectoire du rover Sojourner
précédentes : (4/07 27/09 1997)
Besoin de moyens d’analyse 24 m
actifs 16.8 m
à distance
rapides
identification rapide des roches (y compris
sous la couche de poussière martienne) et des
sols environnant le rover, sans avoir besoin de
le déplacer
mesures sur des terrains ou échantillons
inaccessibles
augmentation du nombre de mesures
Technique retenue par la NASA en 2004 : la LIBS.La LIBS
Laser-Induced Breakdown Spectroscopy ou spectroscopie sur plasma
produit par laser.
2. Spectre
spectromètre
Cu Ni Zn
fibre optique
laser
3. Composition de
1. Ablation du matériau /
l’échantillon
formation du plasma
excitation des atomes
échantillon
31Contribution du CEA à ChemCam
• La Direction de l’Energie Nucléaire (DEN) dans le projet ChemCam :
• Une expertise sur la LIBS reconnue internationalement et un leadership clair
sur cette technique au niveau national
• La valorisation de notre expérience du développement analytique acquise dans
le nucléaire
• La LIBS est une technique particulièrement intéressante dans le nucléaire
(analyse sans contact, rapide, sur site, sans préparation d’échantillon…)
CEA CEA
Mesures en milieu confiné Analyse de matériaux sur siteContribution du CEA à ChemCam
• Démarche des études menées au CEA/DEN pour ChemCam :
Acquisition de données de base sur l’interaction
laser-matière et sur la morphologie du plasma à
basse pression et lorsque la distance d’analyse
varie
Simulation de l’instrumentation et prédiction des
performances associées
Dimensionnement de l’instrument
© CEAContribution du CEA à ChemCam
2,7 m 4,6 m 6,6 m 11,1 m
Distance d’analyse variable (2-7 m)
le signal LIBS dépend de la distance
Al 50 tirs laser, incidence 45°
Pression basse (8 mbar) + variations saisonnières
importantes
observation du plasma plus délicate qu’à la pression
atmosphérique terrestre
Crédit images : LANL.. le signal LIBS dépend de la pression
27/08/2012
Nature des roches et des sols inconnue Cibles d’étalonnage
embarquées sur le rover
et variable
analyse par comparaison avec des
échantillons de référence difficile
Crédit image : NASA/JPL-
Caltech/LANL.
Crédit image : NASA/JPL-Caltech/MSSS.L’instrument
ChemCam
Chemistry and Camera
Système Caméra haute
LIBS + résolution
Mast unit
Crédit images : NASA/JPL-Caltech/LANL.
Body unit
Mast unit Body unit
38*22*17 cm, 5.8 kg 20*24*15 cm, 4.8 kg 35ChemCam en action
Plasma LIBS Images caméra RMI
Tirs
Crédit image : NASA/JPL-Caltech/LANL. Crédit image : NASA/JPL-Caltech/LANL.
laser
Avant la mesure Après la mesure
(5x50 tirs)
Crédit image : NASA/JPL-Caltech/LANL/ CNES/IRAP/LPGN/CNRS .3. Montage, voyage et atterrissage de
CuriosityAssemblage de la sonde
Étage de croisière
Logement du parachute
Bouclier arrière
Étage de descente
Rover
Bouclier thermiqueMontage du rover et de la sonde Crédit : NASA/JPL.
Le lanceur : fusée Atlas V
Hauteur : 58 m
Masse au décollage : 531 tonnes
Diamètre de la coiffe : 5.4 m
29 lancements depuis 2002 – 1 seul échec
Sonde
Réservoir Coiffe
principal Étage
Centaur
BoostersIntégration de la sonde dans la coiffe Crédit : NASA/KSC.
Le lancement !
Cap Canaveral, 26
novembre 2011, 10h02La croisière
8 mois de voyage
570 millions de km
60 fois le tour de la
Terre par jourSites d’atterrissage Martiens
PHOENIX
VIKING 2
VIKING 1
PATHFINDER
OPPORTUNITY
SPIRIT
Le cratère Gale a été sélectionné parmi une cinquantaine de sites
d’atterrissage proposés par la communauté scientifiquePourquoi le cratère Gale ? Monticule central stratifié sur plus de 5 km de hauteur Un livre ouvert sur l’histoire géologique de Mars !
Composition minéralogique d’Aeolis Mons
Crédit : NASA/JPL/MSSS/Pierre Thomas49
Panorama couleur depuis la surface
Crédit : NASA/JPL/MSSS/Damien Bouic50
De magnifiques buttes stratifiées !
Crédit : NASA/JPL/MSSS/Damien BouicLe système d’atterrissage
Altitude
125 km
Vitesse
~ 6 km/s
Altitude
10 km
Vitesse Altitude
~ 470 m/s 7 km
Vitesse
~ 160 m/s
T0 – 7 min T0 – 3 min T0 – 2 min 30 sLe système d’atterrissage
Altitude
20 m
Vitesse
~ 0.75 m/s
Altitude
1.8 km
Vitesse
~ 100 m/s
T0 – 1 min T0 – 20 s T0L’atterrissage
Crédit : NASA/JPL/MSSS.Image de la descente de Curiosity par
HiRISE (Mars Reconnaissance Orbiter)
NASA/JPL-Caltech/Univ. of ArizonaPremières images de Curiosity !
Crédit : NASA/JPL/MSSS.Premières images de Curiosity !
Crédit : NASA/JPL/MSSS.4. Les opérations
Communication avec la Terre
Satellites en orbite
autour de Mars (250 –
400 km d’altitude)
7-8 GHz
400 MHz
Californie
Espagne
Australie
Antennes X-band du rover :
Faible gain
Haut gain
Pasadena
(Californie) Crédit images : NASA/JPL.
Fenêtre de communication avec les satellites : ~ 8 min à
chaque passage
Quantité de données transmissible pendant de laps de
temps : 100 à 250 MbitsPremier paysage
NASA/JPL-Caltech/MSSS
Vue du Mont Sharp, de l’ombre du rover et des
traces des rétrofusées de l’étage de descenteNASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona Vue de Curiosity et des traces de roues (sonde HiRISE, Mars Reconnaissance Orbiter)
Chemcam – le premier spectre sur Mars
Première roche analysée par ChemCam sur Mars : Coronation (un basalte)
Peu d’intérêt scientifique mais intérêt pour tester l’instrument
Tir laser
Crédit images : 8 mm
NASA/JPL-
Caltech/MSSS/LANL/
CNES/IRAP
6 cmMétéo martienne
L’instrument REMS Température
Pression
(station météo du rover) Humidité
fait des mesures Rayonnement UV
24h/24h et 7j/7j Vitesse et direction du vent
Température Pression
Amplitude
journalière :
90°C air
sol
Crédit : NASA/JPL-Caltech/ CAB(CSIC-INTA) .Site Rocknest : essais de prélèvement de sol
Prélèvements de sable
par le bras motorisé
Test des instruments
SAM et CheMin
Séjour de 6 semaines
au même endroit
NASA/JPL-Caltech/MSSSPrélèvement de
sable par le bras
motorisé
13 mm
Débris brillant non identifié à
NASA/JPL-Caltech/MSSS proximité du prélèvementÉchantillons analysés par ChemCam
(LIBS + RMI)
NASA/JPL-Caltech/LANL/CNES/IRAP/LPGN/CNRS
Jake Matijevic
NASA/JPL-
Caltech/LANL/CNES/IRAP/LPGN/CNRS
NASA/JPL-Caltech/MSSS
Rocknest
(roche et
sable)Test de la foreuse du rover Site “John Klein” NASA/JPL-Caltech/MSSS
Mesures de ChemCam de janvier 2013
Analyse des roches dans la zone sélectionnée pour tester la foreuse.
Présence de veines riches en calcium infiltrations d’eau dans des
roches fracturées
NASA/JPL-Caltech/MSSS
NASA/JPL-Caltech/LANL/
CNES/IRAP/LPGNantes/CNRSMesures de ChemCam de janvier 2013
Analyse des roches dans la zone sélectionnée pour tester la foreuse.
Détection de soufre et d’hydrogène en concentration élevée dans les
veines
Présence de sulfate de calcium (gypse ? bassanite ?), formé à
température basse à modérée, à partir d’un fluide relativement dilué
NASA/JPL-Caltech/LANL/CNES/IRAP/LPGNantes/CNRS
La mesure de ChemCam a joué un rôle décisif dans la prise de décision du
site de test de la foreuse rôle stratégique de l’instrument.Préparation du forage
Pré-forage NASA/JPL-Caltech/MSSS
APXS +
MAHLI
+ Chem
NASA/JPL-Caltech/MSSS
Cam
Brosse +
APXS +
MAHLI +
ChemCam
APXS +
MAHLIForage de roche par Curiosity
8 février 2013
182ème jour de la
mission
NASA/JPL-CaltechMesures ChemCam après forage
NASA/JPL-Caltech/MSSS
8 février 2013 : forage
9 février 2013 :
analyses ChemCam
NASA/JPL-Caltech/LANL/CNES/IRAP/LPGNantes/CNRS
NASA/JPL-CaltechOù est Curiosity actuellement ?
15 janvier
2013
Mesures de
tempéra-
ture
NASA/JPL-Caltech/Univ. of
Arizona/CAB(CSIC-INTA)/FMIMERCI POUR VOTRE ATTENTION
jean-baptiste.sirven@cea.frÉnergie
• Générateur thermoélectrique à radioisotope (principe du
thermocouple) + batteries lithium-ion
Crédit image : NASA/KSC
4.8 kg de dioxyde Crédit image : NASA/JPL
de plutonium 238
Puissance délivrée : 125 W au
lancement, 100 W après 14 ansOrganisation des opérations
Nuit martienne
Transit des données
Passage des satellites de télécommunication
Nuit terrestre
Analyse des données
Programmation du rover
Responsables de la mission
Scientifiques de Mars (géologues…)
Spécialistes des instruments
Ingénieurs de la NASA (mécanique du
rover, énergie, télécommunications…)
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