Cinq ans en orbite de Mars pour le TGO…en attendant 2022 et ExoMars

Il y a 5 ans, le module Trace Gas Orbiter (TGO), conçu pour étudier l'atmosphère de Mars de la station interplanétaire russo-européenne de la mission ExoMars 2016, est entré en orbite autour de Mars. Cette mission a lancé le plus grand projet visant à une étude complète de la quatrième planète du Soleil par des méthodes à distance et par contact, y compris la recherche de traces de l'existence de la vie.

La mission ExoMars 2016 est un projet international conjoint unique de la société d'État Roscosmos et de l'Agence spatiale européenne. Le vaisseau spatial se composait de l'orbiteur TGO et du module de démonstration d'entrée, de descente et d'atterrissage (EDM), nommé Schiaparelli en l'honneur de l'astronome italien Giovanni Schiaparelli. Le module de démonstration Schiaparelli n'a pas réussi à effectuer un atterrissage en douceur sur Mars. Dans le même temps, l'orbiteur TGO a opéré avec succès en orbite autour de Mars toutes ces années, transmettant d'importantes données scientifiques obtenues par les équipements scientifiques russes et européens installés à bord, et relayant également les données des rovers Curiosity, Perseverance et de l'atterrisseur InSight.

Le module TGO est conçu pour étudier les origines biologiques et géologiques d'importants traces de gaz dans l'atmosphère martienne et la répartition de la glace d'eau dans le sol martien. Le module orbital reçoit des données sur les changements saisonniers de la composition et de la température de l'atmosphère, qui sont nécessaires pour en créer un modèle détaillé, et effectue des relevés très détaillés des éléments du relief. L'appareil TGO recherche des signes potentiels de vie sur Mars en analysant des gaz biomarqueurs dans l'atmosphère martienne (méthane, éthane, éthylène et phosphine). La mission exobiologique est l'une des voies actuelles vers une meilleure compréhension de la planète rouge.

Il y a quatre instruments scientifiques à bord du TGO, dont deux représentent la contribution russe au projet et ont été créés à l'Institut de recherche spatiale (IKI) de l'Académie des sciences de Russie. En particulier, le dispositif FREND (Fine Resolution Epithermal Neutron Detector) permet de cartographier la répartition de l'hydrogène en surface et jusqu'à 1 mètre de profondeur, et le dispositif ACS (Atmospheric Chemistry Suite - un ensemble d'instruments scientifiques pour l'étude la composition chimique de l'atmosphère), composé de trois spectromètres infrarouges, conçus pour étudier la composition, la structure et les aérosols de l'atmosphère.

Le centre d'opérations SOC-Science, qui est situé au Centre astronomique européen (ESAC, Madrid) ainsi que le complexe scientifique au sol russe (NNK-EM), qui est situé à l'IKI RAS, ainsi que les laboratoires scientifiques des centres russes et européens contrôlent le complexe d'équipements scientifiques et les informations reçues sont traitées.

Pour communiquer avec le TGO, obtenir des résultats de mesure et transmettre des commandes de contrôle à bord, le réseau européen d'antennes de communications spatiales à longue portée est utilisé avec le Centre de contrôle du Centre européen d'opérations spatiales (ESOC, Darmstadt). Dans le même temps, la réception de la majeure partie des informations scientifiques est assurée par le complexe russe de réception d'informations scientifiques, créé par la coopération de l'IKI RAS et des entreprises de la société d'État Roscosmos sur la base de deux antennes de 64 mètres du Bureau de conception spécial de l'Institut d'ingénierie électrique de Moscou (qui fait partie de la société d'État Roscosmos) à Kalyazine et Bear Lakes.

Actuellement, l'orbiteur TGO mène un programme de recherche scientifique et transmet des données scientifiques obtenues à l'aide de deux instruments scientifiques russes (complexe spectrométrique ACS et détecteur de neutrons FREND) et de deux instruments scientifiques européens installés dessus (spectromètre NOMAD et caméra stéréo couleur haute résolution CaSSIS). Le complexe russe de réception d'informations scientifiques (RKPNI) et le complexe scientifique au sol NNK-EM pour la mission ExoMars 2016 fonctionnent normalement.

L'orbiteur TGO sera également utilisé comme transpondeur de données pour la mission ExoMars 2022 lorsque la plate-forme d'atterrissage russe Kazachok et le rover européen Rosalind Franklin installé dessus arriveront sur Mars en 2023. Actuellement, l'orbiteur TGO, en plus de réaliser le programme scientifique, sert de répéteur pour échanger des données avec les rovers Curiosity, Perseverance et l'atterrisseur InSight.

De plus, plus de la moitié des informations scientifiques sont reçues par le biais du complexe russe de réception d'informations scientifiques, situé à Bear Lakes et à Kalyazin. A noter que le complexe a été créé et utilisé dans le projet ExoMars en un temps record. Pour la première fois au cours des 30 dernières années, une infrastructure au sol domestique de haute technologie a été créée et est utilisée avec succès en Russie, ce qui permet d'assurer la réception d'informations scientifiques provenant d'engins spatiaux dans l'espace lointain au plus haut niveau.

Aujourd'hui, la deuxième phase du projet est en préparation pour le lancement: la mission ExoMars 2022. Les principales tâches de la prochaine mission seront d'explorer la couche superficielle et souterraine de Mars à proximité immédiate du site d'atterrissage, de mener des recherches géologiques et rechercher des traces de vie sur la planète rouge.

L'appareil TGO sera également utilisé dans la deuxième phase du projet. Le module orbital sera utilisé pour relayer les données de la mission ExoMars 2022 après son arrivée sur Mars. Le lancement de la mission est prévu dans la « fenêtre astronomique » en septembre-octobre 2022.

Dans tout projet spatial, il y a deux segments : à bord, c'est-à-dire le vaisseau spatial lui-même, et celui basé au sol, qui assure le contrôle de l'expérience spatiale et la réception d'informations, y compris des informations scientifiques provenant du vaisseau spatial. Et le contrôle d'un engin spatial, qui se trouve à une distance de centaines de millions de kilomètres, et en obtenir des informations est une tâche technique complexe qui n'est pas à la portée de toutes les puissances spatiales. En 2016, après une longue interruption dans les études domestiques des planètes du système solaire (leur apogée était dans les années 1970 - 1980), RKPNI, le développeur de l'IKI RAS, a commencé à travailler avec des engins spatiaux dans l'espace lointain.

Depuis le début des opérations scientifiques nominales dans le cadre de la mission ExoMars 2016 en 2018, le complexe national RKPNI a fourni plus de la moitié de toutes les informations scientifiques. Ayant prouvé sa haute efficacité et sa fiabilité, RKPNI a également été impliqué dans la réception d'informations de la sonde spatiale européenne Mars-Express, tandis que les spécialistes de MEI OKB ont mis en œuvre une technologie unique qui a assuré la réception simultanée des informations de deux sondes en orbite autour de Mars (TGO et Mars Express).

Par conséquent, la prochaine étape des scientifiques et des ingénieurs russes présente un grand intérêt pour les spécialistes russes et étrangers - la création d'un complexe russe sur la base du RKPNI, qui fournira non seulement la réception d'informations scientifiques provenant d'engins spatiaux dans l'espace lointain, mais résoudra également des tâches beaucoup plus ambitieuses - leur contrôle. Le nouveau complexe a été nommé Complexe russe de réception d'informations scientifiques et de contrôle des réserves (RKPNiRU), et est actuellement en cours de création pour assurer la transmission des commandes de contrôle aux engins spatiaux à l'aide d'une antenne à Medvezhye Ozyory.

La préparation du RKPNIIRU devrait être assurée d'ici le début de la deuxième phase du projet ExoMars (mission ExoMars 2022), prévue pour 2022. Cependant, même maintenant, après l'achèvement des tests, RKPNIIRU en mode test contrôle le vaisseau spatial TGO, qui devrait être utilisé comme relais de données pour la mission ExoMars 2022, lorsque la plate-forme d'atterrissage russe Kazachok et le rover européen Rosalind Franklin installé sur elle arriveront sur Mars en 2023.

Source et crédit d'illustration: Roscosmos/ESA