Par Yves Monier, APM

Contexte

Initialement prévue pour livrer 30 tubes d’échantillons sur Terre d’ici les années 2030, la mission de retour d’échantillons de Mars a fait face à des dépenses et des retards croissants, incitant l’agence spatiale américaine à explorer des solutions plus rationalisées.

Le planning actualisé donnait un retour des échantillons en 2040 et c’était trop tard pour la NASA, face à l’annonce de la Chine d’une mission de retour d’échantillons, Tianwen-3 prévue initialement pour 2031. La NASA demanda aussi de maîtriser les coûts qui montent en flèche (le budget a explosé de 5 milliards $ à plus de 11 milliards $). En avril 2024, la NASA avait appelé les centres de l’agence et les industriels à proposer des conceptions alternatives à la mission Mars Sample Return (MSR), de retour sur Terre des échantillons collectés par Perseverance à la surface de Mars.

En septembre 2024, la NASA avait reçu 11 propositions de la communauté scientifique et l’industrie décrivant des stratégies potentielles pour le retour en toute sécurité des échantillons martiens. À la suite de ces soumissions, une équipe d’examen stratégique a évalué les propositions et a recommandé une architecture principale pour la campagne, intégrant des considérations de coût et de calendrier.

Annonce des stratégies d’architectures

Mardi 7 janvier, la NASA a ainsi dévoilé une stratégie révisée pour son programme de retour d’échantillons martiens, introduisant une double approche pour augmenter la probabilité de livrer avec succès des échantillons de roches et de sédiments sur Terre. Cette initiative développera simultanément deux architectures d’atterrissage pendant la phase d’élaboration du programme, favorisant la concurrence et l’innovation tout en visant la rentabilité et le respect des délais.

Ce changement de cap intervient alors que la Chine progresse vers une mission de retour d’échantillons plus simple et « à emporter » vers la planète rouge autour de 2028, selon les médias d’État, ce qui en ferait potentiellement la première nation à réaliser cet exploit.

« La poursuite de deux voies potentielles garantira que la NASA sera en mesure de ramener ces échantillons de Mars avec des économies significatives en termes de coûts et de calendrier par rapport au plan précédent », a déclaré l’administrateur de la NASA, Bill Nelson. La NASA va passer la prochaine année et demie à étudier deux approches différentes pour le retour d’échantillons de Mars, l’une s’appuyant sur les technologies utilisées lors des précédentes missions sur Mars et l’autre sur de nouveaux véhicules commerciaux. La direction de la NASA a donc annoncé ce 7 janvier qu’elle poursuivrait les études de ces deux architectures qui pourraient prendre les échantillons actuellement collectés par le rover Perseverance et les ramener sur Terre dès 2035.

La principale différence entre les deux options serait la manière de livrer un atterrisseur de récupération d’échantillons repensé à la surface de Mars, qui prendrait les échantillons de Perseverance et les lancerait en orbite par une fusée appelée Mars Ascent Vehicle (MAV). Les échantillons seraient ensuite récupérés par un vaisseau spatial européen, l’Earth Return Orbiter, et ramenés sur Terre.

La première option semble similaire à ce que le Jet Propulsion Laboratory (JPL) a proposé à la NASA l’année dernière lorsque l’agence a sollicité des études en interne et en externe sur des approches alternatives au MSR. Le JPL avait déclaré qu’il serait possible d’utiliser la technologie du SkyCrane (la grue céleste) pour faire atterrir un atterrisseur de récupération d’échantillons à échelle réduite avec un MAV plus petit. Il évoque que cela réduirait de moitié les estimations de la NASA de 11 milliards de dollars pour effectuer la mission.

La première option, dont l’administrateur de la NASA Bill Nelson a déclaré qu’elle coûterait entre 6,6 et 7,7 milliards de dollars, utiliserait ainsi la technologie du SkyCrane, la « grue céleste » précédemment développée par le Jet Propulsion Laboratory pour l’atterrissage des rovers Perseverance et Curiosity.

Comparaison de la taille de la conception existante de l’atterrisseur MSR (à droite) avec un concept plus petit proposé par le JPL qui peut utiliser le système d’atterrissage éprouvé de « grue céleste ». Crédit : NASA/JPL-Caltech

La NASA n’a pas divulgué de détails sur les atterrisseurs commerciaux qui seraient utilisés dans la deuxième option. Nicky Fox, administratrice associée de la NASA qui dirige la direction des missions scientifiques, a refusé de discuter des détails des entreprises proposées, citant des informations exclusives. Blue Origin et SpaceX avaient toutes deux reçu des contrats d’étude en juin 2024 pour des concepts qui intégreraient les technologies qu’elles développent pour les atterrisseurs lunaires Blue Moon de Blue Origin et Starship de SpaceX. « La principale différence réside dans le mécanisme d’atterrissage », a-t-elle déclaré à propos des deux options envisagées. Les deux systèmes fourniraient une plateforme d’atterrissage repensée pour la récupération d’échantillons. Elle utiliserait un générateur thermoélectrique à radio-isotopes (RTG) pour l’alimentation plutôt que des panneaux solaires, une mesure destinée à simplifier les opérations de l’atterrisseur et à mieux gérer les tempêtes de poussière qui pourraient endommager les panneaux solaires. Elle utiliserait également un MAV plus petit, bien que la NASA n’ait pas divulgué de détails sur les changements dans la conception de la fusée qui était l’un des objectifs des contrats d’étude attribués en juin dernier. La plateforme d’atterrissage comprendra également un système de chargement d’échantillons repensé pour transférer les tubes d’échantillons de Perseverance à l’atterrisseur d’une manière qui maintienne la protection planétaire initiale, et empêche la contamination sur Terre par la poussière martienne à l’extérieur des tubes. Cela est destiné à simplifier un système de capture et de confinement conçu par la NASA sur l’orbiteur de retour sur Terre de l’ESA qui avait également été un défi à développer.

Nicky Fox a déclaré que la NASA travaillerait jusqu’à environ le milieu de l’année 2026 pour affiner les deux architectures. La grue céleste développée par le JPL, a-t-elle noté, doit manipuler un atterrisseur environ 20 % plus lourd que celui utilisé pour les rovers précédents, tandis que d’autres travaux se concentreront sur la conception du MAV. « C’est presque l’ingénierie normale que nous ferions pour l’amener au niveau de maturité lors de l’examen de conception préliminaire » a-t-elle déclaré.

La plateforme d’atterrissage comprendra également un système de chargement d’échantillons repensé pour transférer les tubes d’échantillons de Perseverance à l’atterrisseur d’une manière qui maintienne la protection planétaire initiale, ou empêche la contamination sur Terre par la poussière martienne à l’extérieur des tubes. Cela est destiné à simplifier un système de capture et de confinement conçu par la NASA sur l’orbiteur de retour sur Terre de l’ESA qui avait également été un défi à développer.

Les deux conceptions de mission dépendent également du système de capture, de confinement et de retour à bord du Earth Return Orbiter de l’ESA pour récupérer le conteneur d’échantillons en orbite sur l’orbite de Mars.

L’ESA examine actuellement les plans proposés par la NASA.