L'exploration spatiale avec des robots

Depuis que Spoutnik a été lancé en 1957, l'être humain n'a cessé d'explorer l'univers avec des moyens terrestres, mais surtout, des missions spatiales.

Le but de chaque mission est toujours le même: essayer de comprendre la naissance et l'évolution de notre univers et, par extension, notre présence sur Terre.

À une époque, ces objectifs ont été détournés par des esprits simples qui cherchaient avant tout à gonfler le torse en plantant un drapeau...

Quoi qu'il en soit, on n'allait pas répondre à toutes les questions de la communauté scientifique avec une seule mission. Au fur et à mesure de l'évolution technologique et des recherches effectuées, les missions se sont adaptées à différents besoins et buts.

Les premières missions avaient d'abord pour objectif de prendre des photos et de relever des éléments simples comme la pression et la température, de détecter des particules à basse énergie ou les champs magnétiques.

Avec le temps, les technologies ont énormément évolué et ont permis de lancer des missions toujours plus complexes. Aujourd'hui, on peut piloter des robots à distance un peu comme le fait un enfant avec sa voiture téléguidée mais à la différence près que cet engin se trouve à quelques dizaines de millions de kilomètres.

Malgré qu'elle ne soit pas terminée, la mission "Mars Exploration Rovers" est déjà un exemple du genre grâce à ses deux véhicules: Opportunity et Spirit.

Pourquoi?

Parce qu'aucun être humain n'aurait pu faire ce que ces deux robots ont fait ces 44 derniers mois...

À raison, certains me diront: ce n'est pas compliqué de marcher avec son appareil photo et de fraiser quelques roches pour essayer de comprendre ce qui les compose.

C'est juste mais c'est oublier un peu vite où se trouve cet endroit et surtout, ce qu'on y trouve et comment on doit s'y rendre (et éventuellement d'y revenir)!

Tout d'abord, il faut savoir qu'environ 60 % des missions à destination de Mars ont échoué. À elle seule, cette statistique n'est pas très rassurante. Ensuite il faut décoller de la Terre avec tout le nécessaire pour faire vivre un équipage. En d'autres mots, ça veut dire prendre suffisamment d'eau, de nourriture, d'oxygène, etc. pour assurer la survie d'un équipage pendant 18 mois (durée moyenne d'un voyage aller-visite-retour). Une entreprise financièrement et matériellement titanesque sans parler d'inutile à l'exception de certains égos.

De plus, il faut également se préoccuper de l'atterrissage sur Mars car si un robot supporte des décélérations importantes (10 à 20G), ce n'est pas le cas de l'être humain.

Encore une fois, on me dira qu'on maîtrise déjà l'atterrissage sur la Lune (alunissage) et sur la Terre (atterrissage) mais réaliser la même chose sur Mars est une autre histoire.

Pour se rendre compte du problème, il faut savoir que l'engin qui essaiera de se poser sur Mars doit passer de 19'000 km/h à 0 km/h en moins de 6 minutes. Pourquoi si peu de temps? Parce que la faible densité de l'atmosphère de cette planète est 150 fois moins importante que la nôtre et en plus, elle est très fine.;/p>

Cette problématique paraît simple à résoudre mais je peux vous assurer que pour le moment, personne ne sait comment la résoudre sans augmenter la masse totale de la mission au point de la rendre impossible...

Mais revenons au thème du jour et à ces deux petits robots. Ci-dessous, une illustration qui résume les différents composants du robot qui pèse un total de 185 kg:

Notez la petite antenne qui peut communiquer jusqu'à 128 Kbit/s
(vous remarquerez, la NASA n'a pas les vitesses de l'ADSL en France)

À l'été 2003, la NASA a donc envoyé deux fusées à trois semaines d'intervalle qui contenaient chacune un robot identique. Au bout de 6 mois de voyage sans encombre (103 millions de kilomètres!), chaque module a entamé sa descente pour se poser sur Mars grâce des airbags.

Le module d'atterrissage gonfle ses airbags

À environ 130 mètres du sol, des fusées freinent la descente

Le module rebondit et s'arrête avec ses airbags

Après avoir rebondi sur quelques centaines de mètres, l'ensemble de 544 kg s'arrête et les abords se dégonflent. Le module d'atterrissage s'ouvre et libère le robot.

Une vue au-dessus d'Opportunity

Opportunity quitte son "berceau" pour ses premiers tours de roue

Depuis janvier 2004, ce sont des milliers de photos en noir et blanc, en couleurs et en 3D qui ont été renvoyées sur Terre sans parler des tests.

Il m'est évidemment impossible de résumer ici ces GigaBytes de données mais j'aimerais tout de même vous montrer quelques étapes marquantes.

Pour commencer, la distance parcourue par chacun de ces robots est impressionnante et je vous propose une carte qui résume leur parcours:

Après 1'293 jours martiens, Spirit a parcouru 7'154 mètres

Après 1'273 jours martiens, Opportunity a parcouru 11'432 mètres

Vous pouvez passer des heures à naviguer parmi les images sélectionnées par la NASA. Pour Spirit, une bibliothèque complète d'images et d'articles se trouve dans la section "images pour la presse" dès 2004. Idem pour le robot Opportunity.

Au cours de leur balade sur Mars, les robots vont réaliser une multitude de découvertes, y compris le point d'impact du bouclier thermique qui a servi à protéger l'entrée dans l'atmosphère d'Opportunity par exemple:

Le point d'impact ainsi que le bouclier

Au départ, la mission était prévue pour ne durer que trois mois car les conditions sur Mars sont particulièrement difficiles et ce, même pour un robot. Ci-dessous, deux graphiques qui montrent les écarts de températures:

Les maximales enregistrées par Spirit depuis 44 mois

Les maximales enregistrées par Opportunity depuis 44 mois

De plus, on savait déjà que les robots devraient affronter des tempêtes de sable et on imaginait qu'à terme le sable occuperait les panneaux solaires privant ainsi Spirit et Opportunity d'énergie.

Bien que ces tempêtes eurent lieu, elles se sont montrées bénéfiques puisque le vent accompagné de mini-tornades a "nettoyé" les panneaux solaires! Ci-dessous, une de ces petites tornades capturée par Spirit lors du 486e jour:

Ces mini-tornades sont très fréquentes sur Mars

Si vous cliquez sur l'image, vous obtiendrez une animation encore plus importante qui est constituée de 21 images réparties sur une période de 9 minutes et 35 secondes. La NASA estime que cette tornade se déplaçait à 18 km/h et avait un diamètre d'environ 34 mètres.

Enfin, ces petites tempêtes ne faisaient pas trop de mal jusqu'à ce que l'été martien se lève courant juillet 2007 et là… de mémoire de robot, on n'avait jamais connu une telle tempête de sable. Pendant des semaines, la tempête sur l'ensemble de la petite planète a sérieusement mis en danger les robots puisqu’il faisait presque nuit en pleine journée:

Différence de luminosité sur 30 jours martiens

Comme on peut le voir, les mauvaises conditions ont obligé les robots à se mettre en hibernation en attendant que la lumière soit suffisante pour réactiver le cœur des robots via 1.2 mètre carré de panneaux solaires. Pour mieux se rendre compte du problème, il faut savoir que les panneaux solaires génèrent environ 700 watts par heure quand tout va bien. Mais pendant cette tempête, les panneaux ne produisaient plus que 128 watts par heure. Largement insuffisant pour continuer la mission.

L'énergie manquante et les conditions extrêmes étaient en train de mettre en danger l'ensemble de la mission.

Heureusement, début août, les conditions se sont améliorées et les robots ont pu recommencer à travailler (soit des photos et autres télémesures).

Comment des êtres humains auraient pu survivre pratiquement 3 mois entre -35 et 2 degrés? Aussi bête que ça puisse paraître, ils seraient certainement morts de froid puisque l'habitacle n'aurait pas pu être chauffé par manque d'énergie.

Mais cet événement n'est que le dernier parmi d'autres. Par exemple, courant 2006, une des six roues du robot Spirit qui fonctionnait mal après quelques mois seulement d'activité, a définitivement arrêté de "rouler":

Le sillon de droite laisse une empreinte différente par rapport à la gauche

Il en faut plus que ça pour décourager Spirit et l'équipe qui le gère! Le robot a continué sa mission comme si de rien n'était ou presque.

Opportunity a aussi eu son lot de mauvaises fortunes quand par exemple, en avril-mai 2005, le robot s'enfonça dans un paysage de dunes magnifiques au 446e jour de mission:

Opportunity vu depuis dessus

En fait de s'enfoncer dans ce paysage, le robot s'enfonce également dans un terrain particulièrement "mou". Le sable à cet endroit est très fin et malgré ses six roues motrices, les roues s'enfoncent littéralement dans le terrain. Ci-dessous, quelques animations qui reflètent très bien le problème auquel le robot est confronté:

Au départ du 446e jour, pas de problème...

... mais après quelques heures de progression, les roues s'enlisent!

La situation est grave et le robot est stoppé pendant qu'une équipe de la NASA essaie sur Terre avec un double du robot de simuler les circonstances... et comment s'en sortir! Mais au bout de quelques semaines, la seule décision raisonnable à prendre, ce fut de sortir en marche arrière de ce guêpier! Ci-dessous, des photos enchaînées créent une animation assez poignante du combat pour sortir de ce bourbier:

Roue avant gauche...

La roue avant droite...

La roue arrière droite...

Enfin, la roue arrière gauche...

Des animations plus grandes sont disponibles sur la page originale de la NASA. En gros, si vous prêtez attention aux détails, vous noterez que ces images ont été prises sur 11 jours et que les roues ont suffisamment tourné pour faire reculer le robot de 26 centimètres... pour mieux se rendre compte de ce que ça représente, il faut savoir que si les roues avaient tourné sur un terrain normal, le robot aurait parcouru 46 mètres! Ci-dessous, une vue de la sortie de ces dunes qui avaient été baptisées par les scientifiques le "purgatoire":

Marche arrière toute!

À la fin août 2007, le robot Spirit a même battu un record vieux de 27 ans! En effet, le robot a passé plus de 1'290 jours martiens à nous envoyer des données battant ainsi le record détenu par la mission Viking 2 avec 1'281 jours!

Globalement, les deux robots ont confirmé que l'eau a été présente sur Mars et probablement dans des quantités importantes. Le tout est de savoir si elle s'y trouve encore et dans quelle quantité!

Conclusions

À l'heure où j'écris ces lignes, les robots ont pleinement repris leur mission et Opportunity, après avoir bien repéré le cratère Victoria, va prendre un risque important en pénétrant à l'intérieur.

Après 200 jours à tourner autour, il est temps de plonger!

En effet, le risque est grand car pouvoir y descendre est une chose mais en sortir, c'est une autre histoire.

Certains pourraient se demander: "Pourquoi prendre un tel risque si la NASA risque de perdre ce robot?"

Il y a fondamentalement deux raisons. La première est scientifique puisqu’explorer un cratère permet de réaliser des observations géologiques très intéressantes mais impossible à réaliser en surface. La seconde est un peu moins glorieuse mais on peut aisément la comprendre.

Alors que la mission ne devait durer que trois mois, ça fait déjà plus de 44 mois que les deux robots sont en visite sur Mars et financièrement, ça commence à faire beaucoup. En effet, financer cette mission coûte 2.8 millions de dollars par mois et ce n'est pas la seule que la NASA doit supporter.

Par conséquent, pour débloquer des fonds et justifier de continuer la mission, il faut faire des découvertes importantes et bien que toutes ces images et données soient extraordinaires, elles commencent à être relativement banales. En d'autres mots, nous sommes arrivés aux limites de ce que ces robots peuvent nous apprendre sur la planète car les instruments embarqués sont limités.

De plus, il ne faut pas oublier un dernier point: le 4 août dernier, la NASA lançait sa nouvelle sonde d'exploration martienne appelée Phoenix. Si tout se passe bien, elle se posera sur Mars le 25 mai 2008:

Une image de synthèse de l'atterrissage

Comme d'habitude, cette mission a pour but de répondre clairement à une question: "Est-ce que Mars a dans son sous-sol de l'eau?" Et si oui: "Est-ce que de la vie même à l'état bactériologique a pu s'y développer?"

Cette mission sera suivie par une autre beaucoup plus importante appelée "Mars Science Laboratory". Elle aura pour but de faire poser un robot bien plus imposant que les deux petits robots Opportunity et Spirit. Ci-dessous, une image prise en juillet 2007 devant les journalistes:

L'imposant robot effectue ses premiers tours de roue

Ce petit laboratoire ambulant et radiopiloté devrait peser dans les 800 kg contre seulement 185 pour un des deux robots jumeaux. Avec des caméras beaucoup plus puissantes ainsi qu'une dizaine d'instruments de pointe, ce robot promet de nous renvoyer des informations encore plus spectaculaires s'il se pose bien en 2010.

Les résultats de ces deux missions préfigureront la suite et l'importance qu'il faudra donner à Mars en terme d'exploration spatiale automatisée.

Enfin, je ne pouvais pas finir cette humeur sans parler d'argent. La mission "Mars Exploration Rovers" a coûté environ 900 millions de dollars sur pratiquement 4 ans. C'est beaucoup et certains seront probablement tentés de faire la comparaison avec le salaire de quelqu'un au SMIC ou encore au budget d'un petit état de la planète.

Mais la réalité, au-delà des considérations scientifiques, c'est que cette mission n'est pas chère si on la compare à une mission "habitée", c'est-à-dire avec des êtres humains. L'ensemble d'un programme pour envoyer des êtres humains sur Mars coûterait, selon plusieurs estimations, entre 400 et 450 milliards de dollars.

Quand on voit que la guerre en Irak a déjà coûté plus de 400 milliards de dollars et au moins 80'000 vies, c'est vrai que les USA ne sont plus à une connerie près.