C'est à nouveau un petit morceau de la Ville rose qui rejoindra bientôt Mars. Le 30 juillet dernier, le rover Perseverance était lancé vers la Planète rouge avec à son bord un instrument made in Toulouse sous l'égide du Cnes : la Supercam, une caméra laser équipée d'un micro pour écouter les bruits sur Mars.

Perseverance est la première des trois missions du programme Mars Sample Return initié par la Nasa en partenariat avec l'Agence spatiale européenne. Dans cette première étape, le rover Perseverance va collecter des échantillons de roches qui seront ensuite analysés pour chercher des traces de vie sur Mars. Dans un second temps, en 2026, un rover équipé d'un bras robotisé mis au point par Airbus UK va mettre les échantillons de roche dans la capsule qui sera mise en orbite autour de Mars. Les équipes toulousaines d'Airbus Defence and Space vont intervenir dans la troisième phase du programme en développant l'Earth return orbiter (ERO), la sonde également lancée en 2026, qui sera chargée de capturer puis ramener sur Terre les échantillons.

Repérer une capsule de la taille d'un ballon de basket dans le ciel étoilé

L'opération représente plusieurs défis techniques importants. D'abord, avant d'envisager de mettre la main sur la capsule, l'orbiteur va déjà devoir repérer cet objet qui fera à peine la taille d'un ballon de basket à partir d'une position (d'une précision de quelques kilomètres près) envoyée par le lanceur.

"La caméra embarquée à bord d'ERO sera chargée de détecter la capsule au milieu du ciel étoilé qui va défiler dans son champ, sachant que cette capsule est un objet très faiblement lumineux par rapport à des étoiles ou des planètes", décrit Christian Lebranchu, le chef de projet d'ERO au sein d'Airbus.

Une fois la capsule localisée, un rendez-vous spatial sera organisé entre la capsule et la sonde. "ERO va s'approcher graduellement jusqu'à être assez près pour passer d'une détection optique à une mesure type lidar (laser radar) qui permet de détecter la capsule, de mesurer son encombrement, pour in fine évaluer la distance. La capsule sera ensuite amenée progressivement dans le couloir de capture d'ERO. Ce dernier est composé de la chambre d'accueil de la capsule qui est intégrée dans la charge utile et fournie par la Nasa à notre orbiteur", poursuit l'expert.

Airbus a déjà acquis une grande expérience dans l'organisation de ce type de rendez-vous spatial mais cette mission présente des changements de taille.

"La phase de détection est une nouveauté puisque habituellement les rendez-vous ont lieu en utilisant tous les moyens de communication et de détection à disposition grâce aux liaisons avec la Terre. Par ailleurs, le fait d'être en orbite autour de notre planète permet d'échanger des données dans un délai très court, de l'ordre de quelques secondes alors qu'autour de Mars les communications avec la Terre prendront jusqu'à 30 minutes.

Cela explique que sur la phase de rendez-vous finale, il n'est pas possible de compter sur les liaisons avec la Terre pour commander l'orbiteur et qu'il faut absolument que ce soit fait de manière autonome. C'est une première que ces rendez-vous soient réalisés de manière autonome avec les moyens à bord de l'orbiteur pour la phase de capture", décrypte Christian Lebranchu.

La propulsion électrique utilisée

L'autre challenge pour Airbus concerne l'orbiteur en lui-même. Avec ses six tonnes et ses six mètres de hauteur, il figurera parmi les plus grosses sondes jamais construites par le groupe européen.

"Ariane 6, la version plus récente d'Ariane, ne sera pas capable de nous envoyer directement sur une trajectoire de mise en orbite autour de Mars. La propulsion électrique sera donc utilisée pour compléter cette poussée. Associée à cette propulsion électrique, la sonde sera équipée de 147 m² de générateurs solaires formant des ailes composées de dix panneaux. C'est plus que nos précédents satellites de télécommunications. Les panneaux solaires devront supporter la poussée nécessaire pour se mettre en orbite autour de Mars. Habituellement, les panneaux solaires ne sont que partiellement déployés en début de mission", fait savoir Christian Lebranchu.

L'orbiteur sera livré fin 2025 pour une fenêtre de lancement programmée à partir du 21 septembre 2026. Une fois la capsule capturée, il faudra un an pour remonter l'orbite et s'arracher de l'attraction de Mars pour acquérir une trajectoire de retour vers la Terre. La propulsion électrique sera utilisée à la fois pour augmenter l'altitude de la mise en orbite autour de Mars et pour retourner vers la Terre. La capsule sera larguée dans le désert de l'Utah en 2031. L'orbiteur quant à lui sera dévié de sa trajectoire grâce à la propulsion chimique pour ne pas impacter la Terre. Une centaine d'ingénieurs toulousains d'Airbus vont travailler sur le projet ERO dont l'analyse de mission sera réalisée depuis le Royaume-Uni.