Le rover Mars 2020 Perseverance de la NASA stockera des échantillons de roche et de sol dans des tubes scellés à la surface de la planète pour les futures missions à récupérer, comme le montre cette illustration. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Nasa, avec l’Agence spatiale européenne, développe une campagne pour renvoyer les échantillons martiens sur Terre.
Le 1er septembre, le rover Perseverance de la NASA a déployé son bras, placé un foret à la surface martienne et foré environ 2 pouces, ou 6 centimètres, pour extraire une carotte de roche. Le rover a ensuite scellé le noyau de roche dans son tube. Cet événement historique a marqué la première fois qu’un vaisseau spatial a emballé un échantillon de roche d’une autre planète qui pourrait être renvoyé sur Terre par un futur vaisseau spatial.
Mars Sample Return est une campagne multi-missions conçue pour récupérer les carottes que Persévérance collectera au cours des prochaines années. Actuellement, dans la phase de conception et de développement technologique, la campagne est l’une des entreprises les plus ambitieuses de l’histoire des vols spatiaux, impliquant plusieurs engins spatiaux, plusieurs lancements et des dizaines d’agences gouvernementales.
Le trou de forage de la deuxième tentative de prélèvement d’échantillons de Perseverance peut être vu, dans ce composite de deux images prises le 1er septembre 2021, par l’une des caméras de navigation du rover Perseverance. Crédit : NASA/JPL-Caltech
« Renvoyer un échantillon de Mars est une priorité pour la communauté scientifique planétaire depuis les années 1980, et l’opportunité potentielle de réaliser enfin cet objectif a déclenché un torrent de créativité », a déclaré Michael Meyer, scientifique principal du programme d’exploration de Mars de la NASA basé au siège de la NASA à Washington.
L’avantage d’analyser des échantillons sur Terre – plutôt que d’attribuer la tâche à un rover sur la surface martienne – est que les scientifiques peuvent utiliser de nombreux types de technologies de laboratoire de pointe qui sont trop volumineuses et trop complexes pour être envoyées sur Mars. Et ils peuvent effectuer des analyses beaucoup plus rapidement en laboratoire tout en fournissant beaucoup plus d’informations sur la question de savoir si la vie a déjà existé sur Mars.
“Je rêvais d’avoir des échantillons de Mars à analyser depuis que je suis étudiant diplômé”, a déclaré Meenakshi Wadhwa, scientifique principal du programme Mars Sample Return, qui est géré par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud. “La collecte de ces échantillons bien documentés nous permettra à terme de les analyser dans les meilleurs laboratoires ici sur Terre une fois qu’ils seront rendus.”
Le premier échantillon carotté de roche martienne est visible (au centre) à l’intérieur d’un tube de prélèvement d’échantillons en titane sur ces images de la caméra du système d’échantillonnage et de mise en cache (connue sous le nom de CacheCam) du rover Perseverance de la NASA. Ces images ont été prises le 6 septembre 2021 (le 194e sol, ou jour martien, de la mission), avant que le système ne fixe et scelle un capuchon métallique sur le tube. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Mars Sample Return impliquerait plusieurs premières visant à régler une question ouverte : la vie a-t-elle pris racine ailleurs dans le système solaire que sur Terre ? “J’ai travaillé toute ma carrière pour avoir l’opportunité de répondre à cette question”, a déclaré Daniel Glavin, astrobiologiste du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. Glavin aide à concevoir des systèmes pour protéger les échantillons martiens de la contamination tout au long de leur voyage de Mars à la Terre.
Collecter des échantillons de Mars et les ramener sur Terre sera une entreprise historique qui a commencé avec le lancement du rover Perseverance de la NASA le 30 juillet 2020. Perseverance a collecté ses premiers échantillons de carottes rocheuses en septembre 2021. Crédit : NASA/ESA/JPL-Caltech
Développé en collaboration avec l’ESA (l’Agence spatiale européenne), Mars Sample Return nécessiterait le lancement autonome d’une fusée pleine de précieuse cargaison extraterrestre depuis la surface de Mars. Les ingénieurs devraient s’assurer que la trajectoire de la fusée s’aligne sur celle d’un vaisseau spatial en orbite autour de Mars afin que la capsule échantillon puisse être transférée vers l’orbiteur. L’orbiteur renverrait ensuite la capsule d’échantillon sur Terre, où les scientifiques attendraient de la contenir en toute sécurité avant de la transporter vers une installation sécurisée pour les risques biologiques, qui est actuellement en cours de développement.
Avant de ramener des échantillons martiens sur Terre, les scientifiques et les ingénieurs doivent surmonter plusieurs défis. En voici un :
Protéger la Terre de Mars
Garder les échantillons chimiquement intacts pour une étude rigoureuse sur Terre tout en soumettant leur conteneur de stockage à des mesures de stérilisation extrêmes pour s’assurer que rien de dangereux n’est livré sur Terre est une tâche qui rend Mars Sample Return vraiment sans précédent.
Il y a des milliards d’années, la planète rouge pouvait avoir un environnement confortable pour la vie qui prospère dans des conditions chaudes et humides. Cependant, il est très peu probable que la NASA ramène des échantillons d’organismes martiens vivants, sur la base de décennies de données provenant d’orbiteurs, d’atterrisseurs et de rovers sur Mars. Au lieu de cela, les scientifiques espèrent trouver de la matière organique fossilisée ou d’autres signes d’une ancienne vie microbienne.
Malgré le faible risque de ramener quoi que ce soit de vivant sur Terre, une grande prudence pousse la NASA à prendre des mesures importantes pour s’assurer que les échantillons martiens restent bien scellés tout au long de leur voyage. Après avoir collecté des carottes de roche dans le cratère Jezero et les avoir placées dans des tubes principalement en titane, l’un des métaux les plus résistants au monde, Persévérance scelle hermétiquement les tubes pour empêcher la libération accidentelle de la plus petite particule. Les tubes sont ensuite stockés dans le ventre du rover jusqu’à ce que la NASA décide du moment et de l’endroit pour les déposer sur la surface martienne.
Une campagne de retour d’échantillons comprendrait un rover de récupération d’échantillons de l’ESA qui serait lancé depuis la Terre plus tard cette décennie pour récupérer ces échantillons collectés par Persévérance. Les ingénieurs du Glenn Research Center de la NASA à Cleveland, Ohio, conçoivent les roues du rover fetch. Le rover transférerait des échantillons vers un atterrisseur, en cours de développement au JPL. Un bras robotique sur l’atterrisseur emballe les échantillons dans la pointe d’une fusée conçue par le Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, en Alabama.
Cette illustration montre un concept pour un ensemble de futurs robots travaillant ensemble pour transporter des échantillons de la surface de Mars collectés par le rover Mars Perseverance de la NASA. Crédit : NASA/ESA/JPL-Caltech
La fusée livrerait la capsule échantillon à l’orbite martienne, où un orbiteur de l’ESA l’attendrait pour la recevoir. À l’intérieur de l’orbiteur, la capsule serait préparée pour être livrée sur Terre par une charge utile en cours de développement par une équipe dirigée par la NASA Goddard. Cette préparation comprendrait le scellement de la capsule d’échantillon à l’intérieur d’un conteneur propre pour piéger tout matériau martien à l’intérieur, la stérilisation du sceau et l’utilisation d’un bras robotique en cours de développement à Goddard pour placer le conteneur scellé dans une capsule d’entrée sur Terre avant le voyage de retour sur Terre.
L’une des principales tâches des ingénieurs de la NASA est de trouver comment sceller et stériliser le conteneur d’échantillons sans effacer les signatures chimiques importantes dans les carottes rocheuses à l’intérieur. Parmi les techniques actuellement testées par l’équipe figure le brasage, qui consiste à faire fondre un métal alliage dans un liquide qui colle essentiellement le métal ensemble. Le brasage peut sceller le conteneur d’échantillon à une température suffisamment élevée pour stériliser toute poussière qui pourrait rester dans le joint.
« L’un de nos plus grands défis techniques en ce moment est celui à quelques centimètres du métal qui fond à environ 1 000 degrés. Fahrenheit (ou 538 degrés Celsius), nous devons maintenir ces extraordinaires échantillons de Mars en dessous de la température la plus élevée qu’ils ont pu connaître sur Mars, qui est d’environ 86 degrés Fahrenheit (30 degrés Celsius) », a déclaré Brendan Feehan, l’ingénieur système Goddard pour le système qui capturera, contiendra, et livrer les échantillons sur Terre à bord de l’orbiteur de l’ESA. « Les premiers résultats des tests de notre solution de brasage ont confirmé que nous sommes sur la bonne voie.
Une conception soignée par Feehan et ses collègues permettrait à la chaleur d’être appliquée uniquement là où elle est nécessaire pour le brasage, limitant le flux de chaleur vers les échantillons. De plus, les ingénieurs pourraient isoler les échantillons dans un matériau qui absorbera la chaleur puis la libérera très lentement, ou ils pourraient installer des conducteurs qui éloignent la chaleur des échantillons.
Quelle que soit la technique développée par l’équipe, elle sera critique non seulement pour les échantillons martiens, a déclaré Glavin, mais pour les futures missions de retour d’échantillons en Europe ou Encelade, “où nous pourrions collecter et renvoyer des échantillons de panaches océaniques frais qui pourraient contenir des organismes extraterrestres vivants. Nous devons donc comprendre cela. »
Les efforts rigoureux de la NASA pour éliminer le risque de contamination nocive de la Terre remontent au Traité international sur l’espace extra-atmosphérique de 1967, qui appelle les nations à empêcher la contamination des corps célestes par des organismes de la Terre et à empêcher la contamination de la Terre par le biais d’échantillons retournés. Pour renvoyer en toute sécurité un échantillon martien sur Terre, la NASA s’associe non seulement à l’ESA, mais également à au moins 19 départements et agences du gouvernement américain, dont les Centers for Disease Control and Prevention des États-Unis et le département américain de la Sécurité intérieure.
