Rosalind Franklin (rover)
Le  ExoMars, baptisé Rosalind Franklin, est un projet d'astromobile de l'Agence spatiale européenne dont l'objectif principal est la recherche de traces de vie passée à la surface de Mars. L'engin, développé dans le cadre du programme ExoMars, devait être lancé en 2022 par une fusée russe Proton fournie par l'agence spatiale russe Roscosmos, mais la mission a été suspendue jusqu'à nouvel ordre. Cette fusée devait également fournir le véhicule de rentrée atmosphérique et de descente qui doit déposer le  sur le sol martien. Le  ExoMars emporte plusieurs instruments, dont un mini laboratoire capable d'analyser les échantillons extraits du sous-sol martien par une foreuse. Il porte le nom de Rosalind Franklin, scientifique anglaise qui a œuvré à la découverte de la structure de l'ADN.

Genèse 

Au début des années 2000, un projet d'astromobile martien européen sous l'appellation dExoMars est mis à l'étude. Ce projet ambitieux est repoussé à plusieurs reprises car il nécessite à la fois des moyens financiers importants et la maîtrise des techniques d'atterrissage sur Mars. Il est inscrit en 2005 comme mission majeure () du programme Aurora. En , la NASA et l'Agence spatiale européenne (ESA) associent leurs projets d'exploration de la planète Mars dans le cadre de l'Initiative conjointe d'exploration de Mars. Cet accord prévoit le lancement de quatre engins spatiaux vers Mars dont le rover américain MAX-C. Mais courant 2011, ce partenariat est abandonné par la NASA qui est plongée dans de graves difficultés financières. L'Agence spatiale européenne ne peut financer seule le programme et elle propose à l'agence spatiale russe Roscosmos de remplir le rôle abandonné par la NASA. Au terme de l'accord mis au point en  entre les deux agences, Roscosmos fournit deux lanceurs Proton et participe à la réalisation des trois engins spatiaux du programme :
  (TGO) est un orbiteur sous la responsabilité de l'ESA qui a pour mission primaire d'identifier l'origine du méthane et d'autres gaz rares présents dans l'atmosphère martienne. L'agence spatiale russe fournit plusieurs instruments scientifiques. TGO () a été lancé en 2016 avec ExoMars EDM () ;
 ExoMars EDM est un atterrisseur développé par l'ESA qui devait se poser en 2016 sur la planète Mars. ExoMars EDM devait permettre de valider les techniques de rentrée atmosphérique et d'atterrissage qui seront mises en œuvre par de futures missions martiennes européennes, mais la sonde s'est écrasée sur la surface de Mars après une erreur du système de guidage, qui a pris la décision de couper le parachute durant la descente ; 
 le rover ExoMars. La Russie fournit le véhicule de rentrée et de descente sur le sol martien  ;
 l'atterrisseur Kazatchok, qui, après avoir déposé le rover, fonctionnera comme sonde spatiale fixe, étant équipé de ses propres instruments.

Déroulement du projet

Sélection des industriels 

En , une première réunion a lieu entre les différents industriels impliqués dans le projet notamment pour effectuer une première définition des interfaces entre les composants des sondes spatiales. Les participants sont  Italie, responsable de l'ensemble du projet ExoMars, Astrium Royaume-Uni qui développe le rover, l'Agence spatiale européenne (ESA), l'Agence spatiale italienne, Lavotchkine, constructeur russe du module de descente et d'atterrissage du , Khrounitchev le fabricant du lanceur Proton et le centre de recherche spatial russe  qui coordonne la fourniture des instruments scientifiques de ce pays.

Changement de désignation 

À la suite d'un concours lancé par l'agence spatiale britannique le , l'ESA officialise le nom du  le . Il s'appelle désormais Rosalind-Franklin, en l'honneur de cette physico-chimiste britannique qui a œuvré à la découverte de la structure de l'ADN. Ce nom a été sélectionné parmi les  reçues des citoyens provenant des différents pays membres de l'Agence spatiale européenne.

Fin du partenariat avec la Russie (mars 2022) 

À la suite de l'invasion de l'Ukraine en 2022, les relations entre l'Union européenne (UE) et la Russie se dégradent, et partant la collaboration entre Roscosmos et l'ESA. D'après cette dernière, un lancement en 2022 semble . Le , l'ESA annonce, dans le cadre des sanctions contre la Russie, qu’elle suspend sa collaboration avec Roscomos sur ce projet. Son directeur estime que le lancement pourrait avoir lieu au mieux en 2026. En cas de rupture définitive de coopération avec la Russie, le programme pourrait être retardé au moins jusqu'en 2028, l'atterrisseur russe actuel du rover  devant être reconstruit par les partenaires de l'ESA, tout comme les éléments chauffants à radioisotope russes.

Nouveau plan (novembre 2022) 

Le 23 novembre 2022, les responsables de l'Agence spatiale européenne, réunis pour la conférence ministérielle annuelle, décident de poursuivre le projet malgré l'abandon du partenariat avec la Russie et dégagent les moyens financiers pour y parvenir. Selon le scénario retenu, les composants que devaient fournir la Russie (d'un montant de ), notamment l'atterrisseur, seront fournis par les industriels européens avec quelques exceptions. Ainsi les huit éléments chauffants à radioisotope utilisant du plutonium 238 seront fournis par la NASA, ce qui aura pour conséquence que le lancement sera pris en charge par une fusée américaine (ces composants ne sont pas exportables). La NASA donne un avis favorable à ce nouveau plan, mais n'a pas encore formalisé son accord en .

Objectifs 

Le rover ExoMars doit :
 rechercher des indices d'une vie passée ou présente sur la planète Mars ;
 étudier l'environnement géochimique des couches superficielles du sous-sol martien, en particulier la présence d'eau ;
 étudier les gaz présents à l'état de trace dans l'atmosphère martienne ;
 caractériser l'environnement à la surface de Mars.

Sélection du site d'atterrissage 

Un groupe de travail d'une trentaine de spécialistes, le LSSWG () a été formé en 2013 pour choisir le site d'atterrissage du rover ExoMars. Il comprend des membres du groupe de travail scientifique du rover (ESWT pour ), des représentants du groupe chargé de la protection planétaire ( ou PPWG) ainsi que des représentants des industriels impliqués dans le projet. Un appel à propositions a été lancé fin 2013 pour la sélection du site. Celui-ci doit présenter les caractéristiques suivantes : 
 le site doit être ancien (plus de  d'années) ;
 le site doit présenter de nombreux indices au niveau de sa morphologie et de sa minéralogie prouvant qu'il a connu des activités impliquant la présence d'eau à plusieurs reprises sur des périodes prolongées ;
 le site doit comporter des affleurements comportant des couches de roches sédimentaires ;
 les affleurements doivent être répartis sur l'ensemble de la zone d'atterrissage pour permettre au rover d'atteindre certains d'entre eux compte tenu de son autonomie limitée théoriquement à quelques kilomètres ;
 le site doit être recouvert par une faible épaisseur de poussière.
Un premier atelier a eu lieu en  à Madrid. Le groupe de travail a retenu quatre des huit propositions initiales. Tous les sites sont situés près de l'équateur martien : 
 Mawrth Vallis ;
 Oxia Planum ;
  ;
 .

Le site identifié par l'Agence spatiale européenne en  est Oxia Planum. Son sol est argileux, est âgé de quatre milliards d'années. Ce site a notamment été choisi parce que les scientifiques sont convaincus que « les sédiments à grains fins, déposés pendant l'ancienne époque noachienne, ont pu conserver la preuve de l'existence de micro-organismes dans ce milieu favorable et qu'ils sont aussi adaptés à la foreuse du   ». À cela s'ajoute que les spectromètres infrarouges de Mars Express et  ont montré la présence d'argiles et d'autres minéraux qui sont autant d'indices sur le passé humide de la planète.

Caractéristiques techniques

Véhicules de croisière et de descente 

La sonde spatiale d'une masse totale de  comprend de manière classique :
 un module de croisière chargé de gérer la phase de vol comprise entre le lancement et l'arrivée à la limite de l'atmosphère martienne ;
 un module de descente, qui doit ralentir la sonde spatiale durant la rentrée atmosphérique et poser le rover en douceur sur le sol martien. Il comprend principalement un bouclier thermique pouvant résister à l'échauffement durant la phase de traversée de l'atmosphère, un système de parachute et un système d'atterrissage ;
 le rover, qui emporte plusieurs instruments ainsi qu'un bras muni d'une foreuse et d'un système de recueil d'échantillon.
Le tableau suivant présente les spécifications des éléments de la mission avant l'abandon de la collaboration entre l'ESA et Roscosmos.

Rover 

Le rover ExoMars, d'une masse d'environ , se caractérise par sa mobilité et par sa capacité à forer et à recueillir un échantillon de sol martien puis à le traiter à l'aide d'un des trois instruments scientifiques formant le laboratoire Pasteur. Il comporte une suite d'instruments scientifiques permettant d'effectuer des recherches dans les domaines de l'exobiologie et de la géochimie. L'énergie est fournie par des panneaux solaires. Le rover comprend un mât sur lequel sont montés certains instruments dont les caméras principales, un bras muni d'une foreuse et de quelques instruments. Il possède six roues montées sur trois bogies indépendants.

Instruments scientifiques 

La charge utile comprend neuf instruments scientifiques représentant une masse totale de  dont deux instruments panoramiques ( et ), quatre instruments effectuant des analyses au contact (, ,  et ) et trois instruments d'analyse des échantillons qui seront collectés par la foreuse du rover en surface et en profondeur jusqu'à deux mètres (,  et ). Les instruments Adron et ISEM sont fournis par la Russie.

Chromatographe-spectromètre de masse MOMA 

MOMA () est un instrument destiné à l'analyse moléculaire des échantillons collectés par la foreuse du rover, portant un intérêt particulier à l'analyse des molécules organiques. Cet instrument comprend un spectromètre de masse développé par un laboratoire du Goddard Space Flight Center de la NASA, couplé à un chromatographe en phase gazeuse développé par un consortium de trois laboratoires français (LISA, LATMOS et LGPM) et à un laser développé par la société allemande LZH. Cet ensemble instrumental permet l'utilisation de deux modes d'analyse des échantillons : le mode désorption/ionisation laser spectrométrie de masse, qui donne accès à des molécules organiques de poids moléculaires élevés ; le mode chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse, qui donne accès à l'analyse de molécules volatiles ou vaporisables. Ces deux modes sont complémentaires et permettent de détecter une large gamme de molécules organiques en vue de rechercher des espèces chimiques d'intérêt pour la vie. Cet instrument, qui est le plus important embarqué par le rover, est réalisé sous la supervision de l'Institut Max Planck pour l'étude du Système solaire, situé à Göttingen (Allemagne).

Spectroscope Raman 

Le spectroscope laser Raman RLS () réalise à l'aide d'un laser l'analyse à distance de la composition des roches. Il est utilisé pour identifier les composants organiques et rechercher les indices de vie, pour identifier les minéraux et les indicateurs d'une activité biologique, pour caractériser les phases minérales produites par des processus liés à la présence d'eau et pour caractériser les minéraux ignés et les produits résultant d'un processus d'altération. L'instrument d'une masse de  est développé sous la supervision du  (Espagne).

Spectroscope infrarouge MicrOmega 

Le spectromètre imageur infrarouge MicrOmega fait partie avec MOMA et RLS, des instruments chargés d'analyser les échantillons de sol martien prélevés par la foreuse. Il fournit à l'échelle d'un grain la composition moléculaire et minéralogique. Les images monochromatiques sont obtenues avec une résolution de  avec une résolution spectrale élevée pour les longueurs d'onde comprises entre . Il est développé sous la supervision de l'Institut d'Astrophysique Spatiale (France).

Caméras PanCam 

PanCam () comprend trois caméras installées dans le mât du rover : deux caméras avec un objectif grand angle (champ optique de 37°, focale fixe) constituent les yeux du rover et sont équipés de . Une caméra équipée d'un téléobjectif avec un champ optique de 5° fournit des images en couleur à haute définition. La fourniture de l'instrument est placée sous la supervision de l' (Royaume-Uni).

ADRON-RM 

ADRON-RM est un détecteur de neutrons utilisé pour identifier et quantifier la présence d'hydrogène contenu dans la couche superficielle (moins de ) du sol martien : eau ou glace d'eau et molécules  et  présentes dans les minéraux hydratés. Le détecteur peut fonctionner de manière passive ou active. L'instrument est développé par l'institut de recherche spatial russe IKI.

Imageur multispectral Ma_MISS 

Ma_MISS () est un spectromètre imageur dont la partie optique est installée à l'intérieur du foret qui fournit des informations sur la stratigraphie, la distribution et l'état des minéraux associés à la présence d'eau. La partie optique comprend une source lumineuse dont la lumière est réfléchie par la paroi du trou foré et qui est analysée au fur et à mesure de l'enfoncement. Le spectre analysé est compris entre  et la résolution spectrale atteint . L'instrument est développé sous la supervision de l' (Italie).

Radar WISDOM 

WISDOM () est un radar à pénétration permettant de détecter la présence de dépôts de glace d'eau dans le sous-sol proche de la surface ou des objets denses tels que des roches. Un de ses buts est de détecter d'éventuels obstacles au forage jusqu'à deux mètres de profondeur qu'effectuera le rover. L'instrument est développé sous la supervision du laboratoire LATMOS (France).

Caméra microscope CLUPI 

La caméra CLUPI () est un instrument monté sur le bras de la foreuse qui fournit des images en couleur en gros plan des roches, des falaises et du sol. Les images peuvent être prises d'une distance comprise entre  et l'infini avec une résolution comprise entre  par pixel à  de distance et  à  de distance. Le capteur CCD a une définition de . Le responsable scientifique de l'instrument fait partie de l'Institut d'exploration spatiale de Neuchâtel (Suisse).

Spectromètre infrarouge ISEM 

Le spectromètre infrarouge ISEM () est un instrument monté sur le mât du rover qui est utilisé pour déterminer à distance la composition minéralogique des rochers, des falaises et du sol. Sa partie optique a un champ de 1° et peut être orientée en azimut et en élévation. Le spectromètre analyse le spectre électromagnétique entre . L'instrument d'une masse de  est fourni par l'institut IKI russe.

Foreuse et système de distribution des échantillons 

Le rover dispose d'une foreuse capable de prélever des carottes jusqu'à une profondeur de deux mètres. Elle est capable de pénétrer dans le sol martien et d'y prélever une carotte d'un centimètre de diamètre et de  de long puis de transférer cet échantillon dans le mini laboratoire du rover. Le senseur de l'instrument Ma_MISS, un spectromètre infrarouge miniaturisé, est monté sur la tête de la foreuse pour permettre l'étude du forage. La foreuse est conçue pour permettre de travailler dans les différents sols qui sont envisagés pour la mission. Elle doit pouvoir effectuer sept forages plus deux d'une profondeur de deux mètres avec recueil de quatre carottes à chaque sondage profond. La foreuse comprend :
 une tête de forage de  de long qui inclut le système permettant de recueillir la carotte et la tête de lecture du spectromètre ;
 trois tiges de  de long permettant à la tête de forage d'atteindre la profondeur de  ;
 le moteur qui imprime le mouvement de rotation au système de forage ;
 une structure située sur le flanc du rover, dans laquelle la foreuse est rangée lorsqu'elle n'est pas utilisée.

Déroulement de la mission

Lancement, péripéties et transit vers Mars 
Initialement, le lancement doit être effectué par une fusée russe Proton et la sonde doit arriver sur la planète Mars neuf mois plus tard, vers le . Du lancement jusqu'à l'atterrissage, le rover doit être installé sur une palette unique installée dans un ensemble formé par l'étage de croisière. Le véhicule de rentrée atmosphérique avec son bouclier thermique et l'étage de descente est fourni par Roscosmos, l'agence spatiale russe, avec une contribution de l'ESA.

Le lancement de la sonde n'est possible que lors de courtes fenêtres de lancement qui n'arrivent que tous les . De multiples soucis techniques, notamment sur la fiabilité du système de parachutes, ont empêché le lancement de la sonde durant les fenêtres ouvertes en  puis en . Des problèmes de ralentissement d'activités liées à la pandémie de Covid-19 ont notamment été avancés par l'Agence spatiale européenne (ESA) et Roscosmos. Alors que la fenêtre suivante ouverte en  semblait être la bonne, les problèmes techniques majeurs ayant été résolus, le déclenchement de l'invasion de l'Ukraine par les forces militaires russes en  ont conduit à l'arrêt des collaborations entre l'ESA et Roscomos, à de rares exceptions près. Le lancement devant initialement être effectué par une fusée russe depuis le Kazakstan et le rover n'ayant pas été transporté sur le site de lancement, le lancement n'a pas eu lieu. Le rover se trouve donc alors à Turin, où il a été intégré.

 

Une autre conséquence de la rupture de la collaboration entre l'ESA et Roscosmos est la demande de retourner les instruments russes (ADRON et ISEM) du rover en Russie, ainsi que l'atterrisseur Kazachok, qui embarque une dizaine d'instruments dont deux fournis par des pays membre de l'ESA.

Exploration du sol martien 
La durée nominale de la mission est de  (jours martiens). La mission est constituée de cycles d'expérimentation : chaque cycle comprend le repérage d'un lieu présentant un intérêt scientifique, le déplacement jusqu'à celui-ci, la mise en œuvre des instruments scientifiques et enfin la transmission vers la Terre des données scientifiques. Les instruments optiques, radar et infrarouge permettent d'effectuer des repérages dans un cercle d'environ  autour du rover. Celui-ci a la capacité de parcourir plusieurs kilomètres entre deux sites intéressants mais il est probable que la distance entre deux sites sera généralement comprise entre 100 et .

Notes et références

Voir aussi

Bibliographie

Sélection du site d'atterrissage 
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 .

Historique du projet 
 .

Articles connexes 
 Programme ExoMars qui englobe les quatre missions martiennes dont ExoMars EDM
  Orbiteur martien faisant partie du programme
  le rover martien de la NASA lancé fin 2011.
 , les deux rovers de la NASA de 2003 qui ont démontré les capacités de ce type d'engin.

Liens externes 
  Page de la mission, Agence spatiale européenne
  Présentation du programme ExoMars par le constructeur Thales Alenia ()

Rover martien
Programme ExoMars
Sonde spatiale de l'Agence spatiale européenne
Exploration de l'espace en 2028