Le Perseverance Rover de la NASA cherche la vie sur Mars
Le 30 Juillet 2020, le Rover de la NASA « Mars Perseverance » a été lancé vers Mars avec succès depuis Cap Canaveral (Floride). Il devrait arriver, après sept mois de voyage, le 18 Février 2021. Ses tâches principales sont : la recherche de preuves de vies, passées ou présentes, sur la planète rouge, ainsi que la collecte d’échantillons de roches et de sols. La conduite électrique du rover Persévérance se fait via la technologie nucléaire : un générateur thermoélectrique à radioisotope (RTG) transforme la chaleur qui est générée par la désintégration radioactive du plutonium (Pu-238) directement en électricité.
Timing essentiel
Le 30 Juillet 2020, à Cap Canaveral (Floride), a eu lieu le lancement pour Mars d'une fusée Atlas avec à son bord le nouveau Mars Rover de la NASA, Perseverance. Il était important que le lancement ait lieu entre le 22 juillet et le 11 août, en raison de la position des planètes. En effet à ce moment, la Terre et Mars étaient bien positionnées l'une par rapport à l'autre : la distance entre les deux planètes étant aussi minime que possible, l'énergie nécessaire pour se rendre sur Mars est ainsi réduite.
Plus léger qu'une petite voiture, mais équipé des dernières technologies
Le Rover Perseverance mesure environ 3m de long, 2,7m de large et 2,2m de haut. Elle pèse un peu plus d'une tonne - c'est plus léger qu'une petite voiture. Le Rover est équipé des meilleurs outils technologiques et des derniers instruments scientifiques. Diverses caméras, microphones, capteurs et radars seront utilisés pour étudier Mars de manière aussi approfondie que possible.
Plus d'infos sur l'équipement de la Persévérance sur le site de la NASA
Outre Perseverance, le voyage se déroule avec une autre expérience innovante : l’hélicoptère Ingenuity Mars. L'intention de la NASA est que cet hélicoptère soit le premier à voler dans l'atmosphère d'une autre planète et c'est un défi parce que l'atmosphère sur Mars est 99% moins dense que celle de la Terre. L’Ingenuity doit donc être très légère (1,8 kg), avec des pales de rotor beaucoup plus grosses et tournant beaucoup plus vite (2000 à 3000 tours par minute). De plus, le matériau utilisé doit pouvoir résister au froid extrême de Mars (jusqu'à -90°C). Ingenuity fonctionne grâce à des batteries, qui sont chargées via des cellules solaires innovantes.
Y a-t-il déjà eu de la vie sur Mars ?
Plusieurs missions au cours des dernières décennies nous ont déjà appris que Mars était autrefois complètement différente de la planète froide et sèche qu'elle est aujourd'hui. Il y a des milliards d'années, c'était une planète humide. Le rover Perseverance est conçu pour mieux comprendre la géologie de Mars et rechercher des preuves de vie passée sur Mars. Il collectera et stockera des échantillons de roches et de sols, qui pourront être amenés sur Terre dans le futur pour les étudier de manière plus approfondie.
Le Rover Perseverance atterrira près du cratère Jezero, un énorme cratère qui était autrefois rempli d'eau. Cela en fait le lieu idéal pour trouver des indices de micro-organismes y ayant vécu autrefois, conservés sous formes fossiles depuis des milliards d'années.
Alimentation électrique grâce à la technologie nucléaire
Le Perseverance Rover a besoin d'électricité pour fonctionner. La source d'énergie utilisée est un « générateur thermoélectrique radioisotope » ou « RTG » en abrégé. Le RTG convertit la chaleur de la désintégration radioactive naturelle du plutonium (Pu-238) en électricité. Ce système d'alimentation charge les deux batteries principales du Rover. La chaleur du RTG est également utilisée pour maintenir les outils et les systèmes du Rover à la bonne température. La puissance fiable générée via le RTG permet au Rover Perseverance de se déplacer, d'utiliser ses instruments scientifiques et de communiquer avec la Terre.
Ce n'est pas la première fois que la technologie nucléaire est utilisée pour les voyages dans l'espace. La NASA a utilisé des systèmes énergétiques similaires pendant des décennies, y compris sur les missions lunaires Apollo, les missions Viking sur Mars et pour les vaisseaux spatiaux volant vers les planètes extérieures et Pluton, y compris le Pioneer, Voyager, Ulysses, Galileo, Cassini et les missions New Horizons.
Les systèmes radioisotopes offrent des avantages uniques par rapport aux autres sources d'énergie car ils forment une source d'énergie stable dans les zones sombres du système solaire ou dans les endroits très poussiéreux. RTG a fait ses preuves lorsqu'il s'agit de dépasser la durée de vie prévue pour une mission. Les précédents Rovers lancés sur Mars - Spirit, Opportunity et Curiosity - en sont un bon exemple. Spirit et Opportunity ont utilisé des unités de chauffage à radioisotope pendant respectivement 7 et 14 ans, soit une durée de vie nettement plus longue que les 3 mois initialement prévus pour la mission. Curiosity a aussi été alimenté par une RTG et perdure encore après 7 ans. C'est déjà 3 fois plus long que la durée prévue de la mission. Les deux missions opérationnelles les plus longues avec un système de radioisotopes sont Voyager I et II, qui sont toujours en opération 43 ans plus tard.
La sécurité comme priorité
Le combustible radioactif (plutonium) utilisé à bord du Perseverance Rover est entouré de divers matériaux de protection pouvant résister à des conditions difficiles. D’autre part, le carburant est stocké sous sa forme céramique, ce qui l’empêche de terminer dans l'air en se dégradant.
Et si cela tournait mal lors du lancement ? La dose maximale à laquelle une personne sur Terre serait exposée dans le cas improbable d'un accident de lancement a été estimée à environ 2,1 mSv. Un habitant des États-Unis reçoit en moyenne 3, 1 mSv de rayonnement de fond par an provenant de sources naturelles telles que le radon et le rayonnement cosmique. Pour un résident belge, la valeur moyenne est de 2,4 mSv. Cependant, comme prévu, le lancement le 30 juillet s'est déroulé sans accroc.
Prochaine étape : missions habitées vers Mars
Les ambitions à long terme de la NASA se poursuivent. Si tout se passe comme prévu, les gens marcheront à nouveau sur la lune d'ici 2024 et y établiront une base permanente où l'énergie nucléaire jouera un rôle crucial. Les leçons apprises de ces futures missions lunaires contribueront à la réalisation de cet autre grand rêve : une mission habitée sur Mars. Ce dernier est prévu par la NASA pour l’horizon 2030. Le Rover Perseverance offre la possibilité d'acquérir des connaissances et de démontrer des technologies qui rapprocheront les futures expéditions humaines sur Mars.
Par exemple, l'expérience MOXIE teste une méthode d’extraction de l'oxygène de l'atmosphère martienne, qui se compose de 96% de CO2. Cet oxygène pourrait alors être utilisé par les astronautes pour respirer pendant de plus longues périodes, ou comme carburant pour le voyage de retour sur Terre, ce qui réduirait la quantité de matériel à envoyer de la Terre vers Mars.
When we send humans to Mars, we will want them to return safely. To do that they need a rocket to lift off the planet. Liquid oxygen propellant is something we could make there. One idea would be to bring an empty oxygen tank and fill it up on Mars.
Michael Hecht, chercheur principal de la NASA
Également à bord du Perseverance: cinq poussières d' acier pour des combinaisons spatiales, dont un morceau de casque spatial. L'objectif est d'étudier dans quelle mesure ils peuvent résister aux rayons cosmiques plus intenses et au rayonnement du soleil sur Mars (l'atmosphère plus mince rendant le rayonnement plus intense). La radioactivité est un phénomène naturel et la majeure partie de l'univers est hautement radioactive. Un jour, si nous envoyons des astronautes sur Mars, il est important de les protéger des fortes doses de rayonnement radioactif dans l'univers.
De plus, cette mission se concentre sur l'identification d'autres sources (comme les eaux souterraines), l'amélioration des techniques d'atterrissage (parachute, rétro missiles et manœuvre de « sky crane ») et le suivi des conditions météorologiques et de la poussière sur Mars. Tout cela contribuera à mieux préparer les futurs astronautes à la vie et au travail sur Mars.
Toutes ces expériences nécessitent de grandes quantités d'énergie que le système d'énergie nucléaire utilisé peut fournir. Une chose est sûre : un jour, nous irons sur Mars (et au-delà), et la technologie nucléaire voyagera. Attachez vos ceintures !