InSight, une mission résultant d’une collaboration internationale

InSight est la 12 ème mission du programme Discovery de la NASA à être lancée. Mais c’est la première mission qui permet d’obtenir des données sur la structure et la composition interne de la planète Mars.

Dans la vidéo ci-dessous, découvre la grande aventure de la NASA qui explore Mars depuis plus de 50 ans !

La grande aventure de la NASA qui explore Mars depuis plus de 50 ans (© NASA).

Que signifie l’acronyme InSight ?

Il vient de l’anglais, INterior exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport, et se traduit en français par, Exploration INterne par Sondages Sismiques, Géodésie et Flux Thermiques.

Quel est le principal objectif scientifique d’InSight ?

Le 1 er objectif scientifique de la mission InSight consiste à élucider et à comprendre l’évolution des planètes rocheuses.
L’étude de la structure interne de Mars en est l’étape principale.

Au cœur de Mars (© CNES, Team SEIS).

Une planète rocheuse telle que la Terre, Vénus ou Mars se forme lentement par l’agglomération de corps rocheux. Au fur et à mesure, les roches entrent en collision et fusionnent. La taille de la planète augmente. Sous l’effet de la pression et de la chaleur, les roches fondent, et les éléments les plus lourds tombent vers le centre de la planète tandis que les élèments les plus légers montent vers sa surface. Les collisions s’arrêtent et la planète se refroidit lentement.

Elle se différencie alors en 3 parties : au centre se trouve le noyau, surmonté par le manteau sur lequel repose la croûte.

Bien que toutes les planètes rocheuses du Système Solaire aient des structures et des compositions qui se ressemblent, les corps rocheux à partir desquels les planètes se sont formées ne sont pas les mêmes; ils n’ont donc pas tous les mêmes compositions chimiques.

Le but de la mission InSight est de comprendre comment se forment les différentes couches, noyau, manteau et croûte des planètes rocheuses. En déterminant avec précision la structure et la composition de Mars et en la comparant à celles de la Terre, de Vénus et de Mercure, les scientifiques espèrent répondre à cette question.

InSight, une station de géophysique installée sur Mars.

SEIS pour écouter battre le coeur de Mars (© CNES, Team SEIS, ETHZ).

À partir des données mesurées, les scientifiques obtiennent des informations sur le diamètre, l’épaisseur, la densité, la chaleur et la structure globale du noyau, du manteau et de la croûte.

Illustration représentant la station géophysique InSight, avec quelques indications techniques (© NASA).

Un sismomètre nommé SEIS

Les mesures sismiques renseignent sur la taille, la composition et l’état physique (solide/liquide) du noyau, l’épaisseur et la structure de la croûte, la composition et la structure du manteau, le taux et la distribution géographique de l’activité sismique interne ainsi que le taux d’impact de météorites sur la surface de la planète.

SEIS est un sismomètre extrêmement sophistiqué !

Pour avoir plus d’informations sur la construction et les objectifs scientifiques de SEIS, va sur le site de la NASA : mars.nasa.gov/insight/spacecraft/instruments/seis/ ou bien sur le site de l’équipe SEIS à IPGP à Paris : www.seis-insight.eu

La vidéo ci-dessous présente le travail de développement et de la mise au point du sismomètre SEIS.

Philippe Lognonné et Philippe Laudet, responsables du projet SEIS, présentent SEIS, le sismomètre martien (© CNES-IPGP).

Les conditions environnementales sur Mars et durant toute la durée du voyage sont très difficiles à supporter pour l’électronique de précision de SEIS. De plus, cet équipement petit, léger, économe en énergie, doit résister aux vibrations durant le décollage et l’atterrissage d’InSight. Pour surmonter tous ces obstacles, il aura fallu 20 ans de développement aux ingénieurs du CNES (France) et à leurs collaborateurs.

Les systèmes électroniques de commande et d’acquisition de données du sismomètre SEIS sont développés par le groupe AEIL de l’Institut de géophysique de ETH Zürich.

La vidéo ci-dessous donne une idée du challenge surmonté.

Professeur à l'ETH Zürich, Domenico Giardini présente le travail que réalise son équipe pour mener à bien la mission InSight (© NASA/ETHZ).

Développement de l’électronique d’acquisition de données et de l’électronique de commande du sismomètre SEIS (© ETHZ).

Au coeur de SEIS se trouvent 3 pendules ultra-sensibles pour détecter les petits mouvements de la surface martienne.

SEIS est un Sismomètre composé de 3 pendules qui détectent les plus infimes mouvements (© IPGP/SODERN/CNES).

Afin d’adapter les pendules à la gravité de Mars, les ingénieurs ont développé un dispositif d’équilibrage motorisé. Chaque pendule est équipé d’un mécanisme spécial de compensation thermique qui permet de compenser les très grandes variations de température sur Mars.

Sur Mars, la température est en moyenne de -55 °C. Des variations très importantes de température allant de -143 °C à +20 °C sont observées.

Il faut donc protéger SEIS pour que ses composants résistent au cours du temps à ces variations extrêmes de température.

Pour cela, SEIS est recouvert par un capot de protection que tu peux découvrir sur la schéma ci-dessous.

Coupe de SEIS avec son capot de protection (© CNES).

HP3, La sonde de chaleur

La sonde HP3 (Heat Flow and Physical Properties Package) est un surperthermomètre conçu pour mesurer le flux de chaleur s’échappant de l’intérieur de la planète. HP3 doit prendre la température interne de la planète rouge pour déterminer son évolution thermique.

La taupe (HP3) destinée au forage(© DLR).

Élaborée par l’Agence spatiale allemande (DLR) et l’Institut de planétologie de Berlin, HP3 a pour rôle de mesurer les variations de température provenant des entrailles de Mars. Pour cela, HP3, thermomètre high tech, doit être enfoncé dans le sol.

Pour effectuer ces mesures de température, HP3 surnommée la “taupe” doit s’enfoncer jusqu’à 5 mètres dans le sol martien. La sonde mesure alors la quantité de chaleur dégagée par le noyau de Mars. À partir de ces données, la vitesse de refroidissement de Mars peut être calculée.

Des observations géologiques faites au cours des missions précédentes ont révélé que le sous-sol martien contenait de la glace. S’il existe bien une variation importante de température entre le noyau, le manteau et la surface de Mars, les scientifiques s’attendent qu’à une certaine profondeur la glace soit transformée en eau liquide et dans ce cas,

L’espoir de trouver de l’eau sur Mars est bien réel !

L'expérience HP3 consiste en un boîtier qui contient les câbles de mesure et de données nécessaires pour se connecter à la sonde d'atterrissage. Le pénétromètre (nommé Mole) est situé à l'avant. La Mole, de 40 centimètres de long et de 27 millimètres de diamètre, peut s'enfoncer jusqu'à 5 mètres de profondeur dans le sol martien à l'aide d'un mécanisme de martelage. (© DLR).

La vidéo ci-dessous décrit le travail de développement de la sonde HP3.

D'un point de vue thermophysique, les planètes peuvent être considérées comme des moteurs thermiques qui génèrent du volcanisme, de la tectonique et du magnétisme. Les mesures du flux thermique sont des conditions limites importantes pour la modélisation de l'évolution thermique de Mars. Alors que le sismomètre et l'observation des perturbations de l'axe de rotation de la planète dans le cadre de l'expérience RISE aident à comprendre la structure intérieure de Mars, le flux de chaleur mesuré apporte les hypothèses à faire pour comprendre son évolution (© DLR).

C’est la 1 ère fois dans l’histoire de l’exploration spatiale que le sol d’une planète est sondé si profondément !

RISE, expérience radio-scientifique

L’expérience RISE (Rotation and Interior Structure Experiment) est un ensemble d’instruments, de capteurs et d’antennes qui suivent avec précision l’emplacement d’InSight sur le sol martien pour déterminer à quel point le pôle Nord de Mars oscille par rapport au soleil.

Ces observations renseignent sur la taille du noyau de la planète. Elles permettent également de déterminer si le noyau est à l’état liquide, ou en partie solide et quels sont les éléments qui le composent.

Antennes de RISE, situées sur la partie fixe de la plateforme d'InSight (© NASA).

5 choses à savoir sur RISE

1 RISE Piste InSight. RISE suit l’emplacement de l’atterrisseur InSight tous les jours et connaît son emplacement à quelques centimètres près.

2 Une sirène rapide RISE utilise le même principe qui fait que le son d’une sirène en mouvement rapide change lorsqu’elle s’éloigne, pour étudier le noyau de Mars.

3 le noyau de Mars est-il dur ou mou ? RISE aidera à déterminer l’état du noyau de Mars: Est-ce un noyau métallique solide, comme un œuf dur, ou un noyau métallique liquide en fusion, comme un œuf cru à centre mou.

4 RISE est comme un miroir RISE renvoie le signal envoyé à l’atterrisseur depuis la Terre, via le “réseau Deep Space Network”, indiquant l’emplacement de l’atterrisseur.

5 Mesurer les jours de Mars. Au fil des saisons, le dioxyde de carbone se sublime et se condense aux pôles, provoquant de minuscules changements dans la vitesse de rotation de Mars, ce qui affecte la durée de la journée martienne. RISE sera en mesure de mesurer ces changements !

Résumé des différentes étapes de la mission InSight

Schéma diachronique de la mission Insight (© Arteclick).

Le lancement a eu lieu le 5 Mai 2018.

Le vol dura 210 jours entre la Terre et Mars. L’ atterrissage a eu lieu le 26 Novembre 2018.

le 19 Décembre 2018 SEIS est déposé sur la surface de Mars, puis, des tests sont réalisés pour vérifier son installation et son fonctionnement.

Début Février 2019 SEIS est complètement opérationnel.

Le 12 Février 2019 HP3 est installé sur la surface de Mars

Le premier tremblement de Mars nommé Marsquake est détectée le 6 Avril 2019.

La durée totale de la mission prendra un peu plus de 1 année martienne (environ 2 années terrestres), 708 Sols (jours martiens), soit 728 jours (terrestres).

La fin de cette mission est programmée pour la fin 2020.

InSight, une grande famille internationale(© Université de Paris, IPGP, Team SEIS, NASA, DLR, CNES, ETHZ, Caltech)

Lancement d’InSight aux USA

C’est à bord de la fusée Atlas V, qu’ InSight décolle depuis la base de Vandenberg, située en Californie, USA.

La base de Vandenberg, située en Californie (© NASA).

La base de Vandenberg

La base de Vandenberg est une base militaire américaine située dans le comté de Santa Barbara en Californie. Elle dépend de la NASA. Avec Cap Canaveral et le Centre Spatial Kennedy, il s’agit de l’une des 3 bases principales de lancement de fusées des États-Unis.

La base a une superficie de 396 591 929 m2, ce qui correspond à peu près à 57 000 terrains de football! Elle s’étend sur 56 kilomètres de littoral le long de la côte pacifique.

Cette base dispose de 6 complexes de lancement. Chaque complexe est adapté à un type précis de lanceur. Le complexe 3, dédié pour le lanceur Atlas, est représenté sur la carte interactive ci-dessous.

Découvre le complexe 3 en activant chacune des pastilles numérotées de 1 à 10.

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Tour d’assemblage mobile

Structure à étages qui permet le montage à la verticale des différentes parties de la fusée Atlas. La tour mesure 80 mètres de haut.

Elle est mobile, montée sur d’énormes roues pour pouvoir être déplacée en fonction des besoins.

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Tour d’assemblage mobile sur la base Vandenberg

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Les maisons familliales de la Base de Vandenberg

L’espace dédié aux familles est très convivial. Il comprend une piscine, des terrains de tennis, de basketball, de volleyball, un parc avec des places de pique-nique, des maisons, des écoles.

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Les maisons familiales de la Base de Vandenberg. Un grand nombre d’équipements sportifs et de loisirs sont mis à la disposition des familles pour vivre agréablement sur la base.

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Lanceur Atlas V 401

Le lanceur atteint la vitesse de libération pour échapper à l’attraction terrestre et se déplace dans l’espace grâce à un moteur de grande puissance.

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La fusée Atlas V 401 mesure 58,3 métres de haut et pèse 333 320 kg. Elle a été développée par Lockheed Martin.

Ce lanceur combine un premier étage propulsé par le moteur-fusée RD-180 qui brûle un mélange de kérosène et d’oxygène. Ensuite se trouve un second étage appelé le Centaur.

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Tour Ombilicale

Il s’agit d’une structure dressée au-dessus d’une aire de lancement pour assurer l’alimentation de la fusée en électricité et en carburant jusqu’à son départ.

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La tour ombilicale assure le remplissage des étages de la fusée, en hydrogène et oxygène destinés à fournir l’énergie pour le décollage du lanceur.

Elle permet également l’alimentation électrique et la climatisation des différents instruments placés dans le lanceur.

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Plateforme de lancement

C’est la structure massive à la base du lanceur. C’est en cet endroit que le lanceur est assemblé. C’est également de cet endroit que le lanceur décolle.

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La plateforme de lancement de la base de Vandenberg supporte le poids de la fusée au moment du décollage. Des ouvertures sont présentes sous le lanceur dans l’axe des tuyères.

Elle comporte également des propulseurs pour permettre aux gaz et aux flammes de s’échapper vers des canaux situés sous la table lorsque les moteurs sont mis à feu.

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Piste d’accès à la plateforme de lancement

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Piste d’ accès à la plateforme de lancement

Le lanceur est monté directement sur la plateforme de lancement, à l’intérieur de la tour d’assemblage. Ensuite, la plateforme est placé sur la piste d’accès, à côté de la tour ombilicale.

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Zone de Stockage

Les immenses réservoirs de combustible de la zone de stockage servent au remplissage des réservoirs du lanceur. Un véhicule-citerne appelé ravitailleur assure le transport entre ces réservoirs et ceux du lanceur.

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Zone de stokage de l’Hydrogène, de l’Oxygène et du Kérosène de la base de Vandenberg

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Centre de contrôle

C’est dans ce centre que sont dirigées les opérations de lancement de la fusée, et de la mise en orbite d’InSight.

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Centre de commandement du lancement de la mission InSight dans la base de Vandenberg

Ce centre est situé près de l’aire de lancement. Il est protégé contre les effets d’une explosion ou d’un impact.

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Hall d’assemblage

Il s’agit du bâtiment destiné à la préparation, à l’assemblage et à certaines vérifications des différents étages de la fusée, avant leur transport sur l’aire de lancement.

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Hall d’assemblage à la base aérienne de Vandenberg

Une fois InSight arrivé à la base aérienne de Vandenberg, l’équipe de la mission a beaucoup de travail pour l’assemblage final du vaisseau spatial.

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Aire de lancement n°3

Cette zone est une partie de la base de lancement où sont réunis les équipements qui assurent la préparation finale et le lancement de la fusée. L’aire de lancement de Vandenberg comporte la plateforme de lancement associée à la tour ombilicale et à la tour de montage.

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Aire de lancement n°3

L’aire de lancement est reliée aux batiments d’assemblage de la fusée et au centre de commandement. Tous ces bâtiments sont situés à distance de sécurité.

La fenêtre de lancement est ouverte le 5 mai 2018

La fenêtre de tir, ou fenêtre de lancement, est la période pendant laquelle les conditions sont optimales pour le lancement d’une fusée. La navigation spatiale, entre des emplacements mobiles comme les planètes, étant essentiellement balistique, il convient de lancer dans la bonne direction, au bon moment et avec le bon changement de vitesse en fonction de la distance à parcourir.

Pour une question de distance, d’économie de temps, de batterie et autres raisons techniques, les scientifiques planifient le lancement d’InSight le 5 Mai 2018, à 4 heures du matin. Cette date correspond à la période où Mars est la plus proche de la Terre.

Quel lanceur ou fusée pour InSight ?

C’est grâce au lanceur très puissant l’Atlas V que la sonde InSight est envoyée vers Mars.

C’est l’une des plus grosses fusées disponibles pour le vol interplanétaire. Cette fusée mesure 57 mètres de haut, qui correspond à la hauteur d’un bâtiment de 19 étages, et elle pèse 333 000 kilogrammes.

Comparaison de la hauteur du lanceur Atlas V avec la Statue de la Liberté et Big Ben (© Arteclick).

En jouant sur la modularité d’Atlas V, on peut obtenir jusqu’à 10 versions différentes. Elles se distinguent selon une nomenclature propre à cette génération de lanceurs. Derrière le générique Atlas V se trouve un code à trois chiffres utilisé, tel que 401, pour identifier les différentes versions de la fusée Atlas V.

Le premier chiffre, 3, 4 ou 5 désigne le diamètre en mètres de la coiffe de la fusée.

Le second chiffre, compris entre 0 et 5, désigne le nombre de propulseurs accolés à l’étage central et utilisés lors du décollage de la fusée.

Le troisième chiffre, 1 ou 2, désigne le nombre de moteurs équipant le deuxième étage de la fusée encore appelé, l’étage Centaur.

A ce jour, les versions utilisées sont 401, 411 ou 531.

Composition de la fusée Atlas V

Pour la mission InSight, la fusée Atlas V est montée dans la version 401, ce qui signifie que la coiffe a un diamètre de 4 mètres, qu’il n’y a pas de propulseur accolé à l’étage central et qu’il y a 1 seul moteur au niveau de l’étage Centaur.

Un vrai casse-tête pour les ingénieurs !

L’assemblage de l’Atlas V401

Voilà une étape impressionante. Un lego géant à construire. Après plusieurs vérifications par les constructeurs, chacun des éléments de la fusée est envoyé sur la base de Vandenberg. L’équipe des techniciens et des ingénieurs réceptionne et entrepose les différentes parties de la fusée dans les bâtiments adaptés. Là, de nouveaux tests sont effectués, avant le montage final, qui se fait sur la tour d’assemblage mobile.

Fais dérouler les photos dans la fenêtre ci-dessous pour suivre les différentes étapes de l’assemblage de l’Atlas V401, avec le montage du sismomètre SEIS, la reception de la sonde HP3, le montage du propulseur principal et celui de l’étage du Centaur.

Décollage de L’Atlas V-401

Pour atteindre Mars le plus rapidement possible, la fenêtre de tir pour la mission InSight est ouverte le 5 Mai 2018 à 4 heures du matin. Un protocole extrêmement précis est mis en place.

Le lancement de la fusée est un moment aussi critique qu’impressionnant. Aucune erreur n’est possible, au risque de voir la mission échouer, ou de détruire le lanceur. Les échecs sont très rares, car les équipes qui travailent sur cette mission sont très expérimentées.

48 heures avant le lancement commence la procédure du compte à rebours qui est une longue phase de contrôle de tous les organes vitaux du lanceur tels que la motorisation, l’alimentation en énergie et en carburants, les communications.

24 heures avant le lancement, la fusée Atlas V est conduite jusqu’à la plateforme de lancement et reliée à la tour ombilicale. Toute une série de vérifications sont effectuées, dont quelques étapes sont précisées ci-dessous.

A 1 heure du lancement, l’étape finale du lancement commence. Quelques câbles d’alimentation restent branchés ainsi que deux mâts métalliques qui maintiennent la fusée.

A 30 minutes du lancement, le personnel doit évacuer la zone.

A 15 minutes du lancement, au centre de contrôle, la tension est très grande. Le silence est total dans la salle et le restera jusqu’au décollage de la fusée. A tout moment le lancement peut être interrompu et le compte à rebours stoppé.

A 30 secondes, allumage des moteurs.

A 15 secondes, les mâts métalliques qui maintiennent la fusée se rétractent.

A 10 secondes, le décompte des secondes commence à haute voix.

...10, 9, 8 ,7 ,6 ,5 ,4 ,3 ,2 ,1 ,0

ATTENTION Décollage de la fusée (© Arteclick)

ATTENTION !!! Décollage de la fusée !

Décollage d’un lanceur Atlas V, du complexe 3 de la base de Vandenberg (© NASA)

Décollage d’InSight réussi ! BRAVO !

BRAVO à toutes les personnes qui organisent, construisent et suivent cette mission.

Pour suivre la mise en orbite, la croisière et l’atterrissage d’InSight sur Mars explore l’Aventure 4 !