Comment fonctionne le Mars Curiosity Rover

Déplacez-vous, esprit et opportunité : il y a un nouveau rover martien sur la planète depuis août 2012. Avec ses six roues motrices, son système de suspension à bascule et ses caméras montées sur mât, il pourrait ressembler à ses vénérables prédécesseurs, mais seulement dans la manière une camionnette ressemble à un Humvee . Nous parlons d'un camion monstre scientifique à propulsion nucléaire et laser , avec un pack de fusées - un vol à 2,5 milliards de dollars (taxes, titre, amarrage et frais de transport inclus).

Le Mars Science Laboratory , alias Curiosity , domine la salle d'exposition du rover de Mars, s'étendant deux fois plus longtemps (environ 10 pieds ou 3 mètres) et construit cinq fois plus lourd (1 982 livres ou 899 kilogrammes) que les modèles record de 2003 de la NASA , Esprit et Opportunité. Il est prêt pour le tout-terrain, sans moyeux à verrouiller (et personne pour les verrouiller). Six roues en aluminium de 20 pouces (51 centimètres) franchissent des obstacles approchant 30 pouces (75 centimètres) de haut et accumulent 660 pieds (200 mètres) par jour sur le terrain martien.

Mesdames et messieurs, la Curiosity 2011 contient plus de gadgets qu'un entrepôt Ronco - tout, du matériel pour collecter le sol et les échantillons de roche en poudre, aux tamis pour les préparer et les trier, aux instruments embarqués pour les analyser. Le laser de Curiosity est un spectromètre accordable conçu pour identifier les composés organiques (contenant du carbone) et déterminer les rapports isotopiques des éléments clés. Mieux encore, son système d'alimentation nucléaire éprouvé, utilisé depuis longtemps dans les satellites , les engins spatiaux et les équipements lunaires embarqués à bord des missions Apollo, est garanti de ne pas vous laisser bloqué dans une tempête de poussière.

Oui, en effet, la NASA est retournée à la planche à dessin pour celui-ci, imaginant un arrangement de type fractal pour emballer la meilleure sélection d'équipements scientifiques compacts dans le plus petit espace possible. Mais ne nous croyez pas sur parole : demandez à Rob Manning, ingénieur en chef des systèmes de vol au Jet Propulsion Laboratory, qui l'appelle "de loin, la chose la plus complexe que nous ayons jamais construite" [source : JPL ].

Aucun effort n'a été épargné pour le rover le plus ambitieux de la NASA à ce jour. Ce bourreau de travail mènera plus de recherches scientifiques à bord, en utilisant une plus grande suite d'instruments et de capteurs de laboratoire, que n'importe quel modèle martien précédent. Commandez aujourd'hui et la NASA le livrera dans un rayon de 12 miles (20 kilomètres) de votre porte (certaines limitations s'appliquent ; la porte doit se trouver dans une zone de livraison de 250 millions de miles (402 millions de kilomètres)). Votre rover atterrira avec plus de précision et couvrira un terrain plus accidenté que tout autre, et il aura jusqu'à présent les meilleures chances de capturer l'histoire du débit d'eau et la possibilité d'anciens environnements habitables sur Mars. Oui, si le magazine Motor Trend avait une catégorie pour les poussettes spatiales, Curiosity remporterait sans aucun doute le Rover de l'année.

Maintenant, pourquoi ne nous laisseriez-vous pas garder vos clés pendant que vous l'emmenez faire un essai routier ?

1. Du plan à la balle
2. Un Rover patient et silencieux
3. Équipement non standard
4. Camion spatial

Des années de tests, de développement et d'intégration de tolérances aux pannes ont culminé à 10 h 02 HNE le 26 novembre 2011, lorsque le Mars Science Laboratory (MSL) a été lancé depuis la base aérienne de Cap Canaveral à bord d'une fusée Atlas V. Il a atterri avec succès sur Mars à 1 h 32 HAE, le 6 août 2012.

Avant de charger Curiosity dans sa coque, les ingénieurs ont soumis le rover à une série de tests rigoureux simulant à la fois des défauts internes et des problèmes externes, des punitions qui comprenaient des centrifugeuses, des tests de chute, des tests de traction, des tests de conduite, des tests de charge, des tests de stress et des tests de court-circuit. source : JPL ].

Pendant ce temps, la NASA devait décider où le nouveau rover explorerait, comment il s'y rendrait et comment l'agence spatiale pourrait l'atterrir en toute sécurité – plus facile à dire qu'à faire.

La Terre et Mars tournent autour du soleil à des rythmes différents - 686,98 jours terrestres pour Mars contre 365,26 pour la Terre - ce qui signifie que leur distance relative varie énormément. Atteindre Mars avec le moins de carburant possible signifiait se lancer au moment où la planète rouge passe le plus près de nous [source : NASA ]. Ce n'était pas une considération mineure : Mars oscille plus de sept fois plus loin de la Terre à son extrémité la plus éloignée (249,3 millions de miles, ou 401,3 millions de kilomètres) qu'à son approche la plus proche (34,6 millions de miles, ou 55,7 millions de kilomètres) [source : Williams ].

Comme un quart-arrière lançant une passe, le système de lancement ne visait pas l'endroit où se trouvait Mars, mais l'endroit où il se trouverait lorsque l'engin arriverait. La NASA a lancé cette passe, et le rover-football a atteint son récepteur rond et rouge plus de 250 jours plus tard, et a atterri le dimanche 6 août 2012 (heure avancée de l'Est).

Cependant, la NASA n'a pas "jeté" le MSL de la surface de la Terre ; l'agence l'a lancé depuis l'orbite planétaire. Voici comment : une fois que le véhicule de levage a atteint l'espace depuis Cap Canaveral, son nez, ou carénage, s'est ouvert comme une coquille et est tombé, ainsi que le premier étage de la fusée, qui s'est coupé et a chuté dans l'océan Atlantique. Le deuxième étage, un moteur Centaur, a ensuite démarré, plaçant l'engin sur une orbite de stationnement. Une fois que tout a été correctement aligné, la fusée a déclenché une deuxième brûlure, propulsant l'engin vers Mars.

Environ 44 minutes après le lancement, MSL s'est séparé de sa fusée et a commencé à communiquer avec la Terre. Au fur et à mesure qu'il poursuivait sa route, il effectuait occasionnellement des corrections de trajectoire planifiées.

Une fois dans l'atmosphère martienne, le plaisir a vraiment commencé.

Le cratère du vent

Curiosity a commencé son voyage en explorant Gale, un cratère d'impact niché entre les hautes terres du sud de Mars et les basses terres du nord. Mesurant 96 miles (154 kilomètres) de diamètre, Gale s'étend sur une zone équivalente au Connecticut et au Rhode Island réunis.

Within Mars , rising higher than Mount Rainier towers above Seattle, stands a sediment mountain 3 miles (5 kilometers) high. Composed of layers of minerals and soils -- including clays and sulfates, which point to a watery history -- these layers will provide an invaluable map of Martian geological history [sources: Siceloff; Zubritsky].

Past water would have flowed toward and collected in Gale's lowlands, making it a likely repository for the remains of streams, pools and lakes, and therefore an ideal place to find evidence of Mars's past habitability.

Like Walt Whitman's "noiseless patient spider," Curiosity will one day soon stand isolated on a promontory, sending back data from which its mission controllers will decide "how to explore the vacant vast surrounding." Its spidery resemblance does not end with poetic license or even its spindly, jointed legs, however; it extends to the spiderlike way the rover landed on the Martian surface.

Before we unravel that, however, let's look at the rocket -assisted jump the craft made when it first reached Mars.

When the spacecraft carrying Curiosity swung into the Martian atmosphere 78 miles (125 kilometers) above the ground, it steered and braked through a series of S-curves like those used by the space shuttles. During the minutes before touchdown, at around 7 miles (11 kilometers) up, the craft popped a parachute to slow its 900 mph (1,448 kph) descent. It then ejected its heat shield from the bottom of the cone, creating an exit for Curiosity.

The rover, with its upper stage clamped to its back like a turtle shell, fell clear of the cone. A few moments later, the upper stage's rim-mounted retro rockets blasted to life, stabilizing the pair into a hovering position about 66 feet (20 meters) above the surface; from here, the upper stage acted as a sky crane, lowering Curiosity like a spider on silk. Once the rover was safely on the ground, its tether was cut, and Curiosity set off on its journey [sources: NASA; JPL].

Shortly before touchdown, the Mars Descent Imager took high-definition color video of the landing zone. This footage aided with landing and provided a bird's-eye-view of the exploration area for researchers and mission specialists back home. Another array of instruments, the Mars Science Laboratory Entry, Descent and Landing Instrument Suite, will measure atmospheric conditions and spacecraft performance. NASA will use this data when planning and designing future missions.

The novel landing system was more complicated, but also more precisely controlled, than any before, enabling mission planners to bull's-eye the long-desired target of Gale Crater. Landing within Curiosity's 12-mile (20-kilometer) target area within the crater would have been impossible for Spirit and Opportunity, which needed five times as much area when bouncing down in their space-age bubble wrap. This success opened up a slew of desirable sites, including steep-walled craters previously off-limits due to their tricky terrain.

Curiosity will also lay the groundwork for future missions, just as previous Mars jaunts made the new rover's expedition possible. Such missions could include scooping up rocks and flying them back home, or carrying out more far-reaching surface surveys, seeking evidence of Martian microbial life and its key chemical ingredients [source: NASA].

Now that we've landed safe and sound, let's take a look at what kind of equipment comes standard with the Mars Science Laboratory package.

Whether packing for a two-week vacation or provisioning for a scientific expedition in a hostile desert millions of miles away, the basic problem remains the same:

What to bring, what to bring ....

Unlike a terrestrial tourist, who can pop down to the corner store to replace a forgotten toothbrush, Curiosity is utterly on its own. When there's no repair crew on call, no spare parts in the trunk and every signal from Earth takes around 14 minutes (as of August 2012) to reach you, self-reliance is all you have.

Curiosity isn't on Mars to sightsee, however. It's tasked with collecting rock and soil samples and placing them into onboard instruments for analysis. With this in mind, the rover comes equipped with a 7-foot (2.1-meter) camera mast and a 7-foot, three-jointed robotic arm sporting more attachments than an industrial vacuum cleaner . This Sample Acquisition/Sample Preparation and Handling System will scoop, dust, drill, powder, collect, sort, sieve and deliver samples to a variety of analytical assets [sources: JPL; NASA; Webster]:

Curiosity's neck, or mast, is also decked out in instrumentation:

Beyond these sample-analysis instruments, the rover also packs scientific gadgets that will examine local conditions, which could prove relevant for future human missions or understanding the planet's capacity for supporting life:

That's an impressive array of luxury appointments, but it won't do NASA much good unless Curiosity's got it under the hood. Let's take a peek at what powers this puppy.

The "monster truck of science" isn't a nitro-burning, fire-breathing funny car, or a plain old internal-combustion gas-guzzler . Nor does it sport the solar panels that generated juice for its forerunners. No, on this mission, NASA went nuclear.

Curiosity pulls power from plutonium-oxide. As the radioisotope decays, it gives off heat, which the rover converts to electricity using thermocouples . This Multi‐Mission Radioisotope Thermoelectric Generator (MMRTG) will keep the rover's battery topped off with 110 watts of electrical power.

The system packs more power than the solar approach and has no moving parts to break, but can this generator outperform good old gallium-arsenide panels? After all, Spirit operated until the spring of 2010, and diehard Opportunity is still spinning its odometer , having racked up 21 miles (34 kilometers) at 328 feet (100 meters, roughly an American football field length) per day. These exceptional vehicles far exceeded their 90-day mission mandates, partly because of free, renewable, solar power.

Well, don't nuke the nuke just yet. The radioisotope system's 14-year life expectancy could outlast the rover itself, and will never fall victim to the whims of Martian weather, dust or winter [source: JPL]. Besides, the extra power is worth the tradeoff: Curiosity will cover more ground than its predecessors, traveling at roughly twice their speed. In the single Martian year (about 687 Earth days) of its initial mission, it will rack up 12 miles (19 kilometers) inside Gale Crater, carrying a scientific payload 10-15 times more massive than Spirit or Opportunity. Power will remain available all along, as will excess heat that Curiosity will use to keep its vital instruments warm [source: NASA].

Helping Curiosity put that horsepower to effective use is NASA's old-and-improved rover rocker-bogie chassis (see sidebar), an assembly of jointed titanium tubes attached to six aluminum wheels so thin they flex like rubber. All four corner wheels can rotate through 90 degrees, which enables the rover to turn in place. Engineers beefed up Curiosity's suspension somewhat to suit its new role as landing gear, and to accommodate a heftier vehicle that must cross more rugged terrain [sources: Harrington; JPL].

Shortly after landing, that chassis will cart the rover to its first destination: a rocky outcrop nicknamed "the fence." NASA targeted this crag because previous Mars observations revealed that it contains aqueous deposits -- minerals formed in water. From there, Curiosity will venture into canyons, rocky mountainsides and hill country reminiscent of Sedona, Arizona's red rocks, which also formed in a watery environment. By then, its first Martian year will have come and gone.

From there, the rover will delve into rockier and more rugged terrain. Exploring this area will require several years, but, once across, the rover's cameras will be treated to a panorama of the path Curiosity has traveled [source: NASA].

All along the way, the Mars Science Laboratory will investigate whether conditions exist, or have ever existed, that could support microbial life on Mars, and whether clues to such life remain preserved in Mars's rocks and soil.

Curious for more info on Mars and how to get there? Bump on over to the links on the next page.

Doing the Rocker-Bogie Boogie

Curiosity arbore le même système de suspension à bascule qui transportait les précédents rovers martiens Sojourner, Spirit et Opportunity sur les collines et les vallées martiennes. Le système, qui n'utilise ni essieux ni ressorts, reste stable car chaque roue peut monter et descendre indépendamment. Grâce à la gravité martienne et à l'ingénieuse ingénierie terrienne, le rover maintient passivement les six roues au sol et constamment sous charge, même lors du dégagement d'obstacles approchant 30 pouces (75 centimètres). Cet équilibre des forces fournit une traction vitale, en particulier dans les environnements mous et sablonneux. La suspension flexible peut également "absorber" une partie de l'inclinaison des pentes, maintenant ainsi le rover plus à niveau [sources : Harrington ; JPL ].

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