Comment Perseverance va négocier l'atterrissage le plus risqué jamais tenté sur Mars

Perseverance doit se poser sur Mars ce 18 février dans le cratère Jezero - particulièrement accidenté - avec une précision inégalée. Pour y parvenir, le rover de l'Agence spatiale américaine embarque deux innovations que son prédécesseur, Curiosity, n'avait pas en 2012 : un nouveau mode de déclenchement du parachute et un système de reconnaissance du sol.

Xavier Boivinet

18 Février 2021 \ 10h00

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Xavier Boivinet

Industrie & Technologies

18 Février 2021 \ 10h00

Comment Perseverance va négocier l'atterrissage le plus risqué jamais tenté sur Mars — Une fois arrivé au dessus de son site d'atterrissage, le rover Perseverance sera descendu grâce à des élingues. Vue d'artiste de cette méthode appelée "skycrane" et déjà employée pour Curiosity en 2012.

Après plus de six mois de voyage, l'arrivée est prévue pile à l'heure. Ce 18 février, le rover Perseverance de l'Agence spatiale américaine (Nasa) devrait se poser sur Mars vers 21h55 (heure de Paris) dans le cadre de la mission Mars 2020. Avec huit réussites sur neuf tentatives depuis 1976, l'opération pourrait apparaître comme une promenade de santé pour la Nasa.

Il n'en est rien, avertit André Debus, responsable des contributions françaises à Mars 2020 au Centre national d'études spatiales (Cnes) : « Non seulement le rover est le plus lourd jamais envoyé sur Mars [ndlr : plus d'une tonne, contre 900 kilogrammes pour Curiosity en 2012], mais c'est aussi l'atterrissage le plus précis et le plus complexe jamais tenté sur la planète rouge. »

Suivez en direct l'atterrissage de Perserverance sur Mars sur le live du Cnes

Précision inégalée

La surface dans laquelle doit se poser Perseverance est d’abord réduite. Elle forme une ellipse de 7,7 kilomètres (km) sur 6,6 km. En guise de comparaison, celle de Curiosity faisait 25 km x 20 km. Celle de l'atterrisseur Insight en 2018 : 130 km x 27 km.

Retardé, le rover de la mission russo-européenne ExoMars tentera de se poser l'an prochain dans une zone de 120 km x 19 km, précise M. Debus, également chef de projet ExoMars au Cnes : « La grande taille de l'ellipse est issue de modélisations très conservatrices du fait du manque d'expérience par rapport au savoir-faire de la Nasa. Mais la zone choisie étant peu accidentée, nul besoin d'une grande précision. »

Jezero : rêve des scientifiques, cauchemar des ingénieurs

Tout le contraire du cratère Jezero, destination de Perseverance : situé dans le delta d'une ancienne rivière, il est très intéressant pour les scientifiques à la recherche de traces de vie antérieure, mais inquiétant pour les ingénieurs qui négocient l'atterrissage. Rochers, falaises, sable... « Quand je vois ce site, je vois du danger », a souligné Allen Chen, responsable de l'atterrissage du rover au Jet Propulsion Laboratory (JPL, Nasa), lors d'une conférence de presse le 27 janvier.

« Le site avait été envisagé pour Curiosity, mais exclu parce que les technologies embarquées ne le permettaient pas », ajoute Grégory Dubos, ingénieur système et avionique dans l'équipe d'opération de la mission Mars 2020 au JPL, interrogé par Industrie & Technologies.

Ouverture du parachute : la distance plutôt que la vitesse

Cette fois-ci, la Nasa tente sa chance. Et ce grâce à deux innovations par rapport à Curiosity : le « range trigger » et le « terrain relative navigation » (ou TRN). « Sans ces deux technologies, nous ne pourrions tout simplement pas envisager de nous poser sur Jezero », affirme Allen Chen.

Alors que Curiosity avait déployé son parachute une fois sa vitesse de descente passée sous une valeur seuil, le « range trigger » déclenchera celui de Perseverance en fonction de sa position par rapport au site d'atterrissage prévu. « C'est l'innovation la plus importante, qui permet de réduire drastiquement l'ellipse d'atterrissage », souligne M. Dubos. De 40 % par rapport à celle de Curiosity.

Reconnaissance du terrain en direct

Une fois le parachute déployé et le bouclier thermique éjecté, le rover pourra enfin admirer le sol et activer le TRN. Grâce à une caméra et un ordinateur de bord dédiés, et une carte du sol martien enregistrée, il effectuera une reconnaissance du terrain en direct pour se repérer et ajuster sa trajectoire. Un algorithme baptisé « Safe target selection » déterminera où se poser en sécurité, le but étant d'éviter les obstacles dangereux.

Contacté par mail, le responsable du TRN au JPL, Andrew Johnson, précise que cette technologie n'a jamais été testée sur un corps aussi massif que Mars : « Une méthode similaire a été utilisée sur un astéroïde lors de la mission Osiris Rex. Mais dans ce cas, l'exercice a pu être testé en amont avec le véhicule qui se déplace très doucement. Ce n'est pas le cas avec Perseverance. »

Technologies enfin prêtes

De plus, les technologies n'étaient pas prêtes, ajoute-t-il : « Il a fallu développer un ordinateur de haute performance, des algorithmes, une caméra et faire de nombreux tests. » Baptisée LCAM, la caméra du TRN a été conçue par l'entreprise Malin Space Science Systems. « Elle a un large champ de vision, une faible latence, une fréquence d'images élevée, et un obturateur de type global shutter, le tout qualifié pour le spatial. Cela n'existait pas », affirme M. Johnson.

Range trigger et TRN : deux technos pour viser Jezero qui s'insèrent dans une séquence d'atterrissage millimétrée et entièrement automatisée de sept minutes. Aucun moyen de reprendre la main une fois ces « sept minutes de terreur » engagées. Et pour cause, un signal envoyé depuis la Terre met onze minutes avant d'atteindre Mars. Si bien que lorsque les équipes sur Terre commenceront à vivre l'atterrissage en direct, Perseverance sera en réalité déjà sur le sol martien. En un seul morceau, on l'espère.

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