vignette|Image en fausses couleurs, prise le par l'instrument HiRISE de la sonde MRO, d'un glissement de terrain dans le cratère Zunil. vignette|Le cratère Victoria photographié en . Le est visible au bord du cratère à 10 h. Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) est une mission spatiale américaine de la NASA en orbite autour de Mars. La sonde spatiale MRO a été lancée le par une fusée Atlas V-401 depuis la base de lancement de Cap Canaveral et s'est insérée en orbite martienne le . La sonde a modifié son orbite durant les cinq mois suivants en utilisant la technique de l'aérofreinage pour parvenir à se placer sur une orbite basse circulaire.
L'objectif principal de la mission MRO est de cartographier la surface de Mars. L'orbiteur de grande taille (plus de avec les ergols) dispose pour remplir cet objectif du télescope HiRISE permettant d'obtenir des images avec une résolution de . Cet instrument est complété par un spectromètre et un radiomètre fonctionnant en lumière visible et infrarouge ainsi que par un radar qui permettent de déterminer la composition minéralogique du sol, sa géologie ainsi que de rechercher l'eau piégée sous forme de glace. Enfin, MRO est équipé d'un système de télécommunications qui doit lui permettre de transférer des volumes de données très importants vers la Terre et de jouer le rôle de relais pour les données collectées par les atterrisseurs et rovers posés à la surface de Mars tels que .
En arrivant en orbite autour de Mars, MRO prend la suite de et devient le quatrième satellite artificiel opérationnel en orbite autour de la planète rouge avec la sonde européenne Mars Express, et les deux sondes de la NASA 2001 Mars Odyssey et . Les instruments de MRO ont permis notamment de cartographier de manière extrêmement détaillée des régions particulièrement intéressantes en identiant les minéraux (argiles, sulfates) résultant de la présence d'eau, d'estimer le volume de la calotte polaire de Mars, de détecter de la glace dans des cratères situés à une latitude relativement basse, de découvrir de nombreux phénomènes se déroulant à la surface et d'identifier les zones explorées par les astromobiles de la NASA. La mission initiale, qui s'achevait en , a été prolongée à plusieurs reprises .
Contexte En recherchant les raisons de l'échec de la sonde spatiale (MPL) perdue durant la phase d'atterrissage sur le sol martien, les responsables de la NASA constatent qu'ils ne disposent pas de moyens leur garantissant que le site d'atterrissage ne présente aucun risque. Les meilleures images fournies par les sondes spatiales en orbite autour de Mars ( et 2001 Mars Odyssey) ont une résolution spatiale de deux mètres. Ce niveau de détail ne permet pas d'identifier des rochers d'un mètre susceptibles de faire basculer un engin spatial au moment de son atterrissage. Ne pouvant se reposer entièrement sur les photos prises par , les concepteurs de la mission MPL se sont ainsi appuyés sur des statistiques de distribution des rochers pour sélectionner le site d'atterrissage. Bien qu'un accident de ce type ait été écarté pour expliquer l'échec de , la NASA décide de développer un orbiteur martien capable de fournir des images permettant d'éliminer ce risque pour les prochaines missions envoyées sur le sol de Mars. Une résolution de est retenue pour la caméra embarquée par le futur orbiteur martien qui est baptisé (MRO). Les scientifiques responsables des instruments embarqués à bord de , également perdu en , obtiennent que MRO emporte une copie du principal instrument (rebaptisé ou MCS) pour étudier l'atmosphère et le climat de la planète. La décision de développer est prise au début de l'année quelques mois après le démarrage du projet de martiens (MER) mais, alors que les rovers doivent être lancés en , la date de lancement de MRO pour la fenêtre de lancement suivante est fixée en ..
Objectifs Les contributions de la mission MRO s'inscrivent dans les objectifs scientifiques que la NASA a assigné à son programme martien. : déterminer si la vie a pu apparaître sur Mars. ; définir les caractéristiques du climat martien. ; étudier la géologie de la planète. ; préparer les futures missions d'exploration avec équipage..
Les objectifs scientifiques suivants sont assignés à la mission MRO. : caractériser le climat actuel de Mars et les mécanismes physiques à l'origine des changements climatiques saisonniers et interannuels ; déterminer la nature des terrains présentant une stratification complexes et identifier les formations de surface résultant de l'action de l'eau ; rechercher les sites présentant des signes d'une activité liée à la circulation de l'eau en surface ou à l'hydrothermalisme ; identifier et caractériser les sites ayant le plus fort potentiel pour des missions impliquant des atterrisseurs ou des rovers ainsi que des missions de retour d'échantillons martiens.
Par ailleurs, la sonde spatiale joue un rôle très important pour les missions à la surface de Mars assurant le relais entre les engins posés sur le sol de Mars et la Terre.
Architecture de la mission vignette|upright=2|Comparaison des caractéristiques de MRO avec les orbiteurs martiens qui l'ont précédé. De gauche à droite ci-dessus profil de MRO, MGS et 2001 Mars Odyssey. Orbiteur : MRO Mars Global Surveyor OdysseyDate de lancement 2005 1996 2001Masse totale Orbite 255 x Résolution spatiale .Volume de données transmises (gigabits/jour)20 à 90 0,7 1
La mission primaire de doit durer deux années martiennes (soit quatre années terriennes) : la première année est consacrée aux observations scientifiques tout en assurant le relais avec les engins posés à la surface de Mars. La deuxième année, les priorités sont inversées. Comme les orbiteurs qui l'ont précédé, MRO circule sur une orbite héliosynchrone : celle-ci passe au-dessus de l'équateur à de l'après-midi pour privilégier la prise d'images qui nécessite des ombres longues. L'orbite est plus basse que ( au lieu de ) ce qui augmente la résolution spatiale des photos. Comme les deux orbiteurs martiens qui l'ont précédé, MRO a recours à l'aérofreinage pour atteindre l'orbite à partir de laquelle il effectue ces relevés scientifiques. Cette technique permet d'économiser près de d'ergols. Le choix de la résolution spatiale de la caméra principale est sujet à débat : certains scientifiques souhaiteraient une résolution pas trop élevée pour disposer d'une couverture photographique relativement complète de la planète : la résolution la plus fine envisagée nécessiterait en effet d'observation pour couvrir l'ensemble de la surface de Mars. Le choix d'une résolution élevée, raison d'être de MRO, est néanmoins retenu : la caméra HiRISE doit fournir des images ayant une résolution de tandis qu'une deuxième caméra ayant une résolution de restituera le contexte de la photo. L'orbiteur emporte également un radar (SHARAD) optimisé pour analyser les couches superficielles du sol sur une profondeur de , un spectromètre imageur (CRISM) fonctionnant en infrarouge et en lumière visible et doté d'une résolution spatiale remarquable de et un sondeur atmosphérique (MCS) fournissant la température et la pression de l'atmosphère martienne ainsi que la température des calottes polaires. Pour faire face au volume des images de grande taille produites par sa caméra principale ( plus de volume de données généré que 2001 Mars Odyssey), MRO dispose d'un système de télécommunications particulièrement performant utilisant pour la première fois la bande Ka de manière opérationnelle et comportant une antenne parabolique de de diamètre. Le satellite qui emporte une charge utile particulièrement importante () pèse deux fois plus lourd que ( contre ). Le coût de la mission (environ US$ avec les opérations de la mission primaire) démontre que la NASA s'est démarquée en partie du dogme du faster, cheaper, better...
Construction de la sonde spatiale La gestion du projet est confiée, comme les autres missions martiennes, au centre de la NASA dont le siège est en Californie. En , le choisit de confier à l'établissement de Denver de la société la construction de la sonde spatiale. La gestion des opérations en vol, qui nécessite une expertise particulière du fait de la très haute définition de la caméra, est également confiée à Lockheed car la société dispose de compétences dans le domaine, acquises en réalisant des satellites de reconnaissance. Les instruments scientifiques sont développés à Tucson, par l'Université de l'Arizona, à Laurel dans le Maryland, au laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns-Hopkins, mais également en Europe, à Rome, à l'Agence spatiale italienne (ASI) ainsi qu'à San Diego en Californie, au Malin Space Science Systems et au .
Caractéristiques techniques de la sonde spatiale Structure de la sonde La structure de la sonde spatiale est réalisée en matériau composite contenant du graphite renforcé de matière plastique, complété par des panneaux en nid d'abeille d'aluminium. Le réservoir en titane contenant le carburant utilisé par la sonde est la pièce la plus importante de MRO et assure la rigidité de l'ensemble. La sonde spatiale est conçue pour résister à une accélération maximale de durant le lancement.. La masse totale est inférieure à , dont d'ergols. À l'origine, l'orbiteur pesait , mais les ingénieurs ont réussi à réduire le poids de la sonde de . Cet allègement de la structure a permis de rajouter un supplément d'hydrazine, afin d'étendre la durée de vie de la sonde jusqu'en . La charge utile a une masse de .
Production d'énergie vignette|Les panneaux solaires de la sonde MRO.
L'énergie électrique de la sonde est fournie par deux panneaux solaires, longs de pour une largeur de et montés de chaque côté du corps de la sonde. Chaque panneau solaire a une superficie d'environ et comporte , constituées de trois couches cristallines qui permettent de convertir plus efficacement l'énergie solaire en électricité. Dans le cas de MRO, ces cellules sont capables de convertir plus de 26 % de l'énergie solaire incidente, et peuvent délivrer un maximum de sous en orbite martienne. Chaque panneau peut pivoter de façon indépendante autour de deux axes (rotation du haut vers le bas, ou de gauche à droite), et peut ainsi recevoir le rayonnement solaire sous un angle optimal..
utilise deux batteries rechargeables au nickel métal hydrure. Les batteries sont utilisées comme source d'énergie lorsque les panneaux solaires ne font pas face au Soleil (comme durant le lancement, l'insertion orbitale ou le freinage atmosphérique), ou lors des passages dans l'ombre de Mars. Chaque batterie possède une capacité de stockage d'énergie de , mais la sonde n'ayant pas besoin de toute cette énergie, la batterie ne sera probablement utilisée qu'à environ 40 % de sa capacité, au début de la mission. Cette capacité diminue avec leur usure et celle des panneaux solaires. Lorsque la tension restante tombera sous , l'ordinateur de bord cessera de fonctionner.
Ordinateur embarqué et stockage des données L'ordinateur principal de est un microprocesseur RAD750, comprenant de transistors, et dont l'horloge interne est cadencée à . Ce processeur est une version du PowerPC750, également appelé G3, qui a été durcie pour résister aux rayons cosmiques. Le processeur est installé sur une carte mère développée spécifiquement. Le processeur RAD750 est le successeur du RAD6000. Ce processeur est beaucoup moins puissant que ceux qui équipent les micro-ordinateurs contemporains mais il est particulièrement fiable dans l'espace, pouvant même fonctionner lors des tempêtes solaires..
Les données scientifiques sont stockées dans une mémoire flash de (), constituée d'environ de mémoire, chaque puce ayant une capacité de . Cette capacité de stockage n'est pas très importante, si l'on considère que le volume de données acquis pèsera lourd. En effet, une seule image de la caméra HiRISE pourra occuper jusqu'à de données.