thumb|upright=0.8|Lancement le 7 avril 2001 par une fusée Delta II-7425.
2001 Mars Odyssey est une sonde spatiale de la NASA placée en orbite en 2002 autour de la planète Mars. Cet orbiteur, de taille relativement modeste héritée du programme (mieux, plus vite, moins cher), a pour objectifs principaux de dresser une carte de la distribution des minéraux et des éléments chimiques à la surface de Mars et de détecter la présence éventuelle d'eau à l'aide de ses trois instruments scientifiques hérités en partie de la mission Mars Observer.
Mars Odyssey remplit parfaitement sa mission : les instruments de la sonde spatiale permettent de mettre en évidence de grandes quantités de glace stockées sous les deux pôles et l'abondance particulièrement importante du potassium. Le spectromètre imageur THEMIS sert à établir une carte globale de Mars en lumière visible et en infrarouge et montre la présence de grandes concentrations d'olivine, qui prouvent que la période sèche que connaît Mars a débuté il y a très longtemps. Enfin, les données fournies par la sonde sont utilisées pour sélectionner les sites d'atterrissages des astromobiles Mars Exploration Rover. La sonde, dont la mission est prolongée à cinq reprises, reste opérationnelle en 2019 plus de dix-huit ans après son lancement.. Elle sert également de relais de télécommunications entre la Terre et les engins se posant sur Mars tels que les astromobiles MER ou Mars Science Laboratory.
Contexte : l'héritage de la politique du
La NASA lance en 1992 l'orbiteur Mars Observer, mais trois jours avant la date prévue pour l’insertion sur son orbite martienne, le contact avec la sonde est perduTaylor op. cit. p. 83. L'échec de cette mission particulièrement coûteuse entraîne une révision complète de la stratégie américaine d’exploration du système solaire. La NASA décide de lancer désormais des sondes spatiales moins sophistiquées mais à budget serré : l'objectif est de ne pas tout perdre en cas d’échec tout en permettant la réalisation d'un plus grand nombre de missions avec un cycle de développement raccourci. C’est le (« mieux, plus vite, moins cher »), qui devient la devise du nouveau programme . Dans le cadre de ce programme et à chaque conjonction favorable de Mars et de la Terre (environ tous les deux ans), la NASA prévoit d’envoyer à la fois une sonde spatiale de type orbiteur, qui doit effectuer ses observations depuis l’orbite martienne, et une autre de type atterrisseur, chargée de se poser sur le sol martien pour y recueillir des données scientifiques. Les objectifs qui étaient assignés initialement à la sonde Mars Observer malchanceuse, sont ventilés entre les orbiteurs beaucoup plus légers du nouveau programme : des copies des instruments scientifiques de Mars Observer seront donc embarquées sur les sondes Mars Global Surveyor qui doit être lancée en 1996, Mars Climate Orbiter (1998), Mars Odyssey (2001) et Mars Reconnaissance Orbiter (2005) Taylor op. cit. .
Les deux premières sondes du nouveau programme, lancées en 1996, remplissent parfaitement leur mission : l’atterrisseur se pose sur Mars et libère le premier robot mobile extraplanétaire, Sojourner, qui explore les environs durant quelques semaines ; de son côté, l’orbiteur Mars Global Surveyor renvoie durant neuf ans une quantité inégalée de données sur l’atmosphère, la surface et la structure interne de Mars. Conformément à ses plans, la NASA lance fin 1998/début 1999 deux nouvelles sondes alors que Mars se trouve de nouveau dans une position favorable, mais Mars Climate Orbiter et Mars Polar Lander sont toutes deux victimes de défaillances à trois mois d'intervalle avant d’avoir débuté la partie scientifique de leur missionTaylor op. cit. . Face à cette série de défaillances catastrophiques visiblement liées à sa nouvelle doctrine, la NASA décide de suspendre toutes les missions futures de son programme d'exploration martienne notamment les deux sondes spatiales de Mars Surveyor 2001 en voie d'achèvement. L'orbiteur, le futur Mars Odyssey, a des caractéristiques très proches de Mars Climate Orbiter or la perte de cette sonde est avant tout liée à une erreur humaine. La NASA décide donc très rapidement de donner son feu vert à l'achèvement de Mars Odyssey par son constructeur Lockheed Martin. L’atterrisseur Mars Surveyor Lander 2001 quant à lui ne sera jamais lancé et servira de réservoir de pièces détachées pour les missions suivantes. Le coût total de la mission Mars Odyssey est évalué à de dollars.
Objectifs L'objectif scientifique principal de Mars Odyssey est de dresser une carte de la distribution des minéraux et des éléments chimiques à la surface de Mars. La sonde doit égalementDossier de presse NASA op. cit. p. 30 : déterminer la quantité d'hydrogène stockée à faible profondeur essentiellement sous la forme de glace d'eau ; obtenir des images thermiques à haute résolution en infrarouge des minéraux présents ; fournir des informations sur la topologie de la surface de Mars ; préciser l'environnement radiatif de Mars dans la perspective des futures missions habitées vers Mars.
Mars Odyssey doit par ailleurs servir de relais pour les télécommunications entre la Terre et les engins américains ou d'autres pays posés à la surface de Mars.
Caractéristiques techniques de la sonde spatiale Mars Odyssey, qui a approximativement la forme d'un parallélépipède de , pèse au lancement dont d'ergols et d'instrumentation scientifique. Plusieurs équipements sont rattachés au corps de la sonde et ne sont déployés qu'une fois la sonde en orbite : les panneaux solaires, l'antenne grand gain et le mât de portant le capteur du spectromètre gamma. La sonde spatiale est divisée en deux modules : le module de propulsion comprend les réservoirs, les moteurs et les conduits assurant la circulation des ergols. Le module des équipements comprend les équipements assurant le fonctionnement de l'engin et les instruments scientifiquesDossier de presse NASA op. cit. .
thumb|center|redresse=2|Schéma de la sonde.
Plateforme La structure de la sonde est réalisée essentiellement en aluminium, des parties étant en titane pour assurer la rigidité tout en limitant l'augmentation de la masse. La masse de la structure est de .
Mars Odyssey dispose de plusieurs types de moteur-fusée. Le moteur le plus puissant, qui brûle un mélange hypergolique d'hydrazine et de peroxyde d'azote et a une poussée minimum de 695 newtons, est utilisé une seule fois pour l'insertion en orbite autour de Mars. Pour les corrections de trajectoire et le contrôle de l'orientation, la sonde dispose de quatre moteurs de de poussée et de quatre moteurs de de poussée. Les ergols sont injectés dans les moteurs par de l'hélium sous pression stocké dans un réservoir dédié. L'ensemble du système de propulsion représente une masse de sans les ergolsDossier de presse NASA op. cit. .
L'énergie électrique est fournie par trois panneaux solaires ayant une surface totale de recouverts de cellules solaires de type AsGa dont l'énergie est, si nécessaire, stockée dans une batterie Nickel-Hydrogène de 16 ampères-heures. Les panneaux produisent au niveau de l'orbite de Mars et au niveau de l'orbite terrestre. Les panneaux sont déployés une fois la sonde en orbite. L'ensemble du système gérant la production et la régulation de l'énergie a une masse de .
Les télécommunications sont réalisées en bande X avec la Terre et en UHF avec les atterrisseurs et rovers situés à la surface de Mars. L'antenne parabolique grand gain de de diamètre peut être utilisée simultanément pour recevoir des instructions de la Terre et transmettre les données scientifiques recueillies. L'antenne grand gain n'est déployée qu'une fois la phase d'aérofreinage achevée. Elle peut être orientée avec deux degrés de liberté. La sonde dispose également d'une antenne rectangulaire moyen gain large de située au centre de l'antenne grand gain. Enfin, une antenne faible gain de de diamètre peut être utilisée dans les cas d'urgence ou lorsque l'antenne grand gain n'est pas pointée vers la Terre. L'ensemble du système de télécommunications a une masse de Dossier de presse NASA op. cit. .
Le contrôle d'orientation de la sonde repose sur trois paires de senseurs redondants constituée chacune d'un viseur d'étoiles et d'un senseur solaire. Pour modifier son orientation, Mars Odyssey 2001 utilise à la fois des roues de réactionet des petits propulseurs. L'ensemble du système de contrôle d'orientation a une masse de Dossier de presse NASA op. cit. .
Instrumentation scientifique vignette|600px|droite|Comparaison des performances des instruments optiques embarqués à bord des orbiteurs martiens MRO, Mars Express, Mars Global Surveyor et 2001 Mars Odyssey. Mars Odyssey embarque trois instruments scientifiques qui sont en partie un héritage de la sonde malchanceuse Mars Observer.
Le spectromètre-imageur THEMIS
Le spectro-imageur Thermal Emission Imaging System (acronyme : THEMIS) réalise une cartographie des ressources géologiques de Mars via une caméra haute définition couplée à un spectromètre travaillant dans l'infrarouge et en lumière visible. Dans l'infrarouge, l'instrument utilise neuf bandes spectrales pour identifier les minéraux tels que les carbonates, les silicates, les hydroxydes, les sulfates, les silices hydrothermaux, les oxydes et les phosphates. Cette approche multispectrale doit en particulier permettre d'identifier les minéraux qui se forment en présence d'eau tout en fournissant le contexte géologique. L'instrument, qui est long de pour de haut et de large, a une masse de et consomme Dossier de presse NASA op. cit. p. 30-31..
Le spectromètre à rayons gamma GRS
Le spectromètre à rayons gamma Gamma Ray Spectrometer (acronyme : GRS) est également utilisé pour déterminer les éléments composant la surface de Mars. La surface de la planète est frappée en permanence par des rayons cosmiques qui sont par nature très énergétiques. Les éléments composant le sol réagissent (processus de spallation) en émettant des neutrons plus ou moins énergétiques. Ces derniers frappent à leur tour des noyaux atomiques en donnant naissance à deux processus : soit le neutron rebondit après avoir communiqué une partie de son énergie au noyau qui la restitue sous forme de rayons gamma soit le neutron est absorbé par le noyau qui devient instable et donc radioactif et qui se désintègre en produisant également des rayons gamma. Dans les deux cas, l'énergie des rayons gamma permet d'identifier le type d'élément (fer, silicium) qui l'a émis. Le spectromètre GRS, en mesurant l'énergie des rayonnements renvoyés par le sol, permet de mesurer l'abondance en éléments de la zone observée et de dresser une carte de la distribution de ceux-ci à la surface de Mars. L'instrument est complété par deux spectromètres à neutrons : le premier est capable de détecter une large gamme de neutrons, tandis que le second est spécialisé dans les neutrons à haute énergie. Ces détecteurs sont utilisés pour mesurer l'abondance des atomes d'hydrogène présents dans le sol martien à une profondeur inférieure à un mètre et d'en déduire l'abondance en glace d'eau. Pour que le détecteur de rayons gamma de l'instrument GRS ne soit pas perturbé par le rayonnement gamma émis par la structure métallique du satellite, il est positionné à l'extrémité d'un mât de qui est déployé à l'issue de la phase de cartographie. Le cristal de germanium au cœur du détecteur doit être exposé au vide pour atteindre la température basse () qui est nécessaire à son fonctionnement. Toutefois, les particules qui le frappent finissent par altérer la structure du cristal et diminuer la résolution spectrale. Cette capacité est restaurée en le portant à durant quelques dizaines d'heures : pour parvenir à cette température, un couvercle positionné sur le réceptacle contenant le cristal est refermé. GRS a une masse de et consomme Dossier de presse NASA op. cit. .
Le détecteur de particules énergétiques MARIE