Mars Express est une sonde spatiale de l'Agence spatiale européenne (ESA) lancée le pour étudier la planète Mars. Il s'agit de la première mission d'exploration d'une autre planète du système solaire lancée par l'Agence européenne. Sa mission est de recueillir des données sur la surface, l'atmosphère, l'ionosphère et le sous-sol de la planète. La sonde comprend un orbiteur et un petit atterrisseur, Beagle 2, chargé de se poser sur la surface et de déceler d'éventuelles traces de vie.
Mars Express est développée dans un laps de temps relativement court en reprenant en partie l'architecture de la sonde Rosetta tandis que cinq des sept instruments ont été développés pour la sonde russe Mars 96. Elle est lancée le par une fusée Soyouz et se place en orbite autour de Mars le de la même année. Toute trace de Beagle 2 est perdue peu après sa séparation avec la sonde principale.
Mars Express a obtenu de nombreux résultats scientifiques : détermination de la nature des calottes polaires et estimation du volume d'eau stockée, composition de l'atmosphère martienne et interactions de celle-ci avec le vent solaire, observation du cycle saisonnier de l'eau, cartographie tridimensionnelle des reliefs, détection de minéraux hydratés prouvant la présence par le passé d'eau sur de longues périodes à la surface et cartographie des régions concernées, détection de présence d'eau à l'état liquide sous la calotte glaciaire du pôle sud. La mission, d'une durée initiale de , a été prolongée à plusieurs reprises.
Contexte +Principales caractéristiques de Mars Express comparées à celles de Venus Express. Mars Express Venus ExpressMasse au lancement Masse à vide Coût 280 millions € 220 millions €Instruments scientifiques7 7Masse instruments scientifiques Durée de la mission primaire 689 j. 500 j.Volume de données produit0,5-5 gigaoctets/jour La mission spatiale martienne russe Mars 96 est réalisée en 1996 avec une forte participation européenne concrétisée par la réalisation de cinq des instruments scientifiques. La destruction de la sonde spatiale à la suite d'une défaillance de son lanceur Proton est un coup dur pour les scientifiques européens. La Russie, en pleine crise financière, n'a pas les moyens de construire une copie de Mars 96 et il n'est pas envisageable d'embarquer un nombre aussi important d'instruments à bord des missions américaines en développement. Fin 1996, l'agence spatiale française, le CNES, étudie la réalisation d'un orbiteur de petite taille reposant sur l'utilisation de sa plateforme Proteus pour mini-satellite capable d'embarquer environ de charge utile, les cinq expériences scientifiques (spectromètre et expérience d'occultation française, caméra à haute résolution allemande, spectromètre de Fourier italien et spectromètre à ions suédois). Cette mission baptisée est initialement un projet des agences spatiales française et allemande. L'Agence spatiale européenne, influencée par la mise en place des missions d'exploration du système solaire à bas coût de la NASA (programme Discovery) décide de s'en inspirer avec la création des missions "flexi" (flexibles) à petit prix. La réduction des coûts repose sur une structure de management simplifiée, la sélection en amont d'instruments scientifiques déjà existants et la délégation aux industriels de responsabilités plus importantes.
Le coût des missions "flexi" est plafonné à d'euros, mais est réduit à pour la mission martienne car tous les instruments scientifiques sont déjà disponibles. Le projet, baptisé Mars Express, est la première mission spatiale à destination de Mars de l'Agence spatiale européenne. Mars Express doit emporter les cinq instruments de Mars 96 ainsi que deux petits atterrisseurs de . L'un des deux est finalement abandonné au profit d'un radar italo-américain qui doit étudier les couches de glace enfouies dans le sous-sol. Début 1997, le conseil scientifique de l'agence approuve le développement de la mission. À l'issue d'une phase d'étude, le projet est confirmé par ce conseil scientifique en sous réserve que les moyens budgétaires nécessaires ne soient pas obtenus au détriment des autres missions en cours de développement. La fabrication de l'orbiteur est confiée à l'industriel Matra Marconi Space (devenu par la suite Astrium) pour un coût de 60 millions €. En , l'ESA lance un appel d'offres pour la conception de l'atterrisseur. Trois projets sont proposés respectivement par le Royaume-Uni, l'Allemagne et la Russie, la France et la Finlande (NetLander). Au cours de l'été 1998, la proposition britannique est retenue : l'atterrisseur est baptisé Beagle 2 en hommage au navire de Charles Darwin. Le projet Mars Express est définitivement approuvé le avec un objectif de lancement en 2003. À cette date, les positions respectives de la Terre et de Mars permettent de réaliser le transit dans des conditions exceptionnellement favorables qui ne se reproduisent que tous les quelques milliers d'années.
La mission Mars Express Objectifs scientifiques Les objectifs de la mission sont. : dresser une carte en couleur et en relief de la surface de la planète avec une résolution de par pixel et pour des zones choisies de par pixel ; réaliser une carte fournissant la composition minéralogique de la surface avec une résolution de par pixel ; localiser à l'aide d'un radar la présence d'éventuelles poches d'eau ou de glace dans le sous-sol de Mars ; déterminer la composition de l'atmosphère et les processus en jeu : échanges avec la surface, le vent solaire et le milieu interplanétaire ; déterminer le champ de gravité de la planète et les propriétés diélectriques de la surface de la planète ; identifier des traces de vie passées ou présentes (atterrisseur Beagle 2).
Profil de la mission La sonde a été lancée en 2003 pour profiter d'une configuration particulièrement propice qui ne se reproduit que tous les 15 à et qui permet à la sonde de rejoindre Mars en au lieu des 9 à habituels. Cinq jours avant de manœuvrer pour s'insérer en orbite autour de Mars, l'atterrisseur Beagle 2 est largué sur une trajectoire qui doit lui permettre d'effectuer une rentrée atmosphérique dans la planète. La sonde utilise peu après son moteur principal pour s'insérer après plusieurs manœuvres sur une orbite polaire elliptique () d'inclinaison 86°35' qu'elle parcourt en .. Il aurait été préférable que l'orbite soit circulaire pour établir des cartes. Pour cela, il aurait fallu soit embarquer beaucoup plus de carburant avec une augmentation sensible du coût de la mission ou avoir recours à l'aérofreinage mais seule la NASA maitrise cette technique très délicate mise en œuvre par Mars Global Surveyor et Mars Odyssey..
La durée nominale de la mission de l'orbiteur était d'une année martienne, soit terrestres, et elle devrait ainsi prendre fin le . La prolongation de la mission d'une année martienne jusqu'au est prévue dès le départ car un surplus de carburant a été emporté.
L'atterrisseur Beagle 2 doit se poser sur Isidis Planitia, un bassin sédimentaire qui pourrait avoir préservé les traces d'une éventuelle vie. Le lieu d'atterrissage (11,6°N, 90,75°E) a été également choisi car il est situé à une altitude suffisamment basse pour permettre de limiter l'épaisseur de l'isolation thermique nécessaire, donc sa masse, et assez dans une atmosphère assez dense pour que les parachutes le freinent efficacement. Le site n'est pas trop rocheux et comporte peu de dénivelés importants ce qui limite le nombre de rebonds qu'aura à subir Beagle 2 sur ses coussins gonflables (« airbags »). Le tout réduit les risques à l'atterrissage.
Caractéristiques techniques de la sonde spatiale +Ventilation de la masse de Mars Express par composant. Abréviation Composant Masse (kg)Masse sèche 493HRSC Caméra stéréoscopique 21,2PFS Spectromètre infrarouge 33,4OMEGA Spectro-imageur 28,8MARSIS Radar 12ASPERA Analyseur gaz rares et ionisés ?SPICAM Spectromètre ultraviolet et infrarouge 4,9Masse instruments scientifiques 113Atterrisseur 60Ergols 457Masse totale Le corps de la sonde spatiale a la forme d'un parallélépipède de , sur lequel se greffent les différents équipements externes. Sur une de ses faces est placée une antenne parabolique grand gain et sur deux autres, les deux panneaux solaires. La structure est réalisée en nid d'abeille d'aluminium. Sa masse au décollage était de , dont de carburant et pour l'atterrisseur . Le contractant principal de Mars Express est la société EADS Astrium, à Toulouse. Le lancement a été effectué par la société russo-européenne Starsem, chargée de la commercialisation des lanceurs Soyouz.
Énergie électrique L'énergie électrique est fournie par deux panneaux solaires qui se déploient peu après que la coiffe du lanceur Soyouz a été éjectée. Ils ont une surface totale de et fournissent lorsque Mars se trouve à son point le plus éloigné du Soleil. Cette capacité est suffisante pour la consommation de l'instrumentation scientifique et des équipements chargés de maintenir la sonde en état de marche, qui culmine à durant les échanges de données avec la Terre. Les panneaux solaires sont orientables pour maintenir leur surface perpendiculaire aux rayons du Soleil. En parcourant son orbite, la sonde subit périodiquement des éclipses de Soleil d'une durée de , durant lesquelles trois batteries lithium-ion, d'une capacité totale de prennent le relais..
Propulsion Le moteur-fusée principal de Mars Express est utilisé pour placer la sonde sur son orbite martienne. Il consomme des ergols liquides contenus dans deux réservoirs de . Le mélange est mis sous pression grâce à un réservoir d'hélium pressurisé de , et fournit une poussée de . Pour les corrections de trajectoire, la sonde dispose de huit petits moteurs-fusées pouvant délivrer une poussée de , et qui sont fixés aux quatre coins de la plateforme de la sonde. Ils utilisent les mêmes carburants que le moteur principal. En cas de défaillance du propulseur principal, ces petits propulseurs pouvaient également être utilisés pour placer Mars Express en orbite autour de Mars, sans toutefois lui permettre d'atteindre son orbite de travail. Le développement de ces moteurs d'appoint a été réalisé dans le cadre de la mission Cluster.
Contrôle d'attitude Mars Express est stabilisé . Pour ses communications avec les stations sur Terre, la précision du pointage doit être de . Celle-ci est obtenue à l'aide de plusieurs équipements : deux senseurs stellaires, dont les capteurs sont analogues à de petits télescopes, qui permettent de déterminer l'orientation de la sonde en identifiant automatiquement les configurations d'étoiles visibles ; trois gyromètres à fibre optique (un pour chaque axe de la sonde), développés pour la sonde Rosetta et qui déterminent les vitesses de rotation radiales de la sonde ; deux senseurs solaires, également développés pour Rosetta, qui sont utilisés par la sonde pour s'orienter par rapport au Soleil, juste après le lancement et si la sonde subit une désorientation importante. Les petites corrections d'orientation sont effectuées à l'aide de roues de réaction : ces équipements sont utilisés pour contrôler l'orientation lorsque la sonde fait fonctionner ses moteurs ou pour maintenir l'antenne ou les instruments scientifiques pointés vers leur cible tout au long de l'orbite.
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