Le programme Phobos est une mission spatiale inhabitée soviétique constituée de deux sondes spatiales, lancées en 1988, consacrées principalement à l'étude de la planète Mars et de ses deux lunes, Phobos et Déimos. Souffrant d'anomalies critiques, les deux sondes finissent par perdre contact avec la Terre. Seule réussit à se mettre en orbite autour de Mars et à collecter des données, dont d'une résolution supérieure à .
Les missions Phobos ont notamment pour objectif l'observation du Soleil (étude du vent solaire, de l'environnement plasmatique et du champ magnétique), l'étude de la composition de la surface du satellite Phobos et de l'atmosphère de la planète Mars.
Contexte
Retour des soviétiques sur Mars
Durant les années 1970 les États-Unis sont le leader incontesté de l'exploration du système solaire avec ses missions réussies vers Mars (programme Viking 1975-1980), Mercure () et les planètes externes (programme Voyager) tandis que l'Union soviétique doit se contenter des succès de ses missions vers Vénus (programme Venera). Dix ans plus tard la situation est inversée : la NASA est paralysée par les difficultés budgétaires alors que le programme spatial soviétique connait une période faste avec une succession de succès de ses missions vénusiennes (dont le programme Vega), le déploiement de la station spatiale Mir, le développement d'Energuia, concurrent de la Navette spatiale américaine, et un rythme de lancement annuel de spatiaux. Au sein de l'Institut de recherche spatiale de l'Académie des sciences de Russie (IKI), qui pilote le programme soviétique d'exploration du système solaire, les partisans de l'étude de Mars (les "martiens" par opposition aux "vénusiens" partisans de l'étude de Vénus qui l'avaient emporté jusque là) parviennent à convaincre leurs homologues que les missions Vega constituent l'aboutissement de ce qui est techniquement réalisable pour l'étude de Vénus et qu'il est désormais temps de se tourner vers Mars dont ils avaient abandonné l'exploration à la suite d'une succession d'échecs (les derniers étant Mars 6 et 7 en 1973).
Dans la décennie qui suit le programme spatial Viking, l'exploration spatiale de Mars reste au point mort. La NASA (l'agence spatiale américaine) et l'Agence spatiale européenne avaient bien élaboré plusieurs projets ambitieux mais aucun n'avait abouti. Les soviétiques, qui avaient abandonné en 1977 toute idée de réaliser une mission de retour d'échantillons du sol martien, décident de développer une mission d'étude des lunes de Mars. Phobos, qui est la plus grande de ces deux lunes et dont l'orbite est plus proche de Mars, est retenue comme objectif principal. Les soviétiques ne donnent pas d'explication officielle à leur décision d'explorer les lunes de Mars. En interne ce choix stratégique résulte de la décision de réaliser une première en choisissant un objectif délaissé par la NASALes choix du programme spatial scientifique sont encore largement dictés par la volonté de réaliser des premières démontrant la supériorité de la science et de la technique soviétiques.. Certains planétologues américains estiment qu'il s'agit d'une mission d'étude d'astéroïde à bas coût (la théorie en vigueur à l'époque était que les satellites de Mars étaient des astéroïdes capturés par la planète).
Les acteurs du projet
Le programme Phobos est lancé officiellement début 1985. Les acteurs industriels et scientifiques qui participent au projet sont en grande partie les mêmes que ceux du programme Vega dont les deux sondes spatiales étaient à cette date en route vers Vénus. Mais alors que le programme Vega était piloté par l'équipe scientifique de l'Institut de recherche spatiale de l'Académie des sciences de Russie (IKI), la gestion du programme Phobos est confiée au bureau d'études Lavotchkine, concepteur de toutes les sondes spatiales interplanétaires soviétiques. Les deux petits atterrisseurs sont construits respectivement par l'IKI et l'Institut Vernadsky. Les responsables du projet reconduisent l'ouverture particulièrement importante du projet à la coopération internationale initiée avec le programme Vega et qui avait valu à cette mission un succès mondial. Ainsi de nombreux instruments du programme Phobos sont fournis par d'autres pays européens occidentaux et du bloc de l'est : Autriche, Bulgarie, Tchécoslovaquie, Finlande, Allemagne de l'Ouest, Hongrie, Irlande, Pologne, Suisse et Suède. La France, qui a une longue histoire de coopération avec l'Union soviétique est un partenaire particulièrement important. Dans le cadre du projet, les scientifiques américains et soviétiques échangent les données recueillies par leurs missions respectives : les soviétiques fournissent aux américains, qui préparent la mission Magellan à destination de Vénus, les données collectées par leurs sondes spatiales et 16. Les soviétiques reçoivent en échange les données et images de Phobos prises par les missions et Viking de la NASA. La fenêtre de lancement vers Mars, qui s'ouvre en 1988, est retenue ce qui laisse très peu de temps pour mettre au point la mission. A cette époque, les soviétiques créent une agence spatiale, baptisée Glavcosmos, dont la mission est de coordonner le programme spatial scientifique civil et d'organiser la coopération avec les contributeurs des autres pays.
La lune Phobos
Phobos est avec Deimos un des deux satellites de la planète Mars. Ces deux objets célestes sont de forme irrégulière et de petite taille : le diamètre moyen de Phobos est de tandis que celui de Déimos est de . Alors que Déimos orbite autour de Mars à une distance de son centre de (période orbitale de ), Phobos rase la surface de Mars (distance de soit au-dessus de la surface ou 1/ de la distance Terre-Lune) ce qui impose une vitesse orbitale très élevée pour son maintien en orbite (période orbitale de ). Elle devrait d'ailleurs s'écraser à la surface de la planète dans une centaine de millions d'années. Les deux lunes sont fortement influencées par les forces de marée exercées par Mars : elles présentent toujours la même hémisphère tournée vers Mars (rotation synchrone) et elles sont déformées par celles-ci. Leur densité est faible.
Conception de la mission
La conception de la mission Phobos débute cinq ans avant son approbation. Initialement les ingénieurs soviétiques prévoyaient de poser un atterrisseur sur le sol de Phobos. Pour prendre en compte la gravité particulièrement faible de cette lune et sa forme très irrégulière, il est prévu que l'atterrissage repose sur des harpons tirés alors que la sonde spatiale se situe à au-dessus de la surface. Mais devant les difficultés techniques d'un atterrissage sur un corps à la gravité très faible et à la surface très irrégulière ils renoncent à poser l'ensemble de la sonde spatiale à la surface de Phobos, et décident de faire de la sonde spatiale un orbiteur emportant deux petits atterrisseurs. Après de multiples manœuvres permettant à l'engin spatial de survoler Phobos à une distance de 50 à , la sonde spatiale devait au cours d'un de ces passages à basse altitude larguer les atterrisseurs qui devaient collecter des données in situ. Il était prévu qu'au cours de ces survols à basse altitude, deux instruments bombardent la surface avec d'une part un faisceau laser (instrument LIMA-D) et d'autre part un faisceau d'ions (expérience DION). Le nuage de matières soulevé devait être analysé par les spectromètres de masse embarqués sur l'orbiteur.
Une nouvelle plateforme pour la sonde spatiale
L'Union soviétique avait consacré très peu de moyens à l'évolution de la plateforme (bus) de ses engins interplanétaires au cours de la dernière décennie. Néanmoins pour le programme Phobos les ingénieurs soviétiques mettent au point une nouvelle plateforme baptisée UMVL (), qui succède à celle utilisé par les sondes Venera des missions planétaires de 1975-1985 et les missions et en direction de la comète de Halley. UMVL a été conçue pour pouvoir être utilisée pour la série de missions interplanétaires martiennes envisagées pour les années 1990 dont éventuellement sur une mission de retour d'échantillons du sol de Mars ainsi (comme son nom l'indique) pour des missions vers d'autres corps célestes (Vénus et la Lune). Cette cinquième génération de plateforme est notamment caractérisée par l'adoption d'une électronique moderne qui faisait défaut à la génération précédente.
Objectifs
À l'époque la théorie prépondérante concernant l'origine des lunes martiennes est que celles-ci étaient des astéroïdes capturés par la planète Mars. Or l'intérêt de la communauté scientifique pour les astéroïdes, vestiges de la formation du système solaire, s'était considérable accru. Phobos présentait également l'avantage de constituer une destination nécessitant moins d'énergie que la surface de la Lune ou de Mars. Le programme d'exploration planétaire de l'Union soviétique pour les années 1990 était centré sur Mars et une mission vers les lunes de Mars constituait à ce titre une entrée en matière pertinente.
Le programme Phobos avait pour objectif principal l'étude de la surface de Phobos. Les objectifs secondaires étaient l'étude de l'environnement interplanétaire, l'observation du Soleil, la caractérisation de l'environnement plasmatique de Mars ainsi que l'étude de la surface et de l'atmosphère de cette planète.
Caractéristiques techniques
Les sondes spatiales Phobos ont chacune une masse de dont d'instruments. Avec l'étage de fusée ADU, qui est largué lors de l'insertion orbitale autour de Mars, leur masse atteint . Elles sont lancées par une fusée Proton-K. Comme leur masse excède la capacité du lanceur Proton ( pour une mission vers Mars), le lancement s'effectue en deux temps. La sonde spatiale avec son étage de fusée ADU est d'abord placé sur une orbite terrestre haute elliptique culminant à puis cet étage est allumé durant .
Plateforme/bus