vignette|upright=1.5|Ravines sur le bord du cratère Newton, par 40,5° S et 201,9° E photographiées dans la région de Terra Sirenum par la caméra MOC de Mars Global Surveyor le Malin Space Science Systems & California Institute of Technology – Mars Global Surveyor's Mars Orbiter Camera – 7 octobre 2002 « MGS MOC Release No. MOC2-320, 7 October 2002 », montrant à droite les ravines issues d'une strate géologique précise qui est nettement visible en pleine résolution..
, également désignée par son sigle MGS, est une mission spatiale développée par le centre JPL de la NASA qui a étudié de 1997 à 2006 l'atmosphère et la surface de la planète Mars en circulant sur une orbite héliosynchrone autour de celle-ci. La sonde spatiale devait répondre aux nombreuses interrogations soulevées par les données collectées dans le cadre du programme Viking lancé auparavant portant sur l'histoire de la planète, la structure de sa surface et de son atmosphère ainsi que sur les processus dynamiques encore à l’œuvre.
L'agence spatiale américaine lance la conception de Mars Global Surveyor en 1994 à la suite de l'échec de la mission martienne Mars Observer. MGS reprend les principaux objectifs de celle-ci, mais, afin de limiter son coût, la sonde spatiale réutilise les instruments et les équipements développés pour Mars Observer. Elle est construite et testée en un temps record puis lancée en . Pour se placer sur son orbite de travail autour de Mars, la sonde spatiale inaugure le recours à l'aérofreinage qui permet de réduire la quantité d'ergols transportée et donc d'abaisser les coûts. Le déploiement incomplet d'un panneau solaire rallonge la phase d'aérofreinage qui s'achève en , soit après la date prévue. La phase de recueil des données scientifiques débute alors et se prolonge jusqu'en établissant un nouveau record de longévité.
Les découvertes réalisées grâce à la mission et les images spectaculaires prises par la caméra contribuent à renouveler l'intérêt des scientifiques mais également du grand public pour la planète Mars. L'altimètre laser de MGS dresse la première carte topographique de la planète mettant en évidence les différences spectaculaires entre les hémisphères nord et sud. Le spectromètre infrarouge TES découvre des régions où abonde l'hématite grise qui pourrait signaler la présence d'eau dans le passé et qui, à ce titre, fera l'objet d'investigations poussées par les missions spatiales suivantes. Le magnétomètre détecte un magnétisme rémanent présent dans la croute de certaines régions qui constitue sans doute le vestige d'un champ magnétique qui s'est éteint il y a d'années. Enfin, la caméra MOC fournit des images haute définition qui démontrent la complexité des paysages martiens, permettent de découvrir de nombreuses formations originales comme les traînées noires, les ravines associées potentiellement à la présence d'eau dans un passé lointain ou non, et plus généralement contribuent à reconstituer l'histoire de la planète.
Contexte : le retour de la NASA sur Mars Bilan du programme Viking
Les observations effectuées par les deux orbiteurs et les deux atterrisseurs du programme Viking lancés par la NASA en 1976 pour étudier Mars avaient démontré que l'histoire de cette planète était complexe sur les plans géologique et climatique et que le climat comme l'environnement continuaient à évoluer. Les sondes Viking avaient finalement soulevé autant de questions qu'elles en avaient résolues : quelle était l'origine et l'histoire des formations de surface découvertes depuis l'orbite et attribuées sans certitude à l'action d'anciens cours d'eau ou de lacs ? Comment la dichotomie manifeste entre hémisphère sud et nord s'expliquait-elle ? Quelle était la distribution des minéraux à sa surface et y trouvait-on des traces de la présence d'eau ? De quels matériaux étaient composées les calottes polaires et comment celles-ci évoluaient-elles ? Comment fonctionnait la circulation atmosphérique de Mars. Dès le début des années 1980, il était devenu clair pour les planétologues que, pour répondre à ces questions, la prochaine mission d'exploration de Mars devait être un orbiteur circulant sur une orbite héliosynchrone durant une année martienne complète et disposant d'une suite d'instruments permettant de recueillir des données à la fois sur l'atmosphère, la surface et la structure interne.
Échec de la mission Mars Observer
Il faut attendre dix-sept ans pour que soit lancée une mission martienne chargée de répondre aux questions soulevées par le programme Viking : Mars Observer est conçu initialement comme une mission à bas coût grâce au recours à une plateforme de satellite commercial et à une conception modulaire permettant une intégration simple des instruments scientifiques. Mais peu après le démarrage des développements qui intervient en 1984, les coûts s'envolent : le budget initial de de dollars atteint finalement de dollars ( de dollars selon une autre source) en incluant le lanceur. Ce dérapage du budget est notamment dû aux modifications apportées par le JPL, gestionnaire du projet, qui a renoncé progressivement au concept de départ reposant sur la simplicité et le recours à des composants disponibles.Le coût de réalisation de la caméra MOC, évalué à 5-6 millions, atteint finalement 23,7 millions de dollars. 40 % du surcoût est attribué à des modifications apportées au cahier des charges ou dans les procédures à l'initiative du centre JPL ou de la NASA, 25 % aux problèmes rencontrés en cours de développement, 20 % au manque d'expérience ou aux incompréhensions et 15 % à une augmentation des performances().. Mars Observer est lancée le mais trois jours avant l’insertion sur son orbite martienne, le , le contact avec la sonde spatiale est définitivement perdu, sans doute à la suite d'une fuite des ergols ayant entraîné une perte du contrôle d'attitude..
+La série noire des missions martiennes des années 1980 et 1990Mission Date de lancement Type Agence spatiale RésultatProgramme Viking 1975 2 orbiteurs et 2 atterrisseurs - NASA SuccèsDernière mission scientifique réussie avant MGSProgramme Phobos 1988 2 orbiteurs et 2 atterrisseurs lunaires (1)Mars Observer1992 Orbiteur - NASA Mars Global Surveyor 1996 Orbiteur - NASA SuccèsMars 961996 1 orbiteur et 2 atterrisseurs - Roscosmos Mars Pathfinder1996 Atterrisseur(2) - NASA SuccèsNozomi 1998 Orbiteur - ISAS Mars Climate Orbiter1999 Orbiteur - NASA Mars Polar Lander1999 Atterrisseur - NASA (1)Phobos 2 a réussi à s'insérer en orbite mais est tombé en panne avant d'avoir rempli ses objectifs principaux(2)Mission essentiellement technologique et non scientifique
Révision de la stratégie de la NASA
Mars Observer était la sonde spatiale la plus coûteuse lancée jusque-là par la NASA. L'échec de cette mission entraîne une révision complète de la stratégie américaine d’exploration du Système solaire. L'agence décide de lancer désormais des sondes spatiales moins sophistiquées mais à budget réduit : 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 Discovery. Un programme d'exploration martien ambitieux est mis en place en appliquant ce nouveau dogme : 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 une orbite martienne, et une autre de type atterrisseur, chargée de se poser sur le sol martien pour y recueillir des données scientifiques. Les objectifs assignés initialement à la sonde Mars Observer perdue en vol, sont répartis entre les orbiteurs beaucoup plus légers du nouveau programme : des copies des instruments scientifiques développés pour Mars Observer seront donc embarqués sur ces nouvelles sondes..
Développement de Mars Global Surveyor vignette|Macaron de la mission.
La NASA confie au JPL le soin de mener à bien le programme martien refondu baptisé en référence au programme Surveyor dont les atterrisseurs avaient joué le rôle d'éclaireur pour les missions du programme Apollo. En , l'agence spatiale demande au Congrès un budget de de dollars pour lancer le développement des premières sondes spatiales. Mars Global Surveyor (que l'on peut traduire par « Inspecteur général de Mars »), en abrégé MGS, est le premier engin de la série. Son lancement est prévu en 1996. Il doit être suivi par des paires d'orbiteur/atterrisseur lancés tous les deux ans (1998...). Le budget annuel prévisionnel du programme est de de dollars auxquels s'ajoutent pour les opérations. Après une phase de sélection extrêmement courte de deux mois, le JPL annonce en qu'il confie la construction de la sonde spatiale à l'établissement de Denver (Colorado) de la société Lockheed Martin qui était déjà le constructeur de Mars Observer. La durée du développement de MGS () est une des plus courtes du programme spatial américain. Pour limiter les coûts, la sonde spatiale embarque des instruments scientifiques et des équipements identiques à ceux développés pour Mars Observer. Ainsi la caméra MOC est construite en grande partie à partir de pièces détachées de rechange de l'instrument originel. Alors que son développement pour la première mission avait coûté de dollars, la réalisation de sa copie pour MGS ne revient qu'à de dollars. Les responsables de la mission choisissent d'utiliser l'aérofreinage pour l'insertion en orbite autour de Mars. Cette technique, mise en œuvre pour la première fois de manière non expérimentale, permet de réduire la masse des ergols emportés et donc finalement le coût, car la mise en orbite exige un lanceur moins puissant.
Objectifs
250px|Cratère Airy-0
Mars Global Surveyor est une mission d'étude de Mars chargée de collecter des données sur l'ensemble de la planète depuis sa couche atmosphérique supérieure (l'ionosphère) jusqu'à sa structure interne..
La mission contribue à atteindre les quatre objectifs scientifiques du programme martien que la NASA s'est fixés à l'époque : 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..
Pour contribuer à ces objectifs généraux, la mission doit. : caractériser les structures géologiques de surface et identifier les processus géologiques à l’œuvre ; déterminer la composition, la distribution et les caractéristiques physiques des minéraux, roches et glaces présents en surface ; déterminer la topographie globale de la planète, sa forme et son champ gravitationnel ; étudier la météorologie martienne et la structure thermique de son atmosphère ; étudier les interactions entre la surface de Mars et son atmosphère en observant les mouvements de retrait ou d'expansion des calottes polaires liés au cycle des saisons.
La mission de MGS ayant été prolongée à plusieurs reprises, plusieurs objectifs ont été ajoutés après le lancement : poursuivre les observations météorologiques de manière à ne pas créer de discontinuité dans les relevés jusqu'à l'arrivée de la sonde spatiale Mars Reconnaissance Orbiter en ; prendre des photos des futurs sites d’atterrissage de Phoenix et de Mars Science Laboratory ; observer et analyser les sites intéressants sur le plan scientifique tels que les affleurements sédimentaires ; continuer à surveiller les changements en surface : phénomènes météorologiques et cycle des calottes polaires.
Mars Global Surveyor doit également assister les autres missions martiennes de la NASA en fournissant des données sur l'atmosphère aux orbiteurs de ce programme durant leurs opérations d'aérofreinage et en jouant le rôle de relais entre d'une part les atterrisseurs et rovers posés sur le sol de Mars et d'autre part la Terre.
Architecture de la mission
Orbite héliosynchrone