(TGO) est une sonde interplanétaire développée par l'Agence spatiale européenne, placée en orbite autour de la planète Mars pour étudier la présence et l'origine des gaz présents dans l'atmosphère martienne à l'état de trace, notamment le méthane dont elle doit tenter de déterminer s'il est d'origine biologique. La sonde spatiale a été lancée le par une fusée russe Proton. Après s'être insérée en orbite autour de Mars le , la mission doit utiliser la technique de l'aérofreinage durant avant d'entamer la phase scientifique de la mission qui doit s'achever en 2022.

La sonde spatiale d'une masse de plus de quatre tonnes transporte une charge utile de comprenant quatre groupes d'instruments (spectromètres, caméras, détecteurs de neutrons) et l'atterrisseur expérimental européen Schiaparelli qu'elle a largué à proximité de Mars. Celui-ci devait se poser sur Mars et permettre ainsi de valider les techniques de rentrée atmosphérique et d'atterrissage sur cette planète. L'agence spatiale russe Roscosmos participe à la mission en fournissant une partie de l'instrumentation scientifique en contrepartie de la prise en charge du lancement. fait partie du programme européen Exomars et doit, à ce titre, également servir de relais de télécommunications entre la Terre et les engins européens de ce programme qui doivent se poser sur le sol martien.

Contexte Au début des années 2000, un projet d'astromobile martien ExoMars est mis à l'étude par l'Agence spatiale européenne. Ce projet ambitieux est repoussé à plusieurs reprises car il nécessite à la fois des moyens financiers importants et la maitrise des techniques d'atterrissage sur Mars. Il est inscrit en 2005 comme mission majeure () du programme Aurora.

Échec du partenariat avec la NASA En , la NASA et l'Agence spatiale européenne associent leurs projets d'exploration de la planète Mars dans le cadre de l'Initiative conjointe d'exploration de Mars. La première matérialisation de cet accord est le programme ExoMars qui regroupe désormais quatre engins spatiaux : (TGO) est un orbiteur sous la responsabilité de l'ESA qui a pour mission primaire d'identifier l'origine du méthane et d'autres gaz rares présents dans l'atmosphère martienne. Il doit également servir de relais de télécommunications entre la Terre et le sol martien. Les instruments scientifiques sont fournis en partie par les laboratoires américains ; ExoMars EDM est un atterrisseur de l'ESA qui doit permettre à celle-ci de valider les techniques de rentrée atmosphérique et d'atterrissage sur Mars en vue de l'envoi d'un rover ; est un rover européen qui doit rechercher la présence de vie sur Mars et étudier la surface de la planète pour y détecter des indices de présence d'eau ; MAX-C est un rover développé par la NASA qui doit pouvoir rechercher des indices de la vie, prélever des carottes dans le sous-sol martien et les stocker pour une future mission de retour d'échantillons sur Terre qui reste à définir. Les engins ExoMars TGO et ExoEDM doivent être lancés ensemble début 2016 tandis que les deux rovers sont lancés en 2018 en utilisant le système d'atterrissage américain. Les lanceurs sont également fournis par la NASA.

Mais en 2011/2012, la NASA soumise à une pression budgétaire importante se retire du programme après avoir proposé dans un premier temps d'en diminuer les coûts en fusionnant les deux projets de rover.

Nouveau partenariat avec l'agence spatiale russe Roscosmos Pour faire face à ses contraintes budgétaires qui ne lui permettent pas de mener seule les missions planifiées, l'ESA se tourne vers l'agence spatiale russe Roscosmos qui accepte d'intégrer le programme ExoMars. Selon les termes d'un accord conclu en , l'agence spatiale russe fournit les deux lanceurs Proton nécessaires, une partie de l'instrumentation scientifique de TGO ainsi que le véhicule de rentrée et de descente qui doit poser le rover européen sur le sol martien. Les modifications structurelles introduites par ce changement tardif de partenaire rendent l'échéance du premier lancement (TGO et EDM) qui doit avoir lieu en difficile à tenir. Après des discussions menées avec les industriels concernés, les responsables de l'agence spatiale européenne décident de maintenir le calendrier initial. En , l'ESA passe commande à l'établissement italien du constructeur des engins ExoMars TGO et ExoMars EDM..

Objectifs Étude de l’atmosphère de Mars

thumb|upright=2|Les différentes hypothèses sur la genèse et le lieu de stockage du méthane détecté dans l'atmosphère de Mars.

La mission principale de l'orbiteur ExoMars TGO porte sur l'étude de l'atmosphère de Mars. Des observations récentes réalisées par des orbiteurs martiens ainsi que depuis des observatoires terrestres ont indiqué la présence de méthane dans l'atmosphère martienne avec des variations dans le temps de la concentration de ce gaz. Les modèles actuels ne permettent pas d'expliquer la présence de méthane et les rapides changements de sa concentration sur le plan spatial et temporel. L'apparition du méthane comme sa disparition ne sont pas expliquées. Ces observations soulèvent les questions suivantes : s'agit il d'une manifestation d'une activité souterraine : y a-t-il des réservoirs de glace en surface ou proches de la surface (en particulier dans la glace) ? Où sont ces réservoirs ? ; quelle est l'origine de ce gaz : géochimique ou biochimique ? : existe-t-il d'autres traces de gaz ? Quels sont les ratios des isotopes ? ; quels sont les processus qui contrôlent le cycle de vie de ces gaz ? : échelle de temps des emplacements, des activations et des modifications : phénomènes saisonniers, annuels, épisodiques, long terme, rôle de la géochimie hétérogène, interaction entre la surface et l'atmosphère.

Ces questions débouchent sur les objectifs assignés à la mission ExoMars TGO. : identifier les gaz et isotopes présents sous forme de trace dans l'atmosphère martienne ; définir les variations spatiales et temporelles de la distribution du méthane et si possible des gaz les plus importants ainsi que des molécules à l'origine de ces gaz (…) ; localiser les sources du méthane et des principaux gaz et leurs interactions dont celles avec les aérosols et de quelle manière ces processus sont modifiés par l'état de l'atmosphère (température, distribution des principales sources de gaz comme l'eau) ; prendre des photos des formations de surface qui peuvent être liées aux sources de gaz.

Objectifs complémentaires Les objectifs complémentaires d’ExoMars TGO sont les suivants : transporter l'atterrisseur Schiaparelli jusqu'à Mars ; assurer avec les autres orbiteurs en activité autour de Mars le rôle de relais de télécommunications entre Schiaparelli et la Terre ; remplir le même rôle pour le rover ExoMars à compter de 2018 ainsi que pour les autres engins spatiaux présents à la surface de Mars. vignette|upright=2.5|centre|Comparaison des tailles d'ExoMars TGO et de la sonde européenne Mars Express (à droite).

Caractéristiques techniques est composée d'une plateforme qui fournit les services nécessaires au fonctionnement de la sonde spatiale (guidage, télécommunications, énergie, orientation…), d'une charge utile composée de quatre suites instrumentales. Par ailleurs, la sonde spatiale transporte jusqu'à proximité de Mars l'atterrisseur Schiaparelli.

Plateforme +ExoMars TGO comparée aux missions similaires Caractéristique TGO Mars Express MAVENMasse totale ¹ ¹ Masse instruments scientifiques ¹ Masse ergols (%) (67 %) (43 %) (65 %)Puissance électrique OrbiteAltitudeInclinaison orbitale Orbite basse 74° Orbite haute × 86,3° Orbite haute × 75°¹Atterrisseur non compris

La plateforme d'ExoMars TGO est fournie par OHB-System (structure, système de propulsion, protection thermique, câblage électrique central). et complétée avec des composants du bus Spacebus développé par pour ses satellites de télécommunications géostationnaires. La structure centrale est un cylindre d'un diamètre de . La propulsion principale est assurée par un moteur-fusée biergol Leros1b de de poussée qui consomme un mélange hypergolique d'hydrazine et de peroxyde d'azote. Six propulseurs monergol de de poussée sont chargés d'effectuer des corrections de trajectoire demandant un delta-v modéré et de contrôler l'orientation du satellite durant les moments critiques en particulier durant les phases d'aérofreinage et juste avant la libération de l'atterrisseur. L'énergie électrique est fournie par des panneaux solaires d'une superficie de produisant au niveau de l'orbite de Mars. Les panneaux sont orientables avec de liberté. L'énergie est stockée dans deux batteries lithium-ion d'une capacité de permettant d'alimenter le satellite durant les phases d'éclipse. Lorsque les instruments scientifiques fonctionnent, le contrôle d'attitude|contrôle de l'orientation est pris en charge par les seules roues de réaction ayant un couple de .

Les télécommunications sont prises en charge par deux transpondeurs d'une puissance de en bande X et bande Ka (secours) utilisant une antenne à grand gain de de diamètre. TGO possède par ailleurs trois antennes faible gain et deux transpondeurs pour les liaisons de proximité en bande UHF avec les rovers se trouvant à la surface de Mars. L'orbiteur a une masse à vide de dont de charge utile. ExoMars TGO transporte l'atterrisseur ExoMars EDM qui représente une masse d'environ . Le carburant nécessaire aux différentes manœuvres représente une masse de . Compte tenu de la capacité du lanceur qui peut placer sur une trajectoire de transit vers Mars , l'orbiteur peut stocker dans ses réservoirs jusqu'à de carburant..

vignette|center|600px|Maquette d'.

Instrumentation scientifique ExoMars TGO embarque plusieurs instruments scientifiques dont certains sont fournis par la Russie. En , le seul instrument connu est le spectromètre ultraviolet NOMAD qui fonctionne dans les bandes . Il doit détecter les gaz et les isotopes présents dans l'atmosphère. L'instrument est très proche de celui embarqué sur la sonde Venus Express.

+ Les quatre groupes d'instruments scientifiques de TGO Instrument Type instrument Objectifs Principales caractéristiques Responsable scientifique Pays participant Masse Consommation NOMAD SO : spectromètre infrarouge Profil vertical des composants présents dans l'atmosphère Longueurs d'onde : Résolution spectrale : ? A.C. Vandaele () . kg wattsLNO : spectromètre infra-rougeProfil vertical des composants présents dans l'atmosphère, glaces et gelées au sol Longueurs d'onde : Résolution spectrale : ?UVIS : spectromètre ultraviolet/visible Détection de la présence dans l'atmosphère de l'ozone, de l'acide sulfurique et des aérosols Longueurs d'onde : Résolution spectrale : ? ACS NIR : spectromètre à filtre acousto-optique accordable Profils verticaux de température et de densité , et , ratios isotopiques, recherche de nouvelles molécules organiques… Longueurs d'onde : proche infrarouge Résolution spectrale : ? O. Korablev () . kg wattsMIR : spectromètre à filtre acousto-optique accordable NIR Longueurs d'onde : moyen infra-rouge Résolution spectrale : ?TIR : spectromètre FourierProfil thermique de l'atmosphère, contrôle de la poussière et des nuages de condensation, carte de distribution du méthane… Longueurs d'onde : infrarouge thermique Résolution spectrale : ? CaSSIS Imageur Images des portions de surfaces sources potentielles des gaz détectés, détection des processus dynamiques en surface, recherche de zones d'atterrissage pour le rover ExoMars Longueurs d'onde : Panchromatique (), Infrarouge (), proche infrarouge (), bleu-vert () Résolution optique : Fauchée : de libertéImages en relief N. Thomas () kg watts FREND Détecteur de neutrons Concentration en hydrogène dans la couche superficielle de la surface de Mars Énergie des neutrons détectés : - et - I. Mitrofanov () kg watts

Spectromètres NOMAD