Schiaparelli ou ExoMars EDM (EDM pour ) est un atterrisseur expérimental développé par l'Agence spatiale européenne (ESA), qui s'est écrasé à l'atterrissage sur la planète Mars le , en raison de l'échec de la procédure de freinage. La mission de Schiaparelli devait permettre de valider les techniques de rentrée atmosphérique et d'atterrissage qui seront mises en œuvre par de futures missions martiennes européennes. L'engin spatial est développé dans le cadre du programme ExoMars de l'ESA, avec la participation de l'agence spatiale russe Roscosmos.
Schiaparelli est lancé le par une fusée russe Proton avec l'orbiteur martien , qui assure son transport jusqu'à proximité de Mars. Le , il entame sa descente vers le sol martien mais tout contact est perdu peu après le largage du bouclier thermique et une trentaine de secondes avant l'atterrissage. L'orbiteur de la NASA MRO parvient à photographier les traces de l'impact de Schiaparelli qui s'est écrasé à quelques kilomètres du centre de la zone d'atterrissage prévue.
L'engin spatial d'une masse totale de utilisait un véhicule de descente équipé d'un bouclier thermique le protégeant de la chaleur générée par la rentrée atmosphérique à grande vitesse, d'un parachute déployé une fois la vitesse tombée à , et enfin, de moteurs-fusées à ergols liquides qui devaient lui permettre de se poser en douceur. Il emportait également une petite charge utile scientifique, mais sa durée de vie prévue sur le sol martien était limitée par la capacité de ses batteries qui n'étaient pas rechargeables.
Contexte
Le programme Aurora
Au début des années 2000, un projet d'astromobile martien européen ExoMars est mis à l'étude. 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 ExoMars.
Définition de la charge utile : abandon de la suite instrumentale Humboldt (GEP)
ExoMars EDM est un atterrisseur fixe prévu à l'origine pour transporter un groupe de onze instruments dénommés collectivement « ensemble instrumental Humboldt » ., anciennement « GEP » (, soit charge utile géophysique et environnementale) - ASE, ., qui serait consacré à l'étude géophysique de l'intérieur profond de la planète. Mais au premier trimestre 2009, une revue de confirmation de la charge utile a entraîné la réévaluation du nombre d'instruments de l'atterrisseur et la suite Humboldt a été annulée. : le maître d'œuvre industriel ne pouvant pas converger sur une solution technique, cette suite d'instruments ne sera finalement pas embarquée.. Cette suite d'instruments fixes, dédiés à la géophysique interne et à l'étude de l'environnement, devait mesurer des propriétés géophysiques de première importance pour comprendre Mars et son habitabilité à long terme, telles que l'activité sismique, tectonique et volcanique, et la mesure du flux de chaleur interne. Cet ensemble instrumental devait également s'intéresser au rayonnement ultraviolet, à l'étude de la poussière, de l'humidité et comprendre un bras météorologique. Il devait être capable de survivre plusieurs années sur Mars, afin de mesurer des variations à long terme de l'environnement, et permettre d'initier un futur réseau de stations scientifiques à la surface de Mars.
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 prévoit le développement de 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 ; ExoMars EDM ; le rover ExoMars est un astromobile 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 astromobile 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'échantillon sur Terre qui reste à définir.
La seconde partie du programme, baptisée ExoMars 2018, devait être lancée en 2018 par une unique fusée et comprendre le lancement des deux astromobiles qui devront effectuer l'atterrissage en partageant le même module de descente. Le constructeur franco-italien a été retenu pour la construction d'ExoMars TGO et d'ExoMars EDM..
Mais en 2011, la NASA subit à la fois des restrictions budgétaires liées à la crise économique en cours et un énorme dépassement de son projet de télescope spatial James-Webb. Pour faire face à ses problèmes de financement, l'agence spatiale américaine se dégage d'abord en partie du programme Exomars, avant d'abandonner complètement sa participation.
Nouveau partenariat avec Roscosmos
L'ESA ne pouvant supporter seule le coût du programme, elle fait appel à l'agence spatiale russe Roscosmos, qui vient de subir l'échec de sa sonde spatiale martienne Phobos-Grunt. En , l'ESA officialise son partenariat avec Roscosmos. Les termes de l'accord prévoient que l'agence spatiale russe fournisse des fusées Proton pour les lancements de 2016 et 2018. En , l'atterrisseur est baptisé Schiaparelli, en l'honneur de l'astronome italien Giovanni Schiaparelli auteur d'une première cartographie de la planète Mars..
Objectif de la mission : la mise au point des techniques d'atterrissage sur Mars
L'un des principaux objectifs assignés aux missions spatiales à destination de la planète Mars est la recherche de traces de vie passée ou actuelle. L'approche la plus pertinente pour cette recherche est d'effectuer des investigations sur le sol martien. Mais la réalisation d'un atterrissage contrôlé sur la planète rouge est un exercice difficile, comme l'ont prouvé les nombreux échecs de missions martiennes. L'Agence spatiale européenne, qui n'a jusqu'à présent jamais posé une mission sur le sol martien, veut acquérir cette expertise à l'aide de ExoMars EDM. Cet engin doit permettre de valider les différentes techniques mises en œuvre durant la rentrée atmosphérique, la descente puis l'atterrissage.. Les solutions et dispositifs techniques testés sont les suivants. : le bouclier thermique ablatif réalisé en liège Norcoat (mélange de résine et de liège) ; celui-ci doit résister à une température de ; des capteurs (groupes d'instruments COMARS+), qui doivent permettre de déterminer comment se comporte la surface externe du module Schiaparelli durant la rentrée atmosphérique ; un parachute à fentes de de diamètre, chargé de ralentir le module dans l'atmosphère de Mars ; une caméra embarquée (DECA) qui, après l'éjection du bouclier thermique, doit prendre des images de la descente et de l'atterrissage ; un appareil enregistreur de vitesse et un altimètre utilisant un radar Doppler doivent déterminer la vitesse et l'altitude du module afin de moduler la poussée des rétrofusées jusqu'à ce que Schiaparelli soit à une altitude de .
+ Comparaison des performances des différents atterrisseurs martiens.. Caractéristiques Schiaparelli (2016) Viking (1975) (1996) MER (2003) MSL (2011) Masse au début de la rentrée atmosphérique Masse à l'atterrissage Masse du rover - - Contrôle durant la rentrée atmosphérique Non Orientation uniquement Non Non Angle d'attaque Ratio portance/trainée ? 0,18 0 0 0,22 Diamètre du parachute Vitesse à l'ouverture du parachute Mach 1,4 Mach 1,1 Mach 1,57 Mach 1,77 Mach 2 Vitesse verticale et horizontale à l'atterrissage Vv < Vv < Vh < Vv < Vh < Vv < Vh < Vv < Vh < Méthode d'atterrissage Rétrofusées Rétrofusées Coussins gonflables Coussins gonflables Grutage Précision de l'atterrissage
Caractéristiques techniques du module Schiaparelli
ExoMars EDM a la forme d'une soucoupe d'un diamètre de ( sans le bouclier thermique) d'une masse totale de . Son arrivée sur Mars est programmée pour la saison des tempêtes et il est conçu pour y faire face. Il comprend un bouclier thermique avant, un bouclier arrière, un parachute, un ensemble de moteurs-fusées destinés à assurer le freinage final, un radar altimètre Doppler. Un ensemble de capteurs doit effectuer des mesures durant la descente qui sont transmises vers la Terre pour permettre de contrôler le comportement de l'atterrisseur. Celui-ci ne dispose pas de panneaux solaires et a une durée de vie limitée à huit sols (jours martiens) en raison de la capacité de ses batteries. ExoMars EDM emporte une petite charge utile qui doit permettre d'étudier son environnement après l'atterrissage. La partie de la sonde qui se pose sur le sol martien ne pèse plus que à l'atterrissage après séparation des bouclier et du parachute, et compte tenu de la consommation de carburant.
Le bouclier arrière en forme de cône avec un angle de 47° est réalisé en nid d'abeilles d'aluminium de d'épaisseur, et est recouvert d'une peau en carbone de d'épaisseur avec des renforts atteignant . Le bouclier avant a la forme d'un cône beaucoup plus ouvert (70°) ; réalisé en nid d'abeilles de d'épaisseur, il est recouvert d'une peau de carbone. L'isolant thermique est constitué par des tuiles en matériau ablatif utilisant du Norcoat Liège, une poudre de liège et de résine phénolique utilisée pour et ARD. Son épaisseur est au maximum de sur le bouclier avant, et elle va de sur le bouclier arrière. Il est conçu pour résister à un flux de .
Le bouclier thermique est équipé d'une batterie de capteurs qui doivent permettre de reconstituer le déroulement des opérations : surveillance du comportement de la structure par des capteurs thermiques, des thermistors (sept sur le bouclier avant, trois sur le bouclier arrière) ; mesure de la performance aérodynamique et de la densité atmosphérique à l'aide de capteurs de pression (quatre sur le bouclier avant) ; contrôle des flux thermiques par des calorimètres et un radiomètre sur le bouclier arrière ; contrôle des sous-systèmes : accéléromètres permettant de mesurer l'impact à l'atterrissage, jauges de contrainte sur les sustentes du parachute, capteurs de pression et de température sur les conduites de carburant ; contrôle visuel (sous réserve) : caméra filmant les événements cruciaux comme la séparation et le déploiement du parachute.
Le parachute, qui est déployé grâce à un mortier alors que le module de descente se déplace à la vitesse de , a un diamètre de douze mètres ; il comporte une fente. Il constitue une évolution de l'engin mis au point pour la sonde Huygens. La propulsion, utilisée durant la dernière phase de la descente pour ralentir l'atterrisseur, est assurée par neuf moteurs-fusées de type CHT-400 regroupés par groupes de trois. Chaque moteur a une poussée unitaire de et brûle de l'hydrazine stockée dans trois réservoirs d'une capacité maximum de . Le carburant est mis sous pression par de l'hélium et est injecté à dans les chambres de combustion.
L'électronique embarquée comprend deux centrales à inertie, un radar altimètre Doppler permettant de connaître à la fois la vitesse et la distance du sol, un senseur solaire utilisé immédiatement après la séparation avec ExoMars TGO pour déterminer l'orientation du module de descente, deux ordinateurs de bord et quatre antennes. Ces équipements sont installés sur une plateforme qui comporte une structure qui absorbe le choc de l'atterrissage en s'écrasant. Une antenne est installée sur le bouclier arrière, qui est fonctionnelle pendant le début de la rentrée atmosphérique. L'électronique assure le guidage et permet de connaître l'altitude de l'engin avec une précision de à l'atterrissage. Au moment où les propulseurs sont coupés juste avant l'atterrissage, la vitesse horizontale est inférieure ou égale à un mètre par seconde, et la vitesse verticale est inférieure à deux mètres par seconde.