Simulation de retour d'échantillons martiens : préparer notre pays pour l'avenir

Simulation de mission sur Mars : Panorama post-atterrissage

Y a-t-il déjà eu de la vie ailleurs dans le système solaire? Peut-être sur Mars?

Des scientifiques du monde entier essaient actuellement de trouver un moyen de le savoir. On sait qu'on peut parfois trouver sur Terre des traces d'anciennes formes de vie dans certains types de roches. Peut-être alors qu'une des meilleures façons de savoir s'il y a déjà eu de la vie sur Mars serait d'examiner des roches similaires sur cette planète.

Toutefois, les instruments miniaturisés utilisés dans les missions spatiales auront toujours des capacités inférieures à celles des laboratoires sur Terre. Voilà ce qui explique notre volonté de rapporter des échantillons sur Terre pour les analyser. Mais pour pouvoir rapporter ces échantillons, il faut tout d'abord faire des essais et déterminer la meilleure façon de les choisir et de les prélever.

Du 31 octobre au 18 novembre 2016, l'Agence spatiale canadienne (ASC) dirige une simulation de retour d'échantillons martiens dans le désert de l'Utah où se dérouleront ces essais déterminants. De nombreux collaborateurs du milieu universitaire, de l'industrie et des agences spatiales du monde entier y participeront.

Pourquoi en Utah?

L'Utah a été choisi parce que ses caractéristiques géologiques ressemblent beaucoup à celles de Mars. Le site des essais est le lit d'un ancien cours d'eau, ce qui s'apparente à ce qui a été observé sur Mars. Des traces d'anciennes formes de vie pourraient avoir été préservées dans le lit d'anciens cours d'eau. Grâce à la mission analogue, les scientifiques pourront mieux comprendre comment effectuer ce genre d'exploration avec un rover et essayer diverses façons d'explorer le plus efficacement possible.

Le saviez-vous?

Une mission de retour d'échantillons martiens devrait normalement comporter trois phases :

  1. la sélection et le prélèvement des échantillons : un rover sélectionne et prélève des échantillons d'un site précis, où il les laisse;
  2. la récupération et le transfert des échantillons : un autre rover irait récupérer les échantillons pour les transférer à une fusée (un véhicule d'ascension);
  3. le retour des échantillons : la fusée est lancée en orbite où les échantillons seraient transférés dans un autre engin spatial destiné à les rapporter sur Terre.

Au cours de la simulation, deux phases seront mises à l'essai.

La simulation

Sélection et prélèvement des échantillons

Objectif : Apprendre comment trouver les meilleurs échantillons

Date : 31 octobre au 10 novembre 2016

Une équipe scientifique travaillera avec l'ASC depuis un centre des opérations scientifiques se trouvant à l'Université Western, à London (Ontario). Ils utiliseront le rover scientifique d'exploration martienne (MESR) de l'ASC pour élaborer un plan scientifique qui a pour but de trouver et caractériser des roches qui pourraient porter des traces de formes de vie. Les échantillons sélectionnés (des « carottes ») seront alors prélevés avec une foreuse.

Comme dans le cadre d'une véritable mission sur Mars, l'équipe scientifique devra composer avec les contraintes du MESR quant à la collecte et au transfert des données et à son autonomie (capacité énergétique), tout en respectant la fenêtre de communication limitée avec le rover. Par ailleurs, les membres de l'équipe devront concilier des priorités scientifiques divergentes et se réunir pour trouver des solutions aux imprévus, mais ils vivront aussi l'euphorie de la réussite lorsqu'ils prélèveront leurs premiers échantillons.

À la fin de chaque journée, les étudiants transmettront le plan scientifique qu'ils auront prévu pour le lendemain à l'équipe de l'ASC aux commandes du rover, au siège social de l'ASC à Saint-Hubert (Québec), qui veillera tout d'abord à ce qu'il soit réalisable. Le lendemain, une fois toutes les vérifications faites, l'ASC transmettra les commandes aux rover au moyen d'une liaison satellite.

Cette simulation est une excellente façon de former la prochaine génération d'explorateurs planétaires du Canada dans l'un des environnements d'« exploration planétaire » les plus réalistes qui se trouvent sur Terre.

Récupération et transfert des échantillons

Objectif : Démontrer de nouvelles technologies destinées à la manipulation des échantillons et améliorer le savoir-faire à cet égard

Date : 11 au 18 novembre 2016

Pendant cette phase de la mission, l'ASC fera l'essai et la démonstration de nouvelles technologies. Par exemple, le bras manipulateur avec pinces articulées du MESR est utilisé pour prendre les carottes prélevées à la première phase de la mission. Elles seront stockées dans des contenants situés sur le devant du rover. Les échantillons seront ensuite transférés du MESR à une maquette de fusée – un véhicule d'ascension pour quitter Mars (MAV) – en vue de leur retour. Cette phase de la mission prend fin lorsque les échantillons sont placés dans le MAV. Dans une véritable mission sur Mars, cette fusée serait lancée en orbite où les échantillons seraient transférés dans un autre engin spatial destiné à les rapporter sur Terre de manière sûre.

MESR utilise son bras manipulateur avec pinces articulées pour prendre les carottes prélevées. Elles sont ensuite stockées dans des contenants situés sur le devant du rover et éventuellement transférées du MESR à une maquette de fusée. (Source : Agence spatiale canadienne.)

Ces types d'essais s'inscrivent dans les partenariats existants entre les agences spatiales du monde entier et positionnent le Canada comme un partenaire clé de futures missions d'exploration planétaire.

Validation scientifique des échantillons

Objectif : Valider que les échantillons prélevés sont les « meilleurs »

Date : 11 au 18 novembre 2016

Pendant que le MESR sera dans la phase de récupération et de transfert des échantillons, une équipe d'experts du domaine sera sur le terrain en Utah (dont des membres de l'équipe scientifique et des collaborateurs du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, de l'Université du Nevada à Las Vegas, de la UK Space Agency (UKSA), du milieu scientifique canadien et de l'ASC). Ces gens prélèveront des échantillons qui, selon eux, ont le plus de chance de porter des traces de formes de vie. L'objectif est de comparer leurs échantillons à ceux prélevés par le rover. En effectuant cette analyse au cours de l'année qui vient, ils pourront évaluer l'efficacité de leur stratégie d'échantillonnage avec le rover, ce qui leur permettra à terme de perfectionner leurs concepts de mission de retour d'échantillons martiens.

Collaborateurs

  • Équipe scientifique, London (Ontario)
    • 32 étudiants de premier cycle, diplômés et boursiers de recherches postdoctorales de l'Université Western, de l'Université de Winnipeg, de l’Université York, de l'Université McGill, et de l'Université de la Colombie-Britannique.
    • 12 chercheurs/professeurs : Université Western, Université McGill, Université de Winnipeg, Canadensys, NASA/JPL, Université de Stony Brook, Open University (R.-U.).
    • Dirigée par M. Gordon (Oz) Osinski, Ph. D.
    • Rôle : Interpréter les données, planifier les opérations quotidiennes de la simulation.
  • Équipe sur le terrain, Utah (États-Unis)
    • Employés de l'ASC, universitaires et membres de l'industrie spécialisés en robotique, en télécommunications, en géologie de terrain et dans le fonctionnement des instruments scientifiques.
    • Rôle : Établir et maintenir les liens de communication avec les deux autres équipes, résoudre les problèmes et veiller à ce que le rover soit utilisé sans danger.
  • Équipe aux commandes du rover, Saint-Hubert (Québec)
    • Employés de l'ASC et membres de l'industrie spécialisés en robotique.
    • Rôle : Valider le plan scientifique mis au point par l'équipe scientifique, préparer les séquences de commandes, exécuter les commandes et surveiller les systèmes.
  • NASA (siège social et JPL)
    • Rôle : Fournir de l'expertise sur les opérations de missions sur Mars, participer aux études et aux opérations scientifiques, et échanger avec l'ASC sur la technologie mise au point pour le retour d'échantillons et sur les difficultés rencontrées pendant la préparation d'une future mission.
  • UKSA
    • Rôle : Réaliser des études scientifiques parallèles à celles de l'équipe internationale et aussi avec cette dernière, tout en faisant l'essai et la validation d'instruments destinés à la mission du rover ExoMars.
  • DLR (Agence spatiale allemande)
    • Rôle : Mettre à l'essai des techniques parallèles de prélèvement et de retour d'échantillon par rover.

Missions antérieures et financement

Depuis 2013, l'ASC et l'Université Western ont collaboré à de nombreuses missions de simulation subventionnées au titre du Programme de formation orientée vers la nouveauté, la collaboration et l'expérience en recherche (FONCER) du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG). La présente mission de simulation est la dernière effectuée dans le cadre de cette collaboration.

L'Université Western et l'Université McGill ont reçu des subventions pour soutenir les activités scientifiques liées à la mission de simulation faisant l'objet de l'avis d'offre de participation intitulé « Études de définition scientifique de l'Agence spatiale canadienne Exploration spatiale ».