Exploração do sistema marciano

A exploração de Marte ocupa um lugar particularmente importante nos programas científicos de exploração do Sistema Solar das principais potências espaciais. Em 2016, mais de quarenta sondas , orbitadores e landers foram enviados ao planeta desde o início dos anos 1960. Esse interesse responde a várias motivações. Marte é antes de tudo um destino próximo, o que torna relativamente fácil enviar espaçonaves para lá. Além disso, ao contrário dos outros planetas do Sistema Solar, Marte sem dúvida experimentou no passado condições bastante semelhantes às que reinavam na Terra que permitiram o surgimento de vida - que ainda está por confirmar. Desde a invenção do telescópio , este planeta de aparência terrestre intrigou os cientistas e o público em geral. O primeiro sobrevôo de Marte pela sonda americana Mariner 4 (1964) revela um planeta muito menos acolhedor do que se imaginava, dotado de uma atmosfera muito delgada , sem campo magnético para protegê-lo da radiação esterilizante do Sol e compreendendo uma superfície de aparência lunar muito antigo. No entanto, outras observações do orbitador Mariner 9 (1971) mostram que Marte, na verdade, tem uma geologia mais complexa com traços de vulcanismo e formas possivelmente moldadas pela água da superfície.

Marte era uma das apostas na corrida espacial , um confronto pacífico entre os Estados Unidos e a União Soviética durante a era da Guerra Fria . A URSS foi a primeira a pousar a sonda Mars 3 (1971) no solo do planeta , mas ela sobreviveu apenas 20 segundos . As duas sondas americanas do programa Viking acompanhadas por orbitadores, que chegaram a Marte em 1976, são caracterizadas por sua longevidade e fornecem uma riqueza de informações sobre o planeta: composição da atmosfera, meteorologia marciana , primeiras análises do solo marciano in situ . Uma tentativa de detectar vida microbiana usando um mini-laboratório de bordo não fornece um resultado conclusivo. Durante os 20 anos seguintes , nenhuma missão foi lançada a Marte. A partir dessa época, foram desenvolvidos projetos de missões espaciais tripuladas. Mas o desafio técnico e financeiro levantado por tal missão permaneceu na década de 2010 fora do alcance das capacidades das agências espaciais mais bem dotadas.

A década de 1990 viu a retomada das missões de exploração de Marte, com resultados mistos. Não menos do que sete sondas espaciais são perdidas: as duas sondas espaciais do programa Soviético Phobos (1988) lançadas em direção ao satélite Phobos , a sonda NASA Mars Observer (1992), a sonda soviética Mars 96 (1996) desenvolvida com uma forte participação europeia sonda, American Mars Climate Orbiter (1998) e Mars Polar Lander (1998), e finalmente a sonda japonesa Nozomi (1998). A NASA, entretanto, tem dois sucessos, um essencialmente tecnológico por meio do pequeno rover Sojourner depositado em solo marciano pela Mars Pathfinder (1996) e o outro, científico, por meio do orbitador Mars Global Surveyor (1996), que coleta dados detalhados do planeta por nove anos . Este último detecta a presença de minerais que provam que Marte nem sempre foi o planeta árido que conhecemos hoje.

Os anos 2000 são muito mais frutíferos. No início desta década, a NASA desenvolveu várias missões de baixo orçamento cujo principal objetivo era pesquisar a presença de água no passado e no presente. Estes são os orbitadores Mars Odyssey e Mars Reconnaissance Orbiter (2005) de 2001, os dois rovers MER (2003) e o módulo de aterrissagem Phoenix (2007), que pousam na calota polar. Todas as informações coletadas, complementadas pelas do orbitador europeu Mars Express (2003), nos permitem esboçar uma história geológica e climática de Marte e preparar a missão particularmente ambiciosa e custosa do rover Mars Science Laboratory lançado em 2011. Este aqui ci, equipado com sofisticada instrumentação científica, deve realizar um estudo geológico e mineralógico muito completo que possa detectar indiretamente a presença passada de vida em Marte . Mas este período também é marcado pelo abandono do projeto de devolução de amostra marciana interrompido por razões técnicas e financeiras e da rede de estações meteorológicas MetNet . Apesar da recessão económica que limitou os orçamentos para a exploração espacial a partir de 2011, Marte continua a ser um destino muito visitado, em particular pelos orbitadores MAVEN (estudo dos mecanismos que provocam o desaparecimento da atmosfera marciana) e pela Mars Orbiter Mission lançada em 2013, o ExoMars Trace Gas Orbiter que cumpre missão semelhante ao MAVEN em 2016, a sonda InSight responsável pelo estudo da estrutura interna do planeta, bem como os rovers europeus ExoMars em 2018 e março de 2020 em 2020, sendo este último responsável pela preparação de um futuro missão de devolver amostras à Terra.

Objetivos da exploração espacial de Marte

Marte é um planeta que fascina as pessoas há muito tempo. As primeiras observações telescópicas revelaram mudanças de cor em sua superfície , sugerindo vegetação que mudava com as estações. Da mesma forma, Giovanni Schiaparelli acreditava ter visto canais em 1877 sugerindo a existência de vida inteligente. Essas interpretações rapidamente despertaram grande interesse público pelo “planeta vermelho”. Observações posteriores das duas luas, Fobos e Deimos , as calotas polares, Olympus Mons (a montanha mais alta conhecida no Sistema Solar ) e Valles Marineris (o maior desfiladeiro já observado) mantiveram o interesse no estudo e exploração das mesmas.

Marte é um planeta terrestre que se formou ao mesmo tempo que a Terra . No entanto, tem apenas metade do seu tamanho, uma atmosfera muito fina e sua superfície é fria e deserta.

As missões espaciais melhoraram regularmente nosso conhecimento do planeta. Em 2015, os objetivos para a exploração de Marte pelo Grupo de Trabalho Científico Grupo de Análise do Programa de Exploração de Marte  (en) (MEPAG) NASA eram:

• determinar se Marte hospedou vida em algum momento de sua história. Se existiu vida, ela se espalhou por toda parte e ainda pode existir? As reações químicas formaram moléculas prebióticas e resultaram em estruturas replicativas (vivas)? ;
• compreender os processos e a história do clima marciano . Ele tinha uma atmosfera primitiva densa o suficiente para que a água líquida pudesse fluir em sua superfície  ? Quais foram as razões para a evolução climática de Marte? ;
• compreender as origens e evolução do sistema geológico marciano . O planeta ainda é geologicamente ativo? Como sua estrutura difere daquela da Terra? Por que esses dois planetas passaram por evoluções tão diferentes? ;
• prepare-se para a exploração humana de Marte. Que recursos naturais os futuros exploradores humanos podem ter à sua disposição?

Determine se Marte protegeu vida

Os cientistas geralmente consideram as condições na superfície de Marte próximas às da Terra durante o primeiro período de sua história. Como a vida apareceu relativamente cedo na Terra, é possível que também tenha existido em Marte. A descoberta de vida em Marte teria repercussões importantes não apenas cientificamente, mas também sociologicamente.

• Determine se vestígios de vidas passadas estão presentes no ambiente marciano:
  • identificar ambientes habitáveis ​​no passado e determinar as condições e processos que podem ter influenciado sua natureza e habitabilidade;
  • avaliar as condições e processos que podem ter influenciado a preservação e degradação de bioassinaturas e outros índices de habitabilidade. Identificar depósitos específicos e outras condições geológicas que podem ter preservado bioassinaturas;
  • determinar se bio-assinaturas de um ecossistema anterior estão presentes.
• Determine se traços atuais de vida estão presentes no ambiente marciano:
  • identificar ambientes que são habitáveis ​​atualmente e definir as características e processos que podem afetar a habitabilidade;
  • determinar o potencial para condições ou processos específicos que podem influenciar a visibilidade ou degradação das assinaturas de vida atuais;
  • determinar se as bioassinaturas de um ecossistema contemporâneo estão presentes.

Compreenda os processos e a história do clima marciano

A determinação da história do clima marciano visa compreender como o clima de Marte evoluiu para chegar ao seu estado atual e quais os processos que estão na origem dessas mudanças. O resultado dessas investigações tem aplicações para todos os planetas com atmosferas, incluindo a Terra.

• Determine as características do clima marciano atual e processos associados:
  • identificar os processos que controlam a distribuição atual de poeira, água e dióxido de carbono nas camadas inferiores da atmosfera ao longo de um dia, uma estação e vários anos;
  • definir os processos que controlam a dinâmica e a estrutura térmica das camadas superiores da atmosfera e do ambiente de plasma;
  • definir os processos que controlam a composição química da atmosfera e do ambiente de plasma;
  • definir os processos que controlam as trocas de voláteis e poeira entre os reservatórios formados pela superfície do planeta e sua atmosfera.
• Determine a história recente do clima marciano atual e processos associados:
  • determinar como a composição química e a massa da atmosfera marciana mudaram no passado recente;
  • identificar os vestígios de mudanças climáticas recentes presentes nas estruturas geológicas e mineralógicas das regiões polares;
  • identificar os vestígios de mudanças climáticas recentes presentes nas estruturas geológicas e mineralógicas das regiões localizadas no equador e em latitudes médias.
• Determine as características do antigo clima de Marte e processos associados:
  • determinar como a composição química e a massa da atmosfera marciana evoluíram desde suas origens até hoje;
  • identificar e interpretar pistas químicas e físicas de períodos climáticos anteriores e fatores que influenciaram o clima;
  • determinar a taxa atual de escape atmosférico dos principais elementos químicos e determinar os processos que os controlam.

Compreenda as origens e a evolução do sistema geológico marciano

Conhecer a composição, estrutura e história é fundamental para uma compreensão abrangente do sistema solar, mas também fornece uma visão sobre a história da Terra e os processos que a moldaram. No sistema solar, Marte apresentou no passado o que mais se aproxima do ambiente terrestre. A geologia de Marte fornece uma visão de praticamente todas as condições que podem levar ao surgimento da vida e à sua preservação. O estudo de sua estrutura interna fornece indicações importantes sobre muitos assuntos, como energia geotérmica, os ambientes primitivos dos planetas e as fontes de voláteis.

• Identifique os vestígios da história geológica de Marte preservados na crosta do planeta e deduza os processos que os criaram:
  • identificar e caracterizar os ambientes e processos geológicos presentes e passados ​​que afetam a crosta planetária;
  • determinar as idades absolutas e relativas de unidades geológicas e eventos na história de Marte;
  • determinar a extensão, natureza, cronologia e origem das mudanças climáticas que afetaram todo o planeta.
• Determine a estrutura, composição, dinâmica e evolução da estrutura interna de Marte:
  • identificar e caracterizar as manifestações das interações entre a crosta e o manto planetário;
  • determinar quantitativamente a idade e os processos de acréscimo, diferenciação e evolução térmica de Marte.
• Identifique as pistas para a história de Marte preservada em suas luas:
  • determinar a densidade e o tipo de planetesimais localizados nas proximidades da órbita de Marte no momento da formação do planeta e as implicações para a formação das luas de Marte;
  • determinar o volume dos impactores localizados perto de Marte e os materiais de que foram feitos durante a história de Marte a partir de vestígios deixados nas luas do planeta.

Prepare-se para a exploração humana de Marte

A exploração espacial de Marte deve permitir a obtenção de informações suficientes sobre as condições reinantes em Marte para realizar uma missão com uma tripulação humana em condições de custo, risco e desempenho aceitáveis. As investigações devem se relacionar a quatro tipos de missão.

• Missão orbital (e fase orbital de uma missão de superfície):
  • determinar as condições atmosféricas que podem ter um impacto nas fases de captura de ar ou freio a ar de uma espaçonave dimensionada para uma missão tripulada (alta prioridade);
  • determinar a densidade e o tamanho das partículas em órbita que podem afetar o lançamento de cargas ou embarcações com tripulação (prioridade média).
• Missão à superfície de Marte:
  • determinar as características da atmosfera de Marte que podem afetar as fases de reentrada atmosférica de descida e pouso, equipamento de solo, astronautas e retorno à órbita (alta prioridade);
  • determinar se o ambiente de Marte com o qual a tripulação pode entrar em contato apresenta um risco biológico razoável e avaliar o risco apresentado pelo retorno à Terra de amostras de Marte (alta prioridade);
  • determinar as regiões de Marte de interesse científico significativo (regiões especiais conforme definidas pela COSPAR ) (alta prioridade);
  • avaliar a resistência dos sistemas de produção de recursos in situ (ISRU) (água, ar, combustível) às condições encontradas em Marte, em particular à poeira (alta prioridade);
  • determinar os riscos associados ao pouso e à instalação de equipamentos de solo devido às características particulares do solo marciano: ejeção de material pela explosão de motores no pouso, resistência do solo, obstáculos durante o pouso, riscos de estagnação (prioridade média);
  • determinar os riscos para a saúde ou desempenho da tripulação criados pela radiação ionizante e para os efeitos tóxicos da poeira marciana (baixa prioridade).
• Missão para a superfície de Fobos ou Deimos:
  • determinar as características geológicas, geofísicas e de composição das luas de Marte de forma a poder definir os objetivos científicos de uma missão na sua superfície, planear operações e identificar os recursos disponíveis (alta prioridade);
  • determinar as condições prevalecentes na superfície das luas de Marte e o ambiente baixo em torno delas para projetar o curso de sua missão: campo gravitacional, regolito, cargas eletrostáticas, plasma ... (alta prioridade).
• Criação de uma posição permanente na superfície de Marte:
  • determinar os recursos hídricos que provavelmente serão explorados para atender às necessidades de uma missão de longo prazo (alta prioridade).

Descobertas anteriores à era espacial

Primeiras observações

O planeta Marte é identificado pelos primeiros astrônomos da Antiguidade: sua alta luminosidade, sua ausência de cintilação (que distingue os planetas das estrelas) e sua cor vermelha acentuada tornam-no um objeto particularmente visível e notável. Os gregos batizaram-no de Ares (Marte na mitologia romana), a partir do nome do deus da guerra e mais geralmente da desordem, porque seu movimento parece particularmente errático para eles (Marte, visto da Terra, atravessa globalmente o zodíaco de leste a oeste , mas parece voltar antes de começar novamente na direção certa). É o astrônomo alemão Johannes Kepler que, após um estudo de 8 anos sobre os movimentos do planeta, consegue em 1609 colocar sua trajetória em equações, estabelecendo as leis de Kepler que regem o movimento dos planetas ao redor do sol. Na década de 1670, os astrônomos Jean Richer da Guiana e Jean-Dominique Cassini de Paris mediram a paralaxe de Marte que lhes permite determinar a distância Marte- Terra , que acaba sendo 20 vezes maior do que as estimativas da época.

Idade do telescópio

Os primeiros telescópios de qualidade suficiente para observar a superfície de Marte estão a emergir no final do XVIII th  século. Por volta de 1780, o astrônomo William Herschel foi o primeiro a observar, usando um instrumento desenhado por ele, as calotas polares de Marte, que ele acreditava estarem cobertas de neve e água gelada. Ele anuncia que o planeta tem estações por causa da inclinação de seu eixo, que ele mede com boa precisão. No início do XIX °  século, os astrônomos são capazes de distinguir com poderosos instrumentos mais e manchas escuras claras que marcam a superfície de Marte. As manchas escuras são unanimemente atribuídas pela comunidade astronômica aos oceanos, enquanto as manchas claras são vistas como continentes. O astrônomo Asaph Hall conseguiu detectar em 1877 usando o maior telescópio astronômico da época (66  cm de diâmetro) os dois satélites de Marte: Fobos e Deimos . No mesmo ano, o astrônomo Giovanni Schiaparelli estuda Marte usando um telescópio relativamente pequeno (25  cm de diâmetro), mas equipado com um micrômetro que permite uma medição relativamente precisa dos objetos observados. Ele traça um mapa detalhado das áreas claras e escuras que designa respectivamente como "terrae" (terras) e "mare" (mares) formalizando a existência de mares na superfície de Marte. Os terrenos são atravessados ​​de acordo com suas observações por "canale" retilíneo (canal do rio). Ele batiza as áreas identificáveis ​​com nomes latinos retirados de lugares do Mediterrâneo , da mitologia grega e da Bíblia ( Olympus Mons , Syrtis Major ...) que serão formalizados posteriormente. Os desenhos de Schiaparelli são retomados pela imprensa popular e o termo canale, mal traduzido para canal, dá crédito à tese das estruturas artificiais na superfície de Marte. A crença na existência de Canais de Marte vai durar até o fim do XIX °  século para o início do XX °  século e disparou a imaginação popular, contribuindo para o mito da existência de vida inteligente no quarto planeta do Sistema Solar. Seu mais ardente defensor, o americano Percival Lowell , construiu um observatório para essa pesquisa e tentou até sua morte provar sua existência. A ótica mais precisa dos anos 1920 permite classificar os canais retilíneos no nível das quimeras: sua observação, que nunca foi unânime entre os astrônomos, partiu de uma ilusão de ótica, fenômeno frequente nas condições de observação da época ( pareidolia ).

Estado do conhecimento no início da era espacial

No final da década de 1950, pouco antes do lançamento das primeiras sondas espaciais a Marte, o conhecimento sobre Marte veio de observações feitas com telescópios terrestres que não podiam distinguir detalhes menores que 100  km . Esses instrumentos permitem distinguir um planeta avermelhado com grandes estruturas terrestres alternadamente claras e escuras e duas calotas polares cujo tamanho varia ao longo do ano. Geralmente são considerados gelo de água. Para os cientistas, o planeta apresenta uma atmosfera porque em certas épocas do ano, os detalhes da superfície esmaecem e pudemos observar nuvens de cor branca ou amarela. Por fim, alguns observadores acreditam que ainda pode haver vegetação rugosa ( líquenes ) na superfície do planeta, o que explicaria as variações de cor observadas de acordo com as estações. As estimativas da pressão atmosférica estão muito acima da realidade, e as temperaturas avançadas (10 a 25  ° C no equador em um estudo na década de 1920) também estão muito superestimadas.

Curso de uma missão automática a Marte

O envio de uma missão a Marte apresenta dificuldades técnicas que foram gradualmente superadas, permitindo uma sofisticação cada vez maior das missões. Marte é pilotado pela primeira vez pela espaçonave Mariner 4 da NASA, enquanto a Mariner 9 sucede a primeira órbita em 1971. Para pousar uma espaçonave em Marte, é necessário sobreviver a uma reentrada e depois pousar suavemente em um terreno frequentemente desfavorável. O primeiro pouso foi bem-sucedido em 1971 pela sonda soviética Mars 3 , mas foram os dois mísseis Viking americanos que conseguiram depositar uma carga científica significativa em solo marciano em 1976 . A pilotagem em solo marciano de uma máquina móvel levanta outros problemas ligados principalmente à distância que não permite aos operadores direcionar essas máquinas como na lua. O primeiro rover pousou em Marte em 1997 com a Pathfinder / Sojourner (NASA), mas a distância cruzada é muito curta. Foi só em 2004 que as máquinas dotadas de autonomia real, os rovers Spirit e Opportunity da NASA , iniciaram com sucesso uma missão ambiciosa.

O próximo passo será trazer uma amostra do solo marciano de volta à Terra . Uma missão deste tipo está no limite das capacidades técnicas atuais porque é necessário colocar uma massa particularmente grande no solo marciano e então conseguir lançar da superfície um foguete poderoso o suficiente para se extrair do poço gravitacional marciano. Os meios financeiros necessários são muito maiores do que os exigidos até então por uma missão marciana e nenhuma missão deste tipo está programada e não será lançada antes de 2020.

Sobrevoar Marte

Uma sonda espacial não pode alcançar Marte em linha reta. A escolha de sua trajetória e, de forma correlata, de sua data de lançamento é limitada pelas regras da mecânica espacial . Dependendo das respectivas posições de Marte e da Terra em torno do Sol, as janelas de lançamento são raras: só podemos enviar naves a Marte a cada dois anos (exatamente 26 meses), em períodos relativamente curtos:

• Marte se move em uma órbita fora da Terra e no mesmo plano da Terra. Sua distância da Terra varia muito: quando está atrás do Sol visto da Terra, é de 400 milhões de km (mais de mil vezes a distância Terra-Lua percorrida em 3 dias pelos astronautas do programa Apollo), enquanto está a apenas 56 milhões de km de distância quando ocupa a posição relativa oposta;
• os dois planetas se movem a velocidades consideráveis ​​em sua órbita (quase 30  km / s para a Terra, 21  km / s para Marte). Esta velocidade é comunicada à espaçonave quando ela decola da Terra. Isso torna impossível, com as capacidades dos atuais foguetes, realizar uma rota direta para Marte, o que exigiria cancelar em parte a enorme velocidade adquirida no início;
• a trajetória que consome menos combustível consiste em lançar a espaçonave em uma órbita elíptica que tangencia a órbita terrestre no início e a órbita marciana na sua chegada ( órbita de Hohmann ). Essa trajetória pode ser percorrida em um tempo e com um gasto razoável de energia apenas quando Marte estiver em oposição à Terra. Esse padrão se repete aproximadamente a cada 26 meses. O tempo que uma espaçonave leva para percorrer o caminho Terra-Marte na configuração mais favorável, enquanto reduz o consumo de combustível a um mínimo, é de 258 dias. Gastando relativamente pouco combustível extra, isso pode ser reduzido para 180 dias.

Orbit Mars

Assim que a sonda espacial escapar da atração da Terra, se tiver velocidade suficiente e for lançada na direção correta quando a janela de lançamento for aberta (a cada 26 meses), a sonda espacial poderá voar sobre Marte. No entanto, é necessário que ele faça algumas correções de curso durante seu trânsito para voar sobre o planeta a uma curta distância. Para poder orbitar ao redor de Marte, a sonda deve desacelerar bruscamente. Esta desaceleração (cerca de 2,3  km / s ) deve ser ainda mais importante porque a órbita do alvo está perto de Marte. A quantidade de combustível que deve ser consumida para esta manobra representa 40 a 50% da massa da sonda. A NASA desenvolveu uma técnica para reduzir a massa de combustível transportada: a sonda espacial é colocada em uma órbita fortemente elíptica que requer significativamente menos combustível, então a órbita é gradualmente reduzida por passagens da sonda nas camadas superiores da atmosfera marciana, o que reduz o velocidade da nave e, portanto, sua órbita. Esta técnica conhecida como frenagem atmosférica foi testada pela primeira vez com o Mars Global Surveyor em 1996. Ela requer extrema precisão da trajetória para evitar que a sonda fique em uma atmosfera muito densa e se desintegre. É ainda mais difícil de aplicar em Marte porque a pressão atmosférica pode variar muito rapidamente de um para dois sob o efeito de tempestades.

Pouse em Marte

Para pousar uma sonda espacial em solo marciano, é necessário cancelar a velocidade que ela adquirirá automaticamente ao mergulhar em solo marciano. Se a sonda já entrou em uma órbita baixa em torno de Marte, ela deve desacelerar em cerca de 4,1  km / s . No caso geral, para economizar combustível, a sonda da Terra mergulha diretamente em solo marciano e sua velocidade está entre 4,5 ( sondas Viking ) e 7,5  km / s ( Mars Pathfinder para missões americanas ). Para cancelar esta velocidade, existem vários métodos que são combinados na prática:

• o freio a ar usa as forças de arrasto, ou seja, o atrito da atmosfera. Isso é o que as espaçonaves tripuladas fazem quando retornam à Terra desacelerando ligeiramente, o que faz com que sua órbita diminua para iniciar o processo. A atmosfera então faz todo o trabalho e a única penalidade de peso é a massa do escudo térmico que protege o navio do forte aumento de temperatura durante a fase de frenagem (a massa deste escudo pode, no entanto, ser significativa). Este método pode ser usado em todas as velocidades;
• O uso do pára-quedas só permite reduzir a velocidade quando está em torno de Mach 1. Além disso, não é suficiente colocar a sonda no solo porque a velocidade residual é muito importante ( a fortiori em Marte com uma atmosfera rarefeita) e esta fase de vôo passivo não permite evitar uma zona de pouso repleta de obstáculos;
• também pode cancelar a velocidade usando o impulso dos motores de foguete . Esta solução é extremamente cara porque requer a dedicação de grande parte da massa da embarcação ao combustível utilizado. A massa que deve ser sacrificada é proporcional à gravidade do planeta: colocar o módulo Apollo na Lua sacrifica assim metade do peso da nave em favor do combustível com uma velocidade a ser cancelada 3 vezes menor que a de Marte. Se for utilizado o método caro de usar motores de foguete para uma parte significativa do vôo (para produzir desaceleração entre 0,9 e 1,4  km / s , 20 a 30% da massa da embarcação é sacrificada em favor do combustível de acordo com o estudo por Braun e Manning), sua implementação é difícil porque, em velocidade hipersônica, a ejeção de gases dos motores interrompe o fluxo aerodinâmico;
• para colocar a sonda no solo sem danificá-la, várias técnicas foram utilizadas: no caso de um trem de pouso fixo, uso de motores foguete integrados à sonda, uso de almofadas infláveis (“airbags”) ou uso de guindaste monofásico em a maneira do robô do Laboratório de Ciências da Mars .

A baixíssima densidade da atmosfera de Marte (1% da Terra) o coloca, para o cenário de descida, em uma situação intermediária entre a Terra e a Lua. O robô do Mars Science Laboratory , que pousou em Marte em 6 de agosto de 2012, é forçado a usar motores para se frear de uma altitude de 1.500 metros. O problema se torna ainda mais agudo à medida que a carga a ser colocada é pesada. O segundo problema levantado pela fraqueza do arrasto atmosférico em Marte é que a velocidade só se torna menor que Mach 1 quando a espaçonave está muito perto do solo: a espaçonave tem muito pouco tempo para modificar o local de pouso se a trajetória da nave demorar para uma área repleta de obstáculos ou leva-o para uma distância muito grande do local de destino. A precisão de pouso obtida é de alguns quilômetros para o robô MSL, que utiliza as técnicas mais avançadas. Além disso, esta restrição proíbe o pouso em áreas localizadas em altitudes muito elevadas porque a camada da atmosfera cruzada é tanto mais reduzida quanto a altitude é alta (ou seja, quase 50% da área da superfície de Marte).

A pesquisa está sendo realizada na NASA para melhorar a eficiência de frenagem em uma atmosfera de baixa densidade. Diferentes técnicas estão sendo estudadas:

• escudo térmico inflável oferecendo uma superfície de frenagem muito maior na fase superior da descida;
• estrutura na forma de um anel inflável no reboque da embarcação na forma de uma âncora marítima durante a fase alta do voo;
• ballute (cruzamento entre um pára-quedas e um balão) implantado antes de entrar na atmosfera marciana e também funcionando como uma âncora marítima;
• Pára-quedas muito grande (quase 90 metros de diâmetro para um módulo de 50 toneladas) disparado enquanto a embarcação está em velocidade hipersônica.

Comparação do desempenho de diferentes landers marcianos americanos

Características	Viking (1975)	Mars Pathfinder (1996)	SEA (2003)	MSL (2011)
Missa no início da reentrada atmosférica	992  kg	584  kg	827  kg	3.299 kg
Massa de pouso	590  kg	360  kg	539  kg	1.541 kg
Massa do veículo espacial	-	10,5  kg	185  kg	899  kg
Controle durante a reentrada atmosférica	Somente orientação	Não	Não	Ângulo de ataque
Relação de levantamento / arrasto	0,18	0	0	0,22
Diâmetro do paraquedas	16  m	12,5  m	14  m	21,5  m
Velocidade de abertura do paraquedas	Mach 1.1	Mach 1,57	Mach 1,77	Mach 2
Velocidade de pouso vertical e horizontal	Vv < 2,4  m / s Vh < 1  m / s	Vv < 12,5  m / s Vh < 20  m / s	Vv < 8  m / s Vh < 11,5  m / s	Vv < 0,75  m / s Vh < 0,5  m / s
Método de pouso	Foguetes retro	Almofadas infláveis	Almofadas infláveis	"Guindaste"
Precisão de pouso	280x180 km	200x100 km	80x12 km	7x20 km

Astromobiles

Uma espaçonave estacionária na superfície de Marte só pode estudar seu ambiente imediato. Uma vez que a técnica de pouso tenha sido dominada, o próximo passo é ter uma máquina capaz de se mover para estudar outros locais, como os Lunokhods depositados pelos soviéticos na Lua no início dos anos 1970. Esse objetivo levanta várias questões. É necessário após o pouso que o rover (ou rover ) possa deixar a nave que o trouxe ao solo, o que requer mecanismos para liberar o rover e, em seguida, conceder-lhe acesso ao solo em todas as configurações de terreno possíveis. Com a mesma carga científica, o rover adiciona uma massa significativa enquanto é restrito, como visto acima. Finalmente, pilotar um robô em um planeta com terreno irregular cuja distância não permite um sistema de telepresença requer o desenvolvimento de um software sofisticado de reconhecimento de formas e pilotagem.

Primeiros sobrevôos e orbitadores

Os soviéticos começaram a explorar Marte em outubro de 1960, apenas três anos após o lançamento bem-sucedido do primeiro satélite artificial Sputnik 1 . Mas, por quatro anos, eles não deixarão de sofrer fracassos. A agência espacial americana NASA, que não tinha lançadores suficientemente poderosos em seus primeiros dias, não lançou suas primeiras missões a Marte até quatro anos depois com o programa Mariner . Essas primeiras tentativas foram coroadas de sucesso com as primeiras imagens do planeta vermelho enviadas em julho de 1965 pela Mariner 4 .

Xadrez soviético (1960-1964)

Já em 1960, a União Soviética , que, ao contrário dos Estados Unidos, já naquela época possuía os poderosos lançadores necessários para as missões de exploração interplanetária, enviou duas sondas espaciais a Marte . Seu objetivo é fotografar a superfície do planeta, mas também estudar o meio interplanetário e seus efeitos no equipamento de bordo. Mas as duas tentativas de Marsnik 1 (março 1960A) iniciaram o10 de outubro de 1960e Marsnik 2 (março de 1960B) lançado quatro dias depois falhou devido a falhas no lançador. Em 1962, três novas tentativas foram feitas. O24 de outubro de 1962, O Sputnik 22 (também denominado março de 1962A) explode durante a manobra de inserção na órbita terrestre.

Oito dias depois, Marte 1 , que deve sobrevoar Marte para obter imagens de sua superfície e transmitir dados sobre sua estrutura atmosférica e também sobre a radiação cósmica, consegue escapar da atração da Terra, mas, embora esteja a meio caminho de seu objetivo, a sonda interrompe repentinamente suas comunicações. O4 de novembro de 1962, embora nenhum vôo sobre o planeta tenha sido bem-sucedido, nem a fortiori o menor lançamento em órbita, o Sputnik 24 (março de 1962B) carrega o primeiro módulo de pouso já projetado. Aqui, novamente, a missão é abortada, a injeção em uma órbita de trânsito falhou. Em 1964, a URSS fez uma última tentativa com Zond 2 , o30 de novembro de 1964para se adiantar à sonda americana Mariner 4 no último momento , que partiu dois dias antes ( veja abaixo ). Mas é um novo fracasso: o lançamento é bem-sucedido, mas a comunicação é perdida enquanto a sonda está a caminho de Marte.

Visão geral do Mariner 4 (1965)

O primeiro foguete americano a ter capacidade suficiente para lançar sondas interplanetárias é o Atlas - Agena . Isso foi usado pela primeira vez em 1962 para lançar duas sondas espaciais Mariner em direção a Vênus . Vênus é de fato um alvo mais fácil do que Marte, que está mais distante do Sol e da Terra. Uma sonda marciana requer melhor isolamento térmico, mais redundância (levando em consideração a duração do trânsito) e equipamento de rádio mais potente.

O programa americano de exploração de Marte é conduzido pelo Jet Propulsion Laboratory (JPL), localizado em Pasadena , Califórnia , que em 1962 obteve autorização da NASA para desenvolver uma missão a Marte. Esta primeira missão deve ser um sobrevoo simples: a inserção em órbita ao redor de Marte é preferível do ponto de vista científico porque permite um tempo de observação desproporcional ao de um sobrevoo, mas este tipo de missão está fora do alcance do conhecimento técnico do tempo e das capacidades do foguete usado porque requer um retro - foguete de alta massa. A pequena sonda (260  kg ) está equipada com uma câmera que deve retransmitir as primeiras imagens do planeta, mas também um magnetômetro para medir seu campo magnético , bem como instrumentos destinados a analisar o vento solar , partículas energéticas e micrometeoritos próximos a Marte e em meios interplanetários espaço . O Mariner 3 e o Mariner 4 estão programados para a próxima janela de lançamento, que será aberta em 1964. O Mariner 3 será lançado em5 de novembro de 1964mas o manguito não é ejetado corretamente e a sonda é perdida.

O 28 de novembro de 1964, o lançamento da Mariner 4 é um sucesso e a espaçonave inicia sua jornada de 8 meses a Marte. O14 de julho de 1965, A Mariner 4 voa sobre Marte e fornece as primeiras imagens detalhadas de sua superfície. As 22 fotos de qualidade média que são tiradas cobrem cerca de 1% da superfície de Marte: elas revelam uma paisagem tipo lunar coberta por crateras de impacto que, de acordo com sua aparência, datam de um período entre 2 e 4 bilhões de anos. Aparentemente o planeta não conhece e não experimentou nenhum fenômeno de erosão que denuncie a presença de água. A parte fotografada não apresenta nenhum relevo, montanha ou vale. Esta visão deprimente encerra as especulações de um planeta gêmeo Marte da Terra popularizado por escritores de ficção como Edgar Rice Burroughs e HG Wells . A pressão atmosférica medida é tão baixa (4,1 a 7,0  milibares ou 0,5% da da Terra) que os cientistas levantam a hipótese de que as calotas polares não são cobertas por gelo de água, mas por dióxido de carbono . A temperatura de superfície medida, −100  ° C , também é muito mais baixa do que o esperado. Finalmente, nenhum campo magnético é detectado, embora a existência dele seja uma condição essencial para permitir que os seres vivos sobrevivam na superfície.

No final da década, a NASA tinha um lançador mais poderoso, o Atlas Centaur . Isso é usado em fevereiro e março de 1969 para lançar o Mariner 6 e o Mariner 7, que têm uma massa de 400  kg e carregam câmeras mais sofisticadas. Ambos voam com sucesso uma curta distância (3.500  km que ocorre no final de julho e início de agosto). Suas câmeras conseguem tirar cerca de 1.200 fotos de boa qualidade que cobrem 10% da superfície do planeta e confirmam seu aspecto desolado e a ausência de qualquer vegetação. A temperatura da calota polar, medida com um radiômetro infravermelho , −133  ° C indica que ela é feita de dióxido de carbono . Por fim, a medição da atenuação do sinal de rádio das sondas à medida que passam por trás do planeta permite confirmar a pressão atmosférica medida em missões anteriores. O sucesso dessas missões é obscurecido para o público em geral pelos primeiros passos do Homem na Lua, ocorridos alguns dias antes. Saberemos 20 anos depois, quando a glasnost permitirá o acesso a eventos ocultos pela história oficial, que os soviéticos lançaram ao mesmo tempo as sondas espaciais Marte 1969A (ou Marte M-69 No.521) e março de 1969B , cada uma equipada com um orbitador e um módulo de pouso, ambos sofreram uma falha de seu lançador de prótons .

Mariner 9, primeiro orbitador, revela geologia complexa (1971)

Para a janela de lançamento seguinte, em maio de 1971, a NASA decidiu, por razões orçamentárias, não tentar um pouso, mas lançar dois orbitadores responsáveis ​​por estudar sistematicamente a superfície de Marte, em particular as calotas polares e certas formações. Detectados em fotos tiradas em 1969 que se desviam do modelo lunar. Essas máquinas são muito mais pesadas (quase uma tonelada) porque carregam um foguete retro para colocá-las em órbita ao redor de Marte; eles agora são lançados por foguetes Atlas Centaur. O primeiro, o Mariner 8 , foi lançado em 8 de maio, mas sofreu uma falha de seu lançador. Isso agradou aos russos porque dois dias depois, no dia 10, lançaram secretamente uma máquina chamada Cosmos 419 , com o objetivo de competir com os americanos. Mas eles também conhecem o fracasso porque seu foguete não consegue sair da órbita terrestre. É finalmente o Mariner 9 , lançado três semanas depois, o30 de maio de 1971, que se tornará em 14 de novembro o primeiro satélite artificial de um planeta diferente da Terra.

Após a chegada, Marte é completamente velado por uma tempestade de poeira que não cessa por um mês. O orbitador é colocado em uma órbita elíptica de 1.650 × 16.860 km, o que permite mapear 70% da superfície de Marte. A sonda espacial transmite imagens que revelam um planeta muito diferente e muito mais interessante do que o sugerido pela Mariner 6. A sonda espacial descobre em particular o enorme cânion de Valles Marineris com 6  km de profundidade e cerca de cem km de largura e vários milhares de km de comprimento. Isso se estende por formações geológicas que se assemelham a vales secos. A câmera da sonda espacial fotografa nas planícies da região de Hellas com poucas crateras e, portanto, relativamente jovens geologicamente. Finalmente, descobrimos vários vulcões antigos, incluindo o Olympus Mons, que com seus 25  km de altura constituem o relevo mais alto do sistema solar. Os satélites Phobos e Deimos também são fotografados. Numerosas formações sugerem que a água fluiu no passado em Marte. A vida pode ter aparecido como na Terra naquela época, mas a única maneira de descobrir é estudar o solo do planeta no local, missão confiada ao programa Viking, que estava em pleno desenvolvimento na época.

Programa soviético de Marte (1971-1974)

Após os fracassos das missões marcianas de 1969, os soviéticos decidiram abandonar a plataforma M-69 para o modelo 3M desenvolvido por engenheiros do escritório de design Lavotchkine . Esta se tornará a plataforma padrão para a exploração do sistema solar até meados da década de 1980. A janela de lançamento de 1971 oferece uma oportunidade excepcional porque as respectivas posições de Marte e da Terra estão em uma configuração que não se reproduz. a 17 anos e que permite aos lançadores enviar mísseis de massa muito maior a Marte. A massa das novas sondas espaciais em forma de cogumelo chega a 4,5 toneladas.

Um orbitador e duas sondas foram programadas pelos soviéticos em 1971 como era praticado na época devido à baixa confiabilidade dos lançadores e espaçonaves. O lançamento do orbitador Cosmos 419 em 10 de maio de 1971 não teve sucesso, mas as duas sondas foram colocadas em uma órbita de trânsito para Marte em 19 de maio de 1971 ( 2 de março e 28 de maio, 3 de março ). O primeiro chegou à vista de Marte em 27 de novembro, onde foi precedido pela sonda espacial Mariner 9 , que havia chegado duas semanas antes. Os soviéticos pelo menos esperam que o módulo de pouso cumpra sua missão, mas, tendo entrado na atmosfera com uma incidência muito alta, ele cruza a atmosfera marciana com uma velocidade muito alta e bate no solo antes de pousar . tornando-se o primeiro objeto humano a chegar lá. Marte 3 alcançou Marte com segurança e a sonda foi lançada por sua nave-mãe em2 de dezembro de 1971e terras perto de Sirenum Fossae . Imediatamente após o pouso, a sonda deveria tirar um panorama do local usando uma câmera semelhante à usada pela nave lunar soviética com um espelho giratório para varrer o horizonte. De acordo com os soviéticos, um sinal é recebido por 14,5 segundos pela nave-mãe antes de ser permanentemente interrompido. Depois de processar os sinais na Terra, a imagem acaba sendo apenas ruído. Os soviéticos levantam a hipótese de que a sonda espacial pode ter afundado em areias muito finas ou que as condições meteorológicas afetaram a qualidade da transmissão, enquanto os países ocidentais suspeitam que a União Soviética só quer marcar pontos na corrida por licenças espaciais para disfarçar os fatos.

No final de julho de 1973, uma nova janela de tiro em direção a Marte se abre. Embora os americanos não tenham programado, por razões orçamentárias, nenhuma missão, os soviéticos lançam nada menos que quatro sondas espaciais: Marte 4 e Marte 5 são orbitadores, enquanto 6 e 7 de março são aterrissagens. Estes têm uma massa muito menor (cerca de 3,3 a 3,5 toneladas contra 4,5 toneladas) devido a uma configuração muito menos favorável dos planetas. A entrega de componentes eletrônicos com defeito é detectada antes do lançamento, mas os engenheiros não têm tempo para substituí-los antes do lançamento. Isso resulta em falhas que não permitirão que os dias 4 e 7 de março atinjam seus objetivos. Marte 5 foi parcialmente bem-sucedido, transmitindo 60 imagens antes de sofrer danos em março de 1974. Marte 6 foi, portanto, a última chance para os soviéticos transmitirem as primeiras imagens de solo marciano. Em 14 de março de 1974, durante os primeiros estágios de sua descida, a máquina transmitiu corretamente. Mas as transmissões foram interrompidas menos de três minutos depois que os paraquedas abriram, quando os retro-foguetes tiveram que ser acionados. A origem da anomalia nunca será identificada.

Primeiro estudo aprofundado

Programa Viking (1975-1976)

Em 1975, duas sondas americanas foram enviadas a Marte, a Viking 1 em20 de agosto de 1975e Viking 2 o9 de setembro de 1975, cada um composto por um satélite de observação e um módulo de pouso. Os orbitadores precisam mapear com precisão a superfície de Marte, enquanto as sondas são projetadas para detectar possível vida elemental . Após uma jornada de dez meses, as duas sondas conseguem se colocar em sua órbita. O20 de julho de 1976, O módulo de pouso Viking 1 está desconectado de seu módulo orbital. Após uma descida de algumas horas, ele toca o solo marciano a oeste de Chryse Planitia e transmite suas primeiras imagens. O módulo de pouso Viking 2 pousou em3 de setembro de 1976200 quilômetros a oeste da cratera de impacto Mie localizada em Utopia Planitia.

Mesmo que nenhuma forma de vida tenha sido detectada, o programa Viking é um sucesso completo, pois os dispositivos transmitem informações por muito mais tempo do que o esperado: seis anos para o Viking 1, quatro para o Viking 2. Durante esse tempo, a quantidade de dados transmitidos é colossal: os landers analisam a composição da atmosfera e do solo e coletam dados meteorológicos ao longo de mais de três anos marcianos (seis anos terrestres). Os orbitadores, por sua vez, fotografam quase todo o planeta com resolução inferior a 300 metros por pixel e notam as variações significativas da pressão atmosférica ligadas ao ciclo do dióxido de carbono . No terreno a partir das órbitas, a observação detalhada evidencia a presença passada de água líquida na sua superfície, relançando assim a questão da vida no “planeta vermelho”. Finalmente, diante dos sucessivos fracassos dos soviéticos, as missões Viking demonstram a superioridade dos americanos no campo tecnológico.

Revisão de conhecimento após o programa Viking

As observações feitas pelos dois orbitadores e pelas duas sondas do programa Viking mostraram que a história geológica e climática de Marte é complexa e que o ambiente marciano continua a mudar. Mas essas observações, em última análise, levantaram tantas perguntas quanto responderam. A origem e a história das formações superficiais descobertas em órbita e atribuídas sem certeza à ação de antigos rios ou lagos é um enigma, assim como a óbvia dicotomia entre os hemisférios sul e norte é um enigma. Outras questões incluem:

• a distribuição de minerais em sua superfície;
• a existência de vestígios da presença de água que ainda não foram confirmados;
• a natureza dos materiais de que são feitas as calotas polares e sua evolução;
• as características da circulação atmosférica de Marte .

Desde o início da década de 1980, ficou claro para os planetologistas que, para responder a essas perguntas, a próxima missão de exploração de Marte teria que ser um orbitador circulando em uma órbita sincronizada com o Sol por um ano marciano completo e tendo uma série de 'instrumentos para coletar dados sobre a atmosfera, a superfície e a estrutura interna.

Um hiato de vinte anos (1975-1996)

O sucesso das missões Viking é seguido por um período de mais de vinte anos sem uma nova missão americana em solo marciano. A maioria dos cientistas e engenheiros envolvidos no programa Viking está esperando por outras missões, com objetivos mais ambiciosos, mas os administradores da NASA estão menos entusiasmados. Enquanto os americanos demonstram sua supremacia na Lua e em Marte e os soviéticos, com o programa Salyut , aumentam os voos de longa duração ao redor da terra, um novo tipo de rivalidade está acontecendo entre as duas nações, centrado no domínio das circunscrições espaço terrestre. O desenvolvimento do ônibus espacial drena a maior parte dos recursos da agência espacial. E enviar homens ao redor da terra, sem ser considerado tão emocionante quanto a exploração de terras distantes, desperta (entre o público em geral e os legisladores) mais interesse do que as paisagens desérticas alienígenas. Claro, equipes de cientistas e engenheiros da América, Rússia e Europa estão desenvolvendo vários projetos, às vezes muito detalhados. Mas, durante duas décadas, nenhum deles se materializou, exceto o envio de duas sondas soviéticas em 1988, mas que não chegaram ao seu destino.

Missões soviéticas Phobos (1988)

Quinze anos após os resultados decepcionantes de seu programa para Marte , os soviéticos estão novamente se interessando por Marte. Desta vez, o principal objeto de estudo não é o próprio planeta, mas um de seus dois satélites naturais: Fobos . Duas sondas são enviadas para Marte  : Phobos 1 le7 de julho de 1988 e Phobos 2 o 12 de julho de 1988. Ambos os lançamentos são bem-sucedidos até2 de setembro de 1988onde Phobos 1 interrompe abruptamente suas comunicações devido a erro humano. Phobos 2 permanece, portanto, a única sonda capaz de cumprir sua missão. Mas o27 de março de 1989, quando a sonda está a apenas 50 metros de Fobos e está prestes a lançar suas duas sondas, as comunicações são perdidas mais uma vez. Acredita-se hoje que essa disfunção foi causada por partículas emitidas durante uma explosão solar .

Década de 1990

A década foi marcada por um breve retorno dos americanos ao planeta (notadamente com o despacho do primeiro rover ), a continuação dos fracassos russos e a entrada do Japão na exploração do planeta vermelho, mas que também conhece a decepção. No total, das sete missões lançadas, apenas duas foram bem-sucedidas.

Mars Observer (1992)

Dezessete anos após o programa Viking , que é o tempo necessário para analisar os dados enviados pelas duas sondas gêmeas, a NASA decide retornar a Marte lançando o Mars Observer, o25 de setembro de 1992. Mas o21 de agosto de 1993, ou seja, três dias antes da data prevista para a inserção na sua órbita marciana, o contato é perdido por motivos indeterminados. Mars Observer foi a sonda mais cara enviada pela NASA ($ 813 milhões).

Consequência do fracasso

O fracasso desta missão leva a uma revisão completa da estratégia americana de exploração do Sistema Solar  : a NASA agora lançará sondas menos sofisticadas, mas com um orçamento apertado: o objetivo é não perder tudo em caso de falha e permitir a realização de um maior número de missões com um ciclo de desenvolvimento reduzido. Este é o "  melhor, mais rápido, mais barato  " ( melhor, mais rápido, mais barato ) torna-se o lema do novo programa Discovery . Como parte deste programa e como de costume em cada conjunção favorável de Marte e Terra (aproximadamente a cada dois anos), a NASA planeja enviar uma sonda do tipo orbital , que deve realizar suas observações de sua altitude, e outra do tipo sonda , trabalhando a partir do solo.

Os objetivos inicialmente atribuídos à sonda Mars Observer são divididos entre os orbitadores muito mais leves do novo programa. Portanto, espera-se que cópias dos instrumentos do Mars Observer estejam a bordo do Mars Global Surveyor , em 1996, Mars Climate Orbiter (em 1998), Mars Odyssey (em 2001) e Mars Reconnaissance Orbiter (em 2005).

A série negra das missões marcianas das décadas de 1980 e 1990

Data de lançamento	Missão	Modelo	Agência espacial	Resultado
Programa Viking	1975	2 orbitadores e 2 sondas	NASA	Sucesso Última missão científica de sucesso antes de MGS
Programa Phobos	1988	2 orbitadores e 2 módulos lunares	União Soviética	Falha
Marte Observe	1992	orbitador e 2 sondas	NASA	Falha
Mars Global Surveyor	1996	orbitador	NASA	Sucesso
Março de 1996	1996	orbitador e 2 sondas	Roscosmos ( Rússia )	Falha
Mars Pathfinder	1996	Demonstrador tecnológico (lander)	NASA	Sucesso
Nozomi	1992	orbitador	ISAS ( Japão )	Falha
Mars Climate Orbiter	1999	orbitador	NASA	Falha
Mars Polar Lander	1999	Lander	NASA	Falha

Março de 96 (novembro de 1996)

Sempre em busca de um sucesso franco e massivo, os russos desenvolvem uma missão que deve ser um marco na exploração do planeta vermelho. Em colaboração com a União Europeia e os Estados Unidos, eles estão projetando uma sonda de 6.180 quilogramas composta por um satélite de observação, dois módulos de aterrissagem e dois penetradores. Março de 96 é lançado em16 de novembro de 1996, é a máquina mais bem equipada já lançada pelo homem. Mas uma falha de seu lançador, um foguete Proton , causa sua perda no dia seguinte à decolagem. A missão é outro fracasso para a Rússia.

Mars Pathfinder e Sojourner (1996)

Objetivos da exploração de Marte pela NASA e ESA

Missão	Lançar	Água?	Habitabilidade?	Vida ?
Mars Global Surveyor	1996	X
Mars Pathfinder	1996	X
Odisséia de março de 2001	2001	X
March Express	2003	X
SEA ( Espírito	2003	X
Oportunidade MER )	2003	X
Mars Reconnaissance Orbiter	2005	X
Fénix	2007	X	X
MSL ( Curiosidade )	2011	X	X	X
MAVEN	2013	X	X	X
ExoMars Trace Gas Orbiter	2016		X	X
Entendimento	2018		X	X
Março de 2020	2020		X	X
Rover ExoMars	2022		X	X

A primeira investigação do programa “Melhor, mais rápido, mais barato”, lançada em 4 de dezembro de 1996, é a sonda Mars Pathfinder . que pousa em solo marciano (exatamente na região de Ares Vallis ), o4 de julho de 1997, mais de vinte anos após o Viking . Ele libera o primeiro robô móvel , Sojourner , que explora os arredores imediatos, viajando cem metros até a transmissão parar.27 de setembro de 1997.

Mars Global Surveyor (1996)

Lançado em 7 de novembro de 1996, ou seja, um mês antes do Mars Pathfinder , o Mars Global Surveyor chega em torno de Marte dois meses depois dele, o11 de setembro de 1997. Por nove anos, o orbitador estuda toda a superfície de Marte, sua atmosfera e sua estrutura interna e nos envia mais dados de volta ao planeta do que todas as outras missões juntas. Entre as descobertas importantes, revela a presença de depósitos sedimentares e hematitas na região de Meridiani Planum , fornecendo assim duas provas adicionais da presença de água líquida em um passado distante. Ele também descobriu um campo magnético fóssil, cuja estrutura pode refletir as placas tectônicas antigas . Finalmente, permite uma melhor compreensão do ciclo da água e produz um mapa topográfico global ... daí o seu nome.

Outras sondas americanas (1998 e 1999)

No final de 1998 / início de 1999, a NASA lançou duas novas sondas, Mars Climate Orbiter e Mars Polar Lander . Ambos são vítimas de fracassos com três meses de intervalo antes de iniciarem a parte científica de sua missão. Diante dessa série de falhas, obviamente ligadas à sua nova doutrina, a NASA está suspendendo todas as missões futuras de seu programa de exploração marciano, em particular as sondas Mars Surveyor 2001 em fase de conclusão.

Nozomi (1998)

O ano de 1998 marca a entrada do Japão na exploração interplanetária. O objetivo é colocar uma sonda em órbita ao redor de Marte para estudar as interações de sua atmosfera com o vento solar . Nozomi é lançado em3 de julho de 1998. Vítima rapidamente de uma série de incidentes, incluindo falha de seu propulsor, teve que adiar seu encontro com Marte de 1999 para 2004. Em 2002, quando se colocou em órbita heliocêntrica e aproveitou o auxílio gravitacional da Terra , a sonda é vítima de uma forte explosão solar que mina seus circuitos elétricos, aumentando o medo do pior. Na verdade, não tendo sido projetado para pousar em Marte, Nozomi não passou pela descontaminação recomendada pela COSPAR. Se caísse no planeta, os efeitos poderiam ser catastróficos. Diante da preocupação da comunidade científica, ela voluntariamente erra seu objetivo e passa a mil quilômetros do planeta vermelho em14 de dezembro de 2003.

• Sondas espaciais da década de 1990

• Foto do primeiro robô móvel, Sojourner , na superfície de Marte .

• Mars Global Surveyor (visão do artista).

Projetos abortados: retorno de amostra e a rede marciana

Um dos principais objetivos dos planetologistas especializados em Marte é ser capaz de analisar uma amostra do solo marciano em laboratórios na Terra. Em 1988, foi elaborado um projeto de amostra de devolução, mas seu custo, estimado na época em US $ 7 bilhões, foi considerado alto demais pelos tomadores de decisão.

Durante a década de 1990, o projeto de devolução de amostras foi reativado pela NASA em parceria com o CNES  : o cenário foi desenvolvido com base na "doutrina" das missões de baixo custo ( "  melhor, mais rápido, mais barato  " , em francês "melhor, mais rápido, mais barato" ) promulgado pelo administrador da NASA da época Daniel Goldin . Mas o fracasso das duas missões da Mars de 1999, Mars Polar Lander e Mars Climate Orbiter , produtos dessa política, bem como uma abordagem mais realista dos custos, pôs fim ao projeto de amostra de retorno no início dos anos 2000 . Outro grande objetivo da comunidade científica era montar uma rede geofísica composta por estações estáticas automáticas colocadas na superfície de Marte, responsáveis ​​pela coleta de dados meteorológicos , sismológicos e geológicos . Durante a década de 1990, vários projetos ( MarsNet , InterMarsNet ) foram desenvolvidos no âmbito da cooperação internacional para a criação desta rede de estações, mas todos falharam por motivos financeiros.

Anos 2000

No início dos anos 2000, os projetos marcianos em grande escala não estavam mais na agenda da NASA como no âmbito da cooperação internacional, por falta de apoio financeiro. No entanto, nada menos que cinco sondas , incluindo uma europeia, são lançadas em direção a Marte. Todos têm como objetivo principal o estudo da água durante a história geológica do planeta vermelho. Ao contrário da década anterior, quando muitas falhas foram registradas, esta é marcada pelo sucesso. A agência espacial americana, em particular, está desenvolvendo os rovers Mars Exploration Rover (MER) com capacidades que deveriam ser limitadas, mas que são de fato surpreendentes. O rover Opportunity sobreviveu notavelmente 15 anos na superfície de Marte, até junho de 2018.

Orbiter 2001 Mars Odyssey (2001)

Em 2001, no entanto, a NASA voltou ao sucesso graças ao orbital Mars Odyssey 2001 , um sobrevivente do programa "  melhor, mais rápido e mais barato  " e que tem características muito semelhantes ao Mars Climate . Lançado em7 de abril de 2001e com uma massa de 725  kg , atingiu Marte em24 de outubro de 2001. Seus principais objetivos são mapear a distribuição de minerais e elementos químicos na superfície de Marte e detectar a possível presença de água usando seus três instrumentos científicos herdados em parte da missão Mars Observer . Estes revelam efetivamente grandes quantidades de gelo armazenadas sob os dois pólos e detectam uma presença particularmente significativa de potássio . O espectrômetro de imagem THEMIS estabelece um mapa global de Marte em luz visível e infravermelho e detecta grandes concentrações de olivina, o que prova que o período de seca que Marte está experimentando começou há muito tempo. Finalmente, os dados fornecidos são usados ​​para selecionar os locais de pouso para os rovers Mars Exploration Rover (MER). A sonda, cuja missão foi estendida várias vezes, foi colocada em modo de sobrevivência em 2012, após uma ligeira anomalia, e depois colocada novamente em serviço. Permanece operacional em 2016, quinze anos após o seu lançamento, servindo em particular como um retransmissor de telecomunicações entre a Terra e veículos ativos no solo, como os rovers MER e o Mars Science Laboratory ( MSL, ou Curiosity ).

The Mars Express Orbiter e The Beagle 2 Lander (2003)

Após o fracasso da sonda russa Mars 96 , a Agência Espacial Europeia (ESA) decide retomar parte dos objetivos de sua missão: busca de vestígios de água e vida (passado ou presente), cartografia, estudo da composição da atmosfera . O2 de junho de 2003, a sonda é lançada do Cosmódromo de Baikonur . A carga útil consiste em duas partes: um orbitador, Mars Express , e um módulo de pouso, Beagle 2 , que tem um perfurador, um pequeno espectrômetro de massa e outro equipamento colocado em um braço robótico. A sonda é colocada em torno de Marte em25 de dezembro de 2003, coleta uma grande quantidade de dados: fornece imagens tridimensionais do relevo, descobre grandes quantidades de gelo de água perto do pólo sul, destaca a presença de argila , um mineral essencial no problema da água em Marte e confirma a presença de metano na atmosfera, reavivando a esperança de um dia descobrir uma forma de vida no “planeta vermelho”. Sua missão está programada para terminar no final de 2016. O módulo de pouso, por outro lado, tem uma vida útil mais curta: o6 de fevereiro de 2004, depois de ser lançado conforme planejado, ele interrompe suas comunicações antes de chegar à superfície.

Os dois rovers MER (2003)

Durante a próxima janela de tiro em 2003, a agência espacial dos EUA lançou as duas missões Mars Exploration Rover  : cada uma carregava um rover com o objetivo de estudar a geologia do planeta Marte e, em particular, o papel desempenhado pela água na história do planeta. O primeiro rover, o Spirit , pousou em janeiro de 2004 na cratera Gusev, que poderia ser o leito de um antigo lago. O segundo, Opportunity surge logo depois em Meridiani Planum, onde hematitas detectadas em órbita pela Mars Global Surveyor , poderiam ter sido criadas na presença de água líquida. Cada veículo espacial pesa cerca de 185  kg e viaja em seis rodas movidas por energia elétrica fornecida por painéis solares . É equipado com três pares de câmeras utilizadas para navegação e diversos instrumentos científicos: uma câmera panorâmica localizada em um mastro de 1,5 metros de altura, uma ferramenta para abrasão da superfície de rochas transportada por um braço articulado no qual está localizado também um espectrômetro de raios - X , um espectrômetro Mössbauer e uma câmera de microscópio. Finalmente, um espectrômetro infravermelho é usado para a análise de rochas e da atmosfera. Os dois robôs descobrem várias formações rochosas que provavelmente são o resultado da ação da água no passado: contas de hematita cinza e silicatos . Os rovers também tornaram possível estudar fenômenos meteorológicos, observar nuvens e caracterizar as propriedades das camadas da atmosfera marciana.

Projetados para sobreviver apenas 90 dias e viajar não mais que 600 metros, os dois rovers demonstraram resistência excepcional: as conexões com o Spirit cessaram em 2009 e as com o Opportunity , em junho de 2018, após terem percorrido mais de 44  km .

The MRO Orbiter (2005)

Lançado em 12 de agosto de 2005e pesando mais de duas toneladas (incluindo combustível), o principal objetivo do Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) da NASA é mapear a superfície de Marte em grandes detalhes. A máquina possui para o efeito um telescópio associado a uma câmara HiRISE que permite obter imagens com uma resolução ímpar de 20 a 30  cm . Também é equipado com espectrômetro e radiômetro operando em luz visível e infravermelha, além de radar para determinar a composição mineralógica do solo e buscar água aprisionada em forma de gelo. Finalmente, o MRO está equipado com um sistema de telecomunicações que deve permitir a transferência de grandes volumes de dados para a Terra e atuar como um retransmissor para os dados coletados por landers e rovers na superfície, como o Mars. Science Laboratory . Ao orbitar Marte, o MRO assume o lugar do Mars Global Surveyor e se torna o quarto satélite artificial operacional a orbitar o planeta vermelho com a sonda europeia Mars Express e as duas sondas da NASA Mars Odyssey e Mars Global Surveyor .

• A cratera Victoria e o rover Opportunity .

• Uma avalanche fotografada pelo MRO.

• Deslizamento em cores falsas.

• A lua Fobos fotografada pelo MRO.

• Pólo Sul: água gelada aquecida pelo sol passa pela camada de dióxido de carbono.

The Phoenix Lander (2007)

O módulo de pouso Phoenix foi lançado em4 de agosto de 2007. Como o Mars Odyssey 2001 , ele é um sobrevivente do programa “  melhor, mais rápido e mais barato  ” , Mars Surveyor 2001 , parcialmente re-equipado com instrumentos recentes. Ele pousa na superfície de Marte em25 de maio de 2008, perto da calota polar norte, na região de Vastitas Borealis , onde grandes estoques de gelo foram detectados logo abaixo da superfície. O objetivo da missão é o estudo da água líquida na superfície em um passado recente, bem como a observação do clima do planeta. Os instrumentos da Phoenix confirmam a presença de gelo de água no local e fornecem informações detalhadas sobre a composição do solo e o clima local. Conforme previsto, a sonda não sobrevive ao seu primeiro inverno marciano.

Anos 2010

Sonda Phobos-Grunt (2011)

O Phobos-Grunt , lançado no final de 2011, deveria marcar, no campo da exploração do Sistema Solar , o retorno da Rússia, herdeira do programa espacial da União Soviética após um hiato de 15 anos. O objetivo da missão é estudar a lua Fobos após pousar em seu solo e trazer de volta à Terra uma amostra de seu solo. A sonda carrega cerca de vinte instrumentos científicos, alguns dos quais foram desenvolvidos pela Alemanha, França, Itália e Suíça. Ele também carrega o pequeno orbitador chinês Yinghuo 1 , que seria colocado em órbita ao redor de Marte para estudar as interações entre a atmosfera do planeta e o vento solar . Mas a sonda espacial uma vez na órbita da Terra não conseguiu alcançar sua órbita de trânsito para Marte e foi destruída ao retornar à atmosfera da Terra em março de 2012.

MSL e o Curiosity Rover (2011)

No início dos anos 2000, a NASA pediu ao Mars Science Program Synthesis Group , um grupo de trabalho que representa a comunidade científica internacional, que identificasse as direções a serem dadas à exploração marciana na década 2010-2020. O resultado desse trabalho foi publicado em 2003. A busca por água que servia de fio condutor para as missões dos anos 1990 é substituída pela de componentes que permitem o surgimento de vida. Quatro prioridades foram definidas:

1. Se for comprovado que Marte experimentou um período quente e úmido, analise as camadas de sedimentos e procure a presença de sinais de vida no passado de Marte;
2. Se forem identificados sinais de atividade hidrotérmica atual ou passada, explore os locais em busca de sinais de vida presente ou passada;
3. Se houver indícios da presença de vida em Marte e se houver apoio político, lance uma missão de retorno de amostra contando com um rover para coleta de solo;
4. Se descobrir que Marte não teve um período quente e úmido, estude a história dos gases voláteis em Marte, determine as condições inicialmente reinantes em Marte e a evolução do planeta, a fim de alcançar uma compreensão global das evoluções de Marte , Vênus e a Terra.

A decisão de lançar o desenvolvimento do pesado e versátil rover do Mars Science Laboratory foi tomada em 2003 e foi um resultado direto desse trabalho. A sua instrumentação permite estudar a química do carbono em Marte, fornecer dados inequívocos sobre a geologia marciana e analisar depósitos hidrotermais, ou seja, constituir um instrumento adequado para três dos eixos. A precisão do seu pouso (margem de erro de menos de 20  km ) e sua autonomia garantida (pelo menos 20  km ) permitem pela primeira vez, em uma missão envolvendo o pouso na superfície de Marte, atingir os locais marcianos mais interessantes, geralmente caracterizado pela presença de relevos atormentados e / ou uma pequena superfície. Considerando seu custo, o Mars Science Laboratory está vinculado ao programa Flagship , que reúne as missões interplanetárias mais ambiciosas da NASA com um orçamento de até vários bilhões de dólares e que são lançadas aproximadamente a cada dez anos.

MSL é lançado em 26 de novembro de 2011e seu rover Curiosity é colocado suavemente na superfície de Marte6 de agosto de 2012para uma missão de duração inicial fixada em um ano marciano (2 anos terrestres). Graças ao uso de uma série de inovações, a principal delas diz respeito a uma descida hipersônica controlada, a precisão do pouso permite ao rover pousar na cratera Gale , um local de acesso muito mais difícil, mas com características particularmente interessantes por sua variedade de terrenos geológicos, alguns dos quais poderiam ser favoráveis ​​à vida. A máquina é cinco vezes mais pesada que suas antecessoras, os Mars Exploration Rovers (MER), o que lhe permite transportar 75  kg de equipamentos científicos, incluindo dois minilaboratórios para análise de componentes orgânicos e minerais, além de um sistema de identificação remota da composição de rochas com base na ação de um laser. Os laboratórios de bordo são alimentados por um sofisticado sistema de coleta e condicionamento de amostras, incluindo uma sonda de perfuração.

Após uma fase de abordagem de 9  km que dura dois anos (até setembro de 2014) e inclui quatro paradas estendidas para estudos geológicos aprofundados - Yellowknife Bay , Darwin , Cooperstown , Kimberley - o rover começa a subida do Monte Sharp , que é o objetivo principal da missão. Em 2016, o rover, apesar dos problemas que afetam suas rodas e sua broca, confirmou o interesse do local ao fornecer muitas e valiosas informações sobre a história de Marte.

← Beagle 2 (2003) ← Rosalind Franklin (2023?) Curiosidade (2012) → ← Perseverança (2021) Deep Space 2 (1999) → InSight (2018) → ↓ rover Tianwen-1 (2021) 2 de março (1971) → ← 3 de março (1971) 6 de março (1973) → Polar Lander (1999) ↓ ↑ Oportunidade (2004) ← Phoenix (2008) Schiaparelli EDM (2016) → ← Sojourner (1997) Spirit (2004) ↑ Viking 1 (1976) → Viking 2 (1976) →

The MAVEN Orbiter (2013)

Em órbita elíptica do 21 de setembro de 2014, o objetivo desta máquina de 2,5 toneladas é determinar os mecanismos na origem do desaparecimento da atmosfera e, em particular, estudar as interações entre a atmosfera residual e o vento solar . Ao avaliar a medição da velocidade de escape atual dos átomos no espaço, bem como as proporções dos isótopos estáveis ​​presentes na atmosfera, os cientistas esperam ser capazes de reconstruir a evolução histórica da atmosfera marciana. Os instrumentos de bordo permitem, em particular, estudar as características da parte superior da atmosfera do planeta, que está exposta ao bombardeio solar, nomeadamente através da determinação da sua composição e da medição do fluxo da energia solar e da taxa de exaustão de diferentes gases.

The Orbiter Mars Orbiter Mission (2013)

Mars Orbiter Mission orbitando Marte três dias apósMAVEN, o24 de setembro de 2014. Esta máquina de 1,3 toneladas é a primeira enviada pela Índia ao Planeta Vermelho. Segundo a agência espacial indiana, a missão MOM pretende acima de tudo demonstrar que a ISRO é capaz de desenvolver uma máquina capaz de escapar da órbita da Terra, de realizar um trânsito de 300 dias até Marte, de se inserir em órbita. planeta e conduzir operações lá. Trata-se, portanto, de provar a capacidade da Índia nos domínios da navegação espacial, das telecomunicações de longa distância e do desenvolvimento dos automatismos necessários. O objetivo científico (detectar vestígios de metano e procurar os vestígios da presença de água na superfície), em todo o caso limitado pela reduzida carga útil, é secundário.

ExoMars TGO (2016)

ExoMars TGO é um orbitador da Agência Espacial Europeia desenvolvido com participação significativa da agência espacial russa Roscosmos . Lançado em 14 de março de 2016 por um foguete Proton com massa de 4,3 toneladas, ele deve estudar a atmosfera marciana assim que for colocado em órbita em outubro, para então servir como um relé de telecomunicações entre a Terra e os veículos europeus dos Exomars programa que mais tarde pousará no terreno. A instrumentação científica é parcialmente fornecida pela Rússia. A máquina também carrega o módulo de pouso europeu Schiaparelli , com massa de 600  kg, responsável por aprimorar as técnicas de pouso em Marte. Devia pousar não muito longe do rover americano Opportunity . Este último tentou fotografá-lo sem resultado.

InSight (2018)

InSight , que foi lançado em5 de maio de 2018, é uma sonda fixa que carrega dois instrumentos científicos e que deve pousar em solo marciano próximo ao equador: um sismômetro e um sensor de fluxo de calor que deve ser conduzido a uma profundidade de 5 metros abaixo da superfície do solo. Ambos devem fornecer dados que ajudarão a entender melhor a estrutura e composição interna do planeta, um aspecto do planeta que até agora não foi estudado por nenhuma das naves que pousaram em Marte. O objetivo científico da missão é reconstruir o processo de formação e evolução dos planetas rochosos do sistema solar .

• Impressão artística da sonda MAVEN .

• Impressão artística do ExoMars TGO .

• Impressão artística da Mars Orbiter Mission .

Anos 2020

Março de 2020 (2020)

Março de 2020 é um rover ( rover ) desenvolvido pelo Center JPL ligado à agência espacial dos EUA da NASA . Além de sua carga útil , a espaçonave tem praticamente o mesmo design que a sonda do Laboratório de Ciências da Mars e seu rover Curiosity que pousou com sucesso em Marte em agosto de 2012. Um dos principais objetivos atribuídos a esta nova missão é a coleta de amostras de solo marciano que deve ser devolvido à Terra por uma missão de retorno de amostra que ainda não foi programada. O rover chamado Perseverence também contém o helicóptero Ingenuity para validar a possibilidade de um vôo na atmosfera marciana. Ele pousou com sucesso em18 de fevereiro de 2021.

Tianwen-1 (2020)

A agência espacial chinesa lançou em 23 de julho de 2020 a sonda Tianwen-1 usando seu pesado foguete Longa Marcha 5 , que chegou ao local em10 de fevereiro de 2021. A missão inclui uma sonda e uma sonda ( Rover ) 200  kg que caiu sobre a superfície do planeta marco o15 de maio de 2021. A duração da missão principal do rover é de três meses.

Mars Hope (2020)

Mars Hope ouEmirates Mars MissionouAl-Amal("esperança" emárabe) é umasonda espacialdesenvolvida pelosEmirados Árabes Unidos, que foi colocada em órbita ao redor do planetaMartepara estudarsua atmosfera. A sonda espacial de 1.500 kgcarrega três instrumentos, incluindo uma câmera e dois espectrômetros.

Missões programadas para 2022

Rosalind Franklin (rover)

O Rosalind Franklin (rover) ESA com participação da Rússia para o módulo de descida, a ser lançado em 2022: com os principais objetivos da pesquisa de vidas passadas ou sinais presentes, o estudo da distribuição de água no subsolo marciano, referenciando os perigos associado com o ambiente marciano para futuras missões tripuladas e o estudo da estrutura interna de Marte. Prevista inicialmente para 2018, a missão teve que ser adiada para 2020 e depois para 2022 até a próxima janela de tiro para dar continuidade aos testes relacionados principalmente à abertura dos paraquedas.

Projetos em estudo

Em 2016, a importância da Mars nos programas das principais agências espaciais não está diminuindo e para a comunidade científica o planeta ainda é muito atraente. Várias missões estão sendo estudadas, às vezes por várias décadas, como a missão de devolver amostras marcianas , mas nenhuma delas deveria ter um orçamento que permitisse um lançamento antes de 2020.

Propostas de missão

Missão	Data de lançamento	Características	Observações
Órbita de março de 2022	2022?	Orbiter	Satélite de comunicação
March Geyser Hopper  (em)	-	Lander	Projetado para ser capaz de realizar dois saltos após o pouso, permitindo que se posicione a uma curta distância de uma fonte de CO 2 do gêiser marciano
MetNet		Lander	Rede de estações meteorológicas
Missão da Mars Network		Três pequenos impactadores	Rede de estações meteorológicas
Retorno de amostra de março	-	-	Missão de retorno de amostra
Mangalyaan 2	-	Orbiter, lander e rover
Vida quebra-gelo  (en)	-	Lander	Estrutura interna de Marte
PADME  (en)	-	Orbiter	Estudo de Fobos e Deimos
Exploração das luas marcianas	-	Retorno de amostra	Retorno de amostras de Phobos
Phootprint  (en)	-	Retorno de amostra	Retorno de amostras de Phobos
MELOS  (en)	-	Orbitador e módulo de pouso	Estudo de geologia e atmosfera
Mars-Grunt  (en)	-	Orbiter, Lander	Missão de retorno de amostra
BOLD  (en)	-	6 material rodante	Procure por pistas biológicas em solo marciano

Projetos abandonados ou cancelados

Principais projetos cancelados

Missão	Data de lançamento	Características	Observações
Marte Astrobiologia Explorar-Ocultar	2018	Andarilho	Cancelado em 2011 na sequência de uma arbitragem de orçamento.
CNES NetLander	2009	Landers	Rede de 4 pequenas estações geofísicas e meteorológicas. Cancelado em 2003.
Mars Surveyor Lander 2001	2001	Lander	Cancelado em 2000 após as falhas do Mars Polar Lander e do Mars Climate Orbiter.

Projetos de missões habitadas

Algumas sondas espaciais incluem em seus objetivos a preparação de possíveis missões tripuladas a Marte, em particular medindo o ambiente radiativo no caminho para Marte e na superfície. Mas uma missão tripulada a Marte , além de seu custo estimado de várias centenas de bilhões de dólares, exigirá apoio político inabalável e duradouro e constitui um desafio técnico e humano desproporcional ao programa Apollo que mobilizou em sua época de meios sem precedentes:

• construção de lançadores pesados ​​capazes de colocar pelo menos 100 toneladas em órbita baixa;
• desenvolvimento de técnicas de pouso que possibilitem aterrissar massas de várias dezenas de toneladas;
• sistema de suporte vitalício de longa duração (cerca de 900 dias);
• confiabilidade do equipamento que não pode ser reparado ou cuja redundância não pode ser sistematicamente garantida;
• gestão dos problemas psicológicos de uma tripulação confinada em espaço confinado num contexto particularmente estressante: em caso de acidente, não é possível o regresso antes da data prevista;
• gestão de problemas fisiológicos decorrentes da ausência de gravidade por períodos prolongados e da radiação ( radiação de origem cósmica e radiação ligada a erupções solares ).

Histórico

Wernher von Braun é o primeiro a fazer um estudo técnico detalhado de uma missão a Marte. O plano de Von Braun era enviar quase mil foguetes de três estágios que colocariam os elementos da missão em órbita para Marte; estes foram montados a partir de uma estação espacial na órbita da Terra. Após o sucesso do programa Apollo , Von Braun defendeu uma missão tripulada marciana que seria o objetivo do programa de missões tripuladas da NASA. No cenário proposto, os lançadores Saturno V foram usados ​​para orbitar estágios de propulsão nuclear ( NERVAs ): estes foram usados ​​para impulsionar duas embarcações com tripulações de seis homens. A missão seria lançada no início dos anos 1980. A proposta foi considerada pelo presidente Richard Nixon e rejeitada em favor do ônibus espacial .

Após o sucesso das sondas Viking Mars , uma série de palestras foi dada entre 1981 e 1996 sob o título The Case for Mars na University of Colorado em Boulder. Essas conferências defenderam o princípio da exploração de Marte por missões tripuladas, apresentando os conceitos e tecnologias necessários e foram seguidas de workshops destinados a detalhar o andamento das missões. Um dos conceitos básicos era o reaproveitamento dos recursos marcianos para fazer combustível para a viagem de volta. O estudo foi publicado em uma série de volumes publicados pela American Astronautical Society . As palestras subsequentes apresentaram uma série de conceitos alternativos, incluindo o de “Mars Direct” defendido por Robert Zubrin e David Baker; a proposta “Footsteps to Mars” de Geoffrey A. Landis , que propôs realizar missões intermediárias antes de pousar em Marte, incluindo a de pousar uma tripulação em Phobos e a Grande Exploração proposta pelo Laboratório Nacional Lawrence Livermore, entre outros.

Em 1989, em resposta a um pedido do Presidente dos Estados Unidos, a NASA realizou um estudo sobre projetos de exploração tripulados para a Lua e Marte, que iria substituir a Estação Espacial Internacional . O relatório resultante, chamado de estudo de 90 dias , propõe um plano de longo prazo para concluir a Estação Espacial Internacional, considerada imperdível, depois retornar à Lua para estabelecer uma base permanente lá e, finalmente, enviar tropas. Men em Marte. Este relatório é amplamente criticado como muito ambicioso e caro, e todos os fundos para a exploração humana além da órbita da Terra estão sendo cortados pelo Congresso.

No final da década de 1990, a NASA definiu vários cenários de exploração tripulada para Marte. Um dos mais notáveis ​​e frequentemente citados é o Design reference mission 3.0 (DRM 3.0). O estudo foi realizado pela equipe de exploração de Marte do Johnson Space Center (JSC). Pessoas representando diferentes centros de pesquisa da NASA definiram um cenário de referência para a exploração humana de Marte. O plano descreve as primeiras missões a Marte, desenvolvendo os conceitos usados ​​e as tecnologias implementadas. Este estudo é baseado em estudos anteriores principalmente no trabalho do Grupo de Síntese (1991) e Zubrin (1991) para o uso de combustíveis produzidos na atmosfera marciana. O principal objetivo deste estudo foi estimular o pensamento e a descoberta de abordagens alternativas que possam melhorar a viabilidade, bem como reduzir riscos e custos.

O presidente dos Estados Unidos, George W. Bush, originou um documento do programa publicado em 14 de janeiro de 2004, intitulado Visão para Exploração Espacial . Este documento prevê o estabelecimento de um posto avançado na Lua por volta de 2020. As missões preliminares durante a década de 2010-2020 devem permitir o desenvolvimento das técnicas necessárias. O24 de setembro de 2007, Michael Griffin, então administrador da NASA, sugeriu que uma missão tripulada a Marte poderia ser lançada por volta de 2037. A NASA também considerou lançar missões a Marte da Lua. Esta opção não foi escolhida, porém, porque exigiria a instalação de um verdadeiro complexo industrial na Lua, de difícil operação e manutenção. A ESA também prevê missões tripuladas a Marte sem definir uma data específica.

Revisão da exploração de Marte

Os dados coletados pelas várias missões espaciais tornaram possível reconstruir uma grande parte da história de Marte, mas muitas questões permanecem sem resposta:

• Marte experimentou um período quente com uma atmosfera densa durante os primeiros 500 milhões de anos. 3,9 a 4 bilhões de anos atrás, o núcleo metálico ( ferro e níquel ) do planeta esfriou tanto que os movimentos de convecção dentro do metal líquido cessaram. O campo magnético gerado por este dínamo natural então desapareceu. A atmosfera, que não estava mais protegida do vento solar , foi aos poucos escapando para o espaço, acabando com o efeito estufa e fazendo com que a superfície resfriasse gradativamente. 3,5 bilhões de anos atrás, a superfície de Marte se tornou o deserto congelado de hoje.
• A água fluiu na superfície de Marte durante dois períodos distintos de sua história. Cerca de 4,1 bilhões de anos atrás, rios relativamente curtos (algumas centenas de quilômetros) e largos (alguns quilômetros) deixaram vestígios nas partes mais antigas da superfície na forma de vales ramificados como Nanedi Vallis. Há indícios de que a origem da água era subterrânea. Esses fluxos duraram entre algumas centenas e alguns milhares de anos. O segundo episódio aquoso tem entre 3 e 3,7 bilhões de anos. Enormes fluxos (fluxos de até 1 km³ / s ou milhares de vezes o fluxo do Rio Amazonas ) ocorreram em períodos muito curtos (alguns dias a algumas semanas), esculpindo vales relativamente retos de 10 a 100 quilômetros e o comprimento de que pode chegar a 2.000 quilômetros. Esses vales desastrosos teriam se originado do derretimento do gelo armazenado no subsolo causado principalmente por erupções vulcânicas.
• O subsolo de Marte retém uma espessa camada de gelo de água (até 450 metros de acordo com algumas estimativas) enterrada mais ou menos profundamente: começa a uma profundidade de 150 metros no nível do equador e vem nivelado com a superfície no pólo nível.
• Deltas e, portanto, lagos associados a vales ramificados deixaram seus traços na superfície de Marte, o que implica que a água pode ter permanecido no estado líquido por períodos mais ou menos longos (a duração desses lagos faz parte das questões que permanecem em aberto ) tornando esses locais, como a cratera de Jezero, local de pouso de março de 2020, locais propícios à formação de vida. Argilas hidratadas datadas do período de aparecimento de vales ramificados (4,1 bilhões de anos) e sulfatos hidratados correspondentes ao segundo episódio aquoso atestam a ação da água na superfície de Marte.
• Nenhum traço de vida foi detectado na superfície. Se permanecer, é em grandes profundidades onde a pressão e a temperatura podem ser favoráveis. A detecção por orbitadores marcianos, em particular ExoMars Trace Gas Orbiter , de traços muito finos e flutuantes de metano poderia ser a manifestação, mas muitas outras explicações, baseadas em fontes não biológicas, são possíveis. Em relação às pistas de vidas passadas, nenhum dado que prove sua existência foi descoberto até agora com os instrumentos de capacidade limitada usados ​​até agora na superfície de Marte.

História das missões robóticas a Marte

Resumo das missões lançadas a Marte

Atualização: outubro de 2014

Tipo de missão	Taxa de sucesso	Número de sondas lançadas	Sucesso	Sucessos parciais	Falha ao lançar	Falha durante o trânsito para Marte	Falha ao inserir em órbita ou terra
Viadutos	45%	11	5		4	2
Orbitadores	54%	24	11	2	5	3	3
Landers	30%	10	3			3	4
veículos robóticos	90%	5	4	1			1
Retorno de amostra	0%	1				1 ( Fobos )
Total	49%	51	22	3	9	9	8

Lista cronológica de missões

Lista cronológica de missões Década de 1960

Missões	Lançar	Chegada em Marte	Fim da missão	Tipo de nave espacial	Objetivo primário	Resultado	Ref.
Março 1960A	10 de outubro de 1960		10 de outubro de 1960	Visão geral		O lançamento falhou	[1]
Março 1960B	14 de outubro de 1960		14 de outubro de 1960	Visão geral		O lançamento falhou	[2]
Março de 1962A	24 de outubro de 1962		24 de outubro de 1962	Visão geral		O lançamento falhou	[3]
1 de Março	1 r de Novembro de 1962		21 de março de 1963	Visão geral		Falha: contato perdido	[4]
Março de 1962B	4 de novembro de 1962		19 de janeiro de 1963	Lander		Falha: falha ao sair da órbita da Terra	[5]
Marinar 3	5 de novembro de 1964		5 de novembro de 1964	viaduto		O lançamento falhou	[6]
Marinar 4	28 de novembro de 1964	14 de julho de 1965	21 de dezembro de 1967	Visão geral		Sucesso (primeiro sobrevôo bem-sucedido)	[7]
Zond 2	30 de novembro de 1964		Maio de 1965	Visão geral		Falha: contato perdido	[8]
Marinar 6	25 de fevereiro de 1969	31 de julho de 1969	Agosto de 1969	Visão geral		Sucesso	[9]
Marinar 7	27 de março de 1969	5 de agosto de 1969	Agosto de 1969	Visão geral		Sucesso	[10]
Março de 1969A	27 de março de 1969		27 de março de 1969	Orbiter		O lançamento falhou	[11]
Março de 1969B	2 de abril de 1969		2 de abril de 1969	Orbiter		O lançamento falhou	[12]

Década de 1970

Missão	Lançar	Chegou em Marte	Fim da missão	Tipo de nave espacial	Objetivo primário	Resultado	Ref.
Marinar 8	8 de maio de 1971		8 de maio de 1971	Orbiter		O lançamento falhou	[13]
Cosmos 419	10 de maio de 1971		12 de maio de 1971	Orbiter		Falha: falha ao sair da órbita da Terra	[14]
Marinar 9	30 de maio de 1971	13 de novembro de 1971	27 de outubro de 1972	Orbiter		Sucesso (primeira órbita bem-sucedida)	[15]
2 de março	19 de maio de 1971	27 de novembro de 1971	22 de agosto de 1972	Orbiter		Sucesso	[16]
2 de março Lander			27 de novembro de 1971	Lander		Falha: colisões na superfície de Marte	[17]
03 de março	28 de maio de 1971	2 de dezembro de 1971	22 de agosto de 1972	Orbiter		Sucesso  ?	[18]
3 de março Lander			2 de dezembro de 1971	Lander		Sucesso parcial (primeiro pouso bem-sucedido)  : interrompe a transmissão após alguns segundos	[19]
4 de março	21 de julho de 1973	10 de fevereiro de 1974	10 de fevereiro de 1974	Orbiter		Falha: falha ao entrar na órbita marciana	[20]
5 de março	25 de julho de 1973	2 de fevereiro de 1974	21 de fevereiro de 1974	Orbiter		Sucesso parcial  : interrompe a transmissão após 9 dias	[21]
6 de março	5 de agosto de 1973	12 de março de 1974	12 de março de 1974	Lander		Sucesso parcial  : não transmite nenhum dado após o pouso	[22]
7 de março	9 de agosto de 1973	9 de março de 1974	9 de março de 1974	Lander		Falha: entra em órbita heliocêntrica	[23]
Viking 1 Orbiter	20 de agosto de 1975	20 de julho de 1976	17 de agosto de 1980	Orbiter		Sucesso	[24]
Viking 1 Lander			13 de novembro de 1982	Lander		Sucesso	[25]
Viking 2 Orbiter	9 de setembro de 1975	3 de setembro de 1976	25 de julho de 1978	Orbiter		Sucesso	[26]
Viking 2 Lander			11 de abril de 1980	Lander		Sucesso	[27]

Década de 1980

Missões	Lançar	Chegada em Marte	Fim da missão	Tipo de nave espacial	Objetivo primário	Resultado	Ref.
Phobos 1	7 de julho de 1988		2 de setembro de 1988	Orbiter		Falha: contato perdido antes de chegar a Marte	[28]
				Lander		Falha
Phobos 2	12 de julho de 1988	29 de janeiro de 1989	27 de março de 1989	Orbiter		Sucesso parcial  : contato perdido antes do módulo de pouso cair em Fobos	[29]
				Lander		Falha

Década de 1990

Missões	Lançar	Chegada em Marte	Fim da missão	Tipo de nave espacial	Objetivo primário	Resultado	Ref.
Marte Observe	25 de setembro de 1992		21 de agosto de 1993	Orbiter		Falha: contato perdido 3 dias antes de entrar em órbita	[30]
Mars Global Surveyor	7 de novembro de 1996	11 de setembro de 1997	21 de novembro de 2006	Orbiter		Sucesso	[31]
Orbital de 96 de março	16 de novembro de 1996		17 de novembro de 1996	Orbiter		Falha: falha ao sair da órbita da Terra	[32]
Estação de superfície de março de 96				Lander		Falha	[33]
Estação de superfície de março de 96				Lander		Falha	[34]
March 96 Surface Penetrator				Penetrador		Falha	[35]
March 96 Surface Penetrator				Penetrador		Falha	[36]
Mars Pathfinder	4 de dezembro de 1996	4 de julho de 1997	27 de setembro de 1997	Lander	Demonstrador tecnológico	Sucesso	[37]
Fique				Andarilho	Demonstrador tecnológico	Sucesso (primeiro robô móvel)	[38]
Nozomi	3 de julho de 1998		9 de dezembro de 2003	Orbiter		Falha: falha ao entrar na órbita marciana	[39]
Mars Climate Orbiter	11 de dezembro de 1998	23 de setembro de 1999	23 de setembro de 1999	Orbiter		Falha: colisões na superfície de Marte	[40]
Mars Polar Lander	3 de janeiro de 1999	3 de dezembro de 1999	3 de dezembro de 1999	Lander		Falha: contato perdido antes de entrar na atmosfera	[41]
Deep Space 2				Penetrador		Falha	[42]

Década de 2000

Missões	Lançar	Chegada em Marte	Fim da missão	Tipo de nave espacial	Objetivo primário	Resultado	Ref.
Odisséia de março de 2001	7 de abril de 2001	24 de outubro de 2001	Em operação	Orbiter	distribuição de minerais e elementos químicos na superfície, presença de água	Sucesso	[43]
March Express	2 de junho de 2003	25 de dezembro de 2003	Em operação	Orbiter	Cartografia, geologia, presença de água	Sucesso	[44]
Beagle 2			6 de fevereiro de 2004	Lander		Falha: contato perdido antes do pouso	[45]
Espírito	10 de junho de 2003	4 de janeiro de 2004	22 de março de 2010	Andarilho		Sucesso	[46]
Oportunidade	7 de julho de 2003	25 de janeiro de 2004	13 de fevereiro de 2019	Andarilho		Sucesso	[47]
Mars Reconnaissance Orbiter	12 de agosto de 2005	10 de março de 2006	Em operação	Orbiter		Sucesso	[48]
Fénix	4 de agosto de 2007	25 de maio de 2008	2 de novembro de 2008	Lander		Sucesso	[49]

Década de 2010

Missões	Lançar	Chegada em Marte	Fim da missão	Tipo de nave espacial	Objetivo primário	Resultado	Ref.
Phobos-Grunt	8 de novembro de 2011		8 de novembro de 2011	Lander	Estudo de Fobos , retorno de amostra	Falha: Comunicação perdida enquanto a sonda ainda está na órbita terrestre.	[50]
Yinghuo 1				Orbiter	Observação do planeta	Falha	[51]
Mars Science Laboratory	26 de novembro de 2011	6 de agosto de 2012	Em operação	Andarilho	Geologia, vestígios de coisas vivas	Sucesso	[52]
Mars Orbiter Mission	8 de novembro de 2013	24 de setembro de 2014	Em operação	Orbiter	Demonstrador tecnológico	Sucesso	[53]
MAVEN	18 de novembro de 2013	21 de setembro de 2014	Em operação	Orbiter	Estudo da exaustão atmosférica	Sucesso	[54]
ExoMars Trace Gas Orbiter	14 de março de 2016	19 de outubro de 2016	Em operação	Orbiter	Estudo da exaustão atmosférica	Sucesso	[55]
Schiaparelli			19 de outubro de 2016	Lander	Demonstrador tecnológico	Falha
Entendimento	5 de maio de 2018	26 de novembro de 2018		Lander	Estrutura interna de Marte		[56]
Mars Cube One			26 de novembro de 2018	CubeSat	Demonstrador tecnológico

Segundo André Debus, do CNES , um bilhão de bactérias teria sido trazido a Marte pelas várias explorações americanas e europeias.

Década de 2020

Missões	Lançar	Chegada em Marte	Fim da missão	Tipo de nave espacial	Objetivo primário	Resultado	Ref.
Mars Hope	19 de julho de 2020	9 de fevereiro de 2021	Em operação	Orbiter	Estudo da atmosfera	Sucesso
Tianwen-1	23 de julho de 2020	10 de fevereiro de 2021 (colocado em órbita) 15 de maio de 2021 (pousar)	Em operação	Orbiter, Rover	Demonstrador tecnológico	Sucesso
Março de 2020	30 de julho de 2020	18 de fevereiro de 2021	Em operação	Andarilho	Coleta de amostra	Sucesso
Mangalyaan 2	~ 2020	No estudo		Orbiter e rover?
Rover ExoMars	~ 2022	Em desenvolvimento		Andarilho	Geologia
Órbita de março de 2022	~ 2022	Excelente		Orbiter	Telecomunicações, sensoriamento remoto
Martian Moons Explorer	~ 2024	Em desenvolvimento		Retorno de amostras de Phobos

 

Notas e referências

Notas

1. Um teste bem-sucedido foi realizado pela NASA em uma versão de 3 metros de diâmetro implantada na atmosfera da Terra em alta altitude e velocidade em 17 de agosto de 2009 ("IRVE" II Inflatable Reentry Vehicle Experiment).
2. Este centro continua a dirigir em 2012 a maioria dos programas interplanetários.
3. Um campo magnético planetário protege a atmosfera e a superfície do vento solar .
4. A causa mais provável apontada pela comissão de inquérito é um vazamento dos propelentes após uma reação química nas tubulações de alimentação que levou à perda de controle de atitude e ao descarregamento das baterias.
5. Este custo incluiu um orbiter do tipo Mars Reconnaissance Orbiter responsável por identificar áreas geológicas interessantes rover instruído a coletar amostras e um dispositivo responsável por trazer a amostra de solo para a Terra.
6. O custo do projeto de devolução de amostra inicialmente estimado em 650 milhões de dólares é reavaliado em mais de 2 bilhões de dólares.
7. A última versão deste projeto é o NetLander lançado em 2007 pelo CNES e a ESA, mas abandonado em 2009 por motivos orçamentais.

Referências

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Origens

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Livros de ciência populares sobre a exploração de Marte

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Veja também

Artigos relacionados

Março

• Março
• Atmosfera
• Geografia
• Geologia
• Satélites naturais
• Vida em Marte

Técnico

• Lander
• Janela de lançamento
• Devolução de amostras (projeto)
• Andarilho
• Satélite artificial
• Sonda espacial

Principais sondas marcianas

• Mariner 4 , primeiro sobrevôo (1965)
• Mariner 9 , colocado em órbita pela primeira vez (desde 1969)
• 3 de março (1971); Viking 1 e Viking 2 (de 1976), primeiros desembarques
• MGS , uma re  usando aerofrenagem para órbita (1996)
• Sojourner , primeiro rover marciano, experimental (1996)
• Mars Express , 1 st  missão da Agência Espacial Europeia (de 2003)
• Spirit e Opportunity , os rovers de segunda geração (de 2004)
• Mars Reconnaissance Orbiter , mapeamento detalhado de Marte (de 2006)
• Curiosity and Exploration of Mars by Curiosity (de 2012)

Projetos de voos espaciais humanos

• Colonização de Marte
• Missão tripulada a Marte

links externos

• "Planet-Terre"  : site da ENS de Lyon , que oferece, em seu arquivo Les Nouvelles de Mars, um resumo atualizado dos resultados das várias missões marcianas em andamento e publica regularmente boletins documentados sobre a geologia marciana
• Nirgal.net: do planeta vermelho à origem da vida , Marte e sua exploração, o site mais completo em francês.
• (pt) NASA: portal de missões marcianas
• (pt) NASA / JPL: Grupo de trabalho científico encarregado pela NASA de definir os objetivos e prioridades de seu programa espacial marciano
• ( fr ) Agência Espacial Europeia: a sonda Mars Express