Le développement de Mars Express a été confié à Astrium (aujourd’hui Airbus Defence and Space).

Caractéristiques principales :

• Masse totale : environ 1 100 kg
• Charge utile scientifique : 110 kg
• Surface des panneaux solaires : 11,4 m²
• Puissance électrique : ≥ 650 W
• Propulsion principale : moteur de 400 N

Le satellite est conçu pour des opérations de longue durée en orbite martienne, avec une grande précision de pointage (0,15°).

Orbite et opérations

Mars Express évolue sur une orbite elliptique quasi-polaire :

• Inclinaison : ~86°
• Altitude : de 250 km à plus de 10 000 km
• Période orbitale : environ 6 h 45

Cette orbite permet une couverture globale de la planète, des observations détaillées à basse altitude et des mesures atmosphériques à haute altitude.

Outre ses observations scientifiques, la sonde peut également servir de relais de télécommunications pour des missions de surface.

Les instruments scientifiques

Mars Express embarque sept instruments complémentaires, dont trois auxquels le CNES a apporté sa contribution :

• OMEGA (Observatoire pour la Minéralogie, l'Eau, les Glaces et l'Activité) : spectro-imageur visible et infrarouge pour la cartographie minéralogique.
• SPICAM (SPectroscopy for the Investigation of the Characteristics of the Atmosphere of Mars) : spectromètre UV et IR pour l’étude de l’atmosphère et de l’ionosphère.
• ASPERA-3 (Analyser of Space Plasmas and EneRgetic Atoms) : analyseur de plasma pour étudier les interactions entre vent solaire et atmosphère.

OMEGA (Observatoire pour la Minéralogie, l'Eau, les Glaces et l'Activité)

L’instrument est un spectromètre imageur, qui constitue un élément majeur de la participation instrumentale française à Mars Express soutenue par le CNES. Il fonctionne dans le domaine visible et le proche infrarouge, fournissant des informations sur la composition minéralogique de la surface de Mars à moyenne résolution (300 m) et une couverture globale à quelques kilomètres.

OMEGA apporte des informations sur : 

• La caractérisation de la composition de la surface, par l'identification de la composition et de la répartition des différents minéraux (silicates, minéraux hydratés, oxydes et carbonates) présents dans le sol, les givres et les glaces ;
• L’étude de la distribution spatiale et temporelle de CO₂, CO, H₂O et des aérosols (particules de poussière) présents dans l'atmosphère.

SPICAM (SPectroscopy for the Investigation of the Characteristics of the Atmosphere of Mars)

SPICAM est constitué de deux spectromètres, l'un fonctionnant en ultraviolet, l'autre en infrarouge. Il étudie la répartition verticale de l'oxygène, des poussières et du dioxyde de carbone contenus dans l'atmosphère. Il constitue un élément majeur de la participation instrumentale française à Mars Express soutenue par le CNES.

L’instrument en détails :

• SPICAM-UV : spectromètre UV (118 - 320 nm) pour visée au nadir, visée au limbe et détermination du profil vertical de l'atmosphère par occultation solaire et stellaire. Ce canal permet de quantifier la présence de H₂O, O₃ et d'aérosols. Il permet également d'étudier le profil vertical de température de l'atmosphère et de l'ionosphère.
• SPICAM-IR : spectromètre infrarouge (1,1 - 1,7 µm) pour le sondage nadir et occultation solaire de H₂O.
• DPU (Data Processing Unit) : cette unité électronique permet d'interfacer les deux canaux et le satellite.

SPICAM dispose d'une fenêtre spécifique aux occultations solaires différente de celle utilisée pour les visées nadir et les occultations stellaires.

ASPERA-3 (Analyser of Space Plasmas and EneRgetic Atoms)

ASPERA-3 a été conçu principalement pour étudier les interactions entre le vent solaire et l'atmosphère martienne. Par le biais de la technique ENA (imagerie d'atomes neutres) il va "visualiser" les concentrations de gaz neutres et ionisés autour de la planète Mars. Ces informations doivent permettre de mieux comprendre le rôle du vent solaire sur l'évolution de l'atmosphère martienne et notamment sur le mécanisme d'échappement de cette atmosphère dans le milieu interplanétaire. Une équipe scientifique française soutenue par le CNES, a participé au développement de cet instrument.

En détail, l’instrument comprend quatre détecteurs :

• Le NPI (imageur de particules neutres) à haute résolution angulaire,
• Le NPD (détecteur de particules neutres) à haute résolution  en masse et vitesse, et faible résolution angulaire
• Le ELS (spectromètre à électrons),
• L’IMA (analyseur de masse ionique),
  ainsi qu’une unité de traitement (DPU). Tous les sous‑systèmes, sauf l’IMA, sont montés sur une platine mobile assurant une couverture quasi‑sphérique (4 π sr).