Instruments à bord de MMX

En complément de ses capacités de navigation, la mission MMX est équipée d’un dispositif de prélèvement d’échantillons sur le sol de Phobos, et d’une charge utile, répartie en 12 instruments et du Rover IDEFIX® :

CMDM : Circum-Martian Dust Monitor (Japon, Planetary Exploration Research Center, Institut de technologie Chiba)

Détecteur de poussière avec des capacités de mesure in-situ de particules jusqu’à 10 µm, CMDM sera utilisé pour caractériser l’environnement des lunes martiennes. L’instrument sera également utile pour estimer la fréquence de collisions des particules générant des poussières et observer la chute et la réintégration des poussières sur Phobos et Deimos.

C-SMP : Coring Sampler ( JAXA)

L’objectif de cet instrument est de collecter des échantillons et de les stocker dans le module de retour pour être analysé au retour sur Terre.

IDEFIX® : Rover développé par le CNES et le DLR destiné à explorer une partie de la surface de Phobos (voir ci-dessous pour plus d’informations).

IREM : Interplanetary Radiation Environment Monitor (JAXA)

LIDAR : LIght Detection And Ranging (Japon, Institut de Technologie Chiba)

Un LIDAR est un instrument utilisant la réflexion d’un ou plusieurs rayons laser sur un objet pour en déterminer la distance, la forme et la réflectivité. Il sert à caractériser les matériaux observés à la surface, mais aussi à déterminer avec précision l’altitude de la sonde.

MEGANE : Mars-moon Exploration with Gamma rays and Neutrons (USA-NASA, JHUAPL)

Développé en partenariat entre la JAXA et la NASA, cet instrument observera les émissions de rayons gamma et de neutrons de la surface des lunes de Mars. Cette analyse permettra de déterminer la composition chimique des éléments à la surface, et ainsi qu’à aider au choix des sites candidats pour les prélèvements.

MIRS : MMX InfraRed Spectrometer (France – CNES/LESIA)

Ce spectromètre imageur proche infrarouge collectera la lumière réfléchie par la surface des satellites de Mars, et pourra déterminer leur composition minéralogique selon les différentes longueurs d’onde absorbées (voir ci-dessous pour plus d’informations).

MSA : Mass Spectrum Analyser (Japon, Université d’Osaka)

Cet instrument a pour objectif d’observer et de déterminer la présence d’ions autour des lunes martiennes. En cherchant et mesurant les ions émis par les lunes, Mars et le vent solaire, il est possible d’investiguer la présence de glace au sein de Phobos et Deimos, les effets de marées et d’érosion, ainsi que l’échappement de l’atmosphère martienne.

OROCHI : Optical RadiOmeter composed of CHromatic Imagers (Japon, Université de Rikkyo)

Cet instrument observera la surface des lunes de Mars à l’aide d’un objectif grand angle pour relever leur topographie et la composition des matériaux. OROCHI capture des images de la lumière visible réfléchie par la surface à plusieurs bandes de fréquences pour identifier les matériaux hydratés et la matière organique, sur la globalité des lunes ainsi que sur les sites de collecte.

P-SAMPLER : Pneumatic Sampler (USA-NASA, Honeybee Robotics)

L’objectif de ce mécanisme par un système pneumatique injectant du gaz est de récolter des échantillons à la surface de PHOBOS et de les stocker dans le module de retour pour être analysé au retour sur Terre.

SHV : Super Hi-Vision Camera ( JAXA)

SRC : Sample return Capsule (JAXA)

TENGOO : TElescopic Nadir imager for GeOmOrphology (Japon, Université de Rikkyo)

Cet instrument est une caméra haute résolution destinée à observer les détails de la surface de Phobos depuis la phase de quasi-orbite de la sonde MMX, avec une résolution estimée à 40 cm/pixel à plus de 20 kilomètres de distance. Ses capacités seront utiles pour déterminer la topologie des différents sites candidats pour l’atterrissage, ainsi que la distribution des différents types de matériaux à la surface des lunes de Mars.

L’instrument français MIRS

MIRS est l’instrument scientifique fourni par la France. Il s’agit d’un spectromètre imageur proche-infrarouge installé sur le corps principal de la sonde MMX, et dont le nom est un condensé de « MMX InfraRed Spectrometer ». Actif durant les phases d’observations en orbite de Mars comme lors des approches pour collecter les échantillons de la mission, MIRS a pour mission d’identifier les minéraux présents à la surface de Phobos et Deimos par leur signature spectrale. L’instrument collectera la lumière réfléchie par la surface des satellites de Mars, et pourra déterminer leur nature selon les différentes longueurs d’onde absorbées.

En cartographiant la répartition des minéraux (roches, taux d’hydratation, présence de matière organique), MIRS sera particulièrement utile à la mission MMX dans sa première phase en pseudo orbite autour de Phobos : le choix des sites de collecte d’échantillons et leur pertinence dépendra de l’analyse minéralogique de cet instrument. Enfin, la résolution des mesures sera inédite et variera entre 20 mètres lors des premières observations et 1 mètre lorsque la sonde descendra se poser à la surface. MIRS sera également pointé vers l’atmosphère martienne, et les bandes de fréquences auxquelles il est sensible (CO₂, H₂O) permettront d’identifier l’apparition de tempêtes de poussière et la présence de nuages.

MIRS est un instrument qui bénéficie d’une expertise développée grâce aux spectromètres VIRTIS embarqués sur d’autres missions, notamment Rosetta, Venus Express et le projet Marco Polo de l’ESA. Le développement est sous responsabilité du LESIA (Laboratoire d’études spatiales et d’instrumentation en astrophysique), du CNRS/Observatoire de Paris avec la participation de laboratoires partenaires LAB (Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux), LATMOS (Laboratoire Atmosphère, Milieux, Observations Spatiales), OMP (Observatoire Midi Pyrénées), LAM (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille), IRAP (Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie – Toulouse). 

Le CNES est maitre d’ouvrage de l’instrument MIRS. Il participe au développement de l’instrument aux côtés du LESIA et assure notamment l’approvisionnement du détecteur infrarouge couplé à une machine cryogénique, et au mécanisme de scan de l’instrument. Le CNES fournit également un support en mécanique spatiale pour définir et optimiser les observations de MIRS tant sur Phobos que Deimos et Mars. Enfin, le CNES prend en charge le développement du segment sol en interface avec JAXA et sera responsable des opérations MIRS, le LESIA étant en charge de l’exploitation des données scientifiques.

Le rover IDEFIX

En coopération, le CNES et l’agence spatiale allemande (DLR) développent un petit rover de 25 kg qui sera transporté sur la sonde MMX, puis déployé sur la surface de la plus grande lune de Mars, Phobos.

Ce rover, nommé IDEFIX® est un éclaireur, un démonstrateur et un explorateur.

Il a 3 objectifs :

• Il doit toucher la surface de Phobos, s’assurer du comportement de la surface à des actions mécaniques et relayer ces informations à la JAXA. Une fois les propriétés du sol connues, la JAXA pourra prévoir ce qui se passera pour sa propre séquence d’atterrissage. C’est le rôle de l’éclaireur : le régolithe de Phobos, cette couche de poussière et de grains présent à la surface des corps, doit être caractérisé.
• Il doit démontrer qu’il est possible d’utiliser la locomotion à roues sur un corps avec une si faible gravité. Cette dernière n’a été testée que sur des corps à forte gravité (la Terre, Mars et la Lune). Sur des petits corps, le comportement d’un rover est inconnu. Tester la traction mais aussi la contrôlabilité permettra d’étendre nos connaissances sur ces véhicules. S’ils peuvent rouler sur Phobos alors ils pourraient rouler sur tous les corps où la gravité y est plus forte : astéroïdes, lunes joviennes, etc.
• Il sera un explorateur scientifique, capable de faire ses mesures in-situ. Le rover sera le premier à observer le sol de Phobos à une résolution de 100µm, et à s’y déplacer. L’objectif est de parcourir entre 30 et 100m.

Le rover sera largué à environ 50m d’altitude de la surface de Phobos, et viendra s’y écraser en douceur. Les agences franco-allemandes se sont réparti le développement du système complet du Rover. Il s’articule autour de plusieurs modules ou fonctions propre, mais aussi d’équipements spécifiques restants à bord de la sonde MMX :

• Le module de service avec l’ordinateur de bord, la chaine d’alimentation électrique, la batterie, l’émetteur/récepteur radio et une antenne,
• Les panneaux solaires et leur mécanisme d’ouverture,
• La commande/contrôle et le logiciel de vol,
• Le châssis incluant la caisse et les mécanismes de protection des instruments,
• La mobilité, incluant 8 moteurs dont 4 pour les jambes et 4 pour les roues
• Le mécanisme de séparation avec la sonde MMX,
• Les équipements de communication à bord de la sonde MMX, essentiels pour échanger avec le véhicule, comprennent un ordinateur de bord avec un émetteur/récepteur radio et une antenne. Ils assurent aussi le dialogue entre le rover et l’ordinateur de la sonde. 

Malgré sa petite taille, le rover embarquera 4 instruments qui analyseront en détail la surface de Phobos :

• 2 caméras NavCam montées en banc stéréo fournies par le CNES, en premier lieu destiné à la navigation, mais permettant aussi de faire des images à vocation d’étude scientifiques,
• 2 caméras WheelCam, qui observeront directement les interactions roue/régolite pour deux roues différentes, fournies par le CNES,
• RAX, un spectromètre à effet Raman, fourni par le DLR, la JAXA et INTA,
• MiniRAD, un radiomètre infrarouge fourni par le DLR, dérivé de l’instrument MARA de l’atterrisseur MASCOT.

Les opérations seront réparties en alternance entre le CNES et le DLR.

Le largage d’IDEFIX® sur Phobos aura lieu lors d’une répétition de l’atterrissage de la sonde MMX. Après plusieurs rebonds, le rover se redressera en utilisant une séquence spécifique de mouvement de ses jambes et de ses roues (lui permettant de s’assurer d’être dans le bon sens quel que soit la position finale d’atterrissage), avant de déployer ses panneaux solaires et de s’incliner côté Soleil. Toutes ces opérations seront autonomes pour pallier les contraintes de communications avec la Terre, à savoir les délais et l’absence de visibilité.

Il sera nécessaire d’attendre une révolution complète de Phobos, soit un peu plus de 7 heures, pour que le rover communique ses premières informations. Les premiers déplacements, en ligne droite et à très faible vitesse auront lieu après une première phase d’étalonnage et de vérifications qui devrait durer plusieurs jours.