Mars Exploration Rover

(MER) est une mission double de la NASA lancée en 2003 et composée de deux robots mobiles ayant pour objectif d'étudier la géologie de la planète Mars, en particulier le rôle joué par l'eau dans l'histoire de la planète. Les deux astromobiles ont été lancés au début de l'été 2003 et se sont posés en  sur deux sites martiens susceptibles d'avoir conservé des traces de l'action de l'eau dans leur sol. Chaque astromobile, piloté par un opérateur depuis la Terre, a alors entamé un périple en utilisant une batterie d'instruments embarqués pour analyser les roches les plus intéressantes :
 MER-A, rebaptisé , a atterri le  dans le cratère Gusev, une dépression de  de diamètre qui a peut-être accueilli un lac ;
 MER-B, renommé , s'est posé le  sur Meridiani Planum.

Chaque  pèse environ  et se déplace sur six roues mues par l'énergie électrique fournie par des panneaux solaires. Il est équipé de trois paires de caméras utilisées pour la navigation et de plusieurs instruments scientifiques : une caméra panoramique située sur un mât à  de hauteur, un outil pour abraser la surface des roches porté par un bras articulé sur lequel se trouvent également un spectromètre à , un spectromètre Mössbauer et une caméra microscope. Enfin, un spectromètre infrarouge est utilisé pour l'analyse des roches et de l'atmosphère.

La mission MER fait partie du programme d'exploration de Mars de la NASA et prend la suite de deux missions américaines sur le sol martien aux capacités scientifiques beaucoup plus limitées : le programme Viking de 1976 et  de 1997. Les objectifs scientifiques du programme ont été remplis, marqués par la découverte par les deux robots de plusieurs formations rocheuses qui résultent probablement de l'action de l'eau dans le passé : billes d'hématite grise et silicates. Les robots ont également permis d'étudier des phénomènes météorologiques de la planète, d'observer des nuages et de caractériser les propriétés des couches de l'atmosphère martienne. Les deux véhicules MER conçus et gérés par le  ont largement dépassé les objectifs qui leur étaient fixés : parcourir  et rester opérationnel durant . , désormais bloqué par le sable, a pu parcourir  et a transmis ses dernières données scientifiques le . , après une tempête de sable qui a recouvert ses panneaux solaires, est devenu injoignable et sa mission s'est officiellement terminée le .

Historique

Sondes martiennes américaines des années 1990 

La NASA lance en 1992 la mission  alors qu'il s'est écoulé dix-sept ans depuis le programme américain  et sa dernière mission . Mais trois jours avant la date prévue pour l'insertion sur son orbite martienne, le contact est perdu.  est la sonde la plus coûteuse lancée par la NASA et elle est perdue avant d'avoir accompli sa mission ( de dollars de l'époque). Cet échec entraîne une révision de la stratégie d'exploration planétaire américaine : celle-ci doit désormais permettre d'envoyer davantage de sondes à budget serré de manière à ne pas tout perdre en cas d'échec, suivant la devise  du nouveau programme . Dans le cadre de ce programme, à chaque conjonction favorable de Mars et de la Terre (soit environ tous les deux ans), la NASA prévoit d'envoyer à la fois une sonde spatiale de type orbiteur, qui doit effectuer ses observations depuis l'orbite martienne, et une autre de type atterrisseur, chargée de se poser sur le sol martien pour y recueillir des données scientifiques. Les deux premières sondes sont lancées en 1996 et remplissent leur mission avec succès : l'atterrisseur  se pose sur Mars et libère le premier robot mobile extraplanétaire, Sojourner, qui explore les environs durant quelques semaines ; l'orbiteur  renvoie durant neuf ans une quantité inégalée de données sur l'atmosphère, la surface et la structure interne de Mars. Conformément à ses plans, la NASA lance fin 1998/début 1999 deux nouvelles sondes lorsque Mars se trouve dans une position favorable, mais  et  sont toutes deux victimes de défaillances avant d'avoir commencé leur mission. La NASA décide d'annuler le lancement des deux sondes de  : l'atterrisseur devait comporter un , baptisé Athena aux capacités très proches des  MER. L'échec entraîne également la remise en question du principe du  et l'arrêt des lancements doubles de sondes construites selon ce principe.

Changement de stratégie 

Au début des années 2000, alors que la NASA achève le développement de la sonde , l'agence spatiale américaine décide de revoir sa stratégie d'exploration de la planète Mars. La sonde  a envoyé des données qui confirment que la planète a eu une histoire climatique complexe et intéressante au cours de laquelle de grandes masses d'eau ont coulé sur le sol martien. Mais le déroulement de ces événements et la manière dont l'eau a interagi avec l'atmosphère et la surface martienne n'ont pu être reconstitués. Compte tenu de ce nouvel éclairage sur le passé martien, beaucoup de scientifiques souhaitent l'envoi d'une mission spatiale capable de ramener un échantillon du sol martien sur Terre qui pourrait apporter des réponses décisives à certaines de ces interrogations. Mais, la réussite de cette mission très complexe nécessite que de nombreuses conditions soient remplies : identifier un site d'atterrissage susceptible d'abriter des traces de vie, effectuer un atterrissage d'une très grande précision et disposer d'un robot capable d'atteindre le site visé pour récupérer un échantillon intéressant si nécessaire en forant. Or, seule la caméra à très haute définition de , dont le lancement est prévu en 2006, peut éventuellement identifier un site favorable. De plus, le risque est grand de ramener un échantillon ne fournissant aucune donnée exploitable. La NASA n'a pas à cette période de budget suffisant pour une mission aussi coûteuse.

Mission MER 

L'agence spatiale se rabat donc sur une mission reposant sur un  géologue qui doit explorer, analyser sur place à l'aide de ses instruments scientifiques embarqués et transmettre les résultats de ses mesures. La NASA écarte l'utilisation d'un  dérivé de  car son autonomie trop limitée ne permettrait pas de prospecter suffisamment le sol martien. Le JPL propose de développer un , baptisé  (MER), avec des dimensions nettement supérieures, doté d'une plus grande autonomie et suffisamment léger pour permettre l'utilisation de coussins gonflables («  ») utilisés avec succès pour l'atterrissage de la sonde . Pour limiter les risques de la mission, la NASA décide en  d'envoyer deux engins similaires, comme cela se pratiquait couramment au début de l'ère spatiale : l'agence argumente que le coût de la construction d'un deuxième exemplaire est faible par rapport à celui du développement du MER et que par contre si les deux  réussissent leur mission, les gains scientifiques seront fortement accrus. L'agence spatiale renonce à sa politique des sondes bon marché : l'ensemble de la mission va coûter  de dollars. La NASA planifie le lancement pour la prochaine fenêtre de tir en direction de Mars qui doit s'ouvrir durant l'été 2003. Chaque MER est équipé de six instruments scientifiques et est conçu pour parcourir au moins  durant  martiens.

Objectifs scientifiques de la mission 

La NASA assigne sept objectifs scientifiques à la mission :
 rechercher des roches et des sols témoignant de l'action passée de l'eau et déterminer leurs caractéristiques. Cette recherche porte en particulier sur les minéraux déposés par les processus liés à la présence d'eau tels que les précipitations, l'évaporation, la sédimentation et l'activité hydrothermale ;
 déterminer la distribution et la composition des minéraux, rochers et sols qui entourent les sites d'atterrissage ;
 déterminer les processus géologiques à l'origine de la formation des sols avoisinants et qui ont influencé leur chimie. Ces processus peuvent inclure l'érosion par l'action du vent ou par l'eau, l'activité hydrothermale, le volcanisme et l'impact de météorites ;
 valider les données collectées par les sondes en orbite en les confrontant aux observations au sol. Ces vérifications doivent permettre de déterminer la précision et le bon fonctionnement des différents instruments qui effectuent des observations géologiques depuis l'orbite ;
 rechercher des minéraux contenant du fer, identifier et quantifier les différents types de minéraux qui contiennent de l'eau ou ont été formés dans l'eau tels que les carbonates de fer ;
 déterminer les caractéristiques des minéraux ainsi que les textures des roches et des sols et spécifier les processus qui les ont créés ;
 rechercher des indices géologiques de la période où l'eau était présente sous forme liquide. Déterminer si ces environnements pouvaient être propices à la vie.

Architecture technique fortement inspirée des missions précédentes 

La conception des sondes MER repose en grande partie sur des développements réalisés pour des missions antérieures. L'architecture utilisée pour la mission  de 1996 est reprise pour l'étage de croisière chargé de propulser les sondes entre la Terre et Mars et le véhicule de rentrée et le module d'atterrissage. Ceux-ci sont toutefois redimensionnés : le parachute est 40 % plus grand et les fusées chargées de ralentir la sonde avant l'atterrissage sont 90 % plus puissantes. Les instruments scientifiques sont un héritage du  Athena qui devait constituer la charge utile de l'atterrisseur de la mission Mars  2001 annulée.

Principaux composants de la sonde MER 

Les deux sondes MER sont identiques. Une fois sur le sol martien, le  est complètement autonome, mais pour parvenir à destination, il doit franchir les  de kilomètres qui séparent Mars de la Terre puis effectuer une rentrée atmosphérique violente dans l'atmosphère martienne avant de se poser à faible vitesse. Le , d'une masse de , ne représente qu'une fraction de la masse totale de la sonde MER () qui comporte plusieurs éléments chargés de l'amener à bon port :

Étage de croisière 

L'étage de croisière, d'une masse de , a la forme d'une galette peu épaisse de  de diamètre. Il doit permettre à la sonde MER de franchir l'espace entre la Terre et Mars. À cet effet, il est chargé de corriger la trajectoire grâce à deux grappes de petits propulseurs fonctionnant à l'hydrazine dont la sonde emporte . Il dispose de  solaires et d'un suiveur stellaire pour déterminer la position de la sonde. Deux antennes de communication, à petit et moyen gain, transmettent en  les télémesures qui permettent à l'équipe sur Terre de contrôler le fonctionnement de la sonde et reçoivent en retour des instructions. L'étage de croisière dispose de ses propres panneaux solaires d'une superficie de  qui fournissent  d'énergie électrique ( près de Mars) car ceux du , encapsulé, ne sont pas utilisables. Par contre, l'ordinateur du  constitue le cerveau de la sonde durant ce trajet. Enfin, l'étage de croisière est équipé de radiateurs pour évacuer la chaleur produite par l'électronique à bord.

Véhicule de rentrée 

Lorsque la sonde MER est sur le point de rentrer dans l'atmosphère de Mars, l'étage de croisière qui a rempli son office est largué. La traversée de l'atmosphère de MER à  par seconde va provoquer un énorme échauffement des parties externes de la sonde qui atteignent une température de . Pour protéger l'astromobile durant cette phase, celui-ci est encapsulé entre deux boucliers qui forment dans le jargon de la NASA le véhicule de rentrée. Le bouclier avant, dit thermique, d'une masse de , subit l'échauffement le plus important : il est presque plat et est recouvert d'un revêtement ablatif qui évacue la chaleur en s'évaporant progressivement. Le bouclier arrière d'une masse de  a une forme conique et est également recouvert d'un revêtement ablatif toutefois d'une épaisseur plus faible ; il contient également le parachute, plusieurs propulseurs qui seront utilisés durant la phase finale de l'atterrissage ainsi que de l'électronique et un système de guidage inertiel.

Module d'atterrissage 

Le module d'atterrissage a pour rôle de protéger l'astromobile, conjointement avec les , lorsque celui-ci est largué à une vingtaine de mètres du sol. C'est une structure en matériaux composites constituée d'une plate-forme sur laquelle est posé le  et de trois pétales formant en position repliée une structure tétraédrique. Le module d'atterrissage, qui pèse , comprend plusieurs dispositifs permettant à l'astromobile, une fois les  dégonflés, de débarquer sur le sol martien même lorsque la configuration d'atterrissage est défavorable (présence de rochers sous la plate-forme…). Les , gonflés juste avant l'atterrissage, sont utilisés pour amortir la chute finale. Ils sont du même type que ceux utilisés pour la mission Mars Pathfinder. Le  est entouré de quatre  comportant chacun six lobes et réalisés avec plusieurs couches de vectran, un plus résistant que le kevlar.

Astromobile 

Les deux astromobiles sont identiques, d'une hauteur de , une largeur de , une longueur de  et une masse de . Le cœur de l'astromobile est constitué d'un boîtier central de forme triangulaire réalisé en matériau composite en nid d'abeille qui abrite les composants devant être mis à l'abri des variations importantes de température qui règnent à la surface de Mars. Le dessus du boîtier est tapissé de cellules photovoltaïques et sert de support aux trois antennes de télécommunications. Un mât, qui culmine à  de hauteur, porte la caméra panoramique à son extrémité supérieure, deux caméras de navigation et un spectromètre infrarouge. Trois panneaux solaires, situés de chaque côté du boîtier central, sont repliés durant le voyage et se déploient après l'atterrissage. Un bras robotisé (IDD) est fixé à l'avant du boîtier au bout duquel se trouvent deux spectromètres (Mössbauer et APXR), une caméra microscope ainsi qu'une meuleuse. Le boîtier repose sur un train de six roues, motorisées de manière indépendante, qui permet à l'astromobile de se déplacer sur le sol inégal de Mars.

Boîtier central 
Les composants qui ne peuvent pas supporter les températures extrêmes de Mars (jusqu'à ) sont placés dans le boîtier central : on y trouve ainsi le cerveau de l'astromobile (l'ordinateur), la centrale à inertie, la partie électronique du spectromètre infrarouge du système de commande des moteurs des roues ainsi que les batteries qui doivent être maintenues à une température supérieure à  en utilisation et  en charge La température est régulée grâce à plusieurs dispositifs : radiateurs pour évacuer la chaleur, isolant constitué d'un aérogel de silice et d'une mince feuille d'or. Pour lutter contre le froid, huit pastilles contenant chacune  de dioxyde de plutonium ( ou RHU) produisent en permanence de la chaleur générée par la radioactivité. De la chaleur additionnelle est fournie à la demande par des résistances électriques. La chaleur dégagée par l'électronique embarquée contribue également à maintenir la température dans des limites tolérables.

Propulsion 

L'astromobile utilise une suspension, baptisée , mise au point par la NASA : celle-ci permet de franchir des obstacles d'une hauteur supérieure au diamètre des roues (). Le centre de masse abaissé du véhicule lui permet de rester stable sur une pente de 45°, mais le programme de navigation embarqué est paramétré de manière à éviter les pentes supérieures à 30°. Les six roues sont équipées chacune d'un moteur individuel. Chacune des quatre roues d'extrémité comporte également un moteur agissant sur la direction, ce qui permet à l'astromobile de pivoter sur lui-même. Le véhicule peut progresser à une vitesse théorique de  par seconde ( à l'heure), mais en pratique ne peut dépasser  quand sont pris en compte les changements de direction. Dans les cas les plus favorables, l'astromobile dispose d'énergie pour rouler durant quatre heures par jour martien.

Énergie 
Les panneaux solaires, d'une superficie de , sont constitués de cellules photovoltaïques à triple jonction, sélectionnées pour leur bon ratio rendement (28,3 %) sur masse (). Ces panneaux peuvent fournir une puissance de  lorsque le Soleil culmine avec un ciel en grande partie dégagé de la poussière martienne. Dans ces conditions, les panneaux solaires peuvent fournir jusqu'à  au cours d'une journée martienne, mais cette quantité peut chuter à moins de  lors d'une tempête de poussière ou durant l'hiver martien. La poussière martienne qui s'accumule au cours du temps contribue également à réduire le rendement des panneaux solaires. Deux batteries lithium-ion constituées chacune de  qui permettent de stocker  à la tension de  permettent de restituer l'énergie produite lorsque la demande excède ce que peuvent fournir les panneaux solaires. La technologie lithium-ion a été retenue pour son excellent rapport énergie stockée/masse et sa capacité à supporter un grand nombre de cycles de charge/décharge ; par ailleurs, des développements effectués par la NASA ont permis la mise au point d'un électrolyte capable de supporter des températures de .

Équipements de communication 

Contrairement au petit robot  de la  mission  qui restait dépendant de son module d'atterrissage pour ses communications avec la Terre, les  MER disposent de leur propre système de communication. Les télécommunications jouent un rôle essentiel dans la mission MER. Comme toutes les sondes spatiales, la raison d'être des  est le recueil de données scientifiques qui doivent être ensuite acheminées vers la Terre. D'autre part, des échanges fréquents de photos et d'instructions sont nécessaires pour guider le  sur le terrain, même si celui-ci dispose d'une capacité à identifier et éviter les obstacles en toute autonomie. Le  peut utiliser deux méthodes pour transmettre des données : la transmission directe vers la Terre lorsque le  peut pointer ses antennes vers celle-ci ou l'émission vers les sondes en orbite qui servent de relais. Ce dernier moyen permet un débit plus important et est privilégié. Il était prévu initialement que les  utilisent un réseau de satellites de télécommunications placés en orbite autour de Mars pour communiquer avec la Terre (). Mais le déploiement de ces satellites ne s'est pas réalisé et les  utilisent les orbiteurs existants :  jusqu'à sa fin de vie en 2006,  ainsi que  depuis son arrivée en orbite martienne en 2006. La sonde européenne  a également servi de relais à titre expérimental.

Le transfert des données entre le  et la Terre fait face à plusieurs contraintes. Le  a un équipement de communication de puissance limitée. Il dispose d'une quantité d'énergie réduite par la surface de ses panneaux solaires et l'équipement de télécommunications a dû être allégé au maximum. Les orbiteurs ont par contre dans ce domaine plus de capacité grâce à la taille de leurs panneaux solaires et de leur équipement de télécommunication. Le débit de la transmission est donc généralement faible : il est compris entre quelques bits par seconde avec l'antenne faible gain du  et  en utilisant l'antenne UHF et le relais des sondes qui orbitent autour de Mars. Pour que la transmission puisse avoir lieu, il faut que l'émetteur et le récepteur soient visibles l'un par l'autre : l'orbiteur  qui a été utilisé pour le transfert de la majeure partie des données n'est visible que durant dix minutes à chacun de ses passages au-dessus du . La communication avec MRO qui orbite à plus basse altitude n'est possible que durant cinq minutes. Si le  veut communiquer directement avec la Terre, il doit prendre en compte la rotation de la planète Mars et doit attendre si nécessaire de faire face à la Terre. Les communications directes vers la Terre sont, par ailleurs, limitées à trois heures par jour martien pour limiter la consommation d'énergie et l'échauffement de l'électronique. Les rares antennes suffisamment puissantes sur Terre pour recevoir les émissions des sondes, dont le  de la NASA, doivent suivre un grand nombre de missions planétaires simultanées. Des créneaux horaires d'une heure sont alloués à chaque  pour chaque jour martien pour les communications montantes (envoi d'instructions aux , programme du jour) et descendantes (transfert de données scientifiques et de navigation). Une fois tous les deux ans, la Terre et Mars se trouvent en opposition par rapport au Soleil. Il en résulte un  total des communications avec le  qui dure deux semaines : durant cette période, le  ne se déplace plus et exécute un programme d'observation au voisinage de sa position.

Le  dispose pour communiquer avec le contrôle au sol de trois antennes :
 une antenne grand gain (HGA) parabolique de  de diamètre est utilisée pour communiquer directement avec la Terre en . La  est privilégiée sur les sondes spatiales car elle permet le transfert de volumes importants de données sans nécessiter de grandes quantités d'énergie. L'antenne peut être pointée avec précision vers la Terre grâce à deux moteurs fournissant deux degrés de liberté. Son débit est de  pendant trois heures par jour au maximum. Elle a été ajoutée à l'équipement du  pour compenser l'abandon du réseau de satellites de télécommunications martiens. Pour que la masse du  reste identique, il a fallu supprimer le spectromètre Raman, un des instruments scientifiques prévu dans la mission initiale ;
 une antenne faible gain omnidirectionnelle (LGA) fixe permet également de communiquer directement avec la Terre également en  mais avec un débit très faible compris entre 7 et  ;
 une antenne UHF omnidirectionnelle de portée limitée est utilisée pour communiquer avec les orbiteurs américains  et  et MRO lorsqu'ils sont à la verticale du robot. Son débit est de , pendant une ou deux sessions de quelques minutes par jour. Au cours d'un seul passage de huit minutes, le  peut transférer  de données. Le transfert du même volume de données par émission directe vers la Terre durerait d'une heure et demie à cinq heures.

Les deux robots  et  utilisent des fréquences différentes, de manière à éviter toute confusion à la réception de leurs signaux sur Terre.

Système de navigation

Objectifs et contraintes 
Pour remplir sa mission, le  doit se déplacer sur le sol martien en évitant les obstacles, rechercher et identifier des échantillons de sol intéressants puis positionner avec précision ses instruments chargés de recueillir les données scientifiques : certains doivent être plaqués contre la roche à analyser (spectromètre Mössbauer et APXS), d'autres doivent être simplement pointés avec précision vers leur cible (caméras et spectromètre infrarouge). Le pilotage du  à la surface de Mars comporte de nombreuses contraintes. L'échange de données par radio entre la Terre et Mars nécessite de 8 à  en fonction de la position respective des deux planètes. Il n'y a généralement qu'une seule vacation radio par jour martien entre le  et les contrôleurs à Terre pour plusieurs raisons : le  dispose d'une quantité d'énergie limitée à consacrer aux télécommunications, ces échanges utilisent comme relais un des orbiteurs martiens qui doit survoler le site du  et le réseau d'antennes de réception sur Terre est peu disponible. De plus, la navigation du  doit être très prudente, car aucune réparation n'est possible or le terrain martien est irrégulier (la garde au sol du  est de ) et les zones géologiques intéressantes sont souvent situées dans des lieux escarpés. Le  dispose d'une quantité d'énergie limitée qui lui permet de rouler au plus  durant une journée martienne.

Compte tenu de la durée de vie limitée du  et de la complexité des recherches géologiques entreprises, les concepteurs du  ont voulu que celui-ci puisse franchir  au cours d'une journée martienne. Avec les contraintes énoncées plus haut, cet objectif ne peut être atteint si un téléopérateur humain doit superviser chaque avancée du . Le recours à une série de commandes préparées à l'avance par le contrôle à Terre sur la base de photos prises par le  et les orbiteurs martiens a ses limites : au-delà d'une certaine distance les informations disponibles sur les photos ne sont pas suffisamment précises, le  peut circuler sur un terrain glissant qui fausse l'estimation de sa trajectoire réelle. Les concepteurs des  MER ont donc inclus dans le logiciel embarqué des fonctionnalités lui permettant de se déplacer de manière autonome vers son objectif.

Équipements du logiciel de navigation 

Le logiciel de navigation utilise, pour déterminer la trajectoire, des données fournies par plusieurs capteurs. Une centrale à inertie comportant  et trois gyromètres donne la direction (il n'y a pas de champ magnétique ni de système de navigation par satellites sur Mars). Au bout de quelques heures, un écart de plusieurs degrés peut apparaître entre l'orientation réelle et l'orientation déterminée à l'aide de la centrale à inertie. Pour pallier cette dérive, une caméra est pointée vers le Soleil pour fournir le relèvement de celui-ci. L'orientation réelle est alors calculée en utilisant cette information, combinée avec l'heure solaire locale et la direction de la verticale locale (fournie par l'accéléromètre). Un odomètre utilise le nombre de tours de roue pour fournir la distance parcourue. Des détecteurs placés sur le châssis permettent de déterminer si le véhicule se trouve dans une position dangereuse (inclinaison importante, suspension fortement sollicitée). Un ensemble de huit caméras fournit des informations sur le terrain environnant :
 deux paires de caméras monochromes permettant d'obtenir des images en relief, destinées à détecter les obstacles sur le parcours de l'appareil : une paire située à l'avant du  (), à  de hauteur au niveau du pont du  sert également à observer le fonctionnement du bras robotisé ; l'optique est un objectif grand angle de 125° ; une deuxième paire située à l'arrière du  () joue un rôle identique ;
 une paire de caméras grand angle ( ou NavCam), placée en haut du mât, est utilisée pour la navigation ; l'optique a un angle de vue de 45° et permet d'obtenir des images de qualité entre 2 et  de distance ;
 la paire de caméra PanCam couleur, utilisée également pour les travaux scientifiques, est dotée d'un téléobjectif (18°) et permet d'obtenir des images exploitables pour la navigation jusqu'à .

Logiciel de navigation 

Lorsque la trajectoire est définie par le contrôle à Terre (mode ), une série d'instructions décrivant le parcours à suivre, décomposé en segments (distance + direction), est téléchargée en début de journée puis exécutée de manière séquentielle. Le déplacement peut être interrompu si le  détecte à l'aide de ses capteurs une situation à risques (inclinaison trop importante…) ou si le temps alloué au déplacement est dépassé ou si l'engin a une défaillance mécanique.

Lorsque le  circule de manière autonome, le logiciel de navigation du  comporte trois fonctions qui optimisent le déroulement et limitent le risque associé à ce mode :
 le système de détection des obstacles () utilise les caméras Hazcam pour identifier les obstacles situés sur sa trajectoire ;
 le système de sélection de trajectoire () permet au  de choisir sa trajectoire vers la cible, en tenant compte de sa position estimée à l'aide des capteurs et des données fournies par les deux autres fonctions si elles sont activées ;
 le système d'odométrie visuel () permet au  de déterminer avec précision sa position en comparant des photos prises à intervalle rapproché. Cette fonction est utilisée notamment lorsque le  se trouve sur un terrain glissant (du fait de la nature du sol ou de la pente) qui entraîne des erreurs importantes sur la position calculée.

La combinaison de ces fonctions permet d'obtenir plusieurs modes de navigation autonome. Le mode est choisi en fonction de la nature du terrain et de la distance à la cible. Au cours des  mois de la mission, les deux  ont utilisé essentiellement les modes de navigation suivants :
  (~40 % de la distance franchie) : seul le système de sélection de trajectoire est activé. Ce mode est utilisé lorsque le  doit parcourir de grandes distances en terrain plat. La vitesse de déplacement maximale est d'environ  par heure ;
 Autonav (~25 %) : le système de sélection de trajectoire et celui de détection d'obstacles sont activés. Ce mode est utilisé sur des terrains plus délicats lorsque la pente n'est pas trop forte. La progression se fait par pas de  mais lorsque le terrain n'est pas trop encombré, la détection d'obstacles n'est effectuée que tous les 1,5 à . La vitesse de progression est comprise entre 12 et  par heure ;
 Visodom (~9 %) : seul le système d'odométrie visuel est activé. Ce mode est utilisé pour les parcours d'approche en terrain très pentu. Le  avance par pas de  et prend à chaque fois des photos pour recaler sa position. La vitesse de déplacement est d'environ  par heure ;
  (~25 %) : dans ce mode, le  n'est pas autonome et exécute les instructions du contrôle au sol. Une phase d'avancement en mode Autonav est souvent programmée à la fin de son exécution.

Le recours au mode Visodom et AutoNav est limité par la faible puissance du microprocesseur cadencé à  qui doit exécuter en parallèle jusqu'à  même si, en général, 75 % du temps machine peut être consacré aux fonctions de navigation. Le traitement d'une photo pour les besoins de la navigation dure de deux à trois minutes et nécessite un arrêt complet de la progression du  pour que le résultat des calculs puisse être exploité avant d'être périmé.

Planification d'une journée de navigation 
La planification d'une journée de navigation est effectuée par les équipes au sol du JPL, qui regroupent des scientifiques qui identifient les cibles intéressantes et dépouillent les résultats et des ingénieurs chargés de préparer les instructions à exécuter par les  et de surveiller le déroulement des opérations. Le  opère lorsque le Soleil est au plus haut. À l'issue de sa journée de travail, il transmet à l'équipe sur Terre des photos qui vont servir à identifier des objectifs scientifiques et à préparer la route du lendemain. Au cours du processus de préparation, des arbitrages sont effectués pour prendre en compte les besoins en énergie, échanges radio et les capacités du  (pente…).

Durant la première phase de la mission MER, l'ensemble de l'équipe au sol travaillait à l'heure martienne sept jours sur sept avec un décalage de  chaque jour par rapport à l'heure terrestre. Ce rythme épuisant a été abandonné dès la première extension de la mission  après l'atterrissage : le temps de préparation qui nécessitait chaque jour  a été fortement réduit par la création de séquences de commandes et grâce à l'expérience acquise. Par la suite, une optimisation plus poussée du processus avec un système de distribution automatisé des tâches et une dématérialisation quasi complète des supports de communication a permis aux scientifiques de réintégrer leur entité d'origine tout en maintenant leur participation au projet.

Instruments scientifiques 

Les caméras panoramiques (PanCam) de haute résolution sont fixées au sommet du mât vertical porteur d'instruments. Chacun de ces instruments est équipé d'un capteur CCD de  sur . Ce dispositif permet de réaliser des images en relief et de repérer les roches et les sols intéressants pour une analyse ultérieure à l'aide des autres appareils de mesure. La PanCam est équipée de :
 huit filtres montés sur une roue permettant des captures d'images à des longueurs d'onde de 0,4 à  ;
 deux filtres solaires sont utilisés pour mesurer l'absorption du rayonnement solaire par les poussières présentes dans l'atmosphère de Mars ;
 des filtres permettent d'étudier le spectre infrarouge avec l'objectif droit de la Pancam ;
 des filtres permettent d'étudier le spectre en lumière visible avec l'objectif gauche de la Pancam.

Chaque robot transporte également trois spectromètres :

 un spectromètre infrarouge miniature d'émission thermique (Mini-TES), pour étudier la composition minéralogique des roches et des sols, en mesurant le rayonnement naturel infrarouge émis par ces objets. Cet appareil est fixé sur le mât de chaque , à côté de la caméra panoramique ;

 un spectromètre Alpha Particle  (APXS), développé par l'Institut Max-Planck de chimie de Mayence en Allemagne, employé pour des analyses rapprochées de l'abondance des éléments constitutifs des roches et du sol. Les sources radioactives de  de cet appareil bombardent de particules alpha et de  le substrat à étudier. Ensuite, il analyse soit les  émis par les éléments les plus lourds, soit les particules alpha réfléchies par les éléments les plus légers (carbone, oxygène, azote mais pas hydrogène et hélium). Cet instrument est fixé au bout du bras robotisé ;
 un spectromètre Mössbauer , élaboré par le  de l'université Johannes Gutenberg de Mayence, en Allemagne, employé pour l'examen rapproché de la minéralogie des roches et des sols. Cet appareil utilise un rayon gamma pour mesurer la présence de minéraux riches en fer et leur état d'oxydation. Il est placé au bout du bras robotisé ;

 un outil d'abrasion des roches (RAT), qui permet d'enlever la poussière et la surface des roches à étudier sur un diamètre de , et une profondeur de , grâce à une meule constituée d'éclats de diamants fixés sur une résine solide. Cet instrument permet d'étudier les roches en évitant les biais liés à la poussière ou à une altération de surface. Il est disposé au bout du bras robotisé. L'image ci-contre montre une vue en gros plan prise par la caméra microscope du robot , d'une zone abrasée par l'outil  du rocher Mazatzal, le jour  de la mission  sur Mars ;
 une caméra microscope (), placée sur le bras robotisé, permettant d'obtenir des gros plans d'une résolution de 20 à  par pixel. Pour que la mise au point soit correcte, le microscope est maintenu à une distance fixée de la surface photographiée grâce à une petite tige métallique qui fait saillie ;
  destinés à piéger les particules magnétiques, et à les étudier à l'aide de la caméra panoramique, de la caméra microscope, et des spectromètres Mössbauer et APXS. Le dispositif de capture magnétique est constitué d'un cylindre central et de trois anneaux, ayant chacun une orientation magnétique alternée. L'ensemble constitue un cylindre de  de diamètre. Les poussières s'accumulent au fil du temps, au fil des captures des particules en suspension dans l'air martien, qui est très riche en poussières. Comme les différents aimants ont des puissances différentes, les plus faibles ne capturent que les particules plus magnétiques, alors que les plus forts les capturent presque tous. En revanche, il ne sera pas possible de savoir quelle est l'origine précise d'un ensemble donné de poussières.

Équipement informatique 

L'équipement informatique du  est utilisé durant toutes les phases de la mission à partir du lancement de la sonde. Il gère en particulier la navigation astronomique et les corrections de trajectoire durant le voyage Terre-Mars, les opérations de séparation de l'étage de croisière et du module de rentrée, les différentes tâches qui s'enchainent durant la phase de rentrée et d'atterrissage et le déploiement du  après l'atterrissage. Sur le sol martien, compte tenu de l'éloignement de la Terre qui nécessite une grande autonomie du , l'ordinateur est fortement sollicité : il doit collecter les données télémétriques sur l'état du , gérer les communications en jonglant avec les  existants et les fenêtres s'ouvrant au passage des orbiteurs, exécuter les instructions du sol touchant aux déplacements et à la mise en œuvre des instruments scientifiques, compresser les données recueillies pour optimiser le volume de données à transférer et lorsque le  progresse en mode autonome, effectuer les calculs déterminant la meilleure route à suivre.

Le système informatique repose sur un unique microprocesseur  de type RISC , qui peut traiter  d'instructions par seconde. Cette version du processeur PowerPC est durcie pour résister à l'effet néfaste des radiations. Elle utilise  de mémoire vive de type DRAM,  de mémoire flash et  de mémoire morte de type EEPROM (mémoire non volatile). Le système d'exploitation est VxWorks, un système d'exploitation temps réel de la firme , déjà employé pour les missions  et .

Le logiciel est en partie hérité de la mission  et de manière marginale de ,  et . Il est écrit essentiellement en  complété de quelques modules en C++, et il représente  de code occupant avec le système d'exploitation un volume de mémoire de . Le logiciel est décomposé en modules indépendants se répartissant en cinq couches : interfaces avec les composants physiques du  (moteurs, antennes…), pilotage de ces composants, application, gestion de la sonde, de la charge utile et de la mission, gestionnaire d'événements. Les tâches communiquent entre elles à l'aide de messages point à point transportant l'ensemble du contexte, sauf cas particulier (traitement des images).

Trajet Terre-Mars

Lanceur 

Les deux sondes MER sont lancées depuis les pas de tirs 17A et 17B de la base de lancement Cap Canaveral dans l'État de Floride aux États-Unis. La NASA a choisi d'utiliser des lanceurs  à trois étages, qui sont fréquemment utilisées pour le lancement de sondes spatiales. La mission MER-A  est lancée par une  de la fusée, qui bénéficie d'une grande fiabilité et a, par ailleurs, contribué au succès des missions précédentes comme  (2001),  et  (1996). La mission MER-B  est quant à elle placée sur un modèle de fusée 7925H dit lourd («  ») car elle doit décoller quatre semaines plus tard, se trouvant donc dans une configuration Terre-Mars moins favorable, ce qui nécessite plus d'énergie pour atteindre Mars.

Lancement et différentes phases du vol propulsé 
La sonde MER-A  est lancée le  et la sonde MER-B  le  de la base de lancement de Cap Canaveral. La fenêtre de lancement de chaque sonde a une durée de trois semaines. Lors du décollage des deux fusées, le moteur du premier étage s'allume ainsi que six des propulseurs d'appoint (les trois propulseurs restants prennent la relève une fois que ceux-ci ont épuisé leur carburant). Après environ , le premier étage est largué et le second étage est allumé. Peu après, la coiffe de la fusée est larguée. Le moteur du second étage est arrêté une première fois, environ dix minutes après le décollage pour la sonde MER-A  et neuf minutes pour la sonde MER-B . Après une phase de vol balistique non propulsé sur une orbite à peu près circulaire, le second étage est brièvement rallumé pour allonger l'orbite. Un mouvement de rotation ( par minute) est ensuite imprimé au lanceur pour accroître la stabilité de l'orientation du troisième étage durant son fonctionnement. Celui-ci, qui est chargé d'insérer la sonde sur sa trajectoire vers Mars, est alors mis à feu après que le deuxième étage a été largué. Une fois la phase propulsive achevée, la rotation est annulée à l'aide d'un yoyo et le troisième étage est largué. L'orientation de la sonde et les manœuvres de correction de trajectoire sont alors prises en charge par son étage de croisière.

Transit Terre-Mars 

Pour parvenir à leur destination, les sondes MER effectuent un voyage d'environ six mois et parcourent  de kilomètres en suivant une orbite elliptique qui tangente la planète Mars (orbite de Hohmann). Cinq manœuvres de correction de trajectoire sont prévues durant ce transit dont la dernière, facultative, est exécutée le jour de l'arrivée pour améliorer la probabilité de poser l'atterrisseur près du site martien  visé.

Le guidage de la sonde durant son trajet vers Mars nécessite de déterminer sa position avec une grande précision. La trajectoire n'est pas purement inertielle : elle est notamment modifiée par la pression de radiation, qui génère une dérive de  en dix jours. Pour déterminer la position des sondes MER, la NASA utilise des techniques traditionnelles : la distance entre la sonde et la Terre est mesurée à partir du temps mis par une onde radio pour faire l'aller-retour, tandis que la vitesse de la sonde par rapport à la Terre est obtenue par mesure de l'effet Doppler. Pour cette mission, l'agence spatiale américaine met également en œuvre une nouvelle technique permettant de mesurer le vecteur vitesse perpendiculaire à l'axe Terre-sonde, ce qui permet d'améliorer la précision de l'atterrissage des  sur la planète Mars. Cette technique, baptisée DDOR (, ou « variation différentielle directe de la distance »), fait appel à deux antennes du réseau de stations de la NASA séparées en latitude de 120°. Les antennes relèvent simultanément la position de la source de l'émission radio émise par la sonde et celle d'un quasar, dont la position est connue à quelques milliardièmes de degrés près.

Atterrissage sur Mars

Scénario d'atterrissage 
La rentrée dans l'atmosphère et l'atterrissage sur Mars durent en tout six minutes. Cette phase, dite «  » ou EDL dans la terminologie de la NASA, est particulièrement complexe et délicate. Les sondes arrivent à proximité de Mars avec une vitesse relative d'environ  (près de ) qui doit être annulée pour réussir l'atterrissage. Le recours exclusif à des fusées pour annuler n'est pas possible car il nécessiterait qu'une grande partie de la masse de la sonde soit consacrée au carburant. Les sondes MER utilisent successivement quatre méthodes pour se freiner.

Comme pour une rentrée atmosphérique sur Terre, la sonde utilise principalement les forces de traînée, c'est-à-dire le frottement de l'atmosphère, pour faire chuter sa vitesse : 99,6 % de l'énergie cinétique accumulée est dissipée par ce moyen. La densité très faible de l'atmosphère martienne, environ cent fois inférieure à celle de la Terre, nécessite le déploiement d'un parachute alors que la sonde se déplace encore à la vitesse supersonique de  : le parachute permet d'éliminer 98 % de l'énergie cinétique restante. La vitesse ne devient inférieure à  que lorsque le vaisseau est très près du sol ; la sonde doit annuler la vitesse résiduelle en utilisant des fusées. Enfin, sur les derniers mètres, elle utilise des coussins gonflables. La méthode de rentrée atmosphérique et d'atterrissage employée reprend la technique utilisée pour , avec des aménagements : il faut en effet poser  sur le sol martien contre  pour  ; par ailleurs, à la suite des échecs de 1998-1999, un atterrissage de jour a été retenu car il permet à l'équipe du contrôle sur Terre de recevoir les émissions de l'atterrisseur mais cela pénalise la sonde car l'atmosphère est moins dense et les vents sont plus forts en journée. La méthode utilisée atteint ses limites avec les astromobiles MER : la sonde , trois fois plus lourde, utilise une technique différente.

Incidence des contraintes techniques sur le choix du site d'atterrissage 

Les sites d'atterrissage sont d'abord choisis pour leur intérêt géologique mais les contraintes techniques jouent un rôle essentiel dans la sélection initiale. Une grande partie de Mars, située en altitude, ne permet pas l'atterrissage, car la sonde aurait encore trop de vitesse à son arrivée au sol ; l'altitude maximum pour les  MER est fixé à  au-dessous du niveau moyen de Mars. Les deux sites retenus pour les sondes MER sont situés à une altitude respectivement de  et  au-dessous du niveau moyen de la planète soit tout de même  « plus haut » que le site d'atterrissage de  ( au-dessous du niveau moyen). D'autres conditions sont requises pour que les  ne crèvent pas : une pente inférieure à 2 % à grande échelle () et à 15 % localement (), la densité de rochers doit être inférieure à 20 %. La taille des rochers doit être limitée pour permettre le déploiement du  au sol. Pour bénéficier d'un apport d'énergie suffisant du Soleil, les  doivent se poser à moins de 15° de latitude donc près de l'équateur. Enfin, pour que les  n'utilisent pas au même moment le satellite relais pour les télécommunications avec la Terre, les deux sites d'atterrissage doivent être séparés d'au moins 37° en longitude.

Précision de l'atterrissage 

Les sondes MER effectuent une rentrée directe, sans se placer auparavant en orbite autour de Mars, ce qui nécessite une navigation particulièrement précise car aucune correction ne peut être effectuée une fois que la phase de rentrée dans l'atmosphère martienne est entamée : en effet, la coquille dans laquelle est enfermée le  et le module d'atterrissage a une portance nulle et cette phase du vol est donc purement balistique contrairement à la sonde  qui a été lancée en . Durant les tempêtes qui touchent fréquemment Mars, la densité de l'atmosphère martienne diminue de manière importante (jusqu'à 10 %) et difficilement prévisible. Des vents qui peuvent être violents peuvent avoir une incidence importante sur la trajectoire de la sonde. Enfin, le comportement de la sonde durant la phase de freinage atmosphérique ajoute une marge d'erreur. La sonde est dépourvue de moyens de compenser ces phénomènes une fois la rentrée atmosphérique entamée. Compte tenu de tous ces facteurs d'incertitude, les calculs indiquent que le module d'atterrissage doit se poser dans une ellipse de 80 ×  centrée sur le point visé avec une probabilité de 99 % : parmi les facteurs énumérés, le vent peut entraîner un déport longitudinal et latéral du site d'atterrissage de plus ou moins  (pour une vitesse de ), la densité de l'atmosphère de plus ou moins  en longitudinal et le rebond des  de  sur les deux axes.

Chronologie de l'atterrissage 

Environ  avant que la sonde pénètre dans l'atmosphère martienne, elle manœuvre pour orienter le bouclier thermique vers l'avant. Désormais, les panneaux solaires de l'étage de croisière, qui ne sont plus tournés vers le Soleil, ne fournissent plus d'énergie électrique et le fonctionnement de la sonde repose jusqu'au déploiement du  sur cinq batteries stockées dans l'atterrisseur. L'étage de croisière, qui a rempli son office, est largué environ  avant le début de la rentrée atmosphérique. À partir de ce moment et jusqu'au déploiement des antennes du  après l'atterrissage, la sonde communique avec la Terre en utilisant une antenne à bas gain omnidirectionnelle au débit très faible : le statut de la sonde aux différentes phases du vol est communiqué en faisant uniquement varier la fréquence de l'émission. La sonde MER aborde l'atmosphère martienne, dont la limite est située conventionnellement à , à la vitesse de  et avec un angle de pénétration de 11,5° donc presque tangent à la surface de l'atmosphère. La forme du bouclier thermique, un cône de révolution avec un demi-angle de 70°, est un héritage du programme Viking, qui permet de maintenir l'orientation de la sonde en l'absence de système de stabilisation actif tout en évacuant la chaleur. La trainée engendrée par le frottement de l'engin dans la couche peu dense de gaz provoque une décélération qui culmine à , correspondant à un ralentissement de plus de  par minute. Le bouclier thermique est porté à une température de .

Le déploiement du parachute à l'aide d'un mortier est déclenché par l'ordinateur de la sonde lorsque la pression aérodynamique (déterminée par la centrale à inertie) devient inférieure à  : si le déroulement est nominal, l'ouverture a lieu environ  après le début de la rentrée atmosphérique alors que l'engin se trouve à  d'altitude.  plus tard, le bouclier thermique avant est largué puis,  plus tard, le module d'atterrissage se désolidarise du bouclier arrière et est descendu le long d'un câble d'environ  de long afin de placer les coussins gonflables hors de portée des flammes des rétrofusées qui sont chargées d'annuler à la fin de la descente la vitesse résiduelle. De plus, cette configuration pendulaire réduit le risque que les suspentes du parachute viennent s'emmêler dans le module d'atterrissage du fait des turbulences de l'atmosphère martienne.

Alors que la sonde est située à environ  du sol, un radar altimètre, monté sous le module de descente, effectue plusieurs évaluations de la distance au sol qui sont intégrées par le logiciel de navigation pour déterminer la vitesse verticale et en déduire la durée de fonctionnement des rétrofusées. Trois photos sont prises successivement à des altitudes différentes et le logiciel utilise un système de reconnaissance de forme pour en déduire la vitesse horizontale. Une demi-seconde avant la mise à feu des rétrofusées, les  sont gonflés. Les rétrofusées () sont mises à feu alors que le module de descente est situé à environ  du sol. Pour réduire la vitesse horizontale, trois autres rétrofusées dites TIRS () peuvent être éventuellement mises à feu de manière synchronisée. Ce dernier dispositif n'existait pas sur  : il a été ajouté car, compte tenu du poids plus élevé des sondes MER, une vitesse horizontale résiduelle trop importante pourrait entraîner une déchirure des  . Lorsque la vitesse est pratiquement annulée, la bride qui retient le module d'atterrissage est coupée et celui-ci chute sur le sol : le choc est amorti par les  et le module rebondit une première fois à  de haut ; en fonction du relief, l'astromobile peut s'immobiliser au bout d'une minute et après avoir parcouru jusqu'à . Le bouclier arrière toujours propulsé par les rétrofusées reprend de l'altitude après sa séparation avec le module de descente et va s'écraser un peu plus loin.

Douze minutes après le premier contact avec le sol, les  sont dégonflés puis rétractés à l'aide de vérins. Environ une heure plus tard, les pétales métalliques qui protègent l'astromobile sont ouverts : à l'aide des accéléromètres de l'astromobile, l'ordinateur embarqué détermine dans quelle position se trouve l'astromobile par rapport à l'horizontale et, si nécessaire, commande d'abord l'ouverture du pétale qui replacera l'engin dans une position adéquate. L'astromobile, qui était stocké replié pour occuper le moins de place possible, se met en condition opérationnelle : les panneaux solaires sont déployés à l'horizontale, les fixations qui solidarisaient l'astromobile avec le module d'atterrissage sont défaites par de petites charges pyrotechniques, les roues sont déployées, le châssis se relève, les antennes de télécommunications et le mât qui porte la caméra panoramique sont mis en position verticale. Après avoir reçu un panoramique des environs réalisé par l'astromobile au début de cette séquence, le contrôle sur Terre donne l'ordre à l'engin de descendre en empruntant l'une des rampes souples () tendues entre les pétales choisie en fonction de la configuration du terrain.

Déroulement de l'atterrissage de  et  
Les atterrissages de  et d se sont déroulés conformément aux attentes de leurs concepteurs. L'erreur d'angle avant la rentrée atmosphérique est de 0,01° () et 0,02° (). Une tempête de poussière est en cours à l'arrivée des deux sondes : pour compenser la densité plus faible de l'atmosphère martienne liée à cet événement, le paramètre commandant le déploiement du parachute est modifié pour que celui-ci s'ouvre plus tôt. Selon les estimations, la densité de l'atmosphère est de 8 % plus faible que la normale au moment de la décélération maximale de  et de 12 % pour. Les atterrisseurs de  et  se sont posés tous deux sans encombre environ  en arrière du point visé comme on pouvait le prévoir avec une atmosphère de densité plus faible.

Astromobiles MER sur le sol martien



Mission principale (2004) 
Le module d'atterrissage du robot  se pose le  à une latitude de 15° au sud de l'équateur dans le cratère Gusev formé par l'impact d'une météorite de grande taille il y a plusieurs milliards d'années. Le cratère d'un diamètre de , porte le nom de Matveï Goussev, un astronome russe du .

Ce site d'atterrissage a été choisi parce qu'il se situe au débouché de la vallée Ma'adim longue de  qui a sans doute été formée par l'érosion fluviale. À l'époque, les flots se seraient frayés un chemin à travers la bordure du cratère et un lac aurait occupé une partie du cratère. En choisissant cet emplacement, les scientifiques espèrent trouver des traces des sédiments déposés par les eaux du lac qui permettraient de déterminer les conditions qui régnaient à l'époque.

L'espoir de découvrir des traces d'une sédimentation lacustre est rapidement déçu :  détecte essentiellement du basalte d'origine volcanique. Les sédiments existent peut-être mais sont enfouis sous des matériaux plus récents. Par ailleurs, le site d'atterrissage de  ne présente aucun affleurement rocheux qui permettrait d'étudier le sous-sol. Le , le  est dirigé vers un cratère d'impact de  de diamètre nommé Bonneville, avec l'espoir que celui-ci soit suffisamment profond pour que des affleurements de roches y apparaissent. Sur le trajet,  est arrêté au milieu de la dépression baptisée . Les opérateurs sur Terre veulent tenter de faire apparaître la couche de sédiment qui est peut-être enfouie sous la couche de sable superficielle qui recouvre le site : le  pivote sur une roue tandis que les autres roues, maintenues bloquées, creusent le sol. La manœuvre ne met au jour rien d'intéressant.

Après avoir parcouru  depuis le site d'atterrissage,  parvient au cratère Bonneville. Celui n'est pas assez profond pour laisser apparaître des affleurements rocheux. L'impact de la météorite n'a pas été suffisant pour que les éjectas proviennent de la sous-couche volcanique. Le  entame ensuite un long trajet vers les collines Columbia, le relief le plus proche, distant de , toujours dans l'espoir de trouver des affleurements rocheux.

Collines Columbia (2004-2006) 
 atteint la base des collines Columbia en . En un peu plus d'un an et en parcourant ,  parvient à se hisser le  sur la plus haute des collines Columbia baptisée . Sur son trajet, le  étudie de nombreuses roches situées sur les flancs des collines et trouve des traces de l'action de l'eau sous forme liquide. Durant son ascension, les panneaux solaires du , qui se sont progressivement recouverts de poussière depuis l'atterrissage, retrouvent toute leur efficacité grâce à l'action des tourbillons de poussière martiens. Le  entame la descente vers la plaine et atteint en  un affleurement rocheux remarquable en forme de plateau situé au pied des collines baptisé . Cet ensemble semble constitué de plusieurs couches rocheuses d'origine volcanique.

(2006-2008) 

Après avoir travaillé aux abords de ,  est dirigé vers la colline McCool Hill mais mi- sa progression est ralentie par le blocage de la roue avant droite. Après avoir fait avancer le  en marche arrière pour compenser la roue bloquée, l'équipe au sol décide d'immobiliser  le  sur une arête rocheuse baptisée  pour que le  y passe l'hiver. Durant huit mois, , qui a jusque-là parcouru , reste immobile en attendant que l'ensoleillement redevienne suffisant pour recharger ses batteries et progresser à nouveau. En ,  est de nouveau opérationnel mais la roue avant droite est toujours coincée et le  doit avancer à reculons. La roue bloquée freine le  car elle creuse un sillon dans le sol martien ; fin , ce comportement handicapant permet de faire apparaître sous la couche superficielle un sol inhabituel composé de 90 % de silice ; or, les mécanismes de formation de ce matériau nécessitent un milieu aqueux favorable à la vie. Entre juillet et , le  affronte de violentes tempêtes de poussière qui obscurcissent le ciel, mais  survit à cet épisode. Fin 2007, le  a franchi jusque-là  et est immobilisé au nord de  pour y passer l'hiver. La position du  est optimisée de manière que l'inclinaison des panneaux solaires par rapport à l'horizontale atteigne 30° afin de lui permettre de capter dans la position la plus favorable le rayonnement solaire déclinant. L'énergie générée ne doit pas chuter sous la valeur de  par jour pour que le  puisse se maintenir en état de fonctionnement ( pour les résistances du spectromètre,  pour celles des batteries, le reste étant utilisé par l'ordinateur). En ,  se remet en route malgré un hiver prolongé en raison de mauvaises conditions atmosphériques.

définitivement immobilisé (2009) 

En ,  entame un long trajet qui doit l'amener vers deux formations géologiques baptisées « Goddard » et « von Braun ». Comme la route la plus courte à travers le plateau  n'est pas accessible, l'équipe au sol choisit de contourner  par le nord puis l'ouest avant de diriger le  vers ses nouveaux objectifs. Alors que  est en route vers von Braun, début mai ses roues s'enfoncent dans une couche de sable et le  ne parvient pas à se dégager. L'équipe du JPL essaie de trouver une solution pour libérer  en simulant sur Terre les manœuvres à effectuer à l'aide d'un modèle du  placé sur une reproduction du sol martien. Plusieurs tentatives sont exécutées en essayant de faire reculer ou avancer prudemment , mais toutes échouent. Début 2010, la NASA renonce à libérer  : le , qui a parcouru depuis son atterrissage , agit désormais en tant que station de mesure fixe.

Mais l'hiver martien approchant (le solstice de l'hiver martien est le ), la quantité d'énergie disponible chute fortement. Or , immobilisé, ne peut pas orienter ses panneaux solaires de manière optimale. Le , le satellite , qui relaie les liaisons radio de , signale qu'il n'a pas reçu l'émission radio programmée de . Le , qui ne recevait plus que  par jour lors de la dernière communication réussie, s'est sans doute mis en sommeil pour ne pas descendre au-dessous d'un seuil d'énergie critique pour ses fonctions vitales. Mi-, malgré l'augmentation de l'énergie solaire reçue par les panneaux solaires, le  est toujours silencieux. Le , la NASA met fin à ses tentatives pour contacter le robot.



Mission principale (2004) 

Le   se pose le  sur Meridiani Planum. Le nom de Meridiani vient de la proximité de cette zone avec le méridien « zéro » de Mars (longitude 0°), alors que Planum signifie « plaine ». Ce plateau a été retenu comme site d'atterrissage parce que le spectromètre embarqué à bord de l'orbiteur martien  a détecté que cette région était particulièrement riche en une des formes d'oxyde ferreux appelée hématite grise. Or, sur Terre, ce minerai se forme généralement, mais pas toujours, en présence d'eau liquide. L'objectif de la mission est de chercher des indices d'une formation de l'hématite par voie sédimentaire (dépôts laissés par un lac), ou du fait d'une activité hydrothermale.

, plus chanceux que , s'immobilise après son atterrissage au centre d'un petit cratère d'impact de  de diamètre, baptisé , dont les bords présentent des affleurements rocheux. Cette disposition des lieux a permis de conduire rapidement des études sur la nature et l'histoire du sous-sol rocheux du site. Les instruments scientifiques recueillent de nombreux indices qui prouvent qu'une partie des roches visibles se sont formées en partie sous l'action de l'eau liquide.

Cratère  (2004) 

Après avoir quitté le cratère , le  se dirige vers le cratère  situé à . Il l'atteint le .  étudie dans un premier temps les bords du cratère en effectuant des relevés à l'aide de la caméra panoramique et du . Le rocher  qui se trouve sur sa route a la même composition que les roches situées au fond du cratère . Le , les responsables de la mission décident de prendre le risque de faire descendre le  à l'intérieur du cratère :  ne pourra peut-être pas remonter du fait de la pente mais les scientifiques pensent que des couches profondes du sous-sol observées à l'intérieur du cratère, sont susceptibles de fournir de nombreuses réponses. Le  pénètre dans le cratère en passant par un site baptisé Karatepe qui montre cinq strates rocheuses aux caractéristiques, texture et composition chimique, nettement différentiées. Les géologues en concluent qu'il s'agit de strates qui se sont formées à des dates différentes. En s'enfonçant dans le cratère, le  analyse plusieurs rochers situés sur son trajet. Les contrôleurs renoncent à étudier les formations sableuses qui tapissent le fond du cratère de peur que le  ne s'enlise définitivement. En remontant pour sortir du cratère, le  analyse un rocher baptisé Wopmay qui fournit des indices ambigus sur le rôle de l'eau dans la formation des rochers situés au fond du cratère avant et après l'impact. Le  se dirige ensuite vers une petite falaise sur la paroi interne d' baptisée Burns Cliff. La pente ne permet pas de s'approcher suffisamment de la formation pour utiliser les spectromètres mais de nombreuses photos sont prises avec la Pancam. Des couches de sédiments qui ont pu être déposées par l'eau sont identifiées.  a passé près de  martiens dans le cratère avant de remonter sans problème la pente intérieure du cratère à la fin du mois .

En route vers le cratère Victoria (2005-2006) 

      
Désormais,  se dirige vers le cratère Victoria, situé à plus de neuf kilomètres. Au cours de son trajet, le  passe devant le bouclier thermique, qui fait l'objet de nombreuses photographies destinées à analyser son état et en déduire le déroulement de la rentrée atmosphérique. À proximité, le  permet de découvrir la première météorite rencontrée sur une autre planète : baptisée , celle-ci a la taille d'un ballon de basket et les spectromètres du  indiquent qu'elle est composée de fer et de nickel. Le  passe successivement devant les cratères Alvin, Jason, Naturaliste et Vostok sans effectuer d'investigations approfondies. Le ,  bat le record de distance parcourue en une journée martienne en progressant de . Le , le  est immobilisé après avoir entièrement enfoui quatre de ses roues dans une petite dune. Après un mois et demi de manœuvres prudentes, l'équipe au sol parvient à libérer  le . Entre  et , le  explore le cratère Erebus dont il étudie les nombreux affleurements rocheux. En , le moteur qui actionne la première articulation du bras (l'épaule) porte instruments tombe en panne. L'origine du problème est connue depuis l'atterrissage : l'interrupteur de la résistance chauffante de l'articulation, mal assemblé, ne fonctionne pas et le moteur est soumis à des alternances de températures qui ont fini par le gripper. Le bras est débloqué mais, deux ans plus tard, en , après un incident encore plus sérieux, les contrôleurs décident de maintenir le bras étendu en permanence pour qu'il ne devienne pas définitivement inutilisable à la suite d'un nouveau blocage.

Cratère Victoria (2006-2008) 
Fin , le cratère Victoria est atteint : avec ses  de diamètre, c'est le plus grand des cratères visités par le . C'est également le plus prometteur, par ses hautes parois de roches affleurantes qui devraient livrer de nouveaux indices géologiques. Les panneaux solaires, nettoyés par des tourbillons de poussière ou un phénomène lié au gel, retrouvent brièvement en  toute leur efficacité avec une puissance générée de  avant que ne s'abattent des tempêtes particulièrement violentes mi-2007 qui font chuter la puissance disponible obligeant le  à arrêter toute opération. La NASA craint à un moment que le  épuise complètement ses ressources électriques et endommage son électronique qui n'aurait plus été protégée du froid mais le  parvient à survivre à cet épisode. Le temps s'étant amélioré, le  démarre en  une série d'études des strates rocheuses qui s'élèvent à l'intérieur du cratère Victoria avant de quitter le cratère fin .

En route vers le cratère  (2008-2011) 
Le  quitte définitivement le cratère Victoria au début du mois de  en direction du sud-est pour rejoindre le cratère , un cratère d'environ  de diamètre. Les programmeurs estiment alors que pour atteindre ce cratère distant de  environ, un voyage de près de deux ans est nécessaire. Les scientifiques pensent pouvoir y découvrir des empilements de couches de roches bien plus importants que ceux observés dans le cratère Victoria. De plus, grâce aux observations de la sonde  en orbite, des études minéralogiques et morphologiques de roches fracturées situées sur le bord du cratère  ont permis d'identifier des phyllosilicates et ces minéraux se sont probablement formés dans un milieu humide, très tôt dans l'histoire de Mars.

Entre le  et le , le Soleil s'interpose entre la Terre et Mars et ne permet plus la communication avec les . Durant cette période, l'équipe du  a programmé  qui doit utiliser le spectromètre Mössbauer afin d'examiner un affleurement rocheux nommé Santorini.
Le  (), après avoir parcouru près de  depuis Victoria,  est pour la première fois en vue du cratère  situé à . On distingue également le cratère Iazu situé à environ . Compte tenu du temps mis pour effectuer cette distance depuis Victoria, plus d'une année martienne () devrait être nécessaire pour parvenir jusqu'à .

 bénéficie le  () d'un nettoyage de ses panneaux solaires, générant ainsi  supplémentaires soit une augmentation de la production d'énergie d'environ 40 %.

Le  poursuit désormais sa route vers  qu'il doit atteindre en 2011. Fin , alors que l'hiver martien s'éloigne,  est toujours opérationnel et progresse rapidement. En raison des détours effectués pour éviter les dunes de sable les plus dangereuses, le  qui a malgré tout parcouru  depuis son arrivée sur Mars, se situe encore à  du cratère  mais a sans doute réalisé la partie du trajet la plus dangereuse. Le  se trouve au  à moins de  du cratère .

Cratère  (2011-) 

Le  atteint le cratère  le  après  de traversée depuis son départ du cratère Victoria. Les scientifiques de la mission ne pensent pas envoyer  à l'intérieur du cratère de  de diamètre car les instruments de l'orbiteur MRO ont permis de déterminer que le terrain présentait là-bas une configuration géologique déjà observée par les . Les instruments de MRO ont par contre détecté des dépôts d'argile en bordure du cratère qui sont retenus comme le prochain objectif d. En effet, ce type de formation géologique n'a jusqu'à présent jamais été rencontré par les  MER et a sans doute été créé à une époque très ancienne de Mars, où l'eau coulait à l'air libre sur Mars. L'équipement scientifique du , qui a dépassé depuis six ans la durée de fonctionnement pour laquelle il avait été construit, est aujourd'hui en partie hors service. Le spectromètre infrarouge  ne fonctionne plus depuis la tempête qui a frappé le  en 2007 et la capacité de détection du spectromètre Mössbauer est devenue très faible car sa source radioactive de cobalt, d'une demi-vie de , n'émet plus qu'une faible fraction des rayons gamma qu'elle fournissait au départ. Or, sans le , le spectromètre Mössbauer est le seul instrument capable d'identifier les minéraux présents. Par ailleurs, la brosse  fonctionne encore mais son axe est tordu ce qui rend son action peu efficace. Par ailleurs, il y a de la poussière sur l'optique des caméras panoramiques.

Résultats scientifiques

État des connaissances sur l'eau de Mars avant la mission MER 
 
L'existence de l'eau sur Mars est confirmée dès 1964 par des études spectrales et par les observations conduites par les sondes martiennes à partir de . L'objectif de la mission est de trouver des indices de la présence d'eau liquide à la surface de Mars dans des conditions qui auraient permis l'apparition de la vie.

Dans les conditions régnant actuellement sur Mars, la présence d'eau liquide à la surface de la planète est impossible en raison de la faible température (en moyenne de  contre  sur Terre) et de la pression atmosphérique ( contre  sur Terre). L'eau est présente uniquement sous forme de glace hydrique lorsque la température est suffisamment basse et sous forme gazeuse. La glace d'eau est présente dans le sous-sol, près des pôles (la couche de glace d'eau fait  d'épaisseur aux deux pôles martiens) mais également dans certains cratères. La vapeur d'eau est peu présente dans l'atmosphère martienne (0,03 % pour 95,3 % de , et des traces d'azote et d'argon) : si elle se condensait, elle donnerait une couche de glace sur toute la surface de Mars de  d'épaisseur.

En s'aidant des indices visibles sur le sol et en datant les terrains à l'aide de la densité observée des cratères, les scientifiques ont identifié  périodes géologiques. Durant le Noachien, qui débute avec la formation de la planète il y a  d'années et s'achève il y a  d'années, Mars est très active sur le plan géologique avec des périodes caractérisées par des températures élevées et un environnement humide, un volcanisme actif et une activité tectonique. Mars bénéficie sans doute d'une atmosphère épaisse qui a pu permettre la présence d'eau liquide à la surface. Durant l'Hespérien qui s'achève selon les auteurs il y a 3,5 ou  d'années, l'activité géologique se ralentit, l'atmosphère de Mars s'échappe progressivement dans l'espace ou dans le sous-sol martien entraînant la disparition de l'eau à l'état liquide à la surface de Mars. C'est une période d'intense activité volcanique. Durant l'Amazonien, qui dure depuis 2 à  d'années, l'aridité s'installe. Il subsiste des épisodes volcaniques sporadiques allant en faiblissant, tandis que l'atmosphère continue de s'échapper avant d'atteindre le point d'équilibre actuel.

Plusieurs indices semblent montrer que l'eau a occupé de manière permanente le sol martien tels que les vallées de débâcle à fond plat et rectiligne, des effondrements de relief en forme d'écoulement, les sols polygonaux, les terrains chaotiques, les réseaux fluviatiles, des indices de présence de lacs ou d'océans. Toutes ces formations ont plus de  d'années. Si les spécialistes sont d'accord sur les grandes lignes de l'histoire géologique martienne, il n'y a pas de consensus sur le reste : quelle quantité d'eau était présente à la surface et durant combien de temps, où cette eau s'est-elle échappée…

Hématite grise 
De grandes concentrations d'hématite grise ont été repérées dans une zone proche à la fois de l'équateur et du méridien zéro martien, nommée pour cette raison Terra Meridiani (latitude 2° sud, longitude 0° à 5° ouest) par le spectromètre thermique TES de la sonde . L'hématite est un oxyde de fer dont la formule chimique est . L'hématite peut être comparée à de la rouille, mais sur Terra Meridiani, elle se présente sous forme d'hématite cristalline grise, susceptible d'avoir été créée en présence d'eau. Ce type de formation peut être formé par l'activité volcanique, ou par l'action de l'eau. C'est la raison qui explique le site d'atterrissage du   dans cette région, sur le plateau de Meridiani Planum.

L'intérêt des planétologues pour l'hématite grise provient du lien entre la présence de ce minerai et celle de l'eau liquide, bien que celle-ci ne soit pas forcément associée à la formation de cet oxyde de fer.
En effet, l'origine de l'hématite grise sur Terre fait l'objet de plusieurs scénarios :
 formation de l'hématite en même temps que les roches environnantes :
 minerai de fer rubané : une roche sédimentaire comportant 15 % de fer se forme dans de vastes étendues d'eau, sous l'action de l'oxygène dégagé par des microorganismes photosynthétiques. Sur Terre, ces sédiments peuvent héberger des fossiles de microorganismes,
 hématite hydrothermale : l'eau chaude qui circule dans les fissures de la croûte permet la précipitation de nombreux minéraux riches en fer, dont l'hématite,
 oxydation thermique : une activité volcanique entraîne l'oxydation thermique d'un oxyde de fer de formule , la magnétite. Ce scénario n'implique pas la présence d'eau liquide ;

 dépôt d'hématite sur des roches préexistantes :
 lessivage : des hydroxydes de fer sont formés à la suite du lessivage de roches riches en fer par des eaux froides et acides, puis ils sont transportés par les liquides en circulation avant d'être redéposés notamment sous forme d'hématite lorsque l'acidité du fluide (ou d'autres paramètres) change,
 patine désertique : sur Terre, les roches des déserts peuvent être couvertes d'une patine sombre de très faible épaisseur et d'une composition chimique indépendante de la pierre support, formée par des microorganismes capables d'oxyder le fer apporté par l'eau ou le vent,
 hydrothermalisme : les fluides en circulation dans les fissures de la roche entraînent la précipitation de l'hématite sur des roches préexistantes.

Données géologiques recueillies par les astromobiles (MER) 
Les débuts de l'exploration du cratère Gusev par l'astromobile  ont été décevants car aucune preuve évidente de l'action de l'eau n'a été découverte mais une fois les collines Columbia atteintes, plusieurs sites ont prouvé que l'eau avait contribué à façonner certaines formations géologiques. Mais ce rôle semble lié à une activité volcanique plutôt qu'à des dépôts marins ou lacustres. L'astromobile  a par contre découvert des minéraux probablement créés par l'eau et des indices de sédiments laissés par des plans d'eau.

Le cratère  
Les flancs intérieurs du petit cratère  dans lequel  s'est posé sont couverts d'affleurements disposés en strates sur une hauteur d'environ . Celles-ci se présentent selon une coupe presque verticale ce qui facilite leur analyse. Les instruments du robot  fournissent d'excellents indices prouvant que les strates rocheuses soit étaient autrefois submergées, soit se sont formées dans l'eau. Les roches analysées sont riches en sulfures. La jarosite qui est un sulfate de fer hydraté est notamment détecté, or celui-ci se forme en présence d'eau. La morphologie des roches semble également indiquer l'action de l'eau.

Par ailleurs, des sphérules de 2 à  de diamètre sont enkystées dans ces strates. Nombre d'entre elles s'en sont détachées du fait de la désagrégation des lamelles de roches et jonchent le sol. Ces petites sphères de couleur grise nommées « myrtilles », sont très riches en hématite. Plusieurs hypothèses ont été proposées pour expliquer leur origine :
 de la roche fondue pulvérisée en l'air par un volcan. Ce scénario est abandonné car leur répartition est jugée trop uniforme ;
 des tectites, formées lors d'un impact de météorite qui aurait projeté des billes de roche fondue. Cette hypothèse n'a pas été retenue en raison du nombre trop important de sphérules dans les strates rocheuses ;
 des concrétions formées par le dépôt de minéraux lors du passage de l'eau dans la roche ;
 des concrétions sédimentaires formées en milieu lacustre ;
 des concrétions d'origine bactérienne ou même des fossiles. Cette hypothèse ne peut pas être testée directement car les  ne sont pas équipés d'instruments permettant de mesurer la présence de minéraux carbonatés ou de matières organiques.

Les observations par la caméra microscope ont révélé que certaines roches du cratère  présentent des cavités de forme géométrique qui pourraient correspondre à l'emplacement de cristaux de gypse qui se forment par évaporation en bordure d'une mer ou d'un lac salé. La caméra microscope du   a permis d'observer des microcavités de quelques millimètres de long à la surface des rochers  et . La présence de ces petites cavités en forme d'aiguilles peut s'expliquer de la façon suivante :

 le matériau initial serait une argile imbibée d'eau, sachant que le plateau de Meridiani Planum où  s'est posé s'est formé il y a plus de  d'années ;
 une phase d'évaporation entraîne l'apparition de cristaux, qui peuvent être composés de sulfates de fer, de calcium ou de magnésium, dont la présence a été relevée par les spectroscopes des  ;
 ces cristaux croissent en repoussant l'argile qui les entoure et en prenant la forme d'aiguilles ;
 une phase de dissolution entraîne la disparition des cristaux, qui laissent en place les cavités qu'ils ont creusées, qui sont nommées sur les roches terrestres des pseudomorphoses ;
 après la formation de ces pseudomorphoses, des sphérules se sont formées dans les cavités laissées libres par les cristaux. La présence de myrtilles dans les microcavités est un argument en faveur de l'origine par concrétion des sphérules.

Roches comportant des structures polygonales 

Des rochers présentant en surface des structures polygonales sont observés par  notamment sur le rocher Escher sur les pentes sud-ouest du cratère . D'autres rochers voisins au fond de ce cratère présentent également ces structures polygonales. Ces roches présentent une surface plate montrant des réseaux de fissures divisant la partie supérieure en polygones. Leur apparence est quelque peu semblable à l'aspect de la boue craquelée après que l'eau s'est évaporée.
 
Les six premiers mois d'analyses effectuées par le   ont démontré que la zone explorée était humide par le passé. Celle-ci a ensuite séché et s'est érodée pour former une large plaine.

Plusieurs hypothèses sont émises pour expliquer l'origine des fissures qui divisent la surface des roches en polygones :
 elles peuvent résulter de l'impact ayant créé le cratère  ;
 une autre raison serait liée à la disparition de l'eau présente dans la roche lors de sa formation ;
 les fissures ont aussi pu se créer beaucoup plus tard après la formation de la roche. La création du cratère a pu dégager la roche en la ramenant à la surface. Elle serait alors devenue de nouveau humide puis le séchage aurait fait apparaître ces fissures polygonales.
Certains résultats vont dans le sens de la dernière hypothèse.

Le spectromètre  à  (APXS) du   a permis de faire une étude comparative de la surface des roches selon leur emplacement dans le cratère . Les roches les plus profondes du cratère sont chimiquement plus modifiées que des roches situées à des niveaux plus élevés. Cette différence chimique peut résulter d'un contact avec de l'eau. Le graphique ci-contre compare pour différents composants chimiques et pour différentes profondeurs de roche, le rapport des teneurs entre d'une part la roche Escher située en profondeur dans le cratère et la roche Virginia proche du bord. La ligne rouge représente les mesures à la surface des roches, la ligne bleue correspond aux mesures après brossage des roches, les lignes vertes sont liées aux teneurs mesurées après forage par l'outil . Le rapport des teneurs entre les deux types de roches varie de façon très significative en fonction de la profondeur, pour le chlore (Cl) et le soufre (). Ceci implique que la surface d'Escher a davantage varié chimiquement que la surface de Virginia pour ces deux éléments. Des analyses sont menées pour comprendre le rôle joué par l'eau sur cette différence chimique.

Les études réalisées par les deux   et  respectivement dans le cratère Gusev, au sud d'Apollinaris Patera, et sur Meridiani Planum, suggèrent l'existence passée d'une hydrosphère (la partie de la planète couverte par les eaux) suffisamment importante pour avoir pu homogénéiser le taux de phosphore des minéraux analysés sur les deux sites explorés par les  pourtant situés de part et d'autre de la planète.

Observations météorologiques 

La vapeur d'eau contenue dans l'atmosphère martienne se condense parfois en glace pour former des nuages de cristaux d'. Le dioxyde de carbone peut également se condenser en formant des cristaux de  dépassant  de diamètre, à des altitudes plus élevées que ceux constitués de glace d'eau. Les nuages qui en résultent, aux formes similaires aux cirrus terriens, ont été observés par les .

L'atmosphère martienne est constamment chargée en poussières, dont les grains ont un diamètre moyen de l'ordre de , responsable de la teinte rouge orangé du ciel martien. Cette poussière est continuellement injectée dans l'atmosphère par des tourbillons de poussière ( en anglais), comme celui observé ci-dessous par le   le  ; les prises de vue durent  (ce qu'indique le compteur de l'angle inférieur gauche), et trois autres tourbillons sont brièvement visibles au loin dans la moitié droite de la vue, au début de la séquence, puis près du tourbillon principal, puis à la fin.

Couleurs de Mars 

Les couleurs des photos prises par le robot  ont fait l'objet de polémiques. En effet, sur certaines présentations le ciel est bleu, sur d'autres, certaines zones du robot qui étaient bleu vif sur des photographies prises sur terre sont rouges sur celles prises sur Mars. La différence de couleurs des clichés des sondes MER est explicable : les équipements photographiques embarqués sur les sondes de la NASA et de l'ESA prennent des clichés en niveaux de luminosité au travers de filtres. Les sondes MER sont en partie équipées de plusieurs filtres décalés dans l'infrarouge. Les images finales sont reconstituées par synthèse additive de trois clichés filtrés différents, pris comme composantes rouge, verte et bleue de l'image finale. L'imagerie en fausses couleurs est une technique pour représenter ce qui n'est pas visible ordinairement (généralement un déplacement spectral). La plupart des clichés effectués par les télescopes (comme ceux d'Hubble) ou des caméras infrarouges utilisent ce procédé. Si nous voyons ces zones du spectre non visibles, c'est qu'il s'agit par définition de fausses couleurs. La NASA a par ailleurs publié, fin , un article sur la coloration des images des sondes MER. Par ailleurs, les cadrans solaires placés sur les  portent des carrés de peinture servant à l'étalonnage des couleurs des photographies (voir ci-contre).

Comportement des astromobiles 

Les astromobiles ont été conçus pour fonctionner au minimum durant  martiens et parcourir  à la surface de Mars. Ces objectifs atteints par le robot  le  ont été dépassés au-delà des espérances de leurs concepteurs. Il n'était pas prévu que les  survivent au premier hiver martien caractérisé par une forte diminution de l'intensité lumineuse d'autant que l'accumulation progressive de la poussière devait diminuer le rendement des panneaux solaires. Or,  a survécu en  à cinq hivers martiens. Au cours du premier hiver, l'énergie disponible est passée pour  de  par jour à  par jour.  est descendu à , mais il est revenu à  à la surprise de l'équipe de contrôle sur Terre. Ce retour de la puissance électrique est lié à une situation géographique plus favorable pour l'ensoleillement, mais aussi à un dépoussiérage des panneaux solaires selon un mécanisme mal compris. Le nettoyage des panneaux solaires semble s'être déroulé pendant la nuit martienne, car une augmentation de 5 % de la puissance disponible a été constatée à quatre reprises sur une période de . Les hypothèses évoquées pour expliquer ce dépoussiérage font appel au vent, au gel, et au fait qu' est resté en position inclinée durant une longue période au cours de son exploration des parois du cratère .

Les deux  ont été confrontés très tôt au grippage de certaines de leur roues. À partir de , la roue avant droite de  a présenté une résistance interne accrue qui a provoqué une consommation d'énergie électrique de plus en plus importante de son moteur. Après avoir tenté de redistribuer du lubrifiant vers cette roue, la stratégie adoptée a consisté à faire progresser  en marche arrière, et à n'utiliser le moteur de cette roue qu'en cas de besoin.

Les instruments scientifiques ont fait preuve d'une longévité remarquable malgré quelques incidents. En , la NASA a constaté que les capteurs des spectromètres APXS ont été intervertis durant l'assemblage des deux  et utilisaient les données de calibrage l'un de l'autre. Les données obtenues par les spectromètres ont dû être corrigées. Selon la NASA, l'erreur causée par l'inversion serait inférieure aux incertitudes de mesure et aucune conclusion scientifique n'est remise en cause.

Le , alors qu'il progresse en direction du cratère Erebus,  se retrouve enlisé à  de celui-ci, dans un monticule de sable, ses six roues enfouies à 80 % dans un matériau sombre très fin, ayant la consistance du talc et déposé par les vents. Le monticule ne fait que  de haut et ne présente pas de particularité par rapport aux autres ondulations parcourant la plaine. Les techniciens du  doivent manœuvrer durant cinq semaines pour faire reculer  centimètre après centimètre. Le , la roue avant droite parvient mord dans un sol plus ferme se trouvant sous la couche de poussière. Le  peut se dégager suffisamment pour que les autres roues reprennent contact avec un terrain solide et stable.

Au fil des années d'expériences passées sur Mars et des mises à jour de son logiciel de navigation,  devient de plus en plus autonome. En 2010, il est ainsi capable de contourner des obstacles sans aucune intervention des opérateurs sur Terre ou encore de sélectionner de lui-même des roches pour analyses en fonction de critères précis comme la taille, la forme et la luminosité.

Fin , après  passés sur le sol martien,  a dépassé les  parcourus sur Mars, soit  la distance prévue et plus de  la durée nominale de la mission. En , le rover  a parcouru plus de 42,195 kilomètres, soit la distance d'un marathon.

Suites de la mission : MSL et  

La NASA a donné une suite à la mission  et au lancement en 2011 (initialement prévu en 2009) de la mission  rebaptisé . Celle-ci, développée avec la coopération de plusieurs pays européens pour l'instrumentation scientifique, repose sur un  de  (contre  pour les MER) dont  d'instruments scientifiques (contre  pour  et ) : ces derniers sont en partie consacrés à la recherche de la vie sur Mars. Ce  n'utilise plus l'énergie solaire, mais un générateur thermoélectrique à radioisotope utilisant une source radioactive ; cette source d'énergie devrait lui permettre une autonomie bien plus grande (jusqu'à  sur ) et l'emploi d'un laser de puissance permet de sublimer sur  de diamètre un caillou à neuf mètres de distance et d'analyser le plasma généré par un spectromètre UV. De plus, le  peut travailler en permanence sans se soucier du cycle des saisons. Grâce à une nouvelle technique de rentrée atmosphérique et d'atterrissage, le  peut se poser avec une précision améliorée (ellipse de  contre  pour MER) et la région du site d'atterrissage est beaucoup plus vaste : altitude maximum de  au lieu de  et latitude comprise entre -60° et + 60° (MER : -15° et + 10°). La circulation sera facilitée par une garde au sol de  ( pour MER).

 est une mission très ambitieuse qui doit être développée en coopération par la NASA et l'Agence spatiale européenne à une échéance beaucoup plus lointaine (au-delà de 2020). L'objectif de cette mission est de ramener sur Terre des échantillons du sol martien. Dans le dernier scénario élaboré fin 2009, elle implique le lancement de trois sondes distinctes. Lors de la première mission, un  est chargé de prospecter le sol martien et de collecter des échantillons. Une deuxième mission lancée quatre ans plus tard emporte un  simplifié chargé d'aller chercher les échantillons collectés par le premier  et de les ramener jusqu'au module d'atterrissage de la deuxième sonde qui comprendra également un étage de remontée. Ce dernier placera le compartiment contenant les échantillons en orbite martienne avant d'effectuer une manœuvre de rendez-vous avec une troisième sonde chargée de ramener les échantillons sur Terre. La mission est aujourd'hui à l'état de projet.

Opérations de communication de la NASA autour de la mission 

Les noms de baptême des deux astromobiles  et  ont été choisis le  à l'issue d'un concours organisé par la NASA. La lauréate est une jeune fille de neuf ans nommée Sofi Collis, née en Sibérie et adoptée par une famille américaine vivant en Arizona.

La NASA a envoyé, fixé à l'atterrisseur de Mars, un DVD contenant quatre millions de noms de personnes ayant demandé à être inscrits sur ce mémorial qui devrait rester intact durant des milliards d'années.

Deux astéroïdes dont l'orbite de  est située entre Mars et Jupiter ont été baptisés en hommage aux  :  a un diamètre de 4 à  et l'astéroïde  a un diamètre de 3 à . Tous deux ont été découverts le  par Ingrid van Houten-Groeneveld, Cees J. van Houten et Tom Gehrels à l'aide des télescopes de l'observatoire du Mont Palomar du . Ils font partie d'une petite catégorie d'astéroïdes, baptisée groupe de Hilda, qui ont une résonance d'orbitale de 3:2 avec Jupiter : chaque fois que Jupiter accomplit deux orbites autour du Soleil, ces astéroïdes en accomplissent trois.

Plusieurs lieux ont été baptisés pour honorer la mémoire d'astronautes décédés au cours des missions de la NASA. Le site d'atterrissage du   a été nommé la  et des collines ont été nommées , en mémoire des sept astronautes qui ont péri lors de l'accident de la navette spatiale , lors de la phase de traversée de l'atmosphère de la mission STS-107, le . Une plaque commémorative en aluminium d'un peu plus de  de diamètre, a été fixée au dos de l'antenne à grand gain qui permet à  de communiquer directement avec la Terre. Des collines entourant le site d'atterrissage du   portent le nom des astronautes décédés dans l'incendie d' Virgil I. « Gus » Grissom, Edward White et Roger B. Chaffee.

Notes et références

Notes

Références 

Présentation de la mission pour la presse rédigée en 2003 (voir dans la bibliographie)

Voir aussi

Bibliographie 
 .

Articles connexes 
 Géologie de Mars
 Exploration de la planète Mars
 , astromobile américain, à pied d'œuvre en 2012
 Viking 1 et Viking 2, premiers atterrisseurs martiens américains
 Mars , premier astromobiles sur Mars
 Steve Squyres, responsable de la mission MER

Liens externes 
  Portail de la NASA consacré aux  de la mission MER
 Site de l'ENS Lyon qui suit l'actualité des sondes martiennes
  « Mars Exploration Rovers »,  : articles fouillés et fréquents sur l'activité des 
 « Mars Exploration Rover (MER) », sur nirgal.net : un site très complet sur la planète Mars et le programme d'exploration
 « Robots sur mars », sur Dailymotion : vidéo documentaire de  sur la mission MER
  « Mars Exploration Rovers 3D Model », sur solarsystem.nasa.gov, NASA

Exploration du système martien
Sonde spatiale
Programme spatial de la NASA
Exploration de l'espace en 2004
Exploration de l'espace en 2003