Tianwen 3 (chinois : 天问三号 ; pinyin : tiānwèn sān hào ; litt. « question au ciel 3 ») est une mission spatiale chinoise dont l'objectif est de ramener vers 2031 un échantillon du sol de Mars sur Terre pour permettre son étude. Cette mission de l'agence spatiale chinoise (CNSA) est développée par la Société de sciences et technologies aérospatiales de Chine (CASC), le principal industriel chinois du secteur spatial.
Contexte
Le retour d'échantillons martiens : graal de l'exploration du système solaire
L'étude de Mars constitue l'objectif prioritaire des programmes d'exploration des principales agences spatiales. Parmi les planètes du système solaire Mars est la plus proche de la Terre du point de vue de son environnement et de son histoire géologique et la plus susceptible d'avoir abrité des formes de vie[1].
Une mission qui réaliserait le retour d'échantillons du sol martien sur Terre présente de nombreux avantages par rapport aux missions scientifiques utilisant des robots équipés de mini-laboratoires embarqués comme l'astromobile de la NASA Curiosity :
faute de pouvoir miniaturiser les instruments les plus puissants (microscope électronique, etc.), ceux-ci ne sont disponibles que sur Terre ;
certaines manipulations ne peuvent être automatisées ;
le retour d'échantillons sur Terre permet de recommencer les analyses au fur et à mesure des progrès des outils d'investigation.
Le projet MSR de la NASA et de l'Agence spatiale européenne
La NASA (agence spatiale américaine), épaulée par l'Agence spatiale européenne, développe une mission de retour d'échantillons martiens (Mars Sample Return) dont la première étape est déjà en cours : l'astromobile Perseverance collecte depuis début 2022 des carottes de sol qui doivent à terme être récupérés et ramenés sur Terre par des engins spatiaux en cours de développement. Les échantillons sont prélevés sur plusieurs sites remarquables situés dans une région qui a pu abriter la vie (ancien delta dans le cratère Jezero). La mobilité de l'astromobile et son équipement avec une batterie d'instruments (caméras, spectromètres, ...) lui permet de sélectionner des échantillons de sol significatifs tout en collectant de nombreuses données fournissant le contexte géologique. Le retour de ces échantillons sur Terre nécessite le développement de trois engins spatiaux. Selon le planning en vigueur mi-2022, la mission devrait déboucher sur un retour des échantillons en 2031.
Au cours des deux dernières décennies le programme spatial chinois a rapidement progressé dans tous les domaines. Les débuts de l'exploration du système solaire par la Chine ne remontent qu'à 2007 (orbiteur lunaire Chang'e 1) mais les ingénieurs chinois ont très rapidement franchi les étapes : dépose d'un astromobile à la surface de notre satellite en 2013 (Chang'e 3), en 2018 exploration de la face cachée de la Lune par un astromobile (Chang'e 4), une première dans le domaine spatial, en 2020 retour d'un échantillon de sol lunaire (Chang'e 5), la même année lancement (et atterrissage en 2021) réussi d'une mission combinant orbiteur et astromobile martien (cette combinaison d'engins constituait également une première).
Les responsables chinois décident en septembre 2021 de lancer vers 2028 une mission de retour d'échantillons martiens qui est baptisée en 2022 Tianwen 3. Ce projet dont la complexité avait jusqu'à récemment fait reculer la NASA et l'Agence spatiale européenne était déjà évoqué par les responsables chinois en 2017. Le scénario chinois repose sur le lancement de deux missions. La première serait chargée de se poser sur le sol martien, de prélever les échantillons de sol et de remonter en orbite, tandis que la deuxième mission serait chargé de récupérer le container d'échantillons en orbite martienne et de le ramener sur Terre. La première mission pourrait être lancée par une fusée Longue Marche 5 tandis que la seconde mission pourrait être prise en charge par une fusée Longue Marche 3B. Un scénario antérieur reposant sur l'utilisation d'une fusée lourde Longue Marche 9 est donc abandonné. Mi 2022 le retour sur Terre des échantillons sur Terre est prévu en 2031 soit deux ans avant la mission conjointe de la NASA et de l'ESA Mars Sample Return[2],[3].
Déroulement de la mission Tianwen 3
La mission Tianwen 3 doit utiliser deux engins spatiaux distincts. Le premier doit se poser à la surface de Mars, collecter les échantillons de sol sur le site d'atterrissage, redécoller et se mettre en orbite autour de Mars. Le second engin doit se placer en orbite autour de Mars, récupérer la capsule contenant les échantillons de sol grâce à un rendez-vous avec le premier engin puis se diriger vers la Terre avant de larguer la capsule contenant les échantillons de sol.
Selon le planning communiqué par les autorités chinois mi-2022, les deux engins spatiaux doivent être lancés vers 2028 et la capsule d'échantillons devrait être récupérée en 2031. Si cette date était respectée, la Chine serait la première puissance spatiale à réaliser cette première puisque le projet équivalent développé par la NASA et l'Agence spatiale européenne (Mars Sample Return) prévoit un retour des échantillons martiens vers 2033[4].
Caractéristiques techniques
Selon les informations diffusées en avril 2022, l'architecture de l'orbiteur (le deuxième engin spatial) sera identique à celle de l'orbiteur martien Tianwen 1. De son côté la capsule contenant les échantillons martiens aura une forme conique (sans doute pour lui permettre de résister à sa rentrée atmosphérique à grande vitesse), donc différente de celle de Chang'e 5. L'engin qui se posera à la surface de Mars doit atterrir sans se placer en orbite au préalable autour de Mars (contrairement à Tianwen 1). Il disposera de deux systèmes différents de prélèvement d'échantillons de sol : une foreuse capable de descendre à plusieurs mètres de profondeur et un bras robotisé pour prélever des roches et du régolithe en surface. Dans la mesure où il ne pourra prélever des échantillons que dans la zone d'atterrissage (les contraintes de masse ne lui permettent pas de transporter un astromobile équipé pour prélever des échantillons du sol), les objectifs de la mission chinoise sont beaucoup plus modestes que son équivalent américain MSR. Ce dernier ramènera en effet des échantillons de sol collectés par Perseverance sur une dizaine de sites choisis de manière très précise et documentés. Les ingénieurs chinois étudient toutefois la faisabilité de l'emport d'un petit engin pouvant prélever des échantillons au dela du site d'atterrissage. Les caractéristiques techniques de la fusée qui doit remonter la capsule d'échantillons ne sont pas figées. Comportant deux étages elle pourrait utiliser des ergols liquides ou du propergol solide[4].
Notes et références
↑(en) International MSR Objectives and Samples Team (iMOST), « The Potential Science and Engineering Value of Samples Delivered to Earth by Mars Sample Return », MEPAG, , p. 186 (lire en ligne)
