Mars 3

L'orbiteur a une masse de 3 440 kg avec le plein de carburant. Il est constitué d'une structure centrale dans laquelle se trouvent les réservoirs de carburant et de comburant. Le moteur-fusée principal est monté sur un cardan fixé à la base du cylindre. Le module de descente est situé au sommet du réservoir. Les deux panneaux solaires s'étendent de part et d'autre du réservoir central. Une antenne à grand gain en forme de parabole de 2,5 mètres de diamètre est fixée sur l'un des côtés du réservoir et assure les communications à haut débit en utilisant la fréquence 928,4 MHz. Les instruments scientifiques et le système de navigation sont installés sur le pourtour du réservoir. Les antennes qui assurent les communications avec l'atterrisseur sont fixées sur les panneaux solaires. Trois antennes à bas gain assurant des communications à faible débit sont fixées près de l'antenne parabolique[2].

Les instruments scientifiques de l'orbiteur de Mars 3 sont pour la plupart installés dans un compartiment étanche. Ils comprennent[2] - [4] :

• un radiomètre infrarouge travaillant dans une bande comprise entre 8 et 40 microns qui doit mesurer la température du sol martien (jusqu'à −100 °C). L'instrument a une masse de 1 kg ;
• un photomètre infrarouge pour mesurer l'absorption de la vapeur d'eau atmosphérique vers 1,38 micron, afin de déterminer sa concentration ;
• un photomètre ultraviolet fonctionnant dans trois bandes spectrales différentes pour détecter l'hydrogène atomique, l'oxygène et l'argon dans la haute atmosphère ;
• un capteur opérant dans la bande alpha de la série de Lyman, chargé de détecter l'hydrogène dans la haute atmosphère ;
• un photomètre opérant dans six bandes spectrales du domaine visible comprises entre 0,35 et 0,70 micron ;
• un spectromètre infrarouge fonctionnant dans la bande des 2,06 microns mesure la raie d'absorption du dioxyde de carbone permettant d'estimer l'abondance de celui-ci dans l'axe de l'instrument. Cette information permet de déterminer l'épaisseur optique de l'atmosphère et d'en déduire le relief ;
• un radiotélescope et un radiomètre doivent mesurer la réflectivité de la surface et de l'atmosphère en lumière visible (0,30 à 0,60 micron), la réflectivité radio de la surface (3,4 centimètres) et la constante diélectrique à une profondeur comprise entre 35 et 50 centimètres ;
• deux caméras comportant différents filtres et ayant le même axe de visée prennent des images avec une définition de 1000 × 1000 pixels et une résolution variant entre 10 et 100 mètres/pixel. : une caméra à champ étroit (4°) avec une focale de 350 mm et une caméra grand-angle avec une focale de 52 mm ;
• durant le vol, des mesures du rayonnement cosmique et du vent solaire sont effectuées à l'aide de huit capteurs à champ étroit. Ceux-ci sont répartis sur le corps de l'orbiteur et mesurent la vitesse, la température et la composition du vent solaire pour les particules dont l'énergie s'échelonne entre 30 et 10 000 eV ;
• un magnétomètre trois axes monté au bout d'un mât installé sur l'un des panneaux solaires doit mesurer le champ magnétique interplanétaire et l'éventuel champ magnétique martien ;
• une expérience scientifique française baptisée Stéréo 1 et chargée de mesurer les radiations solaires en ondes métriques en conjonction avec des mesures effectuées depuis la Terre à la station de RadioAstronomie de Nançay . L'objectif est d'étudier la directivité des tempêtes solaires en les observant simultanément depuis deux points éloignés dans l'espace. Le capteur est installé sur l'un des panneaux solaires ;
• une expérience d'occultation radio doit permettre d'analyser l'atmosphère martienne en étudiant son impact sur les émissions radio lorsque la sonde est sur le point de passer ou émerge de derrière la planète et que l'atmosphère s'interpose entre la sonde et la Terre.

Le module de descente de Mars est situé au sommet de la plateforme de l'orbiteur à l'opposé du système de propulsion. Il comprend un atterrisseur en forme de sphère de 1,2 mètre de diamètre surmonté par un bouclier conique de 2,9 mètres de diamètre chargé également d'effectuer un freinage aérodynamique, un système de parachutes et des rétrofusées. La masse totale du module de descente avec le plein de carburant est de 1 210 kg dont 358 kg correspondent à l'atterrisseur proprement dit. Des micromoteurs utilisant de l'azote assurent le contrôle de l'orientation. Au sommet de l'atterrisseur se trouvent le parachute principal et auxiliaire, les moteurs chargés d'initialiser l'atterrissage et l'altimètre radar. Le choc de l'atterrissage est amorti à l'aide de mousse. L'atterrisseur sphérique comporte 4 pétales triangulaires qui s'ouvrent après l'atterrissage en mettant d'aplomb si nécessaire la capsule et en mettant à l'air libre les équipements scientifiques[3].

La sonde emporte deux caméras de télévision qui peuvent effectuer une prise de vue panoramique du sol sur 360°, un spectromètre de masse pour étudier la composition de l'atmosphère. Elle emporte également une station météorologique permettant de mesurer la température, la pression et la vitesse du vent ainsi que des équipements permettant d'étudier les propriétés chimiques et mécaniques de la surface de Mars. Elle dispose également d'un équipement qui doit rechercher des composés organiques et des signes de vie envoyés à l'orbiteur qui les survole puis les retransmet vers la Terre. Tous les équipements utilisent l'énergie électrique de batteries chargées par l'orbiteur avant la séparation. La température est contrôlée à l'aide de couches d'isolants thermiques et un ensemble de radiateurs. L'atterrisseur est stérilisé avant le lancement pour éviter toute contamination de l'environnement martien[3].

L'atterrisseur de Mars 3 emporte un petit robot marcheur baptisé PROP-M. Le robot a une masse de 4,5 kg et est relié à l'atterrisseur par un câble pour les télécommunications. Le robot peut se déplacer à l'aide d'une paire de « skis » dans la limite fixée par la longueur du câble à savoir 15 mètres. Le rover emporte un pénétromètre dynamique et un densitomètre à radiation. Le corps du robot a la forme d'une boite trapue avec une saillie en son centre. Les deux skis sont fixés sur le côté et maintiennent le corps légèrement au-dessus du sol. Sur le devant du corps se situent des barres qui permettent de détecter des obstacles. Le robot devait être placé sur le sol par un bras, se déplacer dans le champ de la caméra et faire des mesures tous les 1,5 mètre. Les traces laissées dans le sol par le robot auraient permis de déterminer les caractéristiques mécaniques de celui-ci[3].

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  Vue d'artiste du rover Prop-M.
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  Maquette à l'échelle de l'atterrisseur Mars 3 Lander au Musée mémorial de l'astronautique à Moscou. PrOP-M est visible en haut.

Timbre de l'Union soviétique émis en 1972 en l'honneur de la mission Mars 3

Le module de descente se sépare de l'orbiteur le 2 décembre à 9h14 UTC. Le moteur du module de descente s'allume 15 minutes plus tard pour tourner le bouclier vers l'avant. À 13h47 UTC, le module de descente pénètre dans l'atmosphère martienne à une vitesse d'environ 5,7 km par seconde et avec une incidence inférieure à 10°. Le parachute frein est ensuite déployé, puis le parachute principal qui reste fermé jusqu'à ce que la vitesse ne soit plus hypersonique. Le bouclier thermique est alors éjecté et le radar altimètre est mis en marche. À une altitude de 20 à 30 mètres, alors que la vitesse est encore de 60 à 110 m/s, le parachute principal est largué et une petite fusée le propulse sur le côté pour qu'il ne retombe pas sur l'atterrisseur. Des rétrofusées sont déclenchées pour ralentir l'engin avant son contact avec le sol martien. Toute la séquence de rentrée atmosphérique dure un peu plus de 3 minutes[3].

Mars 3 atterrit avec une vitesse verticale d'environ 20,7 m/s (75 km/h) à 13h50 UTC par 45° de latitude Sud et 158° de longitude ouest. L'intérieur de la capsule comporte des absorbeurs de choc qui doivent permettre aux équipements de survivre au choc. Les quatre pétales qui obturent le compartiment s'ouvrent et l'atterrisseur commence à émettre à 13h52 UCT (MSD 34809 3:06 AMT, 11 Libra 192 Darien), 90 secondes après l'atterrissage. Mais, 20 secondes après le début de la transmission de la première image prise par les caméras, la liaison est interrompue. L'origine de la panne n'est pas connue mais elle est peut-être liée à la tempête de sable en cours depuis un certain temps sur l'ensemble de la planète. Une image partielle incomplète réalisée dans des conditions de très faible luminosité (50 lux) est le seul résultat qu'a pu transmettre l'atterrisseur[3].

Mars 3 Viking 1 Viking 2 Mars Pathfinder Spirit Opportunity Phoenix Curiosity Perseverance Beagle 2 Schiaparelli InSight Mars 6 Mars 2

Position de Mars 3 par rapport aux autres sondes spatiales ayant atterri sur Mars.

• (en) Frédéric W. Taylor, The Scientific Exploration of Mars, Cambridge, Cambridge University Press, 2007, 348 p. (ISBN 978-0-521-82956-4, 0-521-82956-9 et 0-521-82956-9).
• Francis Rocard, Planète rouge : dernières nouvelles de Mars (2^e édition), Paris, Dunod - Quai des Sciences, 2003-2006, 257 p. (ISBN 978-2-10-049940-3 et 2-10-049940-8)
• (en) Paolo Ulivi et David M Harland, Robotic Exploration of the Solar System Part 1 The Golden Age 1957-1982, Chichester, Springer Praxis, 2007, 534 p. (ISBN 978-0-387-49326-8)
• (en) Brian Harvey, Russian Planetary Exploration : History, Development, Legacy and Prospects, Berlin, Springer Praxis, 2007, 351 p. (ISBN 978-0-387-46343-8, lire en ligne)
• (en) Brian Harvey et Olga Zakutnayaya, Russian space probes : scientific discoveries and future missions, Springer Praxis, 2011 (ISBN 978-1-4419-8149-3)
• (en) Wesley T. Huntress et Mikhail Ya. Marov, Soviet robots in the Solar System : missions technologies and discoveries, New York, Springer Praxis, 2011, 453 p. (ISBN 978-1-4419-7898-1, lire en ligne)

• Mars 2 sonde jumelle
• Programme Mariner le programme américain concurrent
• Exploration de la planète Mars

• Mars 3 sur le site nirgal.net de Philippe Labrot
• (en) L'orbiteur de Mars dans le catalogue de la NASA ainsi que son atterrisseur
• (en) Page de Ted Stryk dédiée à la sonde Mars 3
• (en) "The Difficult Road to Mars" de V.G Perminov
• (ru)Annonce par l'agence TASS de l'atterrissage sur Mars (Wikisource)