Programme Viking

Quand il fut présenté devant le Congrès américain en mars 1969, le projet Viking était estimé à 364,1 millions de dollars. En août de la même année, il était estimé à 606 millions avec un coût additionnel de 50 millions pour la fusée de lancement. Ces dépassements dans un contexte budgétaire sévère allaient inciter les divers acteurs du projet à arbitrer en permanence leurs dépenses.

Le 29 mai 1969, le D^r Paine, administrateur de la NASA, annonça que la NASA avait alloué un budget complémentaire pour un montant de 280 millions de dollars[2]. Les ingénieurs de Langley commencèrent l'évaluation du système d'atterrissage proposé par les contractants afin d'identifier les modifications qui pourraient être réalisées avant que les négociations en vue de l'établissement d'un contrat définitif entre la NASA et Martin Marietta ne débutent. Ces modifications furent documentées dans une liste d'achat qui consistait en 18 points de négociation entre les parties.

L'été 1969 fut à la fois exaltant et difficile pour le projet : Apollo 11 avait atterri sur la Lune mais, dans le même temps, le budget de la NASA était sévèrement réduit. Bien qu'ardent supporter du projet Viking, Thomas O. Paine, administrateur depuis le mois de mars, commença à militer pour une réduction des coûts du programme Viking dès juin 1969[3].

On chercha pendant tout le programme à inciter les contractants à réduire leurs coûts de développement. Ainsi le montant final du contrat de Martin Marietta fut fixé à 299,1 millions de dollars et approuvé par Paine le 20 octobre. Les coûts supportés à ce stade par Martin Marietta furent évalués à 14,53 millions de dollars, mais le budget complémentaire alloué permettait à l'entreprise de gagner plus d'argent si le coût de développement final était d'un montant inférieur aux 299,1 millions prévus. Des pénalités étaient également prévues en cas de dépassement : chaque dollar de coût non prévu devait entraîner 15 cents de pénalité (15 %), et inversement, chaque dollar économisé rapportait à l'entreprise un bonus de 15 cents[4].

Le coût total du projet Viking fut d'environ 915 millions de dollars américains[5].

Lancement de Viking 2.

À l'origine, le lancement des sondes devait être effectué en 1973, mais à la suite de problèmes de budget, la NASA recula de deux ans le projet. Cette décision s'avéra finalement une aubaine pour les différentes équipes techniques du programme. Une maquette de sonde Viking sert de charge utile pour le premier essai du lanceur Titan E Centaur le 11 février 1974. La fusée doit être autodétruite à cause d'une déviation de trajectoire lors de son lancement. Finalement, c'est en 1975 que les deux sondes s'envolent vers Mars, le 20 août pour Viking 1 et le 9 septembre pour Viking 2. Après un voyage d'un peu moins d'un an, Viking 1 se place en orbite le 21 juin 1976, elle est rejointe par Viking 2 le 9 août sur son orbite. Les deux atterrisseurs se posent sur le sol martien le 20 juillet pour Viking 1 et le 3 septembre pour Viking 2. Viking 1 fonctionnera pendant plus de six ans, jusqu'au 13 novembre 1982. Viking 2 durera un peu moins longtemps, mais continuera tout de même de fonctionner pendant un peu moins de quatre ans, jusqu'au 11 avril 1980.

Outre l'objectif principal, à savoir la détection de la présence ou non de vie sur la planète, les missions Viking ont permis de fournir une couverture photographique complète de la surface de Mars avec une résolution variant de 150 à 300 mètres. Certaines des zones ont même été photographiées avec une résolution de 8 mètres. Les missions Viking nous ont fourni la plus complète vision de la planète Mars. Les images prises par les orbiteurs ont permis notamment de découvrir des volcans, des plaines de lave, des canyons immenses, des formations géologiques créées par le vent, et des preuves de la présence d'eau en surface. La mission Viking a également permis de fournir des photographies précises des deux satellites orbitant autour de la planète, Phobos et Déimos.

Les atterrisseurs ont fourni pour leur part des images de la surface. Ils y ont prélevé, pour la première fois, des échantillons, étudié le climat, analysé la composition atmosphérique ainsi que la sismicité de la planète. Les deux sondes ont également fourni près de 1 400 images de leurs deux sites d'atterrissage.

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  Preuve de présence de glace sur Utopia Planitia; photo prise par le module de surface de Viking 2.
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  Photo prise par Viking Lander 1 le 11 février 1978. Le rocher situé à gauche mesure 2 mètres de large.
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  Lever de soleil martien sur Chryse Planitia par Viking 1.
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  Photo prise par Viking 2 et dont le traitement des couleurs serait celui le plus représentatif de Mars.

Plateforme scientifique de l'orbiteur avec ses deux télescopes situés devant les systèmes d'acquisition vidéo, de mesure thermique et de détection d'eau dans l'atmosphère.

Les instruments scientifiques embarqués sur l'orbiteur comprenaient des appareils de prises de vue de Mars, de mesure de vapeur d'eau dans l'atmosphère et de cartographie en infra-rouge. Les équipements nécessaires étaient contenus dans un réceptacle orientable dont la température était régulée, situé à la base de l'orbiteur. Les instruments scientifiques pesaient environ 72 kg[8]. Les expériences scientifiques de nature radiologique étaient menées avec les éléments de transmission de l'orbiteur.

Chaque orbiteur était équipé de 2 caméras. Les caméras de la sonde orbitale Viking étaient dérivées de celles des sondes Mariner. Il s'agit de caméras vidéo noir et blanc hautes performances de type vidicon, semblables à celles utilisées à l'époque dans les studios de télévision. Elles étaient équipées d'un téléobjectif à lentille. Le compartiment dans lequel les caméras étaient montées pouvait être orienté sur 2 axes pour viser avec précision la zone à observer.

Le téléobjectif était à focale de 475 mm, avec un champ de vision de 1,54° × 1,69°. Depuis une altitude de 1 500 km, chaque prise de vue couvrait une surface minimum de 40 × 44 km. Six filtres pouvaient être activés, autorisant l'acquisition d'images couleurs (après assemblage de prises de vue filtrées avec les composants de couleur rouge, verte et bleue). Le délai entre deux photos était imposé par la vitesse de l'enregistreur à bande. Une image pouvait être acquise par chaque caméra alternativement toutes les 4,48 secondes. La résolution était de 1 056 lignes horizontales, divisées en 1 182 pixels chaque. La luminosité de chaque pixel pouvait être modulée sur 7 bits (127 niveaux de gris)[9].

La gestion du module et le contrôle des expériences étaient dévolus à deux ordinateurs redondants, chacun équipé d'une mémoire de 4 096 mots. Cette mémoire était utilisée pour le stockage des séquences de commandes et des données acquises. Toutes les opérations liées au pilotage de l'orbiteur telles que les manœuvres de corrections, allumages moteurs, pointages de l'antenne haut-gain et le lancement d'expériences scientifiques étaient gérés par ces ordinateurs [10] - [11] - [12].

Les transmissions numériques étaient réalisées via l'émetteur en bande S de l'orbiteur. La vitesse de transmission variait de 8,3 à 33,3 bits par seconde pour les opérations de commande, et de 2 000 à 16 000 bits par seconde pour les mesures scientifiques. Deux enregistreurs numériques à bande 8 pistes servaient à stocker les données. Les sept premières pistes étaient destinées au stockage des images, et la huitième piste aux données infrarouges. Chaque enregistreur pouvait conserver 640 mégabits de données[13].

Préparation d'un module atterrisseur Viking en environnement stérile.

L’atterrisseur Viking utilisait un système de guidage, contrôle et de planification (Control and Sequencing Computer dit GCSC) constitué de deux calculateurs embarqués Honeywell HDC 402 de 24-bits équipés de mémoire à fil plaqué de 18 000 mots de capacité. Cet ordinateur commandait la totalité des éléments de l'atterrisseur avec des logiciels embarqués qui pouvaient être mis à jour par téléchargement depuis la Terre. La conception de l'ordinateur de bord fut l'un des principaux problèmes posés aux ingénieurs du programme. Il consistait en un système redondant (voir Tolérance aux pannes) double, équipé de mémoires. Le système était prévu pour qu'un ordinateur soit en réserve pendant que l'autre était actif. Parmi les programmes chargés dans l'ordinateur, figurait un logiciel capable de gérer entièrement la mission pendant les 22 premiers jours passés sur Mars, sans avoir à contacter la Terre. Ce logiciel était modifié et mis à jour dès que l'atterrisseur avait pris contact avec le centre de contrôle sur Terre[17].

Bien qu'il soit largement rapporté dans diverses publications en ligne que les ordinateurs de la sonde Viking étaient basés sur des systèmes de marque RCA Cosmac 1802, retenus notamment pour leurs capacités de résister aux rayonnements spatiaux, cette affirmation ne repose en réalité sur aucune source primaire[18].

Les communications transitaient par un émetteur de 20 watts en Bande S et deux émetteurs à tube à ondes progressives de 20 watts. Une antenne parabolique grand gain, orientable sur deux axes, était montée sur un mât près de la base de l'atterrisseur. Une antenne omnidirectionnelle faible gain émettant en Bande S était également montée près de la base de l'atterrisseur. Cette antenne était utilisée pour les communications radio directes avec le centre de contrôle sur Terre. Une antenne UHF d'une puissance de 30 W et émettant sur 381 MHz était également installée pour jouer le rôle de relais half duplex avec l'orbiteur.

Les données pouvaient être stockées sur un enregistreur à bande de 40 Mégabits, dans une mémoire de 8 200 mots[note 1] ou expédiées instantanément par l'antenne en Bande S. La mémoire était utilisée en tampon d'entrée provisoire pour stocker les données expérimentales pendant de courtes périodes. Les données à conserver pour de longues périodes étaient transférées sur l'enregistreur à bande[19]. L'atterrisseur pouvait conserver ses données sur bande pour les transmettre dès qu'un module Viking orbiteur le survolait ou lorsque ses dispositifs de communication pouvaient entrer en communication directe avec la Terre.

L'atterrisseur transportait les instruments indispensables pour l'objectif principal du programme Viking, à savoir l'étude scientifique de la planète Mars. Les instruments devaient permettre l'étude de la biologie, la composition chimique organique et inorganique, la météorologie, la sismologie, les propriétés magnétiques, l'apparence et les propriétés physiques de la surface de Mars et de son atmosphère.

Gros plan sur le bras de collecte d'échantillon du module d'atterrissage.

Deux caméras numériques cylindriques à 360° étaient montées sur le côté long de la base du vaisseau. Un bras d'expérimentation muni d'un réceptacle pour collecter les échantillons était implanté du même côté que la caméra, au centre. Une centrale météorologique avec capteur de température, de direction et vitesse du vent était située à l'extérieur du vaisseau, sur le dessus de l'une des jambes d'atterrissage. Un senseur de pression était attaché sous le corps de l'atterrisseur.

Un détecteur de champ magnétique, ainsi que des cibles de mise au point et de test des caméras, accompagnés d'un miroir d'agrandissement étaient situés à l'opposé des caméras, à proximité de l'antenne à fort gain. Au sein de l'atterrisseur, un compartiment dont l'environnement était contrôlé, contenait les expériences biologiques et le chromatographe à gaz et spectrométrie de masse. Le spectromètre à rayons X à fluorescence était lui aussi monté à l'intérieur de la structure du véhicule. Le poids des appareillages pour l'expérimentation scientifique était d'environ 91 kg.

Les deux atterrisseurs emportent également des sismomètres dans le but de détecter les séisme sur Mars mais leurs caractéristiques reflètent le fait que l'objectif principal de ces missions porte sur la recherche de traces de vie passée ou actuelle sur la planète. Le sismomètre, qui pèse 2,2 kg et consomme 3,5 watts, est peu sophistiqué avec une sensibilité de l'ordre du nanomètre dix fois inférieure à celle des instruments installés sur la Lune par les équipages du programme Apollo. Les géophysiciens concepteurs de l'expérience ont été contraints d'accepter que l'instrument soit installé sur le pont de l'atterrisseur au lieu d'être en contact direct avec le sol. Les données collectées doivent être fortement compressées et donc dégradées avant d'être transmises vers la Terre car le débit de la liaison avec la Terre est réduit[20].

Seconde photo transmise depuis le sol de mars, par Viking 1 le 23 juillet 1976.

Viking 1 fut lancé du Kennedy Space Center à Cap Canaveral le 20 août 1975 et arriva près de Mars le 19 juin 1976 après une navigation de dix mois. Durant le premier mois, Viking 1 fut exclusivement utilisé depuis l'orbite pour chercher et certifier le site d'atterrissage le plus sûr. L'atterrissage initialement prévu le 4 juillet 1976 fut reporté au 20 juillet. La séparation eut lieu à 08:51 UTC et l'atterrissage à 11:53:06 UTC, dans la zone ouest de Chryse Planitia. Il fut le premier vaisseau d'origine humaine à réaliser puis transmettre une prise de vue depuis le sol de Mars (le premier vaisseau à se poser étant Mars 3 après le crash de Mars 2).

Le 12 février 1977, l'orbite de Viking 1 fut modifiée pour permettre un survol de Phobos, la plus grande des lunes martiennes. Au plus près, l'orbiteur de Viking 1 survola Phobos à 90 km de distance de sa surface[22].

Viking 2, peu après son atterrissage.

Viking 2 fut lancé le 9 septembre 1975. Après une navigation de 333 jours, il atteignit Mars le 7 août 1976 et se plaça sur une orbite plus inclinée que celle de Viking 1, qui permettait d'observer les régions polaires à une distance relativement proche. Après un mois d'étude photographique pour sélectionner un site d'atterrissage au relief peu accidenté, le module atterrisseur se sépara de l'orbiteur le 3 septembre 1976 à 22:37:50 UTC et se posa dans la zone d' Utopia Planitia, emplacement plus septentrional que celui de l'atterrissage de Viking 1, mais moins froid en raison de la saison d'été martienne[23]. La séparation orbiteur/atterrisseur provoqua une désorientation de l'orbiteur, dont l'antenne principale n'envoya pas vers la Terre les signaux de la descente et de l'atterrissage. La Nasa résolut rapidement l'incident en envoyant via l'antenne secondaire omnidirectionnelle un ordre de mise en rotation de l'orbiteur, jusqu'à ce qu'il redétecte l'étoile Véga et recale l'antenne principale en direction de la Terre[24].

Plus tard, lors de sa mission, l'orbiteur de Viking 2 se rapprocha de Déimos, la plus petite des deux lunes martiennes. Il survola cette lune à une distance de 22 km seulement. Des images particulièrement spectaculaires de ce satellite furent prises. Viking 2 a fourni plus de 16 000 images de Mars et ses satellites avant de s'éteindre le 25 juillet 1978[22].

La durée d'une mission de cette nature est extrêmement variable et très dépendante, quels que soient les objectifs initiaux, de la durée de vie des équipements et de leurs éventuels dysfonctionnements. La durée des éléments de Viking 1 et 2 fut la suivante :

Bien que trois des appareils fussent hors service[25], l'atterrisseur Viking Lander 1 resta actif jusqu'au 13 novembre 1982[note 2]. Il continuait de transmettre des informations à la Terre, et chaque semaine l'équipe du JPL réceptionnait des données météorologiques et des images de la surface de Mars prises par celui-ci. Finalement, le programme Viking fut arrêté le 21 mai 1983. Les deux orbiteurs Viking 1 et 2 devraient tourner autour de Mars jusqu'à ce que leur orbite se dégrade et les précipite sur la planète, vers 2025[26].

Les instruments utilisés pour détecter la présence de vie dans des prélèvements de sol martien fournirent des résultats ambigus. Dans un premier temps, les résultats de Viking 1 furent estimés positifs par les chercheurs américains de Pasadena, car les expériences d'incubation en présence de vapeur d'eau ou de milieu nutritif montrèrent un dégagement d'oxygène et de dioxyde de carbone, dégagements qui étaient les conditions fixées pour affirmer que la vie avait bien été détectée. Mais ces dégagement à un taux élevé et inattendu décrurent rapidement et cessèrent au bout de 40 heures pour le dioxyde de carbone, phénomènes non observés sur Terre avec des orgainsmes vivants[27]. Ces dégagements sont difficilement explicables, et trop abondants et trop rapides pour être d'origine biologique[28] Une troisième expérience mit en présence un échantillon de sol dans du gaz carbonique radioactif sous une lampe simulant le Soleil ; du gaz carbonique fut absorbé, comme l'aurait fait une assimilation chlorophyllienne[29]. Enfin, l'analyse chimique d'un échantillon du sol par un spectromètre de masse ne décela aucun composé organique et montra du fer, du calcium, de l'aluminium, du silicium et du titane, tandis que le vanadium et le molybdène étaient absents[30]. La plupart des scientifiques furent convaincus que les résultats observés étaient le fruit de réactions chimiques de nature non biologique, créées par les conditions particulières d'oxydation du sol sur Mars[31].

Il existe aujourd'hui un consensus général pour affirmer que les sondes Viking démontrèrent finalement l'absence de micro-organismes dans le sol des deux sites d'atterrissage. Pourtant, les résultats des tests menés et leurs limites expérimentales font encore l'objet de discussions. La validité du principal résultat positif repose intégralement sur l'absence d'agents oxydants dans le sol de Mars. Or, il a été découvert récemment par le vaisseau Phoenix qu'il existait des perchlorates de sels dans ce même sol[32] - [33]. La question de la vie microbienne sur Mars reste donc encore à ce jour sans réponse.

Des informations ont été obtenues sur l'atmosphère martienne. Il se revèle moins riche en argon (1,5%) que ce que suggerait la mission soviétique Mars 6. Des nuages ont été observés par Viking 2, tourbillonant sous l'effet de vents à plus de 200 km/h. Des phénomènes de brume matinales vite dissipées par le lever du Soleil ont aussi été observés[28].

Le sismomètre embarqué à bord de Viking 1 reste inopérant car les opérateurs ne parviennent pas à débloquer le verrou qui protège sa partie mobile des vibrations durant le vol[24] : ce sismomètre sera le seul instrument non opérationnel de tout le programme Viking. Le sismomètre de Viking 2 peut être activé mais les scientifiques constatent rapidement que les données collectées n'ont rien à voir avec des mouvements sismiques. Solidaire du pont de l'atterrisseur, l'instrument enregistre tous les mouvements mécaniques affectant celui-ci : rotation de l'antenne grand gain orientable, déplacement du bras robotique, fonctionnement du magnétophone et surtout action du vent qui fait vibrer la plateforme[34]. Seules les mesures faites de nuit, caractérisée par une diminution du vent et l'absence d'activité des instruments, sont éventuellement exploitables. Mais la faible sensibilité de l'instrument conjuguée avec les doutes sur l'origine des mouvements enregistrés ne permettent pas d'en tirer des données réellement utilisables[20].

NASA

• (en) NASA, Viking, février 1975 (lire en ligne)
  Dossier de presse fourni par la NASA pour le lancement des sondes Viking

Autre

• (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) Edward Clinton Ezell et Linda Neuman Ezell, On Mars : Exploration of the Red Planet. 1958-1978 (NASA SP-4212), NASA History Office, 1984 (lire en ligne [PDF])
  Histoire du programme Viking.

• Viking 1
• Viking 2
• Exploration de la planète Mars
• Eau sur Mars
• Vie sur Mars
• Sonde spatiale
• Mars (planète)

• (fr) Histoire détaillée du programme Viking par Nirgal, site historique sur Mars
• (fr) La quête des Viking (nirgal.net)
• (en) Information sur le programme Viking sur le site de la NASA
• (en) ON MARS Exploration of the Red Planet 1958-1978 Ouvrage en ligne sur le site historique de la Nasa.
• (en) Page de la mission viking sur le site de la Nasa

Liens externes multimédia

• (en) 30^e anniversaire du programme Viking, vidéos
• (en) Informations sur la diffusion des images de Viking par la Nasa et logiciel freeware de visualisation
• (en) Images de la mission Viking sur le JPL Photojournal