Le Programme Viking : Une Quête Ambitieuse pour Percer les Secrets de Mars 🚀

Découvrez comment la NASA a défié les limites de l’exploration spatiale pour révéler une image inédite de la Planète Rouge et ranimer l’éternelle question de la vie extraterrestre.

Le programme Viking est une initiative spatiale majeure de la NASA, pionnière dans l’envoi d’engins américains sur le sol martien. Conçu comme la mission la plus ambitieuse et la plus coûteuse jamais lancée vers Mars, avec un budget qui s’élève à 3,8 milliards de dollars actualisés en 2014, Viking a redéfini notre compréhension de la Planète Rouge. Ce programme historique a envoyé deux sondes spatiales identiques, Viking 1 et Viking 2, lancées respectivement en août et septembre 1975 par des fusées Titan / Centaur. Chaque mission se composait d’un orbiteur, destiné à se placer en orbite martienne, et d’un module atterrisseur, conçu pour se poser et mener des investigations in situ.

Les objectifs scientifiques de Viking étaient multiples : réaliser des images haute résolution de la surface pour identifier les structures géologiques, déterminer la structure et la composition du sol et de l’atmosphère, et surtout, identifier l’éventuelle présence de vie sur Mars. Les sondes Viking, fonctionnant entre un et six ans, ont permis de dresser le premier portrait exhaustif de Mars, incluant sa composition, son climat, et une cartographie complète de sa surface. Malgré la découverte de nombreuses formations géologiques façonnées par l’eau, les missions n’ont pas permis de déterminer de manière concluante si des formes de vie étaient présentes dans le sol martien.

Contexte : L’Intrigue Martienne Avant Viking 🔭

Depuis l’invention du télescope, Mars a toujours captivé l’imagination des scientifiques et du grand public. Les premières observations télescopiques ont révélé des changements de couleur à sa surface, évoquant une végétation saisonnière. En 1877, Giovanni Schiaparelli a même cru distinguer des « canaux », suggérant l’existence d’une vie intelligente. À la fin des années 1950, nos connaissances sur Mars étaient limitées aux observations télescopiques terrestres, ne permettant de distinguer des détails inférieurs à 100 km. Ces images montraient une planète rougeâtre avec des structures claires et sombres, ainsi que deux calottes polaires variant en taille, généralement considérées comme étant de la glace d’eau. Des nuages blancs ou jaunes et l’estompement des détails de surface suggéraient la présence d’une atmosphère, et certains observateurs pensaient même qu’une végétation rudimentaire, comme des lichens, pouvait subsister. Les estimations de pression atmosphérique et de températures étaient cependant largement surévaluées par rapport à la réalité martienne.

La Course à l’Espace et les Premières Rencontres Martiennes 🏁

Dès le début de l’ère spatiale, Mars est devenue un enjeu majeur de la course à l’espace entre les États-Unis et l’Union soviétique, motivés par la spéculation sur la vie et sa proximité relative. L’URSS a été la première à se lancer dans l’exploration martienne en octobre 1960, mais a essuyé une série d’échecs durant quatre ans. C’est l’URSS qui a réussi le premier atterrissage sur Mars avec Mars 3 en 1971, mais l’atterrisseur n’a survécu que vingt secondes.

La NASA, avec des lanceurs moins puissants au début, a lancé ses premières missions martiennes quatre ans plus tard avec le programme Mariner. Mariner 4 a marqué un tournant en juillet 1965, envoyant les toutes premières images de la Planète Rouge. Ses 22 photos, de qualité moyenne, ont révélé un paysage de type lunaire, criblé de cratères d’impact et ne montrant aucune trace d’érosion par l’eau ou de reliefs majeurs. Cette vision « déprimante » a mis fin aux spéculations sur une Mars jumelle de la Terre, popularisées par des auteurs de science-fiction. Les mesures de Mariner 4 ont également révélé une pression atmosphérique extrêmement faible (0,5 % de celle de la Terre), suggérant que les calottes polaires étaient constituées de dioxyde de carbone et non de glace d’eau. La température de surface mesurée, −100 °C, était bien plus basse que prévu, et l’absence de champ magnétique détecté soulevait des questions sur la survie d’êtres vivants en surface.

Le Programme Voyager Mars : Une Ambition Avortée 🚫

Avant Viking, le Jet Propulsion Laboratory (JPL) avait planifié le programme Voyager Mars, une suite ambitieuse au programme Mariner. Ces sondes de nouvelle génération devaient emporter une charge utile scientifique de 230 kg (contre 20 kg pour Mariner), combinant un module pour se poser sur Mars et Vénus, et un orbiteur pour les télécommunications. Prévu dès 1966, ce projet était plus complexe, impliquant des industriels extérieurs au JPL et envisageant des sondes de 1,8 à 3,15 tonnes, lancées par des fusées Titan III ou Saturn IB. Les sites d’atterrissage envisagés incluaient Syrtis Major, une région ayant suscité l’intérêt des astronomes en raison de changements de luminosité attribués à la végétation martienne.

Cependant, le programme Voyager Mars a subi plusieurs revers en 1964-1965. Le lancement a été repoussé de 1969 à 1971. Puis, en juillet 1965, les données de Mariner 4 ont démontré que la densité de l’atmosphère martienne était bien plus faible que prévu, ce qui a contraint à une refonte complète de l’atterrisseur et à l’utilisation d’une fusée Saturn V, repoussant le lancement à 1973. Le coût de la mission a grimpé à un milliard de dollars. En janvier 1967, la responsabilité du projet a été transférée du JPL au centre de vol spatial Marshall. Confronté au coût de la guerre du Vietnam, le Congrès américain a réduit le budget de la NASA en 1967, entraînant l’annulation du programme Voyager Mars.

Genèse et Développement du Programme Viking ✨

L’annulation de Voyager Mars n’était pas due à un manque d’intérêt pour l’exploration martienne, mais à l’augmentation incontrôlée des coûts. La NASA, voyant son programme lunaire robotique décliner et aucune mission d’exploration du système solaire prévue après 1969, a relancé un appel à propositions pour une mission martienne. Le centre de la NASA de Langley, fort de son expertise dans les missions lunaires et la dynamique des véhicules de rentrée atmosphérique, a mené une étude sur un engin effectuant un atterrissage « dur » sur Mars.

La Réactivation du Projet Martien et les Choix Cruciaux 💡

Le projet martien a été réactivé en décembre 1968, avec l’objectif de lancer une première mission lors de la fenêtre de lancement favorable de 1971. Le JPL a été chargé de développer l’orbiteur Mariner (qui deviendra Mariner 9) pour identifier les sites d’atterrissage, tandis que Langley a été choisi pour développer le véhicule d’atterrissage, baptisé Viking, et gérer l’ensemble du projet. En raison de la masse combinée de l’orbiteur et de l’atterrisseur, la NASA a sélectionné la fusée Titan III comme lanceur.

Contrairement au JPL, Langley avait pour habitude de sous-traiter la construction des engins spatiaux. Plusieurs entreprises ont été consultées pour l’atterrisseur, proposant différentes architectures (train d’atterrissage, énergie par panneaux solaires ou générateurs thermoélectriques à radioisotope – RTG). En mai 1969, Martin Marietta Aerospace à Denver a obtenu le contrat de développement de l’atterrisseur pour 280 millions de dollars, proposant un engin alimenté par RTG et doté d’un train d’atterrissage à trois pieds, une solution déjà éprouvée pour les atterrisseurs lunaires Surveyor. Le JPL est resté responsable de l’orbiteur, de la navigation vers Mars, de l’acquisition des données et de la gestion de la mission depuis son départ.

Les Défis Budgétaires et le Report de Lancement 💸

Le budget initial du programme Viking, soumis au Congrès en mars 1969, était estimé à 364,1 millions de dollars, mais les coûts ont rapidement flambé. En août 1969, l’estimation atteignait 606 millions de dollars, au moment où le budget de la NASA se contractait après le succès d’Apollo 11. Pour faire face à cette réduction des moyens financiers, la NASA a repoussé le lancement de la mission Viking à 1975. Ce report, bien que contraint par des coûts croissants et une fenêtre de lancement moins favorable nécessitant plus d’ergols et un lanceur Titan III plus puissant, s’est avéré bénéfique en donnant le temps à l’agence spatiale de perfectionner l’atterrisseur. Le coût total final du projet Viking s’est élevé à environ 915 millions de dollars américains (3,8 milliards de dollars actualisés à 2014), en faisant le plus gros budget alloué à un programme d’exploration du système solaire jusqu’aux années 2020.

Mariner 9 Révèle une Mars Fascinante 🌌

Pendant le développement de Viking, la mission Mariner 9 a fondamentalement modifié notre perception de Mars. Lancée en mai 1971, elle est devenue le premier engin à se placer en orbite autour d’une planète autre que la Terre. Contrairement aux missions précédentes qui n’avaient fait que survoler Mars, Mariner 9 a permis une étude détaillée de sa surface et de son atmosphère. Après avoir patienté pendant une tempête de poussière martienne (qui a aveuglé les sondes soviétiques Mars 2 et 3), Mariner 9 a révélé, à partir de mars 1972, une planète Mars à la topographie complexe, en partie façonnée dans le passé par l’eau.

Les photos de Mariner 9 ont mis en évidence des réseaux de vallées et des chenaux d’inondation, prouvant que Mars avait été suffisamment chaude par le passé pour que de l’eau liquide circule à sa surface. Ces découvertes ont relancé l’intérêt des scientifiques et du public pour la quête de vie sur Mars. La détection d’une vie résiduelle est alors devenue un objectif majeur des missions martiennes de la NASA, entraînant le développement d’instruments complexes pour les sondes Viking destinés à détecter une activité biologique dans le sol. Mariner 9 a également photographié des caractéristiques géologiques emblématiques telles que le volcan Olympus Mons, le dôme de Tharsis, le Valles Marineris, et a montré des preuves d’érosion éolienne et d’activité tectonique.

L’Architecture de la Mission et les Technologies d’Atterrissage 🛠️

La NASA a opté pour une architecture de mission plus complexe que celle des Soviétiques : une mise en orbite initiale pour étudier la surface et sélectionner une zone d’atterrissage favorable, suivie d’un atterrissage en douceur. L’atterrisseur était conçu pour fonctionner au moins 90 jours, contre 3 jours pour les sondes soviétiques. L’orbiteur, dérivé de Mariner 9 mais avec une capacité d’ergols accrue pour transporter l’atterrisseur, était équipé de panneaux solaires allongés pour doubler la production électrique et d’une antenne parabolique plus grande pour transférer un volume de données plus important.

Un travail de recherche appliquée considérable a été mené pour perfectionner les techniques d’atterrissage en douceur sur Mars, un défi particulier en raison de son atmosphère 100 fois moins dense que celle de la Terre et de sa gravité relativement élevée par rapport à la Lune. Les phases de freinage par friction dans la haute atmosphère et à l’aide du parachute, développées pour Viking, seront réutilisées par toutes les missions martiennes de la NASA durant les deux décennies suivantes. Pour freiner le vaisseau pénétrant à 4,7 km/s, la partie avant du véhicule de rentrée de 3,5 mètres de diamètre avait la forme d’un cône recouvert d’un revêtement ablatif. Un parachute de 16 mètres de diamètre était déployé à 5,79 km d’altitude (vitesse à Mach 1,1). Dans la phase finale, des moteurs-fusées à poussée modulable réduisaient la vitesse verticale à 2,4 m/s et la vitesse horizontale à 1 m/s. Les sites d’atterrissage de Viking ont été choisis 2,5 km en dessous du niveau martien moyen pour prolonger la phase de préparation à l’atterrissage. Les sondes se sont posées sur un train d’atterrissage avec un système d’amortissement, mais Viking 1 s’est posé à quelques mètres d’un rocher d’un mètre de haut, qui aurait pu le renverser.

La Quête de Vie : Des Expériences Biologiques Sophistiquées 🔬

La détection de la vie a joué un rôle central dans le programme Viking, avec près de 10 % du budget (400 millions de dollars 2014) consacrés à la mise au point d’instruments pour détecter d’éventuelles formes de vie martienne dans le sol. La communauté scientifique, bien qu’excluant la découverte de formes de vie évoluées, n’excluait pas la présence d’organismes analogues aux bactéries terrestres, connues pour leur capacité d’adaptation à des environnements extrêmes.

L’exobiologie, discipline scientifique naissante que la NASA a contribué à fonder en 1960, a été au cœur de cette recherche. La détection de vie est complexe, le concept de vie étant difficile à définir et ses manifestations pouvant être confondues avec des processus purement chimiques. Sur treize propositions d’instruments, trois ont été sélectionnées pour Viking :

Gas Exchange (GEX) de Vance Oyama.
Labeled Release (LR) de Gilbert Levin.
Pyrolytic Release (PR) de Norman Horowitz. L’expérience chromatographe / spectromètre de masse (GC-MS) a été choisie pour confirmer les résultats. Dès avant le lancement, la pertinence de ces instruments a été contestée, avec des tests terrestres produisant parfois des résultats divergents ou erronés.

Lancement et Déroulement des Missions Viking 1 et 2 🚀

Le programme Viking a nécessité de tester le nouveau lanceur Titan III E/Centaur, que la NASA prévoyait d’utiliser après l’entrée en service de la navette spatiale. Le vol inaugural du nouveau lanceur en février 1974 a échoué, mais le succès du lancement de la sonde Helios I en décembre 1974 a finalement qualifié la fusée.

Les deux sondes Viking ont finalement décollé vers Mars : Viking 1 le 20 août 1975 et Viking 2 le 9 septembre 1975. Après un voyage d’environ un an, Viking 1 s’est placée en orbite martienne le 21 juin 1976, suivie par Viking 2 le 9 août. Les atterrisseurs se sont posés sur le sol martien le 20 juillet pour Viking 1 et le 3 septembre pour Viking 2. Viking 1 a fonctionné plus de six ans, jusqu’au 13 novembre 1982, tandis que Viking 2 a duré près de quatre ans, jusqu’au 11 avril 1980.

Phases Cruciales de la Mission ⚙️

Les missions interplanétaires étaient encore à leurs débuts à l’époque de Viking. L’atterrisseur était l’élément central, et toute la mission était architecturée autour de son fonctionnement. Une mission Viking se décomposait schématiquement en plusieurs phases clés :

Préparation et stérilisation du vaisseau, puis son installation sur le pas de tir.
Transit entre la Terre et Mars, avec des corrections de trajectoire.
Mise en orbite autour de Mars.
Sélection d’un site d’atterrissage sans obstacles majeurs (rochers, accidents de terrain, pente) grâce aux instruments de l’orbiteur.
Modification de l’orbite pour un largage optimal de l’atterrisseur.
Largage de l’atterrisseur.
Mise en route des expériences scientifiques et transmission des données.

La sonde Viking était conçue pour réaliser une grande partie de ces étapes de manière automatisée, notamment en raison des difficultés de communication sur de telles distances. Il n’existait qu’une fenêtre de communication de 20 minutes en semi-duplex entre la Terre et Mars après la séparation de l’orbiteur et de l’atterrisseur et jusqu’à l’atterrissage. Toute la navigation, de la référence inertielle à la localisation du point d’atterrissage, était gérée par l’ordinateur de bord. Une fois au sol, l’atterrisseur ne pouvait communiquer avec la Terre que la moitié de chaque jour martien, et la puissance électrique limitait encore la durée des liaisons. Bien que des instructions puissent être envoyées et le vaisseau reprogrammé, la majorité du contrôle des opérations était autonome au quotidien.

La Mission Viking 1 : Premières Images Directes de la Surface 📸

Viking 1 (initialement Viking B) a décollé le 20 août 1975 et s’est insérée en orbite martienne le 19 juin 1976. L’orbiteur a photographié les zones d’atterrissage potentielles, révélant que le site préféré, Ares Vallis (un chenal d’inondation potentiellement abrité la vie), était trop accidenté. Finalement, un troisième site dans la région de Chryse Planitia a été retenu. Prévu symboliquement pour le 4 juillet (jour de l’indépendance américaine), l’atterrissage a été retardé et n’a eu lieu que le 20 juillet 1976, coïncidant fortuitement avec l’anniversaire des premiers pas de l’homme sur la Lune (Apollo 11).

L’atterrisseur a effectué sa manœuvre de désorbitation à 300 km d’altitude, déployé son parachute à 6 km, et mis à feu ses rétrofusées à 1,5 km. Il s’est posé avec une vitesse verticale résiduelle de 2,5 m/s à 11h53min06s UTC, 3 heures après s’être séparé de l’orbiteur, dans la partie ouest de Chryse Planitia. Viking est devenu le premier vaisseau à effectuer un atterrissage en douceur sur Mars et à transmettre une photo depuis sa surface. La première photo, prise 25 secondes après l’atterrissage, a mis 19 minutes pour atteindre la Terre, alors distante de 342 millions de kilomètres.

La deuxième photo, un panoramique, a révélé un paysage parsemé de roches et recouvert d’une fine couche de poussière formant parfois des dunes. Un gros rocher d’un mètre de haut à moins de 8 mètres de l’atterrisseur a montré à quel point la sonde, avec seulement 22 cm de garde au sol, avait frôlé la catastrophe. Les premières photos couleur sont arrivées le lendemain, mais les couleurs étaient déformées (le drapeau américain apparaissait violet et jaune). Après retouche, scientifiques et public ont découvert pour la première fois les véritables teintes de Mars : un ciel couleur caramel et un sol rouge-brun, la couleur du ciel étant due à la grande quantité de poussière en suspension dans l’atmosphère. Après cinq jours de tentatives pour débloquer une goupille de sécurité, le bras de prélèvement d’échantillons a pu être utilisé le 28 juillet, alimentant le spectromètre XRF, le spectromètre de masse et les instruments de détection de vie.

L’orbiteur de Viking 1 a prolongé sa mission primaire jusqu’en août 1980. Il a notamment survolé Phobos, la plus grande des deux lunes martiennes, à 90 km de distance en février 1977. Sa mission a pris fin le 7 août 1980 en raison de l’épuisement des réserves d’azote pour le contrôle d’orientation. Son orbite a été relevée pour éviter qu’il ne s’écrase sur Mars avant 2019 et prévenir toute contamination microbienne terrestre, et la sonde a été mise en sommeil le 17 août 1980 après 1485 orbites.

La Mission Viking 2 : Une Autre Perspective Martienne 🏞️

La sonde Viking 2 (initialement Viking A) a été lancée le 9 septembre 1975, juste avant la fermeture de la fenêtre de lancement, malgré des conditions météorologiques défavorables. Après un incident de panne d’équipement de chargement des batteries résolu grâce à l’équipement de secours, Viking 2 a atteint Mars le 7 août 1976. Elle s’est insérée sur une orbite de 1 500 x 33 000 km, avec une inclinaison de 55,2° qui lui a permis de survoler les régions polaires.

Le processus de sélection du site d’atterrissage a été similaire à celui de Viking 1, avec des sites comme Alba Patera et Arcadia Planitia jugés trop accidentés. Finalement, le site du cratère Mie, situé dans une grande plaine relativement plate et semblant recouverte de dunes, a été retenu, malgré sa latitude trop nordique pour être entièrement étudiée par le radar de l’orbiteur. Le 3 septembre 1976, l’atterrisseur a été largué. Un incident de contrôle d’attitude de l’orbiteur a interrompu la liaison à haut débit pendant la séparation, mais les échanges à faible débit ont confirmé le bon déroulement de la descente. L’atterrisseur s’est posé avec succès à 200 km à l’ouest du cratère Mie, dans la plaine d’Utopia Planitia. En raison d’une défaillance radar ou d’une surface particulièrement réfléchissante, les propulseurs ont fonctionné 0,4 seconde de plus que prévu, créant des fissures dans le sol et soulevant de la poussière. Un pied reposant sur deux petits rochers, l’atterrisseur s’est retrouvé incliné de 8,2°, mais a démontré être en bonne santé.

Le site d’atterrissage de Viking 2 s’est avéré très différent de celui de Viking 1 : un sol avec une croûte relativement solide, beaucoup moins de poussière, et parsemé de rochers plus gros et plus nombreux, souvent avec des bulles comme des pierres ponces. Contrairement aux attentes des scientifiques, aucune dune n’était visible, et la région environnante était plate sans relief notable. Les résultats décevants des instruments de détection de vie de Viking 1 ont conduit les scientifiques à modifier leur stratégie pour Viking 2, en décidant de prélever des échantillons de sol situés sous les rochers, protégés du rayonnement ultraviolet stérilisant du Soleil. Après plusieurs tentatives, la pelle est parvenue à déplacer un rocher de 3 kg, mais l’analyse de l’échantillon n’a donné aucun résultat concluant. L’atterrisseur a fonctionné 1 281 jours d’affilée et a été mis hors service le 11 avril 1980 en raison d’une défaillance de ses batteries.

L’orbiteur de Viking 2 a mené une campagne d’observation des hautes latitudes et a effectué un survol spectaculaire de Déimos, la plus petite des deux lunes martiennes, à seulement 22 km en octobre 1977. Il a réalisé plus de 16 000 images de Mars et de ses satellites. La mission de l’orbiteur a pris fin le 25 juillet 1978 à cause d’une fuite d’azote utilisée pour le contrôle d’orientation, après avoir parcouru 706 orbites.

Caractéristiques Techniques Détaillées des Sondes 🔬

Chaque sonde spatiale Viking, d’une masse de 3 527 kg au lancement et d’une hauteur d’environ 3,29 m, était composée de deux sous-ensembles principaux : l’orbiteur et l’atterrisseur.

L’Orbiteur 🛰️

L’orbiteur, qui restait en orbite autour de Mars, était largement dérivé de la sonde spatiale Mariner 9. Il remplissait quatre objectifs principaux :

Transporter l’atterrisseur jusqu’à Mars et s’insérer en orbite.
Collecter des photos des sites d’atterrissage potentiels et aider à leur sélection.
Servir de relais de communication entre l’atterrisseur et la Terre.
Photographier la surface de Mars et analyser son atmosphère après le largage de l’atterrisseur.

Le cœur de l’orbiteur était une structure octogonale (bus) de 2,5 m de diamètre et 45,7 cm de hauteur, abritant les équipements de fonctionnement (télécommunications, énergie, contrôle d’attitude, ordinateur). Surmonté par le moteur-fusée principal et ses réservoirs, il comportait une plateforme orientable pour les instruments scientifiques. Des panneaux solaires étaient fixés en croix, et une antenne parabolique assurait les communications principales.

Production d’énergie ⚡: L’énergie était fournie par quatre panneaux solaires déployés, totalisant 14,53 m² et 34 800 cellules photovoltaïques, fournissant 620 watts en orbite martienne. Deux batteries nickel-cadmium de 30 ampères-heures stockaient l’énergie.
Propulsion 🚀: Un moteur-fusée à ergols liquides (méthylhydrazine et peroxyde d’azote) assurait les manœuvres de correction de trajectoire, l’insertion en orbite et les modifications d’orbite. Il pouvait fournir 1 323 Newtons de poussée.
Contrôle d’attitude 📐: L’orbiteur était stabilisé sur 3 axes, corrigeant les erreurs d’orientation avec douze petits propulseurs à gaz froid (azote sous pression). Des capteurs solaires, un viseur d’étoiles et une centrale inertielle déterminaient son orientation.
Télécommunications 📡: Les communications principales avec la Terre se faisaient en bande S (2,3/2,1 GHz) via une antenne parabolique à grand gain de 1,5 m de diamètre. Une antenne omnidirectionnelle à faible gain était également présente. L’orbiteur était aussi équipé d’un émetteur/récepteur UHF (381 MHz) pour les liaisons avec l’atterrisseur. Les débits variaient de 2 000 à 16 000 bits/seconde pour les données scientifiques vers la Terre. Deux enregistreurs à bande magnétique de 1 280 mégabits chacun stockaient temporairement les données.
Ordinateur de bord 🧠: Deux ordinateurs redondants, chacun avec 4 096 mots de mémoire, géraient le module et contrôlaient les expériences, pilotant les manœuvres, allumages moteurs et pointages.
Système de contrôle thermique 🔥: Des radiateurs et des persiennes mobiles dispersaient la chaleur.

L’Atterrisseur 🤖

L’atterrisseur, construit par Martin Marietta, était une structure hexagonale en aluminium et titane, reposant sur trois jambes de train d’atterrissage. Les capteurs des instruments étaient fixés sur le pont supérieur, surplombant le sol.

Bouclier biologique et thermique 🛡️: L’atterrisseur était protégé par deux enveloppes concentriques au lancement. Le bouclier biologique limitait la contamination par micro-organismes terrestres, étant fixé après une stérilisation de 7 jours à 120°C. Ce processus de protection planétaire, mis au point pour Viking, serait appliqué à toutes les futures missions interplanétaires vers des corps célestes susceptibles d’abriter la vie. L’enveloppe interne, le bouclier thermique, protégeait de l’échauffement de la rentrée atmosphérique à très grande vitesse.
Ordinateur de bord 💻: L’atterrisseur Viking utilisait un système de guidage, contrôle et planification (GCSC) composé de deux calculateurs Honeywell HDC 402 de 24 bits, avec une mémoire de 18 000 mots. Ce système redondant pouvait être mis à jour depuis la Terre et était capable de gérer entièrement la mission pendant les 22 premiers jours sur Mars sans contact avec la Terre.
Production d’énergie 🔋: L’énergie électrique était fournie par deux générateurs thermoélectriques à radioisotope (RTG), utilisant du plutonium-238 pour convertir la chaleur radioactive en électricité (30 watts en continu chacun). Quatre piles rechargeables au cadmium-nickel étaient également présentes pour prévenir les baisses de puissance.
Propulsion 💨: Pour sa descente, l’atterrisseur utilisait un moteur-fusée à monergol hydrazine. Douze tuyères fournissaient une poussée pour les manœuvres d’orientation. La phase finale de la descente et l’atterrissage étaient assurées par trois propulseurs à hydrazine avec poussée modulable (276 à 2 667 N), minimisant le souffle sur le sol martien. L’hydrazine était purifiée pour éviter toute contamination de la surface martienne.
Télécommunications 📞: Les communications transitaient par un émetteur en Bande S (20 watts) et deux émetteurs à tube à ondes progressives. Une antenne parabolique grand gain orientable assurait les liaisons principales avec la Terre, complétée par une antenne omnidirectionnelle faible gain. Une antenne UHF (30 W) servait de relais half duplex avec l’orbiteur.
Stockage de données 💽: Les données pouvaient être stockées sur un enregistreur à bande de 40 Mégabits ou dans une mémoire tampon de 8 200 mots. L’atterrisseur pouvait conserver ses données pour les transmettre lorsqu’un orbiteur le survolait ou lorsque la communication directe avec la Terre était possible.

Instruments Scientifiques et Leurs Découvertes Clés 📊

Les missions Viking ont emporté une suite d’instruments scientifiques sophistiqués, répartis entre l’orbiteur et l’atterrisseur, pour atteindre leurs objectifs.

Instruments Scientifiques de l’Orbiteur 🛰️🔬

Les instruments de l’orbiteur (environ 72 kg) étaient installés sur un support orientable dont la température était régulée.

Caméras VIS (Visual Imaging System) 📸: Deux caméras vidéo noir et blanc haute performance (vidicon), dérivées de Mariner, équipées de téléobjectifs et de six filtres pour des images couleur après assemblage. Elles offraient une résolution de 1 056 lignes horizontales par 1 182 pixels, couvrant 40×44 km depuis 1500 km d’altitude.
Spectromètre infrarouge MAWD (Mars Atmospheric Water Detector) 💧: Mesurait le rayonnement infrarouge solaire réfléchi pour déterminer la quantité de vapeur d’eau dans l’atmosphère martienne avec une précision de 5 %.
Radiomètre infrarouge IRTM (Infrared Thermal Mapper) 🌡️: Mesurait la température de l’atmosphère et de portions de la surface (-130°C à +57°C avec 1°C de précision).
Radio science 📡: Utilisait les émetteurs radio pour déterminer la position et la vitesse des orbiteurs (via décalage Doppler), les caractéristiques du champ gravitationnel martien, le plasma interplanétaire et la couronne solaire. L’occultation des émissions radio par Mars fournissait des informations sur la température, densité et pression de l’atmosphère, ainsi qu’une mesure très précise du diamètre de la planète. Les échanges en bande S avec l’atterrisseur servaient aussi à déterminer sa position et à étudier l’orbite de Mars.

Instruments Scientifiques de l’Atterrisseur 🤖🔬

L’atterrisseur abritait les instruments pour les objectifs principaux du programme, notamment l’étude de la biologie, de la composition chimique (organique et inorganique) du sol, de la météorologie, de la sismologie, du champ magnétique, et des propriétés physiques de la surface et de l’atmosphère. Ils pesaient environ 91 kg.

Chromatographe / Spectromètre de masse GC-MS 💨: Conçu pour déterminer la composition moléculaire et isotopique de l’atmosphère et, surtout, détecter la matière organique dans le sol. Un échantillon de sol était chauffé pour produire un mélange gazeux, séparé par un chromatographe, puis identifié par un spectromètre de masse. Le développement de cet instrument de 20 kg, qui occupe habituellement une pièce entière, a été un exploit.
Expériences biologiques GEX/LR/PR 🧬: Trois expériences distinctes pour détecter la vie martienne:
- PR (Pyrolytic Release): Détectait l’assimilation du gaz carbonique (marqué au carbone-14 radioactif) par des organismes vivants, en simulant l’ensoleillement martien. Les vapeurs résultant du craquage des composés organiques étaient analysées pour la présence de carbone radioactif.
- GEX (Gas Exchange): Tentait de détecter l’activité métabolique d’organismes en identifiant les gaz libérés après l’ingestion d’une solution nutritive riche. L’expérience pouvait fonctionner en mode humide, contact avec solution nutritive, ou témoin. Les gaz produits étaient analysés périodiquement par le GC-MS.
- LR (Labeled Release): Similaire à GEX, mais utilisait une solution nutritive plus simple avec des atomes de carbone radioactifs pour une détection très sensible (5 à 10 cellules bactériennes terrestres par gramme de sol).
Caméras 📸: Deux caméras à balayage fournissant des images haute (0,04°) ou basse résolution (0,12°) en couleur et infrarouge. Elles pouvaient pivoter horizontalement (342,5°) et verticalement (de 40° au-dessus à 60° au-dessous de l’horizon). Placés à 1,3 m du sol et séparées de 80 cm, elles pouvaient obtenir des images stéréos et couvrir la zone d’action de la pelle.
Spectromètre de fluorescence à rayons X XRFS ⚛️: Déterminait la composition atomique des échantillons de sol (éléments de masse atomique supérieure au magnésium). Utilisait une source radioactive pour bombarder l’échantillon, identifiant les atomes par les longueurs d’onde des rayons X émis. Cet instrument complexe a été fortement miniaturisé (moins de 2 kg).
Détection de particules magnétiques dans le sol 🧲: Trois paires d’aimants samarium/cobalt, deux sur la pelle et un sur le pont supérieur, étaient utilisées. Les caméras photographiaient ces aimants pour détecter les particules magnétisées.
Détermination des caractéristiques physiques de la surface et du sol 🏜️: Divers équipements mesuraient la densité, résistance, cohésion du sol, caractéristiques des particules, déplacements éoliens et topographie.
Station météorologique 🌬️: Mesurait la température, la pression atmosphérique, la direction et la vitesse du vent via des capteurs fixés sur une perche déployable. Les données étaient essentielles pour comprendre les fluctuations diurnes et saisonnières.
Sismomètre 🌍: Les deux atterrisseurs emportaient des sismomètres passifs pour mesurer l’activité sismique et déterminer la structure interne de Mars. Le sismomètre de Viking 1 est resté inopérant en raison d’un verrou défectueux, étant le seul instrument non opérationnel du programme. Le sismomètre de Viking 2 a pu être activé, mais ses données, solidaires du pont de l’atterrisseur et influencées par les mouvements mécaniques et le vent, étaient difficilement exploitables et de faible sensibilité.
Radio science 📡: L’émetteur radio en bande S de l’atterrisseur mesurait le décalage Doppler et le temps de transmission pour déterminer la position précise de l’atterrisseur.
Expériences durant la descente 💨: Trois expériences scientifiques ont été mises en œuvre durant la descente pour caractériser l’atmosphère martienne, utilisant accéléromètres, altimètre radar, thermomètres et capteurs de pression. Le spectromètre de masse UAMS mesurait les concentrations d’atomes neutres, et le Retarding Potential Analyzer (RPA) mesurait la composition, structure et température de l’ionosphère.

Résultats Scientifiques Majeurs et Héritage 🌟

Succédant à Mariner 9, qui avait révélé une Mars plus complexe, les missions Viking ont fourni des informations fondamentales sur la planète.

Premières Images de la Surface Martienne 🖼️

Parmi les résultats les plus spectaculaires de Viking figurent les premières images prises directement à la surface de Mars. Bien que les sites d’atterrissage aient été choisis pour minimiser les risques et offraient des vues peu spectaculaires (étendues de sable ondulées et rochers), ces images panoramiques de bonne qualité ont permis pour la première fois d’imaginer ce que des humains ressentiraient en se posant sur Mars. Elles ont fourni les premières images à l’échelle humaine d’une autre planète.

Atmosphère de Mars et son Évolution 💨

Les instruments de l’atterrisseur ont effectué les premières mesures in situ de l’atmosphère martienne, révélant la présence de molécules d’azote (2,7 %) et un taux réel d’argon plus faible que celui rapporté par Mars 6. Le GCMS a également mesuré les proportions des isotopes du carbone, de l’oxygène, de l’azote, de l’argon, du néon, du krypton et du xénon, ainsi que des molécules de dioxyde de carbone, de monoxyde de carbone et d’oxygène. Le ratio des isotopes de l’azote ¹⁵N/¹⁴N a suggéré que Mars avait perdu 99 % de la masse de son atmosphère d’origine, qui était bien plus dense, expliquant ainsi la présence d’eau liquide à la surface suggérée par les chenaux. Des nuages tourbillonnant à plus de 200 km/h et des phénomènes de brume matinales ont également été observés par Viking 2.

Cartographie Détaillée et Géologie 🗺️

Les caméras VIS des orbiteurs ont pris 52 000 photos de la surface de Mars, avec une résolution spatiale de 100 à 150 mètres, soit dix fois plus que Mariner 9. Certaines zones ont même été photographiées avec une résolution de 8 mètres. Ces photos ont servi à définir les caractéristiques des sites d’atterrissage et à réaliser le premier atlas photographique couvrant l’ensemble de la planète. Elles ont permis de mesurer les caractéristiques topographiques, photométriques et colorimétriques de la surface, et d’étudier en détail de nombreuses caractéristiques géologiques (volcans, cratères, canyons, canaux, failles, calottes polaires). Elles ont mis en évidence les formations éoliennes et de nombreux témoignages de la présence passée d’eau liquide. Viking a également fourni les premières photographies détaillées des deux satellites martiens, Phobos et Déimos.

La Question de la Vie : Résultats Ambiguës et Débats Persistants 🤔

La détection de la vie était au cœur de la mission Viking, mais les instruments ont fourni des résultats ambigus. Initialement, les résultats de Viking 1 ont été jugés positifs par certains chercheurs de Pasadena, car les expériences d’incubation avec vapeur d’eau ou milieu nutritif ont montré un dégagement d’oxygène et de dioxyde de carbone, ce qui était la condition pour affirmer la détection de vie. Cependant, ces dégagements étaient rapides et élevés, et ont cessé rapidement (en 40 heures pour le CO₂), des phénomènes non observés sur Terre avec des organismes vivants et difficilement explicables par des processus biologiques. Une troisième expérience, exposant un échantillon de sol à du gaz carbonique radioactif sous une lampe simulant le Soleil, a montré une absorption de gaz carbonique, comme l’aurait fait une assimilation chlorophyllienne.

Cependant, l’analyse chimique d’un échantillon de sol par le spectromètre de masse n’a détecté aucun composé organique, mais du fer, du calcium, de l’aluminium, du silicium et du titane. La plupart des scientifiques ont conclu que les résultats observés étaient le fruit de réactions chimiques non biologiques, dues aux conditions particulières d’oxydation du sol martien. Bien qu’un consensus général s’est établi par la suite sur l’absence de micro-organismes dans les deux sites d’atterrissage, la validité du principal résultat positif repose sur l’absence d’agents oxydants dans le sol martien. Or, la découverte récente par le vaisseau Phoenix de perchlorates de sels dans ce même sol a relancé le débat, signifiant que la question de la vie microbienne sur Mars reste encore à ce jour sans réponse définitive.

L’Échec de l’Étude Sismique 😔

Le sismomètre de Viking 1 est resté inopérant. Celui de Viking 2, bien qu’activé, n’a pas fourni de données sismiques exploitables. Installé sur le pont de l’atterrisseur, il enregistrait tous les mouvements mécaniques (rotation d’antenne, déplacement du bras robotique, magnétophone) et surtout les vibrations dues au vent. Seules les mesures de nuit, avec moins de vent et d’activité, étaient potentiellement exploitables, mais la faible sensibilité de l’instrument et les doutes sur l’origine des mouvements ont empêché de tirer des données réellement utiles.

Les Suites du Programme Viking : Un Impact Durable et un Hiatus Étonnant ⌛

Le programme Viking est unanimement considéré comme un succès technique et scientifique total. Sur le plan technique, les deux orbiteurs et atterrisseurs, ainsi que leurs instruments, ont fonctionné de manière nominale. Les deux atterrisseurs se sont posés sans dommage, validant une série de technologies (bouclier thermique, parachute, rétrofusées, contrôle d’attitude) qui seront réutilisées par les missions martiennes de la NASA durant les décennies suivantes. La durée de fonctionnement des orbiteurs (six et quatre ans) a largement dépassé les prévisions.

D’un point de vue scientifique, avant Viking, les missions martiennes n’avaient donné qu’un aperçu partiel de la planète. Viking a fourni pour la première fois une quantité colossale de données. Les atterrisseurs ont analysé la composition de l’atmosphère et du sol martiens, collectant des données météorologiques sur plus de trois années martiennes (six années terrestres). Les orbiteurs ont photographié la quasi-totalité de la planète avec une résolution inférieure à 300 mètres par pixel, notant d’importantes variations de pression atmosphérique liées au cycle du dioxyde de carbone. Au sol comme depuis l’orbite, l’observation détaillée a mis en évidence la présence passée d’eau liquide à la surface, relançant la question de la vie sur Mars. Face aux échecs soviétiques, Viking a démontré la supériorité technologique américaine.

Un Programme Qui Soulève de Nouvelles Questions Scientifiques ❓

Malgré les réponses apportées, les observations de Viking ont finalement soulevé autant de questions qu’elles n’ont apporté de réponses. L’origine et l’histoire des formations de surface (attribuées à d’anciens cours d’eau ou lacs) restent une énigme, de même que la dichotomie entre les hémisphères sud et nord. Parmi les autres interrogations majeures figurent:

La distribution des minéraux à la surface.
L’existence de traces d’eau.
La nature des matériaux des calottes polaires et leur évolution.
Les caractéristiques de la circulation atmosphérique de Mars. Dès le début des années 1980, il est devenu clair qu’un nouvel orbiteur héliosynchrone avec une suite d’instruments complète serait nécessaire pour répondre à ces questions.

Un Hiatus de Vingt Ans dans l’Exploration de Mars 🛑

Malgré l’indéniable succès technique et scientifique, le programme Viking a été suivi d’une période de plus de vingt ans sans nouvelle mission américaine vers Mars (1975-1996). La NASA et les scientifiques avaient largement communiqué sur la possible détection de vie, mais le public et les responsables politiques ont principalement retenu l’absence de résultats positifs. Mars est redevenue un monde perçu comme stérile et « ennuyeux ». Bien que des projets de suite à Viking (foreuse, astromobile, retour d’échantillons) aient été préparés, les administrateurs de la NASA n’y ont donné aucune suite, en raison d’un manque de moyens. Le nombre de scientifiques impliqués dans l’étude de Mars a progressivement diminué, la recherche se concentrant sur l’histoire de la planète et le processus qui l’a transformée d’un monde humide à un monde froid et sec.

Pendant ce temps, la rivalité entre les États-Unis et l’Union soviétique s’est concentrée sur la maîtrise de l’espace circumterrestre, avec le développement de la navette spatiale drainant l’essentiel des ressources de la NASA. L’envoi d’humains autour de la Terre suscitait plus d’intérêt auprès du grand public et des décideurs politiques que les paysages désertiques extraterrestres. Ainsi, malgré des projets détaillés élaborés par des équipes internationales, aucune mission martienne majeure ne s’est concrétisée pendant deux décennies, hormis deux sondes soviétiques en 1988 qui n’ont pas atteint leur destination.

Le programme Viking reste une pierre angulaire de l’exploration martienne, ayant posé les fondations de notre compréhension de la Planète Rouge et validé des technologies cruciales, tout en laissant des questions fondamentales sur la vie qui continuent de motiver de nouvelles missions.