Gabriel Pont (*)
Illustration du rover Perseverance représentant un tir laser de l'instrument SuperCam. CNES/VR2Planet, 2021
CNES
Chaque atterrissage martien est un grand moment : entre l'entrée dans l'atmosphère martienne et l'atterrissage s'écoulent sept minutes qui font trembler toutes les équipes associées de près ou de loin à la mission.
Mais au final, ce n'est ni le début ni la fin d'une grande aventure. L'atterrissage marque bien sûr le début des opérations de la mission à la surface de Mars, mais leur préparation commence des années avant, que ce soit pour les scientifiques et ingénieurs qui conçoivent les instruments embarqués à bord, mais aussi pour les équipes en charge des opérations, qui pilotent l'instrument une fois le rover posé sur la planète rouge.
Chaque rover embarque avec lui de nombreux instruments, conçus par des équipes différentes provenant souvent de pays différents, qu'il faut piloter et surveiller. C'est le rôle des équipes opérationnelles.
Au CNES, par exemple, au FOCSE (French Operations Center for Science and Exploration), nous sommes déjà en charge des instruments ChemCam et SAM, à bord de Curiosity (envoyé sur Mars en 2012) et de SEIS, le sismomètre envoyé en 2018 avec la mission Insight.
Concrètement, les opérations se déroulent en trois phases.
Nous commençons par analyser les données reçues par l'instrument : on regarde s'il a bien fait ce qu'on lui a demandé et s'il est en bonne santé. Si tout va bien, on passe à la phase 2 : la préparation de la liste des commandes.
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Ces deux étapes nécessitent de travailler étroitement avec les scientifiques. En effet, dans le cas de ChemCam, et bientôt de SuperCam sur Perseverance, qui ont pour mission d'analyser les roches martiennes, nous avons besoin de l'expertise des géologues pour savoir quoi demander à l'instrument. Il s'agit vraiment d'un travail main dans la main : le chercheur nous dit « je veux qu'on analyse telle roche » et nos ingénieurs vont le traduire dans le langage de l'instrument et vérifier que cela ne va pas à l'encontre de la sécurité du rover : avec le laser, il ne faudrait pas par mégarde tirer sur un autre composant du rover ou même que la caméra « regarde » en direction du Soleil, ce qui risquerait de l'endommager. Les ingénieurs de l'équipe opérationnelle sont donc en quelque sorte les « anges gardiens » de l'instrument.
Toutes les équipes impliquées sur les divers instruments travaillent ainsi de la même façon avant la troisième phase, celle de l'envoi des commandes au Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, situé à Pasadena en Californie. Le JPL est le « chef d'orchestre ». Il se charge de mettre tout en commun et priorise les commandes, car tous les instruments ne peuvent pas fonctionner en même temps, notamment pour des raisons de puissance et de bande passante.
Ultime étape : envoyer la liste de commandes au rover et à tous ses instruments, pour leur « journée de travail » sur Mars.
Et tous les jours, ça recommence. Nos journées, calquées sur les horaires californiens (fin d'après-midi jusqu'au milieu de la nuit), sont donc très rythmées, avec des plannings serrés et des points de rendez-vous très réguliers toute la journée.
Mais pour arriver à cette mécanique bien huilée, il faut du temps et beaucoup de préparation, et les opérations commencent toujours en même temps que le développement de l'instrument. Ce fut le cas bien sûr pour SuperCam, principal instrument scientifique à bord de Perseverance, avec une montée en puissance l'année précédant l'atterrissage. Une préparation essentielle pour être opérationnelle dès le lendemain de l'atterrissage.
Avant un atterrissage, nous participons à un ensemble d'entraînements et notamment ce qu'on appelle les ORTs, pour Operational Readiness Test, qui ont lieu tous les mois, l'année précédant l'atterrissage. Ces tests durent chacun une semaine, pendant laquelle on simule la vie du rover sur Mars. Par exemple, en septembre 2020, nous avons simulé les opérations des premiers jours du rover sur Mars. En décembre, la semaine d'entraînement était dédiée à la résolution d'anomalies : pendant une semaine, une équipe de « Greemlins » de la NASA injectait des anomalies de différents types afin de voir comment les équipes réagissent et trouvent des solutions. Ces anomalies ne simulent pas forcément des pannes d'instruments du rover lui-même, mais aussi, de façon très pragmatique, des pannes de nos outils de travail : par exemple, comment continuer à travailler avec des équipes du monde entier si nos principaux moyens de communication (par exemple de visioconférence) ne fonctionnent plus ?
Quand nous ne sommes pas en ORT, il y a beaucoup de travail aussi. On termine par exemple le développement et les tests des logiciels dont on a besoin pour travailler, on forme les équipes aux nouveaux outils et on s'assure que chacun est opérationnel. Ce sont des phases dites de « qualification technique et opérationnelle ».
Concrètement, on va tout tester : nous utilisons beaucoup d'outils fournis par la NASA qu'il faut adapter à nos propres systèmes et il faut donc les retravailler, les valider sur nos systèmes informatiques pour éviter tout bug. Par outils, j'entends aussi bien des logiciels de traitements de données (liées au rover, aux instruments ou à la programmation), des outils de définition et de validation des télécommandes, et divers autres outils nécessaires au bon déroulement des opérations.
Les équipes opérationnelles de SuperCam ne sont pas impliquées dans l'atterrissage à proprement parler, mais dès le lendemain de l'atterrissage, l'instrument est allumé.
Débute alors une première phase de trois mois : les 90 premiers jours de SuperCam - ou plutôt 90 « sols », car les journées martiennes, qui durent un peu moins de 24h40, sont appelées des sols. Pendant ces trois premiers mois, nous réalisons la « recette » de l'instrument, le terme consacré pour les vérifications de la bonne marche de l'instrument, avec des fonctionnalités nominales, c'est-à-dire avec le niveau de performance attendu.
Pour cela, nous travaillons en alternance avec le Los Alamos National Laboratory, avec qui la France a conçu l'instrument, et qui assure les opérations conjointement avec le CNES.
Pendant ces 90 sols, nous travaillons en horaires martiens, ce qui signifie que tous les jours, nos journées de travail se décalent de 40 minutes environ. Lors de la « journée » du rover, celui-ci mène les activités qu'on lui a demandé de faire, et lors de sa « nuit » - pendant laquelle le rover recharge ses batteries -, nous analysons ses données et programmons ses futures activités pour le lendemain. Nous sommes alors en équipes élargies : il y a les responsables des « opérations instrument » (capables d'analyser les mesures et d'envoyer les commandes), les scientifiques, les experts qui ont participé au développement de l'instrument et qui le connaissent par cœur, les équipes informatiques qui ont conçu les systèmes (afin de nous aider en cas d'anomalie) ou encore ceux qui gèrent les infrastructures du FOCSE, y compris les plateaux-repas au milieu de la nuit terrestre.
Ces trois premiers mois sont très importants et d'ailleurs, pour les précédentes missions (Insight et Curiosity), toutes les équipes opérationnelles, en charge de tous les instruments embarqués, s'étaient retrouvées au Jet Propulsion Laboratory. Cela permet de faciliter les échanges, de gagner en efficacité, et de permettre aux gens d'apprendre à se connaître, car ils vont travailler ensemble pendant des années. Cette phase est essentielle, car, malgré les simulations réalisées tout au long de l'année, les équipes ne sont pas complètement rodées et il y a nécessairement une phase d'adaptation. Et il est quand même plus facile de se déplacer dans le bureau d'à côté pour gérer un problème que de passer un coup de fil à l'autre bout de la planète... Malheureusement, cette phase devra se faire entièrement à distance en raison du Covid-19 cette année.
À la suite de ces 90 sols, nous passerons aux horaires californiens et à ce qu'on appelle la « phase de routine », qui durera tout le reste de la mission. Cela fait déjà 2 ans que cela dure pour SEIS et 8 ans pour ChemCam et SAM. En mixant les équipes en charge de ces instruments, nous bénéficions de leur expérience pour mener à bien nos objectifs sur SuperCam.
Tout le monde montre énormément d'enthousiasme et d'excitation à l'idée de participer à cette mission. Il faut dire que c'est une sacrée aventure et une vraie fierté de pouvoir piloter un objet martien depuis la Terre.
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Par Gabriel Pont, Responsable des opérations des instruments français des missions MSL (Mars Sample Laboratory) et Mars2020, Centre national d'études spatiales (CNES).
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La version originale de cet article a été publiée sur The Conversation.
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