Mars Express est une sonde spatiale de l'Agence spatiale européenne (ESA) lancée le 2 juin 2003 pour étudier la planète Mars. Il s'agit de la première mission d'exploration d'une autre planète du système solaire lancée par l'Agence européenne. Sa mission est de recueillir des données sur la surface, l'atmosphère, l'ionosphère et le sous-sol de la planète. La sonde comprend un orbiteur et un petit atterrisseur, Beagle 2, chargé de se poser sur la surface et de déceler d'éventuelles traces de vie.
Mars Express est développée dans un laps de temps relativement court en reprenant en partie l'architecture de la sonde Rosetta tandis que cinq des sept instruments ont été développés pour la sonde russe Mars 96. Elle est lancée le 2 juin 2003 par une fusée Soyouz et se place en orbite autour de Mars le 25 décembre de la même année. Toute trace de Beagle 2 est perdue peu après sa séparation avec la sonde principale.
Mars Express a obtenu de nombreux résultats scientifiques : détermination de la nature des calottes polaires et estimation du volume d'eau stockée, composition de l'atmosphère martienne et interactions de celle-ci avec le vent solaire, observation du cycle saisonnier de l'eau, cartographie tridimensionnelle des reliefs, détection de minéraux hydratés prouvant la présence par le passé d'eau sur de longues périodes à la surface et cartographie des régions concernées, détection de présence d'eau à l'état liquide sous la calotte glaciaire du pôle sud. La mission, d'une durée initiale de 23 mois, a été prolongée à plusieurs reprises.
La mission spatiale martienne russe Mars 96 est réalisée en 1996 avec une forte participation européenne concrétisée par la réalisation de cinq des instruments scientifiques. La destruction de la sonde spatiale à la suite d'une défaillance de son lanceur Proton est un coup dur pour les scientifiques européens. La Russie, en pleine crise financière, n'a pas les moyens de construire une copie de Mars 96 et il n'est pas envisageable d'embarquer un nombre aussi important d'instruments à bord des missions américaines en développement. Fin 1996, l'agence spatiale française, le CNES, étudie la réalisation d'un orbiteur de petite taille reposant sur l'utilisation de sa plateforme Proteus pour mini-satellite capable d'embarquer environ 100 kg de charge utile, les cinq expériences scientifiques (spectromètre et expérience d'occultation française, caméra à haute résolution allemande, spectromètre de Fourier italien et spectromètre à ions suédois). Cette mission baptisée Mars 2001 est initialement un projet des agences spatiales française et allemande. L'Agence spatiale européenne, influencée par la mise en place des missions d'exploration du système solaire à bas coût de la NASA (programme Discovery) décide de s'en inspirer avec la création des missions "flexi" (flexibles) à petit prix. La réduction des coûts repose sur une structure de management simplifiée, la sélection en amont d'instruments scientifiques déjà existants et la délégation aux industriels de responsabilités plus importantes.
Le coût des missions "flexi" est plafonné à 175 millions d'euros, mais est réduit à 150 millions pour la mission martienne car tous les instruments scientifiques sont déjà disponibles. Le projet, baptisé Mars Express, est la première mission spatiale à destination de Mars de l'Agence spatiale européenne. Mars Express doit emporter les cinq instruments de Mars 96 ainsi que deux petits atterrisseurs de 150 kg. L'un des deux est finalement abandonné au profit d'un radar italo-américain qui doit étudier les couches de glace enfouies dans le sous-sol. Début 1997, le conseil scientifique de l'agence approuve le développement de la mission. À l'issue d'une phase d'étude, le projet est confirmé par ce conseil scientifique en novembre 1998 sous réserve que les moyens budgétaires nécessaires ne soient pas obtenus au détriment des autres missions en cours de développement. La fabrication de l'orbiteur est confiée à l'industriel Matra Marconi Space (devenu par la suite Astrium) pour un coût de 60 millions €. En décembre 1997, l'ESA lance un appel d'offres pour la conception de l'atterrisseur. Trois projets sont proposés respectivement par le Royaume-Uni, l'Allemagne et la Russie, la France et la Finlande (NetLander). Au cours de l'été 1998, la proposition britannique est retenue : l'atterrisseur est baptisé Beagle 2 en hommage au navire de Charles Darwin. Le projet Mars Express est définitivement approuvé le 19 mai 1999 avec un objectif de lancement en 2003. À cette date, les positions respectives de la Terre et de Mars permettent de réaliser le transit dans des conditions exceptionnellement favorables qui ne se reproduisent que tous les quelques milliers d'années.
Les objectifs de la mission sont :
dresser une carte en couleur et en relief de la surface de la planète avec une résolution de 10 mètres par pixel et pour des zones choisies de 2 mètres par pixel ;
réaliser une carte fournissant la composition minéralogique de la surface avec une résolution de 100 mètres par pixel ;
localiser à l'aide d'un radar la présence d'éventuelles poches d'eau ou de glace dans le sous-sol de Mars ;
déterminer la composition de l'atmosphère et les processus en jeu : échanges avec la surface, le vent solaire et le milieu interplanétaire ;
déterminer le champ de gravité de la planète et les propriétés diélectriques de la surface de la planète ;
identifier des traces de vie passées ou présentes (atterrisseur Beagle 2).
La sonde a été lancée en 2003 pour profiter d'une configuration particulièrement propice qui ne se reproduit que tous les 15 à 17 ans et qui permet à la sonde de rejoindre Mars en 7 mois au lieu des 9 à 12 mois habituels. Cinq jours avant de manœuvrer pour s'insérer en orbite autour de Mars, l'atterrisseur Beagle 2 est largué sur une trajectoire qui doit lui permettre d'effectuer une rentrée atmosphérique dans la planète. La sonde utilise peu après son moteur principal pour s'insérer après plusieurs manœuvres sur une orbite polaire elliptique (250 × 10 142 km) d'inclinaison 86°35' qu'elle parcourt en 6,75 heures. Il aurait été préférable que l'orbite soit circulaire pour établir des cartes. Pour cela, il aurait fallu soit embarquer beaucoup plus de carburant avec une augmentation sensible du coût de la mission ou avoir recours à l'aérofreinage mais seule la NASA maitrise cette technique très délicate mise en œuvre par Mars Global Surveyor et Mars Odyssey.
La durée nominale de la mission de l'orbiteur était d'une année martienne, soit 687 jours terrestres, et elle devrait ainsi prendre fin le 30 novembre 2005. La prolongation de la mission d'une année martienne jusqu'au 31 octobre 2007 est prévue dès le départ car un surplus de carburant a été emporté.
L'atterrisseur Beagle 2 doit se poser sur Isidis Planitia, un bassin sédimentaire qui pourrait avoir préservé les traces d'une éventuelle vie. Le lieu d'atterrissage (11,6°N, 90,75°E) a été également choisi car il est situé à une altitude suffisamment basse pour permettre de limiter l'épaisseur de l'isolation thermique nécessaire, donc sa masse, et assez dans une atmosphère assez dense pour que les parachutes le freinent efficacement. Le site n'est pas trop rocheux et comporte peu de dénivelés importants ce qui limite le nombre de rebonds qu'aura à subir Beagle 2 sur ses coussins gonflables (« airbags »). Le tout réduit les risques à l'atterrissage.
Caractéristiques techniques de la sonde spatiale
Le corps de la sonde spatiale a la forme d'un parallélépipède de 1,5 × 1,8 × 1,4 m, sur lequel se greffent les différents équipements externes. Sur une de ses faces est placée une antenne parabolique grand gain et sur deux autres, les deux panneaux solaires. La structure est réalisée en nid d'abeille d'aluminium. Sa masse au décollage était de 1 052 kg, dont 427 kg de carburant et 60 kg pour l'atterrisseur Beagle 2. Le contractant principal de Mars Express est la société EADS Astrium, à Toulouse. Le lancement a été effectué par la société russo-européenne Starsem, chargée de la commercialisation des lanceurs Soyouz.