Mars Global Surveyor, également désignée par son sigle MGS, est une mission spatiale développée par le centre JPL de la NASA qui a étudié de 1997 à 2006 l'atmosphère et la surface de la planète Mars en circulant sur une orbite héliosynchrone autour de celle-ci. La sonde spatiale devait répondre aux nombreuses interrogations soulevées par les données collectées dans le cadre du programme Viking lancé 20 ans auparavant portant sur l'histoire de la planète, la structure de sa surface et de son atmosphère ainsi que sur les processus dynamiques encore à l’œuvre.
L'agence spatiale américaine lance la conception de Mars Global Surveyor en 1994 à la suite de l'échec de la mission martienne Mars Observer. MGS reprend les principaux objectifs de celle-ci, mais, afin de limiter son coût, la sonde spatiale réutilise les instruments et les équipements développés pour Mars Observer. Elle est construite et testée en un temps record puis lancée en novembre 1996. Pour se placer sur son orbite de travail autour de Mars, la sonde spatiale inaugure le recours à l'aérofreinage qui permet de réduire la quantité d'ergols transportée et donc d'abaisser les coûts. Le déploiement incomplet d'un panneau solaire rallonge la phase d'aérofreinage qui s'achève en février 1999, soit 15 mois après la date prévue. La phase de recueil des données scientifiques débute alors et se prolonge jusqu'en octobre 2006 établissant un nouveau record de longévité.
Les découvertes réalisées grâce à la mission et les images spectaculaires prises par la caméra contribuent à renouveler l'intérêt des scientifiques mais également du grand public pour la planète Mars. L'altimètre laser de MGS dresse la première carte topographique de la planète mettant en évidence les différences spectaculaires entre les hémisphères nord et sud. Le spectromètre infrarouge TES découvre des régions où abonde l'hématite grise qui pourrait signaler la présence d'eau dans le passé et qui, à ce titre, fera l'objet d'investigations poussées par les missions spatiales suivantes. Le magnétomètre détecte un magnétisme rémanent présent dans la croute de certaines régions qui constitue sans doute le vestige d'un champ magnétique qui s'est éteint il y a 4 milliards d'années. Enfin, la caméra MOC fournit des images haute définition qui démontrent la complexité des paysages martiens, permettent de découvrir de nombreuses formations originales comme les traînées noires, les ravines associées potentiellement à la présence d'eau dans un passé lointain ou non, et plus généralement contribuent à reconstituer l'histoire de la planète.
Contexte : le retour de la NASA sur Mars
Les observations effectuées par les deux orbiteurs et les deux atterrisseurs du programme Viking lancés par la NASA en 1976 pour étudier Mars avaient démontré que l'histoire de cette planète était complexe sur les plans géologique et climatique et que le climat comme l'environnement continuaient à évoluer. Les sondes Viking avaient finalement soulevé autant de questions qu'elles en avaient résolues : quelle était l'origine et l'histoire des formations de surface découvertes depuis l'orbite et attribuées sans certitude à l'action d'anciens cours d'eau ou de lacs ? Comment la dichotomie manifeste entre hémisphère sud et nord s'expliquait-elle ? Quelle était la distribution des minéraux à sa surface et y trouvait-on des traces de la présence d'eau ? De quels matériaux étaient composées les calottes polaires et comment celles-ci évoluaient-elles ? Comment fonctionnait la circulation atmosphérique de Mars. Dès le début des années 1980, il était devenu clair pour les planétologues que, pour répondre à ces questions, la prochaine mission d'exploration de Mars devait être un orbiteur circulant sur une orbite héliosynchrone durant une année martienne complète et disposant d'une suite d'instruments permettant de recueillir des données à la fois sur l'atmosphère, la surface et la structure interne.
Échec de la mission Mars Observer
Il faut attendre dix-sept ans pour que soit lancée une mission martienne chargée de répondre aux questions soulevées par le programme Viking : Mars Observer est conçu initialement comme une mission à bas coût grâce au recours à une plateforme de satellite commercial et à une conception modulaire permettant une intégration simple des instruments scientifiques. Mais peu après le démarrage des développements qui intervient en 1984, les coûts s'envolent : le budget initial de 250 millions de dollars atteint finalement 850 millions de dollars (959 millions de dollars selon une autre source) en incluant le lanceur. Ce dérapage du budget est notamment dû aux modifications apportées par le JPL, gestionnaire du projet, qui a renoncé progressivement au concept de départ reposant sur la simplicité et le recours à des composants disponibles. Mars Observer est lancée le 25 septembre 1992 mais trois jours avant l’insertion sur son orbite martienne, le 21 août 1993, le contact avec la sonde spatiale est définitivement perdu, sans doute à la suite d'une fuite des ergols ayant entraîné une perte du contrôle d'attitude.
Révision de la stratégie de la NASA
Mars Observer était la sonde spatiale la plus coûteuse lancée jusque-là par la NASA. L'échec de cette mission entraîne une révision complète de la stratégie américaine d’exploration du Système solaire. L'agence décide de lancer désormais des sondes spatiales moins sophistiquées mais à budget réduit : l'objectif est de ne pas tout perdre en cas d’échec tout en permettant la réalisation d'un plus grand nombre de missions avec un cycle de développement raccourci. C’est le « better, faster, cheaper » (« mieux, plus vite, moins cher ») qui devient la devise du nouveau programme Discovery. Un programme d'exploration martien ambitieux est mis en place en appliquant ce nouveau dogme : à chaque conjonction favorable de Mars et de la Terre (environ tous les deux ans), la NASA prévoit d’envoyer à la fois une sonde spatiale de type orbiteur, qui doit effectuer ses observations depuis une orbite martienne, et une autre de type atterrisseur, chargée de se poser sur le sol martien pour y recueillir des données scientifiques. Les objectifs assignés initialement à la sonde Mars Observer perdue en vol, sont répartis entre les orbiteurs beaucoup plus légers du nouveau programme : des copies des instruments scientifiques développés pour Mars Observer seront donc embarqués sur ces nouvelles sondes.
Développement de Mars Global Surveyor
La NASA confie au JPL le soin de mener à bien le programme martien refondu baptisé Mars Surveyor en référence au programme Surveyor dont les atterrisseurs avaient joué le rôle d'éclaireur pour les missions du programme Apollo. En février 1994, l'agence spatiale demande au Congrès un budget de 77 millions de dollars pour lancer le développement des premières sondes spatiales. Mars Global Surveyor (que l'on peut traduire par « Inspecteur général de Mars »), en abrégé MGS, est le premier engin de la série. Son lancement est prévu en 1996. Il doit être suivi par des paires d'orbiteur/atterrisseur lancés tous les deux ans (1998...). Le budget annuel prévisionnel du programme est de 100 millions de dollars auxquels s'ajoutent 20 millions pour les opérations. Après une phase de sélection extrêmement courte de deux mois, le JPL annonce en juillet 1994 qu'il confie la construction de la sonde spatiale à l'établissement de Denver (Colorado) de la société Lockheed Martin qui était déjà le constructeur de Mars Observer. La durée du développement de MGS (28 mois) est une des plus courtes du programme spatial américain. Pour limiter les coûts, la sonde spatiale embarque des instruments scientifiques et des équipements identiques à ceux développés pour Mars Observer. Ainsi la caméra MOC est construite en grande partie à partir de pièces détachées de rechange de l'instrument originel. Alors que son développement pour la première mission avait coûté 23,7 millions de dollars, la réalisation de sa copie pour MGS ne revient qu'à 4,5 millions de dollars. Les responsables de la mission choisissent d'utiliser l'aérofreinage pour l'insertion en orbite autour de Mars. Cette technique, mise en œuvre pour la première fois de manière non expérimentale, permet de réduire la masse des ergols emportés et donc finalement le coût, car la mise en orbite exige un lanceur moins puissant.