Mars Science Laboratory (MSL, en français : « Laboratoire de science martienne ») est une mission d'exploration de la planète Mars à l'aide d'un astromobile (rover) développé par le centre JPL associé à la NASA, l'agence spatiale américaine. La sonde spatiale est lancée le 26 novembre 2011 par un lanceur Atlas V. Le site d'atterrissage, sur lequel la sonde spatiale s'est posée le 6 août 2012, se situe dans le cratère Gale. Celui-ci présente, dans un périmètre restreint, donc compatible avec l'autonomie du rover, des formations reflétant les principales périodes géologiques de la planète dont celle — le Noachien — qui aurait pu permettre l'apparition d'organismes vivants. Au cours de sa mission, l'astromobile, nommé Curiosity, va rechercher si un environnement favorable à l'apparition de la vie a existé, analyser la composition minéralogique, étudier la géologie de la zone explorée et collecter des données sur la météorologie et les radiations qui atteignent le sol de la planète. La durée de la mission est fixée initialement à une année martienne soit environ 669 sols (jours solaires martiens) ou 687 jours (solaires) terrestres.
Le rover Curiosity est cinq fois plus lourd que ses prédécesseurs, les Mars Exploration Rovers (MER), ce qui lui permet d'emporter 75 kg de matériel scientifique, dont deux mini-laboratoires permettant d'analyser les composants organiques et minéraux ainsi qu'un système d'identification à distance de la composition des roches reposant sur l'action d'un laser. Les laboratoires embarqués sont alimentés par un système sophistiqué de prélèvement et de conditionnement d'échantillons comprenant une foreuse. Pour répondre aux besoins accrus d'énergie et s'affranchir des contraintes de l'hiver martien et des périodes nocturnes, le rover utilise un générateur thermoélectrique à radioisotope qui remplace les panneaux solaires mis en œuvre par les précédentes missions. Enfin, il bénéficie de logiciels évolués pour naviguer sur le sol martien et exécuter les tâches complexes qui l'attendent. Le rover est conçu pour parcourir 20 km et peut gravir des pentes de 45°.
La sonde spatiale au départ de la Terre a une masse de 3,9 tonnes et comprend un étage de croisière chargé d'amener la sonde jusqu'à proximité de la planète Mars, un véhicule de rentrée atmosphérique qui assure la traversée de l'atmosphère martienne à grande vitesse et un étage de descente chargé de la dernière phase aboutissant à l'atterrissage. Pour parvenir à poser le rover de 899 kg sur le sol martien avec la précision demandée par les objectifs scientifiques, la technique d'atterrissage utilisée par ses prédécesseurs a été profondément modifiée : la phase de rentrée atmosphérique est en partie pilotée pour restreindre la zone d'atterrissage à une ellipse longue de 20 km et large de 7 km. Le rover est déposé en douceur sur le sol par un étage de descente fonctionnant à la manière d'un hélicoptère-grue, seule méthode compatible avec sa masse.
MSL constitue la mission interplanétaire de la NASA la plus ambitieuse de la décennie. La complexité de la sonde et du rover ainsi que la nécessité de mettre au point de nouvelles technologies spatiales ont entraîné des modifications importantes du concept de départ durant le développement : les dépassements de coût qui en ont résulté ont failli entraîner l'annulation de tout le projet. Le lancement prévu initialement en 2009 a dû être repoussé à la fenêtre de lancement suivante, 26 mois plus tard, en 2011. Le coût total du projet est évalué en 2011 à 2,5 milliards de dollars.
Mars, destination privilégiée de l'exploration spatiale
Depuis le début de l'exploration spatiale, la planète Mars constitue l'objectif favori des missions interplanétaires lancées dans le Système solaire. Contrairement aux autres planètes du Système solaire, Mars a sans aucun doute connu par le passé des conditions assez proches de celles régnant sur Terre. Elles ont pu, mais cela reste à confirmer, permettre l'apparition de la vie. Mars conserve encore actuellement une atmosphère ainsi que de l'eau sous forme de glace dans les pôles. Sa proximité permet d'y envoyer relativement facilement des sondes spatiales. Également, Mars constitue une destination incontournable si l'humanité doit se lancer dans un programme spatial habité ambitieux. Dans cette perspective, il est nécessaire d'effectuer des missions de reconnaissance. À ce jour (8 août 2022), soit après dix ans sur Mars, Curiosity est toujours aussi actif que le premier jour.
Sur le plan scientifique l'exploration de Mars comporte trois objectifs :
comprendre la genèse de la planète et son évolution ;
reconstituer l'histoire de son climat ;
savoir si Mars peut abriter la vie ou si elle l'a abritée par le passé.
Missions robotiques et exploration de Mars
Depuis le début de l'ère spatiale, l'exploration de Mars est confiée à des missions robotiques Ces missions ont permis progressivement de mieux connaître cette planète sans pour autant apporter des réponses définitives aux principales interrogations scientifiques. Les engins spatiaux qui ont fait le plus progresser la connaissance sont des orbiteurs (sondes spatiales placées en orbite autour de Mars) capables, grâce à des instruments d'une sophistication croissante, de collecter des données sur la surface de l'ensemble de la planète, son atmosphère ainsi que dans une certaine mesure son sous-sol.
Mariner 4 est la première sonde interplanétaire à s'être approchée de Mars, le 15 juillet 1965 ; elle a alors anéanti l'image d'une planète aux caractéristiques proches de la Terre en renvoyant les premières photos d'un monde désolé criblé de cratères d'impact, assez proche en apparence de la Lune. Le premier orbiteur martien Mariner 9 (1971) a nuancé cette vision en montrant que Mars présentait des formations géologiques variées : canyons, volcans, calottes polaires, champs de dunes. Cette première vague d'engins d'exploration, dont certains soviétiques comme Mars 3 (1972) et Mars 6 (1974), s'est conclue avec les deux orbiteurs et les deux atterrisseurs du programme Viking (1975). Ces derniers transportaient un mini-laboratoire chimique susceptible de détecter l'existence de formes de vie. Les résultats des analyses, ambigus, ont été généralement interprétés comme une réponse négative. Les vingt années suivantes ont marqué une pause dans l'envoi de missions vers Mars, entrecoupées de trois échecs américains et soviétiques. Toutefois certaines découvertes ont remis en question l'idée d'une planète Mars stérile : des formes de vie ont été découvertes dans des lieux particulièrement hostiles, sur Terre, au fond des océans ou dans des régions désertiques. L'orbiteur Mars Global Surveyor (1996) marque le retour de la NASA vers Mars. Il découvre des régions riches en hématite grise — un oxyde de fer qui se forme en présence d'eau —, détecte un champ magnétique résiduel qui semble indiquer que par le passé Mars était protégé des rayons stérilisants venus de l'espace par une barrière magnétique, et enfin trouve plusieurs manifestations d'une atmosphère dynamique comme la présence de ravines, absentes des photos prises par les missions précédentes, et qui auraient pu être formées par l'action de l'eau. Les instruments de l'orbiteur européen Mars Express (2003) permettent de confirmer la présence de grandes quantités d'eau stockée sous forme de glace au niveau des calottes polaires, détectent la présence de traces de méthane d'apparition récente dans l'atmosphère de la planète dont l'origine pourrait être soit biologique soit volcanique, et enfin découvrent des sédiments argileux qui n'ont pu apparaître qu'en présence d'eaux de surface peu acides, donc dans un environnement propice à la vie. Mars Reconnaissance Orbiter (2006), doté de caméras particulièrement puissantes, affine toutes ces découvertes en effectuant un inventaire systématique des terrains reflétant la présence d'eau : dépôts d'argiles, de carbonates et de sulfates. L'orbiteur détecte également la présence d'eau à des latitudes relativement basses confirmant que l'atmosphère martienne conserve les traces d'un changement récent d'inclinaison de l'axe de la planète.