Phoenix est une sonde spatiale américaine de la NASA qui se pose le sur le sol de la planète Mars dans la région de Vastitas Borealis près de la calotte polaire Nord. La sonde spatiale, qui n'est pas mobile, doit analyser sur place la composition du sol et de l'atmosphère pour répondre aux questions soulevées par la confirmation de la présence d'eau au niveau de la calotte polaire par l'orbiteur Mars Odyssey de l'agence spatiale américaine. Ses principaux objectifs sont de collecter des données permettant de reconstituer le cycle de l'eau sur Mars, aujourd'hui et par le passé, d'identifier les molécules organiques et volatiles présents dans le sol (eau et méthane en particulier) afin de déterminer si celui-ci pourrait permettre l'existence de certaines formes de vie et enfin étudier le climat dans cette région polaire de la planète.

Phoenix réutilise en grande partie des composants développés pour les missions annulées à la suite des échecs de Mars Climate Orbiter et Mars Polar Lander. L'engin qui se pose sur le sol de Mars a une masse de 350 kg et dispose de plusieurs instruments (55 kg) comprenant deux petits laboratoires d'analyse chimique alimentés avec des échantillons du sol prélevés par une pelle télécommandée, des microscopes, des caméras et une station météorologique. Phoenix est la première sonde spatiale du programme Mars Scout, rassemblant des missions martiennes à faible coût (420 millions de dollars soit 304 millions d'euros dans le cas de Phoenix) pour répondre rapidement à un objectif scientifique ciblé.

Alors que la durée de sa mission avait été fixée à trois mois, l'engin spatial survit jusqu'au , soit plus de cinq mois. La mission remplit tous les objectifs qui lui étaient assignés. Avec sa pelle mécanique, Phoenix creuse neuf tranchées mettant à découvert une couche de glace d'eau présente à faible profondeur. Le laboratoire embarqué MECA analyse plusieurs échantillons du sol mettant en évidence la présence de carbonates et de perchlorates. Les caméras et un lidar permettent d'observer des chutes de neige à haute altitude et le dépôt de couches de givre.

Contexte vignette|La sonde spatiale Phoenix subit des tests avant son lancement. vignette|Lancement de la sonde spatiale Phoenix le 4 août 2007. À la suite de l'échec des missions Mars Climate Orbiter et Mars Polar Lander, la NASA décide de mettre fin à son programme Mars Surveyor et de subdiviser ses missions martiennes en deux sous-ensembles. D'une part des missions au coût non plafonné et d'autre part des missions regroupées dans le programme Mars Scout qui reprennent le concept du programme Discovery : pour un coût modéré (325 millions US$ initialement), elles doivent être développées rapidement dans le but de répondre à un objectif unique avec une organisation simplifiée placée sous la responsabilité d'un scientifique (Principal investigator, PI).. L'appel à propositions pour la première mission, qui doit être lancée en , est un succès : 24 missions comprenant des atterrisseurs, rovers, planeurs, pénétrateurs... sont présentées par des universités et des centres de recherches. En , 10 projets sont sélectionnés puis, en , quatre missions sont retenues comme finalistes ; SCIM, ARES, Marvel et Phoenix. La NASA retient cette dernière dont l'objectif est d'atterrir près du pôle nord de la planète et d'y mener des études sur la composition du sol et de l'atmosphère.

Phoenix reprend plusieurs équipements de la sonde spatiale Mars Surveyor dont le programme avait été annulé en 2001 à la suite de l'échec de la mission Mars Polar Lander (d'où son nom qui fait référence au Phénix, l'oiseau légendaire qui renaît de ses cendres).

Objectifs scientifiques

Les objectifs de la mission Phoenix s'inscrivent dans les priorités identifiées par l'agence spatiale américaine pour l'exploration de Mars : rechercher de l'eau ou plus précisément « enquêter sur l'histoire de l'eau liquide qui a pu exister dans l'arctique martien aussi récemment qu'il y a seulement ». À terme, ce sont les traces d'une vie microbienne qui sont recherchées, objectif mis de côté lors du programme Viking dans les années 1970, qui était d'autant moins adapté à déceler les organismes extrémophiles que ce type d'organisme n'était pas connu à l'époque. De même, à la différence de Pathfinder en 1997, mais aussi de Spirit et Opportunity qui sont toujours en activité en 2008, Phoenix se voit confier une mission d'exobiologie : un bras robotique doit fouiller le pergélisol jusqu'à de profondeur, y prélever des échantillons du sol puis les faire analyser par un mini-laboratoire embarqué. L'objectif est de déterminer si de l'eau liquide est présente sur Mars il y a et si des microbes ont pu s'y développer. Les scientifiques envisagent que des colonies microbiennes particulièrement résistantes puissent toujours exister, « dormantes » dans le sous-sol et attendant de meilleures conditions, comme c'est le cas sur Terre où l'on a retrouvé des bactéries extrémophiles capables de rester en sommeil durant des millions d'années. La découverte de tels organismes ne constitue cependant pas le seul objectif de la mission. L'atterrisseur est également chargé d'étudier la météorologie de la planète en observant l'atmosphère martienne jusqu'à d'altitude.

La NASA a énoncé 8 objectifs à atteindre pour qualifier la mission de succès complet :

Réussir un atterrissage en douceur dans des conditions garantissant une production d'énergie électrique suffisante ; Réaliser un panorama à 360° en vraies couleurs du site d’atterrissage ; Obtenir des spectres étalonnés de trois emplacements distincts de la surface de Mars comprenant à la fois des roches et du sol ; Effectuer des relevés de température et de pression pendant toute la durée de la mission de manière à déterminer les principales caractéristiques de l'atmosphère ; Fournir des échantillons du sol aux instruments TEGA et MECA prélevés à deux niveaux de profondeur distincts ; Analyser avec TEGA au moins trois échantillons de sol de manière à déterminer la proportion de stockée, y compris sous forme de minéraux hydratés et de glace. Effectuer une analyse d'un échantillon de l'atmosphère avec le spectromètre de masse ; Analyser avec l'instrument MECA trois échantillons de sol pour en déterminer la chimie hydratée. Analyser également trois échantillons à l'aide du microscope ; Fournir le contexte des 8 échantillons analysés avant et après prélèvement en réalisant des photos.

Sélection du site

Les caractéristiques de la sonde spatiale Phoenix lui permettent d'atterrir dans une région comprise entre les latitudes 35° et 72° Nord. Comme pour les rovers MER, la sélection du site d'atterrissage est réalisée après plusieurs ateliers réunissant scientifiques et ingénieurs destinés à identifier les sites les plus intéressants tout en prenant en compte les contraintes techniques. Quatre régions s'étendant sur 20° en longitude et 7° en latitude ont été présélectionnées mais dès le premier atelier (), la région centrée sur la longitude 130° E est la favorite. La région est plate, comporte peu d'obstacles (rochers) et surtout comporte une bonne couche de sol au-dessus de la glace. À la suite de sa sélection, la région fait l'objet d'une campagne de reconnaissance photographique à l'aide de la caméra à haute définition HiRISE de l'orbiteur MRO qui s'achève en . Les images prises avec une résolution de révèlent qu'en fait la région est couverte de rochers qui constituent un risque. En utilisant des images fournies par l'instrument THEMIS de Mars Odyssey pour une première sélection grossière puis HiRISE pour affiner les caractéristiques du terrain, trois zones d'atterrissage sont identifiées en dont une se détache particulièrement et est retenue .

Caractéristiques techniques de la sonde spatiale

La sonde spatiale Phoenix reprend plusieurs équipements de Mars Surveyor, mission arrêtée en cours de développement en 2000 après l'échec de Mars Polar Lander, qui s'est écrasée sur Mars en 1999. Phoenix embarque une série d'instruments, hérités de ces deux engins mais modifiés pour la mission. La sonde spatiale, qui a une masse totale de , comprend trois sous-ensembles :

l'étage de croisière qui prend en charge le transit entre la Terre et Mars et est largué avant la rentrée dans l'atmosphère de Mars (5 dans le schéma 1) le bouclier thermique qui protègent l'atterrisseur durant la descente vers le sol de Mars et le parachute qui assure une partie du freinage. Ces deux éléments sont largués avant l'atterrissage (1 et 4 dans le schéma 1) l'atterrisseur () qui est le seul élément à se poser sur Mars et qui emporte les différents instruments scientifiques représentant une masse de ( 3 dans le schéma 1).

thumb|600px|center|Schéma 1. Composants de la sonde spatiale : 1 = bouclier thermique avant, 2 = avionique et radar atterrissage, 3 = atterrisseur, 4 = bouclier thermique arrière, 5 = étage de croisière.

L'étage de croisière

vignette|Sur cette photo de Phoenix fixée au sommet de son lanceur on distingue de haut en bas le bouclier thermique avant (brun clair), le bouclier thermique arrière (blanc) et l'étage de croisière en bas avec ses deux panneaux solaires fixés de part et d'autre et les deux cylindres saillant de la partie centrale correspondant aux viseurs d'étoiles. vignette|L'atterrisseur en position repliée avec le bouclier thermique arrière.

L'étage de croisière de Phoenix prend en charge le transit entre la Terre et Mars. Il fournit l'énergie nécessaire aux systèmes de vol (ordinateur de bord, moteurs pour les changements de trajectoire, etc.) pendant toute la durée de cette phase. Le cœur de l'étage de croisière est un cylindre court de 95 centimètres de diamètre sur lequel sont fixés deux panneaux solaires de part et d'autre qui portent l'envergure de l'étage de croisière à . L'équipement installé comprend des antennes faible et moyen gain, un émetteur radio en bande X, deux capteurs solaires et deux viseurs d'étoiles. Le fonctionnement de l'étage de croisière repose en partie sur des équipements installés dans le bouclier thermique. Ainsi pour corriger sa trajectoire ou modifier son orientation dans l'espace, l'étage de croisière utilise 8 petites moteurs-fusées regroupés par 2 (1 moteur d'une poussée de 4 newtons pour le contrôle d'attitude et 1 moteur de 15,6 newtons pour les corrections de trajectoire) dont les tuyères émergent du bouclier thermique arrière par 4 orifices. De même durant le transit c'est l'ordinateur embarqué de l'atterrisseur qui pilote les opérations. L'étage de croisière est largué sept minutes avant le début de l'entrée dans l'atmosphère martienne. L'étage de croisière à une masse de 82 kilogrammes.

Le bouclier thermique

Le bouclier thermique assure la protection thermique de l'atterrisseur durant la rentrée atmosphérique lorsque l'étage pénètre à grande vitesse (environ 6 kilomètres par seconde) dans les couches plus épaisses de l'atmosphère martienne et portent la température de la face avant à environ . Le bouclier thermique est composé de deux éléments, tous deux de forme conique et d'un diamètre de 2,64 mètres : le bouclier avant plus aplati est haut d'environ 60 centimètres et a une masse de 110 kg. C'est lui qui subit l'élévation de température la plus élevée. Le bouclier arrière fait environ 1 mètre de haut et a une masse de 62 kg. Cette coque qui enveloppe l'atterrisseur le protège de la chaleur grâce à un revêtement ablatif de type SLA-561 qui recouvre sa surface en couches plus épaisses sur le bouclier avant plus exposé. Le bouclier arrière inclut les parachutes qui réduisent la vitesse de descente une fois le bouclier thermique avant largué.

L'atterrisseur