Phobos-Grunt (en , c'est-à-dire « Sol de Phobos ») est une mission spatiale russe destinée à l'étude de Phobos, un des deux satellites naturels de la planète Mars. Elle a été lancée sans encombre le mais n'a pu rejoindre son orbite de transit vers Mars. Après plusieurs semaines sans contrôle en orbite basse, elle est donc retombée sur Terre le dans l'océan Pacifique à à l'ouest de l'île Wellington, au large du Chili.
Après s'être placée en orbite autour de Mars, la sonde spatiale d'environ deux tonnes devait effectuer une première phase d'étude à distance de la lune et de l'environnement de Mars d'une durée de quelques mois. La sonde devait ensuite se poser à la surface de Phobos pour étudier ses caractéristiques durant une année. Phobos-Grunt comprend un module chargé de rapporter sur Terre un échantillon du sol de Phobos (environ ) dont la date de retour était planifiée en . Pour mener à bien ses investigations, Phobos-Grunt emportait une vingtaine d'instruments scientifiques, dont certains développés en collaboration avec des organismes de recherche de plusieurs pays européens tels que l'Allemagne, la France, l'Italie et la Suisse. La sonde a été lancée par une fusée Zenit-Fregat le après un premier report en 2009 mais n'a pu être injectée sur son orbite martienne comme prévu.
La lune Phobos est peut-être un ancien astéroïde capturé par Mars. Un des objectifs de Phobos-Grunt était de confirmer cette origine. Les données collectées auraient également pu fournir des indices sur les débuts du système solaire ainsi que sur l'histoire de Mars. La sonde emportait également le microsatellite chinois Yinghuo 1, qui devait être placé en orbite autour de Mars pour étudier les interactions entre l'atmosphère de la planète et le vent solaire.
La mission de Phobos-Grunt était complexe : l'approche de Phobos est délicate car la faiblesse de la gravité de la lune ne permet pas de se placer en orbite autour de celle-ci avant l'atterrissage. Les délais de télécommunications avec la Terre imposaient par ailleurs que la sonde effectue un atterrissage de manière complètement autonome sur la surface irrégulière de Phobos, un exercice rendu encore plus difficile par la faiblesse de la pesanteur. Enfin, la récupération de l'échantillon du sol de Phobos nécessitait la réussite d'un grand nombre d'étapes allant du prélèvement de l'échantillon jusqu'à la rentrée atmosphérique sur Terre en passant par un long transit entre Mars et la Terre mené en toute autonomie par le petit (un peu plus de ) module de retour.
Phobos-Grunt devait marquer le retour de la Russie dans le domaine de l'exploration du système solaire, qu'elle avait délaissée après l'avoir dominée au début de la conquête spatiale : la dernière mission de ce type, Mars 96, remontait à 1996 et avait été également un échec.
Contexte La renaissance des missions russes vers le système solaire Jusqu'au début des années 1980, l'astronautique soviétique a joué un rôle majeur dans l'exploration du système solaire. La disparition des enjeux géopolitiques due à la fin de la guerre froide, la domination de l'astronautique américaine, le déclin économique du pays et le manque de réussite des dernières missions planétaires se sont conjugués pour entraîner la disparition de cette activité du programme spatial soviétique. La dernière mission interplanétaire ayant atteint ses objectifs remonte à 1986 avec le programme Vega. Depuis, l'Union soviétique, dont le programme spatial a été repris en 1991 par la Russie, n'a lancé que trois sondes spatiales : les deux engins du Programme Phobos (1988 et 1989) et Mars 96 (1996), qui ont tous été victimes de défaillances (du lanceur pour ) avant d'avoir accompli leur mission. La reprise de l'économie russe, portée par les cours élevés des matières premières dans les années 2000, a donné de nouveaux moyens à une équipe dirigeante russe en quête d'une reconnaissance internationale. En 2005, un plan ambitieux s'étalant sur a été annoncé permettant de relancer des programmes spatiaux qui ne seraient pas strictement utilitaires. Phobos-Grunt est la première d'une série de missions interplanétaires russes vers la Lune, Mars et Vénus planifiées pour la décennie 2010.
Le satellite Phobos de Mars
thumb|La lune Phobos, objectif de la sonde. Phobos est un des deux satellites naturels de la planète Mars. De petite taille () et de forme très irrégulière, il circule sur une orbite pratiquement circulaire très basse (altitude moyenne d'environ ) qui diminue relativement rapidement, ce qui devrait entraîner sa destruction par les forces de marées dans quelques millions d'années. L'origine de Phobos n'est pas connue avec certitude : ce satellite de Mars est sans doute un astéroïde capturé par Mars mais pourrait être également un morceau d'un satellite de Mars plus important qui se serait brisé. Phobos est un corps sombre qui semble être composé de chondrite carbonée, une composition similaire à celle des astéroïdes de type C dans la ceinture d'astéroïdes externe. La densité de Phobos est particulièrement faible (1,85) ce qui pourrait s'expliquer par la présence de glace ou de cavités ; la sonde spatiale soviétique Phobos 2 avait détecté un dégazage faible mais permanent, mais était tombée en panne avant d'avoir pu en préciser la nature. La lune est recouverte d'une épaisse couche de régolithe et est criblée de cratères dont le plus grand, Stickney, a un diamètre de .
Objectifs de la mission Phobos-Grunt est la troisième sonde spatiale consacrée à l'étude de Phobos. Les deux sondes soviétiques, Phobos 1 et Phobos 2 qui l'ont précédé ont été lancées en 1988-1989 vers la lune de Mars, mais ont été victimes de défaillances avant d'avoir rempli leur objectif.
L'objectif principal de la mission de Phobos-Grunt est de ramener un échantillon du sol de Phobos sur Terre. L'importance de cet objectif se reflète dans la masse de la charge utile qui lui est consacrée : le véhicule qui ramène l'échantillon représente une masse supérieure à alors que sont alloués au reste de la charge utile représentée par des instruments scientifiques. En ramenant un échantillon du sol sur Terre, on peut tirer beaucoup plus d'informations dans les laboratoires sur Terre qu'à l'aide des instruments embarqués sur la sonde dont les capacités sont fortement limitées par les contraintes de masse et d'énergie.
Le deuxième objectif de Phobos-Grunt est d'effectuer sur place des analyses physico-chimiques du sol de Phobos. De manière accessoire, la sonde doit étudier les jets de gaz découverts par la sonde Phobos 2 et rechercher d'éventuelles poches de glace.
Le déroulement de la mission de Phobos-Grunt fournit également l'opportunité d'étudier l'atmosphère et le climat de Mars. En effet, il est prévu que la sonde, avant son atterrissage sur Phobos, passe plusieurs mois sur une orbite quasi-synchrone avec Phobos à une altitude équivalente à 2 rayons martiens et effectue 3 tours de la planète par jour. Sa position lui permet de traverser les différentes couches de plasma et d'observer les cycles météorologiques diurnes ou se développant sur une courte échelle de temps. Ces observations sont néanmoins limitées par la durée de son séjour en orbite et ne peuvent porter que sur les zones proches de l'équateur du fait de la faible inclinaison de son orbite. Les observations de Mars et de son atmosphère depuis le sol de Phobos seront limitées car le site d'atterrissage se trouve sur la face de Phobos située à l'opposé de Mars. En orbite la sonde doit : étudier le comportement atmosphérique de Mars et notamment de la dynamique des tempêtes de sable ; étudier l’environnement ionisé de Mars et son interaction avec le vent solaire et l’atmosphère martienne.
Scénario de la mission Ce qui suit est le déroulement de la mission tel qu'il était initialement prévu.
Lancement thumb|Lancement et manœuvres orbitales autour de la Terre (en mauve les phases propulsées) : 1 = Lancement, 2 = Modification de l'orbite, 3 = Largage du réservoir Fregat, 4 = Injection sur une orbite de transfert vers Mars. La mise en orbite est prévue le à l'ouverture de la fenêtre de lancement, qui permet à peu près tous les deux ans d'atteindre la planète Mars. Le lancement est effectué depuis la base de lancement de Baïkonour au Kazakhstan utilisée par la majorité des lancements civils russes. Le lanceur est la fusée Zenit-2FGTechniquement il s'agit d'une Zenit-2M/SLB. qui comporte deux étages. La sonde Phobos-Grunt avec son étage Fregat-SB doit dans un premier temps être insérée sur une orbite elliptique de avec une inclinaison de 51,8°. Puis le deuxième étage de la fusée Zenit est largué. Après avoir effectué 1,7 révolution autour de la Terre au bout de 2,5 heures, les moteurs de l'étage Fregat doivent s'allumer pour placer la sonde sur une orbite elliptique de ayant une période de 2,2 heures ; le réservoir amovible toroïdal de l'étage Fregat dont le contenu a été utilisé pour cette manœuvre est largué à son tour. L'étage Fregat-SB est à nouveau mis à feu un peu avant d'avoir bouclé une révolution (au bout de 2,1 heures) pour injecter la sonde sur une orbite de transfert vers la planète Mars.
Transit vers Mars La sonde spatiale entamerait son périple vers Mars d'une durée de . Durant celui-ci, elle est stabilisée trois axes. Plusieurs corrections de la trajectoire sont planifiées durant ce transit - après le lancement, avant l'arrivée et avant l'arrivée - pour permettre à la sonde de s'insérer en orbite autour de Mars au point précis souhaité par ses concepteurs. Phobos-Grunt devait arriver à proximité de Mars vers le ; l'étage Fregat est mis à contribution une dernière fois pour freiner la sonde de par seconde ce qui permet à Phobos-Grunt de s'insérer sur une orbite très elliptique autour de la planète Mars de avec une inclinaison de 39° et une période de . L'étage Fregat devait ensuite être largué puis le satellite chinois Yinghuo-1 détacher de la sonde et afin d'entamer sur cette orbite une mission de recueil de données scientifiques d'une durée de 1 an.
thumb|600 px|center|Phobos-Grunt autour de Mars : 1 = Arrivée de Phobos-Grunt, 2 = Manœuvre d'insertion en orbite autour de Mars, 3 = Largage de l'étage Fregat et séparation de la sonde et de Yinghuo-1, 4 = Manœuvre pour élever le périgée, 5 = Yinghuo 1 entame sa mission sur la première orbite, 6 = Manœuvre pour se placer sur une orbite proche de celle de Phobos ; A = Orbite de Phobos, B = Orbite d'insertion de Phobos-Grunt et de Yinghuo-1, C = Orbite avec périgée rehaussé, D =Orbite quasi-synchrone avec Phobos.
Phase orbitale La sonde doit faire une première étude à distance de Phobos pour préparer son atterrissage. La forme irrégulière de la lune et sa proximité avec Mars interdisent une satellisation stable de Phobos-Grunt autour de la lune. En effet, la sonde est à la fois sous l'influence du champ gravitationnel de Mars et de Phobos. Pour qu'elle puisse se placer en orbite autour de Phobos et non de Mars, il faudrait que le rayon de son orbite soit inférieur à une valeur découlant du rapport de masse entre Phobos et Mars et de leur distance respective. Phobos étant très proche de Mars et de masse relativement faible par rapport à Mars, ce rayon est égal à environ . Compte tenu de la forme très irrégulière de Phobos, l'orbite à la limite de la sphère de Hill de Phobos n'est pas viable. La sonde doit donc se placer sur une orbite synchrone avec Phobos pour l'observer.