Mars 2020 est une mission spatiale d'exploration de la planète Mars développée par le JPL, établissement de l'agence spatiale américaine (NASA). La mission consiste à déployer l'astromobile (rover) Perseverance sur le sol martien pour étudier sa surface. Mars 2020 constitue la première d'une série de trois missions dont l'objectif final est de ramener des échantillons du sol martien sur Terre pour permettre leur analyse. Ce projet, considéré comme prioritaire par la communauté scientifique depuis plusieurs décennies, n'avait jamais été mis en oeuvre du fait de son coût, de ses difficultés techniques et du risque d'échec élevé. Pour remplir les objectifs de sa mission l'astromobile doit prélever une quarantaine de carottes de sol et de roches sur des sites sélectionnés à l'aide des instruments embarqués. Le résultat de ces prélèvements doit être déposé par l'astromobile sur des emplacements soigneusement repérés en attendant d'être ramenés sur Terre par une future mission étudiée conjointement par la NASA et l'Agence spatiale européenne. Selon le planning élaboré par les deux agences, le retour sur Terre est prévu pour 2031 sous réserve de son financement. Le but final est de pouvoir effectuer sur Terre une analyse fine des échantillons du sol martien, notamment d'identifier d'éventuelles formes de vie anciennes, en utilisant toutes les capacités des instruments terrestres qui, contrairement à ceux embarqués sur les engins spatiaux, ne sont pas limitées par les contraintes de masse.
La sonde spatiale Mars 2020 et l'astromobile Perseverance reprennent l'architecture de Mars Science Laboratory et son rover Curiosity qui explore depuis 2013 la surface de Mars. Perseverance est un engin de plus d'une tonne qui dispose d'une palette d'instruments scientifiques (caméras, spectromètres de différents types) qui sont utilisés pour identifier les sites les plus intéressants, fournir le contexte du prélèvement effectué (caractéristiques géologiques, conditions climatiques à la formation) et effectuer une première analyse chimique : ce sont le spectromètre de fluorescence des rayons X PIXL, le spectromètre Raman SHERLOC, le spectromètre imageur SuperCam et la caméra Mastcam-Z. L'astromobile emporte également une station météorologique (MEDA), un radar destiné à sonder les couches superficielles du sol (RIMFAX). Deux expériences doivent tester sur le terrain des technologies avant leur mise en œuvre de manière opérationnelle dans de prochaines missions : MOXIE produit de l'oxygène à partir de l'atmosphère martienne (ISRU) et MHS (Ingenuity), un petit hélicoptère de moins de deux kilogrammes, va tester les capacités d'un engin aérien dans l'atmosphère très ténue de Mars.
Mars 2020 décolle le 30 juillet 2020 en profitant de la fenêtre de lancement vers Mars qui s'ouvre tous les 24 à 28 mois. L'astromobile doit atterrir vers le 18 février 2021 dans le cratère Jezero. Ce site, emplacement d'un ancien lac permanent qui conserve les traces de plusieurs deltas de rivière, a été retenu parce qu'il a pu constituer un lieu favorable à l'apparition de la vie et parce qu'il présente une grande diversité géologique. Le coût de la mission Mars 2020 est estimé à 2,5 milliards de dollars en incluant le lancement et la conduite des opérations durant la mission primaire, qui doit durer trois années terrestres.
L'atterrissage sur Mars se décompose en cinq phases : la rentrée atmosphérique pilotée qui fait tomber la vitesse à Mach 2 tout en corrigeant de manière active les écarts par rapport à la trajectoire idéale la descente sous parachute lorsque la vitesse a chuté sous Mach 2, la descente propulsée à partir de 2000 mètres d'altitude grâce à des moteurs chargés d'annuler la vitesse résiduelle, la dépose par l'étage de descente (Sky Crane) fonctionnant à la manière d'un hélicoptère grue du rover sur le sol martien.
ne mission de retour d'échantillons martiens (en anglais Mars Science Return ou MSR) est une mission spatiale qui a pour objectif la collecte d'échantillons de sol martien et leur retour sur Terre à des fins d'analyse. Ce type de mission est classée en tête des priorités de l'exploration du Système solaire par les scientifiques depuis une trentaine d'années. Seuls des échantillons du sol de Mars, soigneusement sélectionnés sur place pour leur intérêt potentiels tout en disposant du contexte géologique, permettront une fois ramenés sur Terre d'effectuer des analyses poussées grâce aux équipements lourds qui n'existent que sur notre planète et ainsi de fournir des informations permettant de retracer l'histoire de Mars et de déterminer si la vie a existé et sous quelle forme. Mais ce type de mission peine à se concrétiser du fait de son coût (10 milliards US$ selon certaines estimations), des défis techniques qu'il soulève (fusée martienne, rendez-vous orbital sans intervention humaine) et des risques d'échec élevés. Plusieurs scénarios font l'objet d'études plus ou moins poussées à partir des années 1980 mais aucune parvient à déboucher sur une réalisation.
Finalement en 2009 un projet conjoint de la NASA et de l'Agence spatiale européenne (ESA), nécessitant le développement de trois missions distinctes, est élaboré pour ramener 500 grammes d'échantillons martiens sur Terre. Mais ce programme est suspendu à la suite d'arbitrages budgétaires effectués par l'agence spatiale américaine. La mission revient d'actualité avec la décision de la NASA, annoncée fin 2012, de développer Mars 2020 : cet astromobile lancé en 2020 est chargé d'effectuer la première étape de la mission de retour d'échantillons : doté d'instruments permettant d'analyser la géologie de son site d'atterrissage soigneusement sélectionné il doit extraire une quarantaine de carottes du sol et constituer un dépôt qu'une mission suivante sera chargée de ramener sur Terre. Au cours des années suivantes, la NASA mène des études pour affiner les étapes suivantes. Courant 2020 la récupération de ces échantillons, qui doit se dérouler entre 2026 et 2031, entre dans une phase d'étude avancée au sein de la NASA avec une participation importante de l'Agence spatiale européenne. Un budget est prévu pour poursuivre les travaux dans les deux agences spatiales.
Le scénario prévoit le lancement quasi simultané de deux missions en 2026 : un engin spatial sous maitrise d'oeuvre de la NASA(SRL Sample Retrieval Lander) doit déposer sur le sol martien à la fois un astromobile chargé d'aller rechercher les échantillons collectés par Mars 2020 et une petite fusée qui doit les ramener en orbite dans un container. Un deuxième engin spatial sous maitrise d'oeuvre de l'Agence spatiale européenne (ERO Earth Return Orbiter) se place en orbite autour de Mars, réalise en 2028 un rendez-vous avec la fusée ramenant le conteneur en orbite puis revient vers la Terre et largue une capsule avec conteneur lors du survol de celle-ci en 2031. Après un atterrissage en douceur, les échantillons sont analysés dans un laboratoire spécialement conçu pour éviter tout risque de contamination.
Le programme ExoMars regroupe deux missions spatiales à destination de la planète Mars développées par l'Agence spatiale européenne (ESA) avec une participation importante de l'agence spatiale russe Roscosmos : l'orbiteur ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) et son atterrisseur Schiaparelli lancés le 14 mars 2016 et l'astromobile Rosalind Franklin dont le lancement, initialement planifié pour mai 2018, est actuellement prévu pour 20221,2. L'objectif scientifique du programme est l'étude de l'atmosphère de Mars en particulier la détermination de l'origine du méthane trouvé à l'état de trace ainsi que la recherche d'indices d'une vie passée ou présente sur la planète. Sur le plan technique, le programme doit permettre à l'agence spatiale de développer pour la première fois un atterrisseur et un rover martien et d'expérimenter les techniques d'aérofreinage et d'atterrissage.
Le programme a une genèse complexe du fait de son coût très important (1,2 milliard € en 2012) rapporté au budget scientifique de l'ESA et de la nécessité de disposer des connaissances techniques pointues (atterrissage sur Mars) maîtrisées jusque-là uniquement par la NASA. Au début des années 2000, l'ESA étudie dans le cadre du programme Aurora l'envoi à la surface de Mars d'un astromobile automatisé équipé d'instruments de mesures scientifiques avec pour objectif de déterminer si la planète abrite ou a abrité une vie biologique. En 2008, le projet a évolué et comprend un atterrisseur, un orbiteur et un rover. Fin 2009, le programme est refondu dans le cadre d'un partenariat mis en place avec la NASA qui prévoit la réalisation de quatre engins spatiaux : en 2016 devaient être lancés un orbiteur, ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), chargé de détecter l'origine du méthane et d'autres gaz présents dans l'atmosphère martienne et de servir de relais pour les communications ainsi qu'un atterrisseur Schiaparelli devant démontrer la capacité européenne à faire atterrir un engin sur Mars : un deuxième lancement en 2018 devait envoyer vers Mars l'astromobile européen d'ExoMars et un rover de la NASA, MAX-C. Dans ce scénario, la NASA fournissait les lanceurs, la majorité des instruments de TGO et le véhicule de rentrée et de descente embarquant les astromobiles. En 2011-2012, les difficultés financières de la NASA entraînent la réduction puis l'annulation de sa participation. L'ESA sollicite alors l'agence spatiale russe Roscosmos, qui devient officiellement en mars 2012 le nouveau partenaire du programme. Dans le nouveau scénario, Roscosmos fournit deux lanceurs Proton, une partie de l'instrumentation scientifique de l'orbiteur ExoMars TGO ainsi que le véhicule de rentrée et de descente utilisé par le rover européen qui sera lancé en 2022. En 2019, l'astromobile est baptisé Rosalind Franklin en l'honneur de la physico-chimiste à l'origine de la compréhension de la structure de l'ADN.
Initialement nommée ExoMars 2018 puis ExoMars 2020, la mission ExoMars 2022 est planifiée pour être lancée en 20222 car la sonde n'était techniquement pas prête pour les précédentes fenêtres de lancement qui n'ont lieu que tous les 26 mois. Le site d'atterrissage, choisi en novembre 2018 (à l'aide notamment des observations du spectromètre OMEGA, à bord de la sonde européenne Mars Express) sera Oxia Planum, près de l'équateur12.
La Russie, à travers un partenariat avec Roscosmos, fournit le module de descente et d'atterrissage du rover ExoMars. Cette plateforme d'atterrissage, dont descendra le rover une fois qu'elle sera posée sur Mars, est baptisée Kazatchok (russe: Казачок), ce qui signifie « petit cosaque » et aussi une danse traditionnelle cosaque13,14. Cette plateforme a quitté les installations de Lavotchkine le 19 mars 2019 pour Turin (Italie) pour l'assemblage final et des tests chez Thales Alenia Space, le tout en collaboration avec l'Agence spatiale européenne13,14.
Le rover ExoMars est un rover de 300 kg développé par l'ESA qui emporte une foreuse capable de ramener une carotte prélevée jusqu'à 2 mètres de profondeur, au maximum, et un laboratoire capable d'analyser l'échantillon et d'identifier des marqueurs biochimiques. Le rover embarque également des instruments pour identifier la présence d'eau ou de matériaux hydratés, des caméras et des spectromètres. Le véhicule de rentrée et de descente jusqu'au sol martien est fourni par Roscosmos. Le rover Exomars doit être lancé en 202015. Le 7 février 2019, l'ESA officialise son nom. Il s'appelle désormais Rosalind Franklin en l'honneur de cette physico-chimiste britannique qui a œuvré à la découverte de la structure de l'ADN16.
Un quatrième engin, le rover MAX-C de la NASA, a été annulé à la suite de l'abandon de la participation de l'agence spatiale américaine en 2011. Il devait rechercher des indices de la vie, prélever des carottes dans le sous-sol martien et les stocker pour une future mission de retour d'échantillons sur Terre qui restait à définir.