La sonde spatiale Mars 2020, développée par la NASA, a été lancée le 30 juillet 2020. Après un long voyage, elle est arrivée dans l'atmosphère de Mars le 18 février 2021 à 21 h 38. Cette sonde a permis de déposer sur le sol martien un petit véhicule tout terrain, appelé Perseverance.
L'entrée de la sonde dans l'atmosphère de Mars, jusqu'à l'atterrissage du Rover, comporte plusieurs phases décrites par le dessin suivant. Les vitesses indiquées sont celles de la sonde.
D'après un document de la NASA (National Aeronautics and Space Administration)
Données :
- Masse du Rover Perseverance sur Terre : 1\ 050 \text{ kg} ;
- Intensité de la pesanteur g à la surface de quelques planètes du système solaire :
| Planète | Mercure | Terre | Mars | Jupiter | Saturne |
| g (N/kg) | 3,70 | 9,81 | 3,72 | 24,8 | 10,4 |
- Vitesse de la lumière dans le vide : 3{,}00.10^8 \text{ m/s} ;
- Distance Terre-Mars le 18 février 2021 : 2{,}10.10^8\text{ km}.
Quel est l'adjectif qui décrit correctement le mouvement de la sonde entre les points B et C ?
Sur la figure, on observe que la vitesse au niveau du point B est de 420 m/s et seulement de 89 m/s au niveau du point C. On en déduit que le mouvement de la sonde entre ces deux points est ralenti.
Parmi les relations suivantes, quelle est celle qui permet de calculer l'énergie cinétique de la sonde ?
La relation qui permet de calculer l'énergie cinétique de la sonde est :
E_c = \dfrac{1}{2} \times m \times v^2
m étant la masse de la sonde et v étant sa vitesse.
Comment évolue l'énergie cinétique de la sonde du point B au point C ?
L'énergie cinétique est proportionnelle au carré de la vitesse. Comme la vitesse diminue entre les points B et C, l'énergie cinétique diminue aussi entre ces points.
Comment évolue l'énergie potentielle de la sonde du point A au point B ?
D'après son expression E_{pp} = m \times g \times z, l'énergie potentielle de pesanteur est proportionnelle à l'altitude z.
Entre les points A et B, l'altitude diminue, donc l'énergie potentielle de pesanteur diminue aussi.
Après l'atterrissage, le Rover reste immobile pendant plusieurs jours, le temps de vérifier le bon fonctionnement des instruments scientifiques embarqués.
En négligeant l'action de l'atmosphère martienne, quelles sont les actions mécaniques qui s'exercent sur le Rover immobile ?
Si on néglige l'action de l'atmosphère martienne, on ne considère pas la force de frottements \overrightarrow{f}. Les actions mécaniques qui s'exercent sur le Rover immobile sont son poids \overrightarrow{P} et la réaction normale du support \overrightarrow{R_N}.
Quel schéma représente correctement les actions mécaniques subies par le Rover ?
On sait que :
- le poids \overrightarrow{P} est une force verticale orientée vers le bas ;
- la réaction normale \overrightarrow{R_N} est une force perpendiculaire au sol, donc verticale ici, orientée vers le haut ;
- les deux forces ont la même norme car, une fois posé au sol, le Rover est immobile.
D'où le schéma suivant :
L'atmosphère de Mars est composée principalement de dioxyde de carbone \ce{CO2} ; la vie pour l'être humain y est donc impossible. Une des missions du Rover est de fabriquer du dioxygène \ce{O2} à partir du dioxyde de carbone.
Quel est le nom des atomes présents dans les molécules de dioxyde de carbone et de dioxygène, et quel est leur nombre ?
- La molécule de \ce{CO2} est composée d'un atome de carbone et de deux atomes d'oxygène.
- La molécule de \ce{O2} est composée de deux atomes d'oxygène.
La sonde et le Rover peuvent communiquer avec la Terre à l'aide de signaux radio se propageant à la vitesse de la lumière dans le vide. La phase d'atterrissage commence dès l'entrée dans l'atmosphère de Mars au point A et s'achève au point E lorsque le Rover touche le sol. Cette phase dure environ sept minutes.
Pourquoi, si un événement inattendu se produit au cours de la phase d'atterrissage, la Terre n'en sera pas informée à temps ?
On calcule le temps pris par le signal pour partir de mars et arriver sur Terre :
v=\dfrac{d}{t} \Leftrightarrow t=\dfrac{d}{v} avec d la distance Terre-Mars.
t=\dfrac{2{,}10.10^8 \times 10^3}{3{,}00.10^8}
t=700 \text{ s}
t=11 \text{ min} \ 40 \text{ s}
Or, la phase d'atterrissage dure 7 minutes. Si un événement inattendu se produit au cours de la phase d'atterrissage, la Terre sera informée 11 minutes et 40 secondes plus tard, ce qui sera trop tard.