Swati Mohan

Chapitre 1 · Années 1980 – 2004 Le pont de l’Enterprise

Le 18 février 2021, des millions de personnes entendent sa voix annoncer que Perseverance s’est posé sur Mars. Pour Swati Mohan, l’aventure a commencé devant une série de science-fiction regardée en famille.

Une série et une région inconnue de la galaxie

Swati Mohan est née en Inde et arrive aux États-Unis vers l’âge d’un an. Elle grandit dans la région de Washington, dans le nord de la Virginie. Enfant, elle regarde avec sa famille Star Trek : La Nouvelle Génération. Un épisode la marque : celui où le vaisseau Enterprise entre dans une partie encore inexplorée de la galaxie. Ces galaxies lointaines, aux règles différentes, éveillent son intérêt pour l’espace.

Elle songe d’abord à devenir pédiatre. Un très bon professeur de physique, au lycée, l’oriente vers l’ingénierie aérospatiale. Encore lycéenne, elle postule à un stage de la NASA près de chez elle : trois semaines au centre Goddard. Ses stages à la NASA, commencés au lycée, renforcent sa passion.

Cornell

Elle choisit l’université Cornell pour ses liens avec la recherche spatiale : l’observatoire d’Arecibo et les travaux de Steve Squyres, dont la biographie figure dans cette collection. Pendant ses études, elle fait aussi des stages aux centres Kennedy et au Jet Propulsion Laboratory. Dans le laboratoire de Mark Campbell, qui travaille sur de tout petits satellites, les CubeSats, elle reçoit la charge du système de contrôle d’attitude, celui qui oriente le satellite dans l’espace. « Cette seule mission m’a aidée à trouver ma niche », dira-t-elle : elle n’a plus quitté ce domaine. Mark Campbell se souvient d’une étudiante qui avait toujours cette passion étonnante pour l’espace. Elle obtient sa licence d’ingénierie mécanique et aérospatiale en 2004, un semestre en avance.

Sources : NASA Science, page « Swati Mohan » (Star Trek : La Nouvelle Génération en famille, l’épisode de la région inexplorée, les stages à Goddard, Kennedy et au JPL, commencés au lycée) ; Cornell Chronicle, E. Philipson, « After landing Mars rover, Mohan ’04 reflects on time at Cornell », 25 mars 2021 (le choix de Cornell, Arecibo et Steve Squyres, Mark Campbell et les CubeSats, le contrôle d’attitude, « That one assignment helped me find my niche », la passion selon Campbell, diplôme de 2004 un semestre en avance) ; Shaastra, S. Desikan, « Swati Mohan has Mars on her mind », avril 2024 (la région de Washington et le nord de la Virginie, le stage de trois semaines à Goddard) ; A. Dandekar, podcast, épisode 201, présentation (le professeur de physique). La naissance en Inde, l’arrivée vers un an et le projet de devenir pédiatre sont rapportés par l’article de Wikipédia, d’après la presse indienne et CNN ; nous n’avons pas consulté ces articles. Les paroles sont traduites de l’anglais.

Chapitre 2 · 2004 – 2013 Saturne, la station spatiale et la Lune

Avant Mars, Swati Mohan apprend à guider des engins spatiaux autour de Saturne, à bord de la Station spatiale internationale et autour de la Lune.

Cassini

Après Cornell, elle travaille un an au JPL, comme ingénieure système sur la mission Cassini, au moment où la sonde prend ses premières images de Saturne.

SPHERES

Elle rejoint ensuite le laboratoire des systèmes spatiaux du Massachusetts Institute of Technology, là même où Mark Campbell avait fait son doctorat. Sa recherche porte sur SPHERES, un banc d’essai de trois petits satellites installé à bord de la Station spatiale internationale ; ils sont lancés environ un mois après son arrivée au MIT. Son doctorat porte sur l’assemblage autonome de télescopes spatiaux : comment des robots peuvent, seuls, construire un instrument en orbite. Elle participe aussi aux premiers essais du programme Zero Robotics. Elle obtient au MIT une maîtrise puis, en 2010, un doctorat en aéronautique et astronautique.

GRAIL

En 2010, elle revient au JPL, dans la section guidage, navigation et contrôle. Elle travaille sur GRAIL, deux petites sondes qui ont cartographié le champ de gravité de la Lune.

Sources : Cornell Chronicle, 25 mars 2021 (un an au JPL, Cassini et ses premières images de Saturne, le laboratoire des systèmes spatiaux du MIT, SPHERES et ses trois satellites lancés un mois après son arrivée) ; NASA Science, page « Swati Mohan » (assemblage autonome de télescopes spatiaux, SPHERES sur la Station spatiale) ; A. Dandekar, podcast, épisode 201, présentation (Cassini en 2004, maîtrise et doctorat du MIT, Zero Robotics, retour au JPL en 2010 dans la section GNC, GRAIL) ; Shaastra, avril 2024 (GRAIL et le champ de gravité de la Lune). L’année du doctorat, 2010, est celle de la thèse du MIT citée par Wikipédia.

Chapitre 3 · 2013 – 2020 Donner des yeux à Perseverance

En 2013, Swati Mohan rejoint une mission martienne qui vient de naître. Pendant huit ans, elle travaille à ce que le rover puisse, pour la première fois, regarder le sol en descendant et choisir lui-même où se poser.

Préparer en 2013 ce qui arrivera en 2021

Elle rejoint l’équipe de Mars 2020 dès sa création, en 2013, comme ingénieure système de guidage, navigation et contrôle. Le choix des dates de lancement et d’atterrissage tient compte, raconte-t-elle, d’une quantité folle de paramètres : la saison des poussières sur Mars, le cycle solaire, l’angle du Soleil à l’heure prévue de l’atterrissage. On décide en 2012 ou 2013 de ce qui se passera en 2020 et 2021. La Terre et Mars ne s’alignent qu’un peu plus d’une fois tous les deux ans, et la fenêtre de lancement la plus courte dure trois semaines.

Se poser sur Mars est difficile, explique-t-elle. Le relief peut être extrême. La planète est plus petite que la Terre et a moins de gravité, mais elle a une atmosphère environ cent fois moins dense : juste assez épaisse pour qu’on doive en tenir compte, contrairement à la Lune. Et cette atmosphère change avec les saisons. Gravité, relief, éclairage, poussière, atmosphère : il faut mettre toute cette intelligence dans le véhicule, pour qu’il s’en débrouille seul pendant la descente.

Atterrir les yeux ouverts

Le site choisi pour Perseverance est le cratère Jezero, un ancien lac où des rivières se jetaient dans un delta. Il avait déjà été envisagé pour des missions précédentes, dont Curiosity, mais jugé trop dangereux. Les ingénieurs de l’atterrissage, dit-elle, cherchent des « parkings » : des endroits plats et ennuyeux. Or Jezero est semé de falaises, de pentes et de champs de rochers.

Le système de Curiosity se repérait par radar : comme quelqu’un qui fermerait les yeux et tendrait les mains vers le sol, il savait à quelle distance il se trouvait, mais pas où. La navigation relative au terrain permet d’atterrir « les yeux ouverts ». Une caméra tournée vers le bas photographie le sol pendant la descente et compare les images à une carte préparée à partir de photographies prises en orbite ; le véhicule sait alors où il est. Une seconde carte embarquée recense les dangers : falaises, pentes, zones dont on ne pourrait pas sortir. Connaissant sa position et le carburant qui lui reste, le véhicule choisit l’endroit le plus sûr qu’il peut atteindre. Le cœur de ce système est le Lander Vision System, surnommé « Elvis ». Swati Mohan est là dès le début pour l’intégrer, comme par une opération chirurgicale, au système d’atterrissage hérité de Curiosity.

Selon elle, sans cette technologie, la probabilité de se poser sans encombre à Jezero aurait été d’environ 80 à 85 % ; avec elle, elle monte à 99 %.

« Tout l’enchilada »

Pendant trois ou quatre semaines, l’essai autonome du système de vision échoue sans cesse sur le banc d’essai : une ou deux lignes de données, puis plus rien. Chaque morceau fonctionne séparément ; l’ensemble, non. Elle a vérifié tout ce qui lui venait à l’esprit. Elle décide alors de tenter un coup désespéré : lancer toute la séquence d’entrée, de descente et d’atterrissage, sans aucune modification. Ce n’est pas rien : préparer ces sept minutes d’atterrissage prend environ cinq heures sur le banc d’essai. Ils sont trois dans la salle ; aucun ne croit que cela marchera. Le système doit réussir en dix secondes, avec une ligne de données par seconde. Soudain, les lignes défilent. « Ça a marché ? » Elle regarde son collègue Aaron Stehura ; ils se mettent à sauter de joie. C’est le premier jour, dit-elle, où elle a eu le sentiment d’avoir une mission. Une fois l’ensemble validé, l’équipe a pu isoler ce qui ne fonctionnait pas.

Elle parle d’un « trio » d’essais : le matériel, mis à l’épreuve du vide, des vibrations, de la température ; la simulation, qui imagine un jour trop ensoleillé, très sombre ou venteux ; et les vols réels. Une copie du système de vol a volé une dernière fois en 2019, accrochée à un hélicoptère, au-dessus de la vallée de la Mort, au terme de plus de six ans d’essais sur le terrain.

Un lancement en pleine pandémie

Le lancement a lieu le 30 juillet 2020, en pleine pandémie de Covid-19. Dans la salle de contrôle, il faut sortir pour manger ses cacahuètes, puis revenir, à cause des masques. Une dizaine de minutes avant l’allumage des moteurs, un petit tremblement de terre secoue la salle de contrôle du JPL. « Vraiment ? » pense-t-elle : une pandémie et un séisme le même jour. Puis, après le lancement, le signal du véhicule arrive, mais l’équipe ne parvient pas à communiquer avec lui. Un équipement est tombé en panne pendant le lancement ; le véhicule s’est mis de lui-même en mode de sécurité et a basculé sur le système de secours, exactement comme prévu. À la fin de la première journée de travail, l’équipe a un plan, et quelques heures plus tard tout est rentré dans l’ordre. Elle s’en souvient d’autant mieux que son anniversaire tombe le 1er août : elle n’a pas eu à passer la journée en salle de contrôle.

Sources : NASA/JPL, podcast « On a Mission », saison 4, épisode 9, « Before You Can Drive, First You Have to Fly », 2022 (la sélection des dates, la poussière, le cycle solaire, 2012-2013, la fenêtre de trois semaines, l’atmosphère cent fois moins dense, Jezero jugé trop dangereux pour Curiosity, les « parkings », les yeux fermés et les mains tendues, « land with our eyes open », les deux cartes, « Elvis », « surgically insert », l’essai qui échoue pendant trois ou quatre semaines, « a total Hail Mary », « the whole enchilada », cinq heures, dix secondes, Aaron Stehura, « the first day that I finally felt like we had a mission », les cacahuètes, le séisme, le mode de sécurité, le 30 juillet et le 1er août) ; Cornell Chronicle, 25 mars 2021 (arrivée en 2013) ; NASA Science, page « Swati Mohan » (huit ans comme ingénieure GNC de Mars 2020, puis responsable des opérations GNC) ; NASA, « The Perseverance of Testing », 8 février 2021 (le trio d’essais, l’hélicoptère dans la vallée de la Mort en 2019, plus de six ans d’essais) ; NASA, « Impact Story: Terrain Relative Navigation », 30 septembre 2022 (80 à 85 % et 99 %). Les paroles sont traduites de l’anglais.

Chapitre 4 · 18 février 2021 « Touchdown confirmed »

Le jour de l’atterrissage, Swati Mohan est la voix de la mission. Elle traduit pour le public, en temps réel, ce que l’équipe se dit dans son jargon.

La commentatrice

Pendant l’atterrissage, une personne dans la salle de contrôle annonce chaque étape, un peu comme un commentateur olympique décrit le programme d’une patineuse. Pour Perseverance, c’est elle. Elle connaît intimement tout ce qui peut mal tourner et ce qu’il faut pour que tout réussisse. Le plus stressant, dit-elle, est de savoir quoi faire si les choses ne se passent pas comme prévu. Elle dispose d’un immense organigramme : si l’on voit telle donnée, dire ceci ; si l’on voit telle autre, se taire et laisser parler quelqu’un de beaucoup plus haut placé. Elle porte deux masques, un masque N95 et un masque en tissu par-dessus.

Dans ses oreilles, elle entend toute l’équipe d’entrée, de descente et d’atterrissage, des voix avec lesquelles elle travaille depuis des années, annoncer les événements les uns après les autres dans leur langage technique, fait d’acronymes et d’abréviations. Son travail est de le traduire en mots que le public peut comprendre. L’équipe a répété deux ou trois fois ces scénarios exacts.

Sept minutes

« Perseverance a maintenant un accrochage radar sur le sol. Vitesse actuelle d’environ 100 mètres par seconde, à 6,6 kilomètres au-dessus de la surface de Mars. » Son plus grand soulagement vient avec l’annonce du déploiement du parachute et de la décélération : c’est l’un des points de défaillance uniques, s’il ne s’ouvre pas au bon moment, l’engin s’écrase trente secondes plus tard.

Puis vient l’annonce qui l’inquiète : « TRN Safety Bravo ». Le système de navigation a choisi sa cible, et la télémesure indique son niveau de risque. Dans toutes les simulations, il avait presque toujours choisi la case la plus sûre ; ce jour-là, il choisit la deuxième. « Oh oh », pense-t-elle : où va-t-on exactement ? « Nous avons terminé la navigation relative au terrain, annonce-t-elle, vitesse actuelle d’environ 30 mètres par seconde, à environ 300 mètres au-dessus de la surface de Mars. » Puis : « La manœuvre de la grue volante a commencé. Environ 20 mètres au-dessus de la surface. »

« Touchdown confirmed! Perseverance est posé en sécurité à la surface de Mars, prêt à commencer à chercher les signes d’une vie passée. »

La première image

Certains moments ressemblaient à une simulation de plus. Ce qui a tout rendu réel, c’est la première image envoyée par Perseverance. Pendant les simulations, l’image de retour montrait les ingénieurs du banc d’essai, deux pouces levés. Ce jour-là, l’image montrait Mars, et un rover posé en sécurité, pas à l’envers ni dans une position étrange.

Le système d’entrée avait un peu dépassé sa cible, vers le sud-est de l’ellipse d’atterrissage, un champ de rochers. Mais le véhicule s’est posé dans la zone plate, au milieu des rochers. Les données de la sonde Mars Reconnaissance Orbiter montrent qu’il s’est posé à moins de 5 mètres de son point visé, bien en deçà de l’objectif de 60 mètres fixé par le JPL. La navigation relative au terrain a réduit l’erreur de position d’environ 3,2 kilomètres à 40 mètres ou moins.

Elle ne regardera la vidéo complète de l’atterrissage que six mois plus tard ; jusque-là, dit-elle, c’était encore un événement trop éprouvant. Elle est surprise de la manière dont il a été perçu : à l’écran, on la voit seulement énoncer les étapes, mais ce n’était pas du tout son expérience. Elle entendait derrière chaque annonce toute une équipe.

Sources : NASA/JPL, podcast « On a Mission », « Before You Can Drive, First You Have to Fly », 2022 (le commentateur olympique, l’organigramme, « someone with a much, much higher pay grade », l’équipe dans les oreilles, le jargon à traduire, les répétitions, les deux masques, le radar à 6,6 km, le parachute et les trente secondes, « TRN Safety Bravo », « Uh oh », 30 m/s à 300 m, « Touchdown confirmed! », la première image et les pouces levés, le dépassement vers le sud-est, la vidéo six mois plus tard) ; NASA/JPL, « Season 4 Preview: Mars Rovers » (« Sky crane maneuver has started. About 20 meters off the surface ») ; Cornell Chronicle, 25 mars 2021 (moins de 5 m, objectif de 60 m, d’après Mars Reconnaissance Orbiter) ; NASA, « Impact Story: Terrain Relative Navigation », 30 septembre 2022 (de 3,2 km à 40 m). Les annonces sont traduites de l’anglais, sauf « Touchdown confirmed! », laissé tel qu’il a été prononcé.

Chapitre 5 · 2021 – 2024 Après Mars, la suite

L’atterrissage fait d’elle une figure publique. Mais Swati Mohan reste d’abord une ingénieure du guidage, qui regarde déjà vers les prochains atterrissages.

Une voix entendue partout

En mars 2021, quelques semaines après l’atterrissage, elle devient responsable du groupe d’ingénierie des systèmes de guidage, navigation et contrôle du JPL. La même année, à l’occasion du centenaire de la naissance de Gene Roddenberry, le créateur de Star Trek, elle participe à une table ronde virtuelle consacrée à la diversité et à l’inspiration, animée par son fils Rod et ouverte par l’administrateur de la NASA Bill Nelson, aux côtés de l’acteur George Takei et de l’astronaute Jonny Kim. Aux étudiants, elle répète la même chose : continuer d’essayer. « Trouvez votre passion et n’abandonnez pas », dit-elle aussi ; et, selon elle, le chemin vers la réussite commence par l’honnêteté envers soi-même.

Le prochain parking

Perseverance est le premier maillon du projet de retour d’échantillons martiens. La mission suivante, explique-t-elle, devra non seulement se poser sans encombre, mais se poser exactement là où se trouvent les échantillons : ce sera le premier atterrissage de précision sur Mars. Perseverance visait un grand parking semé d’obstacles et y a trouvé lui-même une place ; l’atterrisseur suivant devra revenir dans le même parking, mais n’aura droit qu’à une seule place. Puis il faudra lancer une fusée depuis la surface d’une autre planète, ce qui n’a jamais été fait, pour mettre les échantillons en orbite, où une troisième mission viendra les chercher et les ramener sur Terre. Et il faudra éviter la saison des tempêtes de poussière : si l’on ne voit pas le sol, la navigation par l’image ne sert à rien.

Psyche

Elle devient ensuite responsable du guidage, de la navigation et du contrôle, puis l’une des ingénieures en chef de la mission Psyche, vers l’astéroïde du même nom. Prévu pour 2022, le lancement prend du retard ; on la charge de remettre le calendrier sur les rails, un défi de direction, dit-elle. Psyche décolle le 13 octobre 2023. En avril 2024, elle est ingénieure en chef du Mars Launch System. Perseverance reste, dit-elle, la mission la plus difficile techniquement sur laquelle elle ait travaillé, et la première qu’elle ait suivie du début à la fin.

Sources : NASA Science, page « Swati Mohan » (responsable du groupe GNC depuis mars 2021 environ, « Find your passion and don’t give up », « the path to success starts with being honest to yourself ») ; NASA, « 55 Years Ago: Star Trek Final Episode Airs, Relationship with NASA Endures » (la table ronde de 2021, Rod Roddenberry, Bill Nelson, George Takei, Jonny Kim) ; Cornell Chronicle, 25 mars 2021 (« just keep trying ») ; NASA/JPL, podcast « Before You Can Drive, First You Have to Fly », 2022 (le retour d’échantillons, l’atterrissage de précision, les parkings, le lancement depuis Mars, la poussière) ; A. Dandekar, podcast, épisode 201, présentation (responsable GNC et ingénieure en chef de Psyche, lancement du 13 octobre 2023) ; Shaastra, avril 2024 (le retard de Psyche, le calendrier, le défi de direction, ingénieure en chef du Mars Launch System, la mission la plus difficile et la première suivie de bout en bout). Les paroles sont traduites de l’anglais.