Détermination des paramètres de rotation de Mars à partir de mesures de poursuite Doppler : Théorie et Simulations

L'expérience NEIGE (NEtlander Ionosphere and Geodesy Experiment) permettra d'obtenir des informations sur la structure interne de la planète Mars ainsi que sur son atmosphère grâce à l'observation de ses paramètres de rotation (précession, nutation, longueur du jour, mouvement du pôle). Pour quantifier la précision sur ces paramètres grâce à NEIGE, une formulation analytique de l'observable Doppler entre les landers et un orbiteur a été développée, basée sur une orbite Keplerienne précessante sous l'effet de l'aplatissement de la planète et sur un développement au premier ordre en série de Taylor par rapport aux petits paramètres caractérisant les variations de l'orientation de Mars. Cette formulation permet de comprendre simplement le jeu relatif des différents paramètres et permet également de modéliser leurs corrélations. Dans les conditions nominales de l'expérience, les paramètres liés au mouvement du pôle et aux variations saisonnières de l'angle de rotation sont retrouvés avec une précision meilleure que 3 milli-secondes d'arcs. L'incertitude sur le taux de précession ainsi que sur les paramètres liés à l'exitence d'un possible noyau liquide visible dans l'observable Doppler grâce à une amplification (résonance) des nutations, a également été étudiée. Nous montrons qu'à partir des mesures NEIGE, il sera possible de déduire des informations sur la structure interne de Mars, comme l'état liquide ou solide du noyau, son moment d'inertie et son aplatissement. D'autres paramètres ont été pris en compte dans notre étude, notamment les positions des landers, les éléments orbitaux du satellite et les amplitudes des variations du terme d'aplatissement. La modélisation utilisée permet de tester différentes configurations de mission comme le changement d'orbites, de position et nombre de landers ou l'influence du bruit de mesures, afin d'identifier les conditions minimisant les incertitudes sur les paramètres de rotation. Les incertitudes obtenues grâce aux simulations numériques réalisées avec un logiciel d'orbitographie développé par le CNES et celles obtenues par la méthode analytique sont cohérentes. En comparant ces résultats avec ceux des observables Range et Doppler lander-Terre (représentant les mesures réalisées pendant les missions Viking et Pathfinder), on remarque que l'observable Dopple lander-orbiteur est plus efficace pour détecter de petits mouvements en surface grâce à l'effet amplificateur du Doppler quand la distance entre l'observateur et le lander est petite.