Un atterrissage en toute sécurité sur Mars est un événement réel et passionnant. Ces moments d’horreur à couper le souffle et déchirants d’entrée, de descente et d’atterrissage (EDL) après plusieurs mois de vol vers la planète rouge sont vraiment effrayants.
La communauté EDL est occupée à travailler sur de nouvelles idées sur la façon d’entrer dans l’atmosphère martienne, d’appliquer les freins et de laisser tomber la charge utile. L’une des grandes et nouvelles missions est le projet Mars Sample Return de la NASA et les défis auxquels cette initiative est confrontée.
À court et à long terme, Mars pourrait recevoir une grande quantité d’équipements d’atterrissage, non seulement pour soutenir de nouvelles recherches robotiques, mais aussi pour renforcer la présence humaine dans ce monde. Mais la descente, boueuse et sûre sur Mars, reste un équilibre délicat entre habileté technique et chance durement gagnée.
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Charges utiles moins chères
« Je vois deux gros problèmes », a déclaré Zachary Putnam, professeur adjoint d’ingénierie aérospatiale à l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign. « En faisant atterrir de très gros objets à la surface pour des missions robotiques plus avancées et une exploration humaine, et en atterrissant beaucoup d’objets plus petits et moins chers à un coût relativement faible », a déclaré Putnam.
Selon Putnam, ce qui attend Mars est clair.
Putnam a ajouté que la capacité d’envoyer de nombreuses petites charges utiles à la surface martienne à moindre coût permettrait la capacité excédentaire des lanceurs utilisés pour envoyer des charges utiles plus importantes et tirer parti des capacités améliorées de la technologie des petits satellites.
« Cela nous permettrait de prendre plus de risques, car les pannes multiples ne sont pas un problème s’il y a de nombreux atterrisseurs, ce qui pourrait nous aider à améliorer toutes nos technologies d’atterrissage au fil du temps », a déclaré Putnam. « De plus, il y a la participation d’une communauté plus large et plus diversifiée de scientifiques et d’ingénieurs, comme les universités. »
le plus haut poteau de tente
Il en va de même pour Bethany Elmann, professeur de sciences planétaires au California Institute of Technology et directrice associée du Keck Institute for Space Studies à Pasadena, en Californie.
« Je pense que ce qui est intéressant, c’est que la technologie d’accès à la surface martienne suscite un nouvel intérêt de la part des entreprises et des programmes technologiques gouvernementaux », a déclaré Elmann à Space.com. « L’atterrissage sur Mars est le pilier le plus élevé pour déplacer tous les investissements dans les systèmes spatiaux commerciaux sur la Lune vers Mars, permettant des coûts inférieurs et une exploration plus fréquente de Mars. »
Elmann a déclaré qu’il était nécessaire de développer à la fois de petites et de grandes charges utiles. « Cela comprend le développement de moyens plus rentables que les grues célestes pour les petites missions scientifiques. À des tailles plus importantes, les charges utiles humaines nécessitent également des approches différentes », a-t-elle déclaré.
En septembre, six entreprises ont reçu sept contrats de la NASA pour construire des systèmes de freins à air gonflables pour l’entrée, la descente et l’atterrissage des engins spatiaux, et les missions de capture aérienne, a déclaré Elmann. Les applications potentielles de la NASA et des missions commerciales bénéficieront de cette technologie de pointe.
Vue d’artiste d’un modérateur aérodynamique gonflable hypersonique (HIAD) traversant l’atmosphère martienne. (Crédit image : NASA)
Deux fois le poids
« Aujourd’hui, tout est revenu à ce que JPL a fait au cours des 20 dernières années », a déclaré Allen Chen de JPL, responsable de l’ingénierie système et de l’intégration pour le programme Mars Sample Return (MSR). « Et cela signifie plus d’atterrissages sur Mars… et des atterrissages plus précis qu’auparavant. »
Avant les experts EDL est un élément clé de l’entreprise MSR; L’atterrisseur de récupération d’échantillons transporte une fusée Mars Ascent dirigée par la NASA et une paire d’hélicoptères martiens.
Cet atterrisseur aurait atterri près de l’emplacement de Persévérance dans le cratère Jezero, chargé des objets de collection de Mars, puis renvoyé ces pièces (et un échantillon de l’atmosphère) sur Terre pour une étude détaillée.
« L’atterrisseur de prélèvement d’échantillons pèse désormais un peu plus de deux tonnes. C’est presque le double de la masse du rover Persévérance », a déclaré Chen à Space.com. « C’est une énorme différence en termes de ce dont nous avons besoin pour arriver au sol. C’est bien plus que ce que nous avons atterri auparavant », a-t-il déclaré.
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Une illustration représentant le concept d’atterrisseur de récupération d’échantillons de la NASA. Conçu pour un atterrissage de précision, cet atterrisseur robuste sera équipé d’un véhicule Mars Ascent et de deux mini-hélicoptères. (Crédit image : NASA/JPL-Caltech)
place de parking
Le concept de grue aérienne utilisé pour les atterrissages Curiosity et Perseverance Mars n’est pas utilisé dans cette course pour l’atterrisseur de récupération d’échantillons. Au lieu de cela, le navire devrait s’auto-désactiver à l’aide de missiles rétro intégrés.
En ce qui concerne la partie précise de la mission MSR, Chen a déclaré qu’il y avait un « doublement » dans l’utilisation de la navigation relative au terrain (TRN), une capacité qui fournit une correction de position sur la carte qui peut être utilisée pour cibler avec précision un atterrissage spécifique. points à la surface de Mars, en évitant les dangers.
L’utilisation du TRN et l’ajout d’une grande quantité de propulseur à l’atterrisseur pour récupérer les échantillons permettraient à l’atterrisseur d’atterrir à moins de 60 mètres de la cible. « Nous devons mettre une voiture encore plus grande dans un certain parking … dans un certain espace de stationnement », a déclaré Chen.
De plus, un déclencheur de portée adaptative devrait fournir une auto-évaluation encore plus intelligente du moment où un atterrisseur déploie son parachute.
Et ce n’est pas tout. Le parachute de l’atterrisseur lui-même s’étend jusqu’à 80 pieds (24 mètres). « Nous voulons renforcer le parachute afin qu’il puisse supporter la charge d’un véhicule beaucoup plus gros », a déclaré Chen.
Les rovers Curiosity et Perseverance ont effectué un atterrissage en toute sécurité grâce à la technologie Sky Crane. (Crédit image : NASA/JPL-Caltech)
Bruit du stylo-fusée
Le rover Perseverance arpente déjà provisoirement le paysage pour trouver une place de parking pour atterrir. « Pour la première fois, nous pouvons tout voir sur l’atterrisseur », a déclaré Chen. « Nous saurons exactement ce qu’il y a dedans, et c’est un énorme avantage. »
L’objectif est d’atterrir à quelques centaines de mètres de l’endroit où se trouvera le rover Persévérance, ou à un endroit où le robot à roues peut facilement monter pour livrer les échantillons martiens à l’atterrisseur pour la récupération des échantillons. Des précautions seront prises pour ne pas atterrir directement à côté de Perseverance, a déclaré Chen, en raison des inquiétudes concernant le bruit créé lorsque le panache de la fusée de l’atterrisseur projette des roches et du sable à la surface.
« Compte tenu de ce que nous avons en ce moment et de la nécessité d’atterrir très précisément une énorme quantité de masse, ce que vous voyez pour nous est un grand pas, mais vraiment une évolution de ce que nous avons fait dans le passé. heureux d’avoir l’opportunité de montrer de quoi nous sommes capables », a conclu Chen.
L’entrée, la descente et l’atterrissage réussis sur Mars du rover Perseverance ont créé l’euphorie au JPL Mission Control. (Crédit image : NASA/Bill Ingalls)
Plier dans une courbe
Depuis le début des années 1990, Rob Manning, aujourd’hui ingénieur en chef au Jet Propulsion Laboratory, participe activement au développement de l’EDL sur Mars.
Quant à l’effort de MSR à venir, « je ne dirai pas que c’est un risque parce que je ne sais pas comment quantifier les risques, mais il y a beaucoup de problèmes de développement », a déclaré Manning. « J’espère que nous ne tomberons pas sur une nouvelle physique. »
En parlant de MSR, Manning a déclaré que l’EDL avait un « pli dans la courbe ».
« Sussonic Retro Propulsion est un tout nouveau jeu », a déclaré Manning. Supersonic Brake Engine, abrégé en SRP, est une méthode de ralentissement d’un véhicule utilisant des fusées de freinage en mode supersonique.
« Je pense qu’un grand pas dans l’avenir consiste à essayer SRP sur Mars et à le faire fonctionner. Je pense que cela va fonctionner. Tout le monde s’accorde à dire que ça peut marcher. », a déclaré Manning.
Phénomène complexe
Le travail de SRP au JPL a bénéficié de collaborations avec SpaceX et Elon Musk, le PDG de la société. « Ils nous ont permis de contrôler la qualité de leurs lanceurs de retour, qui volent exactement dans la bonne zone », a déclaré Manning, notant un phénomène complexe tel que l’interaction du panache de la fusée avec le sillage supersonique qui se crée autour du lanceur de retour.
« C’est tellement difficile de le comprendre avec des calculs… très difficile à analyser », a déclaré Manning.
La communauté EDL a beaucoup de travail à faire en termes de nouvelles recherches, de nouveaux savoir-faire et d’équipements pour démontrer de nouvelles possibilités.
« Surtout la poussée de MSR, l’atterrisseur de récupération d’échantillons correspond exactement entre où nous allons avec le grand système d’atterrissage et où nous allons après cela, à l’échelle humaine », a déclaré Manning.
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