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Comment l’hélicoptère Ingenuity de la NASA a-t-il effectué son premier vol sur une autre planète?

Imaginez que vous pilotez un modèle d’hélicoptère ou un drone. Vous êtes là avec les contrôles automatiques. Vous les allumez. Les rotors commencent à tourner, augmentant progressivement leur rotation. Vous regardez, puis poussez la commande pour l’ascenseur. Votre hélicoptère se lève, plane, puis au prochain ordre avance. Oups, il n’est pas allé assez haut. Vous déplacez rapidement le joystick et le drone se lève pour voler au-dessus de l’obstacle. Enfin, il est dans les airs, se déplaçant à grande vitesse au-dessus des dunes de sable, des collines et des vallées – renvoyant des images au fur et à mesure que le paysage se déroule.

Crédit d'image: Twitter @NASA

La caméra de l’hélicoptère Ingenuity a capturé une image de sa propre ombre alors qu’elle planait au-dessus de la surface. Crédit d’image: Twitter @NASA

Imaginez maintenant que vous pilotez votre drone sur une planète distante de 180 millions de kilomètres. Il faut 20 minutes pour que votre commande atteigne la planète – et les images que vous voyez de ce qui se passe ont 20 minutes. Vous ne pouvez pas prendre d’action évasive ou corrective en cas de problème. Si cela tournait mal, il serait trop tard. C’est le type de situation que les ingénieurs de la Nasa ne souhaitaient pas vivre lors du vol inaugural du Ihélicoptère ngenuity sur Mars le 19 avril.

Et heureusement ils ne l’ont pas fait. Le vol avait déjà été reporté en raison de problèmes logiciels. Compte tenu du problème du délai entre Mars et la Terre, toutes les commandes pour faire fonctionner Ingenuity devaient être envoyées à l’avance – et les ingénieurs devaient donc être certains que leurs séquences de commandes étaient sans erreur.

Toute la planification et les calculs ont porté leurs fruits. Juste après midi BST, un ingénieur de la Nasa a annoncé au contrôle de mission que «tous les ensembles de données sont nominaux». Ceci, bien sûr, est un discours spatial pour: « Nous sommes incroyablement heureux, tout s’est bien passé. » Quelques minutes plus tard, nous avons vu les données – un graphique plutôt peu prévenant. Mais il suffisait aux ingénieurs du contrôle de mission d’applaudir et de se réjouir.

Puis sont venues les images – le premier de la caméra d’Ingenuity, une image de sa propre ombre alors qu’elle planait au-dessus de la surface. Assez incroyable – mais nous avons déjà vu des ombres de vaisseaux spatiaux. Ensuite, la vidéo – qui était, pour moi, absolument époustouflante. Pris par le Rover de persévérance, il montrait le vol complet de son compagnon de voyage, du décollage à l’atterrissage. C’est un film du premier vol motorisé sur une autre planète, pris par un robot sur une autre. C’était presque trop intelligent – cela ressemblait à certaines des animations que la Nasa est si douée pour produire. Mais c’était réel. Et c’était génial.

Le premier vol sur Mars n’était pas aussi aventureux qu’on pourrait l’imaginer – pas de planer à travers le paysage désolé en prenant des images de cratères et de dunes de sable. L’ingéniosité s’est élevée à environ trois mètres au-dessus du sol avant d’atterrir à nouveau. Il a été dans les airs pendant environ 40 secondes au total. Mais ces 40 secondes ont un niveau d’importance similaire à celui du premier vol motorisé réussi sur Terre – qui n’a duré que 12 secondes environ. Certes, ce vol par Les frères Wright s’est déplacé vers l’avant d’environ 40 mètres – mais était à une hauteur similaire au sol comme l’était Ingenuity.

Merveilles d’ingénierie

Quelle est l’importance du vol inaugural d’Ingenuity? Par-dessus tout, c’est une prouesse technologique et technique. Vol nécessite un ascenseur – il existe une relation bien connue entre le poids d’un aéronef et la différence de pression atmosphérique entre ses surfaces supérieure et inférieure qui assure cette portance. Les pales rotatives d’un hélicoptère fournissent la portance requise – plus les pales tournent vite, plus la portance est générée. Sur Terre, avec une pression atmosphérique moyenne de 1000 millibars, une pale d’hélicoptère tourne à une vitesse comprise entre 400 et 500 tours par minute.

L'hélicoptère Ingenuity Mars de la NASA a pris cette photo en survolant la surface martienne le 19 avril 2021, lors de la première instance de vol motorisé et contrôlé sur une autre planète.  Crédit d'image: NASA

L’hélicoptère Ingenuity Mars de la NASA a pris cette photo en survolant la surface martienne le 19 avril 2021, lors de la première instance de vol motorisé et contrôlé sur une autre planète. Crédit d’image: NASA

La gravité réduite de Mars (environ un tiers de celle de la Terre) a contribué à compenser l’effet de la pression atmosphérique beaucoup plus basse (environ six millibars). Mais même ainsi, les pales d’Ingenuity devaient tourner environ 2400 fois par minute pour fournir la portance requise pour l’engin de deux kilos. Le simple fait d’atteindre une vitesse de rotation aussi rapide pour les deux pales d’un mètre de long était une avancée significative dans la technologie de propulsion.

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Le vol est également le signe avant-coureur des choses à venir: la Nasa a prévu plusieurs autres vols de plus en plus complexe au cours des deux prochaines semaines. Les progrès doivent être prudents – de nouveaux dangers apparaîtront au fur et à mesure que l’hélicoptère se déplacera – lorsque la vitesse et la direction du vent rejoignent la pression atmosphérique en tant que problèmes à résoudre.

Ingenuity n’a pas les pales du rotor arrière d’un hélicoptère conventionnel pour «diriger» – et, comme mentionné, les commandes ne peuvent pas être données en temps réel. Chaque vol sera aussi mordant que le premier – et chacun offrira de nouvelles vues sur l’environnement local de Cratère Jezero, où il se trouve. Bien que ces images soient limitées, elles aideront toujours Perseverance à se forger une meilleure image de ses environs.

Aucune des deux missions à venir sur Mars, ExoMars 2022 et un exemple de mission de retour, prévu par la Nasa et l’Esa, ont actuellement des hélicoptères à bord.

La mission de retour d’échantillons, dont le lancement est prévu en 2026, dispose d’un rover conçu pour prélever les tubes d’échantillons que Perseverance va collecter. Imaginez que le rover fetch soit accompagné d’un hélicoptère pour s’assurer qu’il emprunte l’itinéraire le plus sûr et le plus efficace de son site d’atterrissage à la cache de tubes, puis au véhicule qui transportera les échantillons de la surface de Mars en orbite. Cela peut sembler de la science-fiction – mais cela devient de plus en plus réalisable de jour en jour.

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Ingéniosité apparemment portée à bord un petit morceau de toile de l’avion des frères Wright, le Wright Flyer. C’était, clairement, un excellent gage de succès pour le petit vaisseau spatial. Les vols à la surface de Mars ne seront probablement jamais aussi courants que les vols à travers la Terre – mais ils se produiront. Peut-être que ce premier vol n’était pas un petit pas ou un pas de géant – mais c’était certainement une montée en puissance des pales de rotor dans l’histoire.La conversation

Monica Grady, Professeur de sciences planétaires et spatiales, The Open University

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lisez l’article original.

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