5 mai 2021 09:19:44 IST
Pour les premiers mois de 2021, l’ambiance martienne était en effervescence avec nouveaux visiteurs de la Terre. Tout d’abord, il s’agissait de la sonde Hope de l’Agence spatiale des Émirats arabes unis, suivie de la Le chinois Tianwen-1 entre en orbite.
Plus récemment, la NASA a débarqué le plus gros rover jamais vu sur Mars et son compagnon, un hélicoptère ingénieux, qui ont tous deux posé de nouveaux jalons depuis.
Le prochain visiteur de la planète sera l’atterrisseur de la mission Tianwen-1, qui tentera d’atteindre la surface de Mars à la mi-mai. Pour entrer dans l’atmosphère martienne, il utilisera une technique légèrement différente des missions précédentes.
Impression d’artiste de la mission Tianwen-1 qui est une combinaison d’orbiteur, d’atterrisseur et de rover. Image: CNSA
Atterrir sur Mars est notoirement dangereux – plus de missions ont échoué que réussi. Un atterrissage réussi sur Mars nécessite d’entrer dans l’atmosphère à des vitesses très élevées, puis de ralentir le vaisseau spatial dans le bon sens à l’approche de son emplacement d’atterrissage.
Cette phase de la mission, appelée entrée-descente-atterrissage, est la plus critique. Les missions précédentes ont utilisé plusieurs façons différentes d’entrer dans l’atmosphère martienne.
Le perfectionnement de l’entrée dans l’atmosphère de Mars a été aidé par l’expérience du retour des vaisseaux spatiaux sur Terre. La Terre peut avoir une atmosphère sensiblement différente de celle de Mars, mais les principes restent les mêmes.
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Un vaisseau spatial en orbite autour d’une planète se déplacera très rapidement pour rester lié à cette orbite. Mais si le vaisseau spatial pénétrait dans une atmosphère à une vitesse aussi élevée, même aussi mince que celle de Mars, il brûlerait. Tout ce qui entre dans l’atmosphère doit être considérablement ralenti et se débarrasser de la chaleur générée lors de ce bref voyage. Il y a plusieurs façons de procéder.
Les engins spatiaux sont protégés de la chaleur générée lors de l’entrée atmosphérique à l’aide de boucliers thermiques. Diverses missions dans le passé ont utilisé des techniques telles que l’absorption de chaleur, un revêtement isolant, la réflexion de la chaleur dans l’atmosphère ou par ablation – brûler le matériau du bouclier.
Des missions Apollo des années 60 aux plus récent Dragon de SpaceX, ces techniques ont été utilisées avec succès et fonctionnent très bien pour la Terre. Mais en ce qui concerne Mars, les ingénieurs doivent prendre des mesures supplémentaires.
Atterrir sur Mars
Les orbiteurs sont conçus pour surveiller la surface d’une planète depuis l’orbite et servent de relais de communication. À l’approche d’une planète, le vaisseau spatial est généralement dirigé le long d’orbites elliptiques successivement plus petites, ralentissant à chaque fois, jusqu’à ce qu’il atteigne son orbite cible. Cette technique peut également être utilisée pour abaisser l’orbite d’un vaisseau spatial avant l’entrée atmosphérique d’un atterrisseur.
L’ensemble de la manœuvre se déroule sur quelques mois et ne nécessite aucun équipement supplémentaire – un moyen efficace d’économiser du carburant. Puisqu’il utilise la haute atmosphère de la planète pour appliquer des freins, on l’appelle aérobraquage. L’aérobraking a été utilisé pour diverses missions sur Mars, y compris Orbiteur de gaz traces ExoMars et le Orbiter de reconnaissance de Mars.
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L’aérofreinage peut ralentir considérablement le vaisseau spatial, mais pour les missions avec des rovers à atterrir, cela devient plus compliqué. Sur Mars, la densité atmosphérique ne représente qu’un pour cent de la Terre et il n’y a pas d’océans dans lesquels le vaisseau spatial puisse éclabousser en toute sécurité. La forme émoussée du vaisseau spatial à elle seule ne suffit pas à réduire la vitesse.
Auparavant, les missions réussies utilisaient des mesures supplémentaires. Le vaisseau spatial Mars Pathfinder a utilisé des parachutes pour décélérer tout en s’appuyant sur un système d’airbag unique qui est entré en action dans les dernières secondes pour absorber le choc à l’atterrissage. Les rovers Spirit et Opportunity ont atterri avec succès sur Mars avec la même technique.
Quelques années plus tard, Rover de curiosité utilisé un nouveau système d’atterrissage. Dans les dernières secondes, des roquettes ont été tirées, permettant au vaisseau spatial de planer pendant qu’une attache – une grue céleste – abaissait le rover sur la surface poussiéreuse de Mars. Ce nouveau système a démontré la livraison de ahcharge utile lourde vers Mars et a ouvert la voie à de plus grandes missions.
Plus récemment, le rover Perseverance, qui a atterri au début de 2021, a utilisé la grue céleste fiable ainsi que deux technologies plus avancées. Ces nouvelles fonctionnalités qui a utilisé des images en direct prises à partir de ses caméras a permis un atterrissage plus précis, plus fiable et plus sûr.
Zhurong: le ‘dieu du feu’
L’atterrissage du rover chinois Tianwen-1 est la prochaine mission sur Mars. La mission ambitieuse comprend des éléments en orbite, en atterrissage et en itinérance – la première mission à inclure les trois lors de sa première tentative. Il fait déjà le tour de la planète rouge depuis qu’il est entré sur l’orbite de Mars le 24 février et tentera d’atterrir son rover Zhurong – qui signifie «dieu du feu» – à la mi-mai.
En taille, Zhurong se situe entre l’Esprit et la Persévérance et il porte six équipements scientifiques. Après l’atterrissage, Zhurong examinera les environs pour étudier le sol, la géomorphologie et l’atmosphère martiens, et recherchera des signes de glace d’eau souterraine.
Traditionnellement, les autorités chinoises ne révèlent pas beaucoup d’informations avant l’événement. Cependant, sur la base d’une première aperçu de la mission par certains chercheurs chinois, nous connaissons la séquence d’atterrissage que l’engin spatial tentera de suivre.
Le 17 mai, Zhurong – protégé par un aérosol (une coque de protection entourant le vaisseau spatial qui comprend le bouclier thermique) – entrera dans l’atmosphère à une vitesse de quatre km / s. Quand il ralentira suffisamment, les parachutes seront déployés. Dans la dernière phase de la séquence, des fusées avec des moteurs à poussée variable seront utilisées pour une décélération supplémentaire.
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Contrairement à son homologue américain, Tianwen-1 utilisera deux technologies fiables: un télémètre laser pour déterminer sa position par rapport au terrain martien et un capteur micro-ondes pour déterminer sa vitesse avec plus de précision. Ceux-ci seront utilisés pour la correction de la navigation pendant sa phase de descente parachutée. Pendant la phase de descente motorisée à la fin, les optiques et Imagerie du lidar aidera à la détection des dangers.
Juste avant le toucher des roues, une séquence automatique d’évitement d’obstacles commencera pour un atterrissage en douceur. Si la mission réussit, la Chine sera le premier pays à poser un rover sur Mars lors de sa première tentative. Quelques jours plus tard, Zhurong sera prêt à explorer la surface.
Deep Bandivadekar, doctorant, Université de Strathclyde
Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lisez l’article original.
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