L’hélicoptère Mars Ingenuity de la NASA se prépare pour son premier vol

Désormais dégagé de son bouclier protecteur en fibre de carbone, l’hélicoptère est en train de se préparer pour ses prochaines étapes.

La NASA vise au plus tôt le 8 avril l’hélicoptère Ingenuity Mars pour effectuer la première tentative de vol motorisé et contrôlé d’un avion sur une autre planète. Cependant, avant que le giravion de 4 livres (1,8 kilogramme) ne puisse tenter son premier vol, lui-même et son équipe doivent franchir une série d’étapes décourageantes.

L’ingéniosité reste attachée au ventre du rover Perseverance de la NASA, qui a atterri sur Mars le 18 février. Le 21 mars, le rover a déployé le bouclier de débris composite en graphite en forme d’étui de guitare qui protégeait Ingenuity lors de l’atterrissage. Le rover est actuellement en transit vers «l’aérodrome» où Ingenuity tentera de voler. Une fois déployée, Ingenuity disposera de 30 jours martiens, ou sols, (31 jours terrestres) pour mener sa campagne de vols d’essai.

«Lorsque le rover Sojourner de la NASA a atterri sur Mars en 1997, cela a prouvé qu’il était possible de parcourir la planète rouge et a complètement redéfini notre approche de la façon dont nous explorons Mars. De même, nous voulons en savoir plus sur le potentiel d’Ingenuity pour l’avenir de la recherche scientifique». a déclaré Lori Glaze, directrice de la Division des sciences planétaires au siège de la NASA. «Bien nommée, Ingenuity est une démonstration technologique qui vise à être le premier vol propulsé sur un autre monde et, en cas de succès, pourrait élargir davantage nos horizons et élargir la portée de ce qui est possible avec l’exploration de Mars.»

Voler de manière contrôlée sur Mars est bien plus difficile que de voler sur Terre. La planète rouge a une gravité significative (environ un tiers de celle de la Terre), mais son atmosphère n’est qu’à 1% aussi dense que celle de la Terre à la surface. Pendant la journée martienne, la surface de la planète ne reçoit qu’environ la moitié de la quantité d’énergie solaire qui atteint la Terre pendant sa journée, et les températures nocturnes peuvent chuter aussi bas que moins 130 degrés Fahrenheit (moins 90 degrés Celsius), ce qui peut geler et fissurer des composants électriques non protégés. .

Pour s’adapter aux logements disponibles fournis par le rover Perseverance, l’hélicoptère Ingenuity doit être petit. Pour voler dans l’environnement de Mars, il doit être léger. Pour survivre aux nuits glaciales martiennes, il doit disposer de suffisamment d’énergie pour alimenter les radiateurs internes. Le système – de la performance de ses rotors dans l’air raréfié à ses panneaux solaires, radiateurs électriques et autres composants – a été testé et retesté dans les chambres à vide et les laboratoires d’essai du Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud.

«Chaque pas que nous avons fait depuis le début de ce voyage il y a six ans est un territoire inconnu de l’histoire des aéronefs», a déclaré Bob Balaram, ingénieur en chef de Mars Helicopter au JPL. « Et bien que se déployer à la surface sera un grand défi, survivre à cette première nuit sur Mars seul, sans que le rover le protège et le maintienne sous tension, sera encore plus grand. »

Déploiement de l’hélicoptère

Avant qu’Ingenuity ne prenne son premier vol sur Mars, elle doit être carrément au milieu de son aérodrome – un ensemble immobilier martien de 33 pieds sur 33 pieds (10 mètres sur 10) choisi pour sa planéité et son absence d’obstacles. . Une fois que les équipes d’hélicoptères et de rover ont confirmé que Perseverance est situé exactement là où ils le souhaitent à l’intérieur de l’aérodrome, le processus élaboré de déploiement de l’hélicoptère à la surface de Mars commence.

« Comme pour tout ce qui concerne l’hélicoptère, ce type de déploiement n’a jamais été fait auparavant », a déclaré Farah Alibay, responsable de l’intégration de Mars Helicopter pour le rover Perseverance. « Une fois que nous avons commencé le déploiement, il n’y a pas de retour en arrière. Toutes les activités sont étroitement coordonnées, irréversibles et dépendent les unes des autres. S’il y a même un indice que quelque chose ne se passe pas comme prévu, nous pouvons décider d’attendre pour un sol ou plus jusqu’à ce que nous ayons une meilleure idée de ce qui se passe. « 

Le processus de déploiement de l’hélicoptère prendra environ six sols (six jours, quatre heures sur Terre). Au premier sol, l’équipe sur Terre activera un dispositif de rupture de verrou, libérant un mécanisme de verrouillage qui a aidé à maintenir fermement l’hélicoptère contre le ventre du rover pendant le lancement et l’atterrissage sur Mars. Le sol suivant, ils déclencheront un dispositif pyrotechnique coupant les câbles, permettant au bras mécanisé qui détient Ingenuity de commencer à faire tourner l’hélicoptère hors de sa position horizontale. C’est également à ce moment que le giravion étendra deux de ses quatre pattes d’atterrissage.

Au cours du troisième sol de la séquence de déploiement, un petit moteur électrique terminera de faire tourner Ingenuity jusqu’à ce qu’il se verrouille, ce qui amènera l’hélicoptère complètement à la verticale. Au cours du quatrième sol, les deux dernières jambes d’atterrissage se mettront en place. Sur chacun de ces quatre sols, l’imageur WATSON (Wide Angle Topographic Sensor for Operations and eNgineering) prendra des photos de confirmation d’Ingenuity au fur et à mesure qu’il se déploie progressivement dans sa configuration de vol. Dans sa position finale, l’hélicoptère sera suspendu suspendu à environ 5 pouces (13 centimètres) au-dessus de la surface martienne. À ce stade, un seul boulon et quelques dizaines de minuscules contacts électriques relieront l’hélicoptère à Perseverance. Au cinquième sol de déploiement, l’équipe profitera de la dernière opportunité pour utiliser Perseverance comme source d’alimentation et charger les six cellules de batterie d’Ingenuity.

«Une fois que nous avons coupé le cordon avec Persévérance et laissé tomber ces 5 derniers pouces à la surface, nous voulons que notre grand ami s’en aille le plus rapidement possible afin que nous puissions obtenir les rayons du soleil sur notre panneau solaire et commencer à recharger nos batteries», a déclaré Balaram.

Lors du sixième et dernier sol planifié de cette phase de déploiement, l’équipe devra confirmer trois choses: que les quatre pattes d’Ingenuity sont fermement à la surface du cratère Jezero, que le rover a effectivement parcouru environ 16 pieds (environ 5 mètres). loin, et que l’hélicoptère et le rover communiquent via leurs radios embarquées. Ce jalon déclenche également l’horloge de 30 sol pendant laquelle tous les contrôles avant le vol et les tests en vol doivent avoir lieu.

« Ingenuity est un test en vol d’ingénierie expérimentale – nous voulons voir si nous pouvons voler sur Mars », a déclaré MiMi Aung, chef de projet pour Ingenuity Mars Helicopter au JPL. « Il n’y a pas d’instruments scientifiques à bord et aucun objectif pour obtenir des informations scientifiques. Nous sommes convaincus que toutes les données d’ingénierie que nous voulons obtenir à la fois à la surface de Mars et en altitude peuvent être réalisées dans cette fenêtre de 30 sol. »

Comme pour le déploiement, les équipes d’hélicoptères et de rover aborderont méthodiquement le prochain test en vol. Si l’équipe manque ou a des questions sur une étape importante avant le vol, elle peut prendre un ou plusieurs sols pour mieux comprendre le problème. Si l’hélicoptère survit à la première nuit de la période de séquence à la surface de Mars, cependant, l’équipe passera les prochains sols à faire tout son possible pour assurer un vol réussi, y compris en agitant les pales du rotor et en vérifiant les performances de l’unité de mesure inertielle. , ainsi que de tester l’ensemble du système de rotor lors d’une rotation jusqu’à 2537 tr / min (tandis que le train d’atterrissage d’Ingenuity reste fermement en surface).

Le premier test en vol sur Mars

Une fois que l’équipe est prête à tenter le premier vol, Perseverance recevra et transmettra à Ingenuity les instructions de vol finales des contrôleurs de mission du JPL. Plusieurs facteurs détermineront l’heure précise du vol, y compris la modélisation des modèles de vent locaux ainsi que les mesures prises par l’analyseur de dynamique environnementale de Mars (MEDA) à bord de Perseverance. Ingenuity fera tourner ses rotors à 2 537 tr / min et, si tous les autocontrôles finaux semblent bons, décoller. Après avoir grimpé à une vitesse d’environ 3 pieds par seconde (1 mètre par seconde), l’hélicoptère volera à 10 pieds (3 mètres) au-dessus de la surface pendant 30 secondes maximum. Ensuite, l’hélicoptère de Mars descendra et se posera sur la surface martienne.

Plusieurs heures après le premier vol, Perseverance reliera le premier ensemble de données d’ingénierie d’Ingenuity et, éventuellement, des images et des vidéos provenant des caméras de navigation du rover et de Mastcam-Z. À partir des données descendantes le premier soir après le vol, l’équipe d’hélicoptères de Mars s’attend à être en mesure de déterminer si leur première tentative de vol sur Mars a été un succès.

Au sol suivant, toutes les données techniques restantes collectées pendant le vol, ainsi que certaines images en noir et blanc à basse résolution de la propre caméra de navigation de l’hélicoptère, pourraient être reliées au JPL. Troisième sol de cette phase, les deux images prises par la caméra couleur haute résolution de l’hélicoptère devraient arriver. L’équipe de Mars Helicopter utilisera toutes les informations disponibles pour déterminer quand et comment aller de l’avant avec leur prochain test.

« Mars est dur », a déclaré Aung. « Notre plan est de travailler tout ce que la planète rouge nous lance de la même manière que nous avons géré tous les défis auxquels nous avons été confrontés au cours des six dernières années – ensemble, avec ténacité, beaucoup de travail acharné et un peu d’ingéniosité. »

Un morceau d’histoire

Alors qu’Ingenuity tentera le premier vol motorisé et contrôlé sur une autre planète, le premier vol motorisé et contrôlé sur Terre eut lieu le 17 décembre 1903, sur les dunes balayées par le vent de Kill Devil Hill, près de Kitty Hawk, en Caroline du Nord. Orville et Wright ont parcouru 120 pieds en 12 secondes lors du premier vol. Les frères Wright ont effectué quatre vols ce jour-là, chacun plus long que le précédent.

Une petite quantité du matériel qui recouvrait l’une des ailes de l’avion des frères Wright, connu sous le nom de Flyer, lors du premier vol, se trouve maintenant à bord d’Ingenuity. Un ruban isolant a été utilisé pour enrouler le petit échantillon de tissu autour d’un câble situé sous le panneau solaire de l’hélicoptère. Les Wrights ont utilisé le même type de matériau – une mousseline non blanchie appelée « Pride of the West » – pour couvrir leur planeur et les ailes de leur avion à partir de 1901. L’équipage d’Apollo 11 a fait voler un morceau différent du matériau, avec un petit éclat de bois du Wright Flyer, à la lune et retour lors de leur mission emblématique en juillet 1969.

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