Ingenuity sur Mars : la Nasa se prépare à une première dans l’histoire de l’exploration spatiale

Le premier vol d’Ingenuity est prévu à partir du 8 avril. Accroché sous le ventre du rover Perseverance, ce giravion, drone-hélicoptère ou Marscoptère, est actuellement en transit, vers  l’« aérodrome » d’où il tentera de décoller. Cette parcelle de 10 mètres sur 10 mètres a été choisie pour sa planéité et son absence d’obstacles. Comme le rappelle la Nasa, ce sera la première tentative d’un vol motorisé et contrôlé d’un engin volant sur une planète autre que la Terre. En attendant ce vol historique, sa préparation est tout de même assez complexe. Comme le détaille l’équipe du projet dans un communiqué de presse, plusieurs étapes sont à franchir étroitement coordonnées, irréversibles et dépendantes les unes des autres, avant ce vol.

Le processus de déploiement du Marscoptère prendra environ six sols (six jours et quatre heures terrestres). Ingenuity sera posé au sol le cinquième sol. Lors du sixième et dernier sol de cette phase de déploiement, l’équipe devra confirmer trois choses : que les quatre jambes d’Ingenuity sont fermement posées à la surface, que le rover se soit positionné à une distance de sécurité d’au moins cinq mètres et que Perseverance et Ingenuity communiquent ensemble via leur radio de bord. C’est à partir de ce moment que débutera la période de 30 sols martiens (31 jours terrestres), au cours de laquelle toutes les vérifications de pré-vol et tous les vols d’essai auront lieu.

Avant son premier vol, Ingenuity fera fonctionner ses rotors à 2.537 tr/min et réalisera un check-up complet de ses systèmes. Si aucune anomalie n’est détectée, il décollera. Après avoir grimpé à une vitesse d’environ un mètre par seconde, le Marscoptère planera à environ trois mètres au-dessus de la surface pendant 30 secondes. Lors de son vol, il devrait réaliser quelques « figures de style », comme rester en vol stationnaire et tourner sur lui-même avant de retourner se poser au sol.

Une première mission déjà programmée

En raison de l’éloignement de la Terre à Mars, plusieurs minutes sont nécessaires pour communiquer entre les deux planètes. De ce fait, il n’est pas possible de piloter l’hélicoptère en temps réel. Il sera autonome avec une capacité limitée à interpréter des consignes reçues depuis la Terre quand il sera au sol. En vol, il se débrouillera par ses propres moyens et réalisera sa mission en suivant un plan de vol enregistré dans sa mémoire interne.

« Lorsque le rover Sojourner s’est posé sur Mars en 1997, il a prouvé que le fait de parcourir la Planète rouge était possible et a complètement redéfini notre approche de la façon dont nous explorons Mars. De la même manière, nous voulons en savoir plus sur le potentiel d’Ingenuity pour l’avenir de l’exploration robotique et scientifique », détaille Lori Glaze, directrice de la Division des sciences planétaires au siège de la Nasa.

Si Ingenuity réussit à décoller et à planer lors de ce premier vol, plus de 90 % des objectifs du projet auront été atteints. Suivront d’autres vols plus audacieux avec des durées maximales de plus ou moins trois minutes, à une altitude comprise entre trois et cinq mètres, avec une distance parcourue d’une cinquantaine de mètres. Ingenuity n’embarquant pas d’instruments scientifiques à son bord, il n’a donc pas d’objectifs scientifiques. Il dispose seulement de deux caméras pour photographier le sol à la verticale et vers l’avant. Cependant, les données acquises par les caméras seront utilisées pour tester l’intérêt du recours à des vols de reconnaissance optique et démontrer la faisabilité d’exploiter et d’utiliser un hélicoptère autonome sur Mars.

L’expérience acquise et les données recueillies permettront de déterminer si l’envoi d’un hélicoptère plus grand sur Mars peut être envisagé. La complémentarité d’un drone et d’un rover ne fait aucun doute avec des possibilités d’utilisation nombreuses. On pense à des vols de reconnaissance qui aideront les rovers à tracer leur chemin, explorer certaines zones d’intérêt difficiles d’accès aux rovers ou déployer des instruments sur des terrains auxquels on ne peut accéder que par voie aérienne. En prévision des futures missions habitées, les possibilités d’utilisation sont également très variées.

Le drone-hélicoptère, attaché sur le ventre de Perseverance, a atterri en bon état

Article de Rémy Decourt publié le 25/02/2021

Avec la mission Perseverance, l’exploration de la planète Mars se fera également par les airs. En effet, aux sept instruments scientifiques à bord du rover de la Nasa s’ajoute le drone Ingenuity. Ce petit hélicoptère expérimental doit démontrer l’utilité et l’intérêt de disposer d’un véhicule aérien en complément d’un rover ou d’un lander, avec à la clé de probables futurs projets aériens plus ambitieux.

Pour la première fois, la Nasa a envoyé sur Mars un drone-hélicoptère. L’engin motorisé, baptisé Ingenuity, a rejoint la planète Rouge, accroché sur le ventre du rover Perseverance. Les premières données retournées sur Terre indiquent que le drone se porte bien. Des données reçues rapidement après l’atterrissage car le JPL voulait s’assurer de l’état de charge des batteries du drone et du bon fonctionnement du système qui gère le chauffage de ses composants électroniques. Comme le souligne la Nasa, le succès de la mission de l’hélicoptère en dépend. L’un ne va pas sans l’autre. Il faut qu’Ingenuity ait suffisamment d’énergie stockée à son bord pour maintenir son système de chauffage et sa batterie en bon état. Les batteries seront progressivement chargées un peu plus chaque jour.

Le drone restera attaché sous le ventre du rover pendant de 30 à 60 jours. Avant de le poser au sol, les équipes du projet chercheront un site propice, idéalement une zone de 10 mètres sur 10 mètres à partir de laquelle Ingenuity décollera et reviendra se poser. Le drone disposera alors d’une fenêtre d’opération de 30 sols pour réaliser ses vols de démonstration. Pour son premier vol, Ingenuity devra décoller de quelques centimètres au-dessus du sol, rester dans les airs 20 à 30 secondes et atterrir. S’il réussit à décoller et à planer lors de ce premier vol, plus de 90 % des objectifs du projet auront été atteints. Suivront d’autres vols plus audacieux avec des durées maximales de plus ou moins trois minutes, à une altitude comprise entre trois et cinq mètres, avec une distance parcourue d’une cinquantaine de mètres.

Cinq vols de démonstration

Jusqu’à quatre vols supplémentaires pourraient être tentés, chacun s’appuyant sur le succès du précédent pour augmenter les objectifs en temps de vol et en distance franchie. Comme le souligne MiMi Aung, la chef de projet de l’hélicoptère Ingenuity au JPL, « quasiment chaque étape d’ici à la fin de notre programme de démonstration en vol sera une première, et chacune de ces étapes doit réussir pour que nous passions à la suivante ».

Chaque vol sera conçu pour tester l’intérêt du recours à des vols de reconnaissance optique et démontrer la faisabilité d’exploiter et d’utiliser un hélicoptère autonome sur Mars. L’expérience acquise et les données recueillies permettront de déterminer si l’envoi d’un hélicoptère plus grand sur Mars peut être envisagé. La complémentarité d’un drone et d’un rover ne fait aucun doute avec des possibilités d’utilisation nombreuses. On pense à des vols de reconnaissance qui aideront les rovers à tracer leur chemin, explorer certaines zones d’intérêt difficiles d’accès aux rovers ou déployer des instruments sur des terrains auxquels on ne peut accéder que par voie aérienne. En prévision des futures missions habitées, les possibilités d’utilisation sont également très variées.

Pour le moment, la Nasa n’a pas d’autres projets d’hélicoptères ou de drones martiens. Avec l’ESA elle se focalise sur la mission de retour d’échantillons martiens qui va l’occuper jusqu’au début de la décennie 2030.

Mars 2020 : le drone-hélicoptère de la Nasa prêt à voler sur la Planète rouge

Article de Rémy Decourt publié le 07/04/2019

Le très petit hélicoptère de la Nasa qui volera sur Mars en 2021 est prêt. La Nasa a annoncé la fin de sa construction et la réussite de ses vols d’essais dans une chambre à vide simulant l’atmosphère martienne.

La Nasa vient de confirmer que son hélicoptère martien était prêt après avoir simulé des vols martiens pour s’assurer que l’hélicoptère pourra voler sur Mars. Pour tester son appareil, le JPL et la Nasa ont dû recréer sur Terre les conditions atmosphériques de la Planète rouge. Et cela n’a pas été une mince affaire car il est très difficile de simuler l’atmosphère martienne.

Il faut savoir que cette dernière est à seulement 1 % de la densité de l’atmosphère terrestre de sorte que, pour obtenir une telle densité atmosphérique, similaire ici sur Terre, il faut se situer à 30.480 mètres d’altitude ! Pour simuler ces conditions martiennes, le JPL et la Nasa ont donc créé une chambre à vide de 7,62 mètres de large, à l’intérieur de laquelle les principaux constituants de l’atmosphère terrestre ont été extraits et remplacés par du dioxyde de carbone, le composant principal de l’atmosphère de Mars.

Pour tenir compte de la faible gravité sur Mars, qui correspond à deux tiers de celle sur Terre, un câble motorisé a été attaché au sommet du mini-hélicoptère de façon à compenser les effets de la gravité terrestre pendant les vols de tests. Pour se maintenir en l’air, les pales de l’hélicoptère devront tourner à près de 3.000 tours par minute. Un rythme 10 fois plus élevé que celui nécessaire sur Terre et censé compenser les effets de l’atmosphère martienne. Les ingénieurs et techniciens ont également dû s’assurer que leur petit hélicoptère sera capable de fonctionner et de résister aux températures très négatives attendues sur Mars, jusqu’à moins 90° degrés. Pour cela, il est équipé de cellules solaires pour charger ses batteries lithium-ion et d’un mécanisme de chauffage pour affronter ces températures glaciales.

Si ce petit hélicoptère, qui pèse seulement 1,8 kilogramme, réussit à décoller, puis à voler dans les cieux martiens, ce sera évidemment un exploit technologique sans précédent ouvrant la voie à de nouvelles utilisations de la robotique pour explorer les mondes du Système solaire. Il faut savoir que les seules tentatives d’exploration aérienne planétaire, à ce jour, ont été faites avec des ballons sur Vénus. En 1985, les sondes soviétiques Vega 1 et 2, dont la destination finale était la comète de Halley, ont largué chacune lors de leur passage à proximité un atterrisseur et un ballon sonde. Les deux ballons ont été déployés à 54 kilomètres de la surface de Vénus et ont fonctionné durant 46 heures (source Wikipédia).

Mars 2020 : un hélicoptère sur la Planète rouge

Article de Rémy Decourt, publié le 15/05/2018

La mission Mars 2020 de la Nasa sera passionnante et très ambitieuse. De par ses objectifs scientifiques mais aussi parce qu’elle réalisera une collecte d’échantillons qui seront ensuite envoyés sur Terre. Elle embarquera aussi le premier hélicoptère à voler dans le ciel de Mars, préfigurant peut-être une nouvelle façon d’explorer la Planète rouge.

La Nasa a donné son feu vert à la construction d’un hélicoptère martien pour la mission Mars 2020. Cette idée a pris forme à l’été 2013 et a progressivement conduit à un engin volant de très petite taille (10 cm de côté) et d’un poids de seulement 1,8 kg. Ses pales contrarotatives tourneront à près de 3.000 tours par minute, une vitesse très rapide.

Comme le souligne Thomas Zurbuchen, un des responsables des programmes scientifiques de la Nasa, « explorer la Planète rouge avec un hélicoptère illustre le mariage réussi de l’innovation technologique et de la recherche scientifique. Cela constitue une opportunité unique de faire progresser l’exploration de Mars pour l’avenir ». Et d’ajouter : « après que les frères Wright ont prouvé, il y a 117 ans, que le vol motorisé aérien était possible ici sur Terre, un autre groupe de pionniers américains s’apprête à prouver que la même chose peut être réalisée sur un autre monde ».

Un pari technologique avant d’être une mission scientifique

Pour fonctionner sur Mars, cet hélicoptère utilisera des cellules solaires pour charger des batteries lithium-ion et alimenter son chauffage, indispensable pour survivre aux nuits martiennes où les températures avoisinent les -70 °C. Compte tenu de la faible densité de l’atmosphère martienne (environ 1 % de celle de la Terre), ce Marscopter, même près du sol, volera dans un air dont la pression, sur notre planète, est celle régnant à environ 30.000 m. Rappelons que le record d’altitude d’un hélicoptère est de 12.442 m.

En raison de l’éloignement de la Terre à Mars, plusieurs minutes sont nécessaires pour communiquer entre les deux planètes. De fait, il n’est pas possible de piloter l’hélicoptère en temps réel. Il sera autonome avec une capacité à interpréter des consignes reçues depuis la Terre puis, par ses propres moyens, voler et réaliser la mission attribuée.

Cette première escapade d’un hélicoptère dans le ciel de Mars est avant tout une mission de démonstration technologique assez risquée. Bien qu’il réalisera des tâches scientifiques et sera utilisé comme éclaireur pour le rover Mars 2020, un échec du Marscopter ne sera pas dramatique et n’affectera pas la mission du rover. Cela dit, s’il fonctionne et démontre une certaine habilité à voler dans le ciel de Mars, il ne fait guère de doute qu’un hélicoptère avec un rayon d’action plus élevé sera développé dans le futur.

En effet, pour les scientifiques il y a un réel intérêt à disposer d’hélicoptères pour explorer Mars, notamment pour atteindre des endroits inaccessibles par le sol (pentes trop prononcées, parois internes de cratères…). C’est le cas aussi de plateaux trop élevés. Du fait de la faible densité de l’atmosphère martienne, en effet, les rovers et les atterrisseurs ne peuvent se poser que sur un site de basse altitude, de sorte qu’ils aient le temps de freiner.

Mars 2020 : un hélicoptère sur la Planète rouge ?

Article de Rémy Decourt publié le 05/03/2018

Les progrès réalisés en matière de miniaturisation permettent aujourd’hui d’envisager des missions avec des caractéristiques inédites pour Mars en taille, en masse et en coût. C’est le cas du projet d’hélicoptère martien qui pourrait voler en tandem avec un rover.

Alors qu’aucune grande mission, au-delà du rover Mars 2020, n’est envisagée, à l’exception des futurs besoins pour la mission de retour d’échantillons martiens, la Nasa travaille sur des concepts inédits d’exploration robotique de Mars. Parmi les idées en développement déjà bien avancées, des équipes de la Nasa et celles de ses partenaires traditionnels dans l’exploration de Mars, dont Malin Space Science Systems, travaillent sur l’utilisation de CubeSat autour de Mars.

Autre exemple, un hélicoptère qui fonctionnerait en tandem avec le rover Mars 2020 pour modéliser plus efficacement son environnement et faciliter ses déplacements. Pour l’instant, il s’agit d’un simple éclaireur de reconnaissance topographique utile pour tracer les routes du rover et reconnaître le terrain pour la mission de retour d’échantillons martiens, prévue sur dix ans, en plusieurs étapes.

Reconnaissance topographique depuis le ciel martien

Ce Marscopter sera seulement utilisé pour faciliter les déplacements du rover, ce qui ne serait pas un luxe. L’autonomie des rovers martiens en matière de décision de déplacement est en effet quasiment nulle. Ce sont les contrôleurs au sol qui tracent les routes qu’emprunteront les rovers. Pour cela, ils utilisent des données envoyées par les orbiteurs mais surtout par celles des rovers eux-mêmes.

L’intérêt de ce Marscopter est évident. Les caméras des rovers sont situées à seulement plusieurs dizaines de centimètres du sol. Par exemple, celles de Curiosity et de Mars 202O sont situées à un peu plus de deux mètres du sol. Comme le souligne au Figaro Sylvestre Maurice, astrophysicien à l’Irap (CNRS/université de Toulouse/Cnes), impliqué dans la mission Curiosity et Mars 2020, aujourd’hui, « nous ne pouvons pas faire de modèle numérique du terrain à plus de 40 mètres de distance. Avec ce Marscopter, prévu pour monter à une trentaine de mètres de haut, le futur rover Mars 2020 pourrait “voir” dans un rayon de 500 mètres ».

Au-delà de l’aide à la navigation du rover, les données du Marscopter pourraient potentiellement tripler la distance que ces véhicules parcourent actuellement dans une journée martienne et aider les scientifiques à choisir quels sites explorer.

Cela dit, la réalisation d’un engin volant sur Mars se heurte à de nombreuses techniques. L’atmosphère martienne est très peu dense et formée de 95 % de dioxyde de carbone, un gaz moins porteur que l’azote et l’oxygène terrestre.

Pour s’affranchir de cette contrainte forte, l’idée du JPL de la Nasa, qui travaille depuis cinq ans sur cette idée, est un engin volant ressemblant à un cube de dix centimètres de côté, surmonté de trois pales pour un diamètre total de 1,10 mètre (de l’extrémité d’une pale à une autre) et pour un poids de seulement un kilogramme. Au sol, il reposerait sur quatre pattes très fines. Des essais dans une chambre recréant les conditions atmosphériques de Mars ont qualifié l’idée et montré qu’un tel hélicoptère pouvait se soulever du sol, voler à quelques mètres de hauteur et parcourir une distance également de plusieurs mètres.

La décision ou non de l’embarquer à bord du rover Mars 2020 n’a pas encore été prise. Elle est attendue lors de la prochaine réunion prévue dans deux mois du Mepag, le groupe d’analyse du programme d’exploration de Mars de la Nasa.

Préparer le retour d’échantillons martiens

Cette décision dépendra des progrès de développement réalisés d’ici là et si le budget disponible est suffisant pour terminer son développement avant le lancement de Mars 2020.

Si cet hélicoptère martien est envoyé sur Mars dès 2020, il voyagera à bord du rover Mars 2020, une autre partie de son travail consistera à vérifier en amont les meilleurs sites pour recueillir les échantillons que le rover Mars 2020 doit prélever. Marscopter cartographiera les terrains environnants avec une très grande précision, ce qui sera utile à la Nasa pour choisir le site d’atterrissage du MAV, le véhicule qui apportera les échantillons en orbite, et en fonction des caractéristiques de ces terrains si la suppression du « fetch rover » est envisageable.