Seules 23 des 54 missions de l’humanité sur Mars ont été couronnées de succès. Une trentaine d’énormes n’ont jamais atteint Mars ou ont échoué une fois sur place, en deçà de leurs objectifs d’exploration. La 54e mission, l’atterrisseur InSight de la NASA, est actuellement en route vers la planète rouge et ne sera pas considérée comme un succès ou un échec avant son atterrissage en novembre.
Un taux de réussite inférieur à la moitié est sombre, en particulier pour les entreprises spatiales de plusieurs millions de dollars. Mais ces statistiques ne nous ont pas empêchés d’essayer d’atteindre et d’explorer notre voisin planétaire, ni de tenter des défis plus ambitieux sur le plan technologique en cours de route. La semaine dernière, la NASA a annoncé sa dernière expérience sur Mars: un hélicoptère qui sera lancé avec le rover Mars 2020 en juillet de l’année éponyme. En fin de compte, des hélicoptères Mars comme ce modèle seraient utilisés pour le dépistage, fournissant une reconnaissance plus détaillée pour les rovers et, éventuellement, les astronautes, que ce qui est possible avec les orbiteurs. Alors qu’un orbiteur peut voir le paysage dans son ensemble, un éclaireur volant plus près de le sol peut fournir des images extrêmement détaillées de la surface sous plusieurs angles, permettant d’identifier les futurs sites d’atterrissage ou d’exploration ou d’étudier de nouvelles cibles scientifiques qui apparaissent en cours de route.
C’est un objectif ambitieux, mais pour obtenir cette intelligence supplémentaire, la première étape consiste à décoller – et la tâche consistant à faire voler un appareil plus lourd que l’air sur Mars est monumentale.
Les hélicoptères ne sont pas une nouvelle technologie. Les premières tentatives de conception d’hélicoptères remontent au XVe siècle, lorsque Léonard de Vinci a élaboré des plans pour une «vis aérienne», et les prototypes volants ont fleuri au XXe siècle. Le premier hélicoptère moderne, le VS-300, conçu par Igor Sikorsky, a effectué son vol inaugural dans le Connecticut le 14 septembre 1939. Mais, bien sûr, nous n’avons conçu que des hélicoptères pour voler ici sur Terre, et un hélicoptère sur Mars est une bête entièrement différente.
Afin de produire de la portance, les rotors tournent rapidement pour déplacer l’air au-dessus des pales: ici sur Terre, le record du vol d’hélicoptère le plus élevé culmine à environ 40 000 pieds au-dessus du niveau de la mer. La plupart des hélicoptères n’en sont même pas capables et ne peuvent atteindre que des altitudes beaucoup plus basses. Au-dessus d’un certain point, l’air devient trop mince pour soutenir le vol en hélicoptère. L’atmosphère de Mars est très clairsemée – environ 1 / 100e de la densité de la Terre – ce qui signifie que l’hélicoptère de Mars devra voler dans des conditions atmosphériques similaires à celles que vous trouveriez à 100 000 pieds au-dessus de la Terre. «Comme Mars a une atmosphère beaucoup plus mince que la Terre, les rotors de l’hélicoptère devront tourner à une vitesse beaucoup plus rapide», explique Chris Carberry, PDG d’Explore Mars, Inc., une organisation à but non lucratif dédiée à l’avancement de l’exploration humaine du planète. Alors que les hélicoptères terrestres ont des pales qui tournent à environ 300 tours par minute (tr / min), l’hélicoptère Mars de la NASA aura deux pales contrarotatives qui atteindront près de 3 000 tr / min.
Étant donné que la portance sera difficile à réaliser dans l’atmosphère à faible densité, l’hélicoptère est minuscule, pesant moins de quatre livres, avec un fuselage le taille d’une balle molle. Donc, plutôt qu’un hélicoptère de type passager à part entière avec un humain à la barre, ce sera un drone autonome. Comme nous sommes à quelques minutes-lumière de Mars, un pilote basé sur la Terre ne pourra pas piloter l’hélicoptère à distance en temps réel. La NASA enverra simplement un signal pour démarrer la mission, et l’hélicoptère exécutera ses vols de lui-même, renvoyant des images et des données sur Terre.
«Comme la plupart des explorations planétaires, l’exploration de Mars dans son ensemble évolue vers une miniaturisation et une autonomie accrues», déclare Rod Pyle, historien de l’espace et auteur qui travaille comme sous-traitant pour le Jet Propulsion Laboratory de la NASA. Le centre de recherche, également connu sous le nom de JPL, supervise la mission d’hélicoptère et d’autres missions d’exploration robotique dans le système solaire.
«À l’avenir, nous verrons beaucoup plus de petits drones conçus pour Mars qui voleront devant les rovers, probablement en essaims, non seulement pour aider à la cartographie et à la planification d’itinéraire, comme l’hélicoptère de Mars, mais aussi pour transporter de minuscules des packages scientifiques pour pouvoir identifier des cibles prometteuses pour une visite du rover ou d’un mini-rover. Ils pourraient même atterrir pour permettre la science de contact et le micro-échantillonnage. Dit Pyle.
Avant d’en arriver à ces futures missions d’exploration d’hélicoptères passionnantes, le rover Mars 2020 transportant l’hélicoptère doit réellement atterrir sur la planète, ce qui, comme nous l’avons mentionné, n’est pas une tâche facile. «La confiance est élevée dans le rover principal parce que c’est un proche cousin de Curiosity», dit Pyle. Le rover Curiosity de la NASA a atterri avec succès sur Mars en 2012. «Mais l’hélicoptère est une technologie complètement nouvelle et non testée», note-t-il. «La nécessité de se déployer depuis le rover après une entrée, une descente et un atterrissage difficiles est un défi. L’hélicoptère Mars doit être bien fixé au rover pour atteindre le sol en bon état. »
Si le rover et l’hélicoptère parviennent à Mars intacts, le rover déploiera l’hélicoptère de son pan de ventre à la surface, puis s’éloignera à une distance de sécurité pour donner l’hélicoptère. un peu d’espace. Des cellules solaires rechargeront les batteries lithium-ion de l’hélicoptère et un appareil de chauffage l’empêchera de geler pendant la nuit. Sous les ordres de la NASA, l’hélicoptère subira une campagne de 30 jours comprenant jusqu’à cinq petits vols d’essai, allant d’un vol stationnaire vertical de 30 secondes à un vol de 90 secondes sur quelques centaines de mètres. Les distances seront brèves et leur timing sera rapide. Au moins au début. Ces petits vols, s’ils réussissent, ouvriront une nouvelle ère dans l’exploration de Mars. «Imaginez avoir un drone sur Mars qui vole dans les Valles Marineris, ou dans l’Olympus Mons, ou dans une grotte martienne», explique Carberry. «Cela ouvre des possibilités incroyables.»