Concept d'hélicoptère martien étudié par le JPL de la Nasa qui pourrait voler dès la mission du rover Mars 2020. © Nasa, JPL

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Mars 2020 : un hélicoptère sur la Planète rouge

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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 ».

En images de synthèse, découvrez les missions de l'hélicoptère martien de la Nasa et ses essais dans le labo du JPL. © Nasa, JPL

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.

  • Cet hélicoptère embarquera seulement une caméra et un système de communication.
  • Il cartographiera avec une grande précision le terrain environnant le rover.
  • Avec sa technologie balbutiante mais prometteuse, ce premier hélicoptère martien sera limité en masse, en autonomie et en nombre de vols.
Pour en savoir plus

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.

Concept d'hélicoptère martien étudié par le JPL de la Nasa. © Nasa, JPL

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.

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