Note de l'éditeur: ce billet invité a été écrit par Andy Tomaswick, un ingénieur électricien qui suit les sciences et technologies spatiales.
L'une des tâches les plus difficiles techniquement de toute future mission habitée sur Mars est de mettre les astronautes au sol en toute sécurité. La combinaison de la vitesse élevée nécessaire pour un court voyage dans l'espace et de l'atmosphère martienne beaucoup plus légère crée un problème d'aérodynamique qui n'a été résolu que pour les engins spatiaux robotisés jusqu'à présent. Si les gens marchent un jour sur la surface poussiéreuse de Mars, nous devrons d'abord développer de meilleures technologies EDL (Entry Descent and Landing).
Ces technologies font partie d'une récente réunion du Lunar Planetary Institute (LPI), The Concepts and Approaches for Mars Exploration conference, tenue du 12 au 14 juin à Houston, qui s'est concentrée sur les dernières avancées technologiques susceptibles de résoudre le problème de l'EDL.
Parmi la multitude de technologies présentées lors de la réunion, la plupart semblent impliquer un système à plusieurs niveaux comprenant plusieurs stratégies différentes. Les différentes technologies qui rempliront ces niveaux dépendent en partie de la mission et toutes nécessitent encore plus de tests. Trois des plus largement discutés étaient les décélérateurs aérodynamiques gonflables hypersoniques (HIAD), la rétro-propulsion supersonique (SRP) et diverses formes d'aérofreinage.
Les HIAD sont essentiellement de grands boucliers thermiques, on trouve couramment de nombreux types de capsules de rentrée habitées utilisées au cours des 50 dernières années de vol spatial. Ils travaillent en utilisant une grande surface pour créer suffisamment de traînée à travers l'atmosphère d'une planète pour ralentir l'engin de voyage à une vitesse raisonnable. Puisque cette stratégie a si bien fonctionné sur Terre pendant des années, il est naturel de traduire la technologie sur Mars. Il y a cependant un problème avec la traduction.
Les HIAD comptent sur la résistance à l'air pour sa capacité à ralentir l'engin. Puisque Mars a une atmosphère beaucoup plus mince que la Terre, cette résistance n'est pas aussi efficace pour ralentir la rentrée. En raison de cette baisse d'efficacité, les HIAD ne sont envisagés que pour une utilisation avec d'autres technologies. Puisqu'il est également utilisé comme bouclier thermique, il doit être attaché au navire au début de la rentrée, lorsque le frottement de l'air provoque un échauffement massif sur certaines surfaces. Une fois que le véhicule a ralenti à une vitesse où le chauffage n'est plus un problème, le HIAD est libéré afin de permettre à d'autres technologies de prendre en charge le reste du processus de freinage.
L'une de ces autres technologies est SRP. Dans de nombreux régimes, après la sortie du HIAD, le SRP devient principalement responsable du ralentissement de l'engin. SRP est le type de technologie d'atterrissage que l'on trouve couramment dans la science-fiction. L'idée générale est très simple. Les mêmes types de moteurs qui accélèrent le vaisseau spatial pour échapper à la vitesse sur Terre peuvent être retournés et utilisés pour arrêter cette vitesse en atteignant une destination. Pour ralentir le navire, retournez les propulseurs de fusée d'origine lors de la rentrée ou concevez des fusées tournées vers l'avant qui ne seront utilisées que lors de l'atterrissage. La technologie des fusées chimiques nécessaire à cette stratégie est déjà bien comprise, mais les moteurs de fusées fonctionnent différemment lorsqu'ils se déplacent à des vitesses supersoniques. Davantage de tests doivent être effectués pour concevoir des moteurs capables de gérer les contraintes de telles vitesses. Les SRP utilisent également du carburant, que l'engin devra transporter sur toute la distance jusqu'à Mars, ce qui rendra son voyage plus coûteux. Les PRS de la plupart des stratégies sont également larguées à un moment donné pendant la descente. La perte de poids et la difficulté d'une descente contrôlée tout en suivant un pilier de flammes jusqu'à un site d'atterrissage contribuent à cette décision.
Une fois les boosters SRP tombés, dans la plupart des conceptions, une technologie de freinage aérodynamique prendrait le relais. Une technologie couramment discutée lors de la conférence était le ballute, un ballon combiné et un parachute. L'idée derrière cette technologie est de capturer l'air qui se précipite devant l'engin de débarquement et de l'utiliser pour remplir une ballute attachée à l'engin. La compression de l'air qui se précipitait dans la ballute entraînerait la chaleur du gaz, créant en fait une montgolfière qui aurait des propriétés de levage similaires à celles utilisées sur Terre. En supposant que suffisamment d'air est précipité dans la ballute, il pourrait fournir la décélération finale nécessaire pour déposer doucement le bateau de débarquement sur la surface martienne, avec un minimum de stress sur la charge utile. Cependant, la quantité totale que cette technologie ralentirait dépend de la quantité d'air qu'elle pourrait injecter dans sa structure. Avec plus d'air, la ballute est plus grosse et plus de contraintes sur le matériau dont la ballute est faite. Avec ces considérations, il n'est pas considéré comme une technologie EDL autonome.
Ces stratégies rayent à peine la surface des méthodes EDL proposées qui pourraient être utilisées par une mission humaine sur Mars. Curiosity, le plus récent rover qui devrait bientôt atterrir sur Mars, en utilise plusieurs, y compris une forme unique de SRP connue sous le nom de Sky Crane. Les résultats de ses systèmes aideront des scientifiques comme ceux de la conférence LPI à déterminer quelle suite de technologies EDL sera la plus efficace pour toute future mission humaine vers Mars.
Légende de l'image principale: Concept d'artiste du décélérateur aérodynamique gonflable hypersonique ralentissant l'entrée atmosphérique d'un vaisseau spatial. Crédit: NASA
Deuxième légende d'image: Des jets supersoniques sont tirés vers l'avant d'un vaisseau spatial afin de ralentir le véhicule lors de l'entrée dans l'atmosphère martienne avant le déploiement du parachute. L'image est du Mars Science Lab à Mach 12 avec 4 jets de rétropropulsion supersoniques. Crédit: NASA
Source: Concept et approches LPI pour l'exploration de Mars
