L’ingénieur Abel Dizon explique comment les tests de chute sont effectués pour un prototype d’atterrisseur conçu par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA pour la campagne Mars Sample Return. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Des jambes robustes sont nécessaires pour absorber l’impact du vaisseau spatial le plus lourd jamais posé sur la planète rouge.
Le rover Perseverance de la NASA continue d’accumuler des tubes remplis d’échantillons de roches pour la campagne prévue de retour d’échantillons sur Mars. L’effort conjoint de NASA et l’ESA (Agence spatiale européenne) cherche à rapporter des échantillons scientifiquement sélectionnés Mars être étudié sur Terre avec un équipement de laboratoire bien plus complexe que celui qui pourrait être amené sur la planète rouge. Les ingénieurs sont occupés à concevoir l’atterrisseur de récupération d’échantillons qui permettrait d’amener ces échantillons sur Terre. Dans le cadre de cet effort, ils ont testé des prototypes des jambes et des coussinets de l’atterrisseur au Jet Propulsion Laboratory de la NASA (JPL) en Californie du Sud.
Découvrez comment les ingénieurs testent les conceptions du vaisseau spatial le plus lourd jamais posé sur la planète rouge : l’atterrisseur de la campagne Mars Sample Return. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Atterrir le vaisseau spatial le plus lourd sur Mars
La NASA utilise ce qu’elle a appris au cours de décennies d’atterrissages réussis sur Mars et applique ces leçons au concept Sample Retrieval Lander, qui serait le plus grand vaisseau spatial à avoir jamais atterri sur Mars – jusqu’à 5 016 livres (2 275 kilogrammes). En plus de s’appuyer sur des parachutes de nouvelle génération et 12 moteurs-fusées pour ralentir la descente du vaisseau spatial vers Mars, l’atterrisseur aurait besoin de ses jambes pour absorber l’impact de l’atterrissage.
Le vaisseau spatial transporterait une fusée qui lancerait les échantillons soigneusement emballés de Perseverance vers un orbiteur en attente. Un bras robotique de 2,5 mètres (8 pieds), fourni par l’ESA, chargerait ces tubes d’échantillons dans la fusée. L’atterrisseur pourrait transporter jusqu’à deux mini-hélicoptères pour servir de secours pour récupérer les tubes déposés dans un dépôt d’échantillons. L’atterrisseur doit donc être lourd.
Morgan Montalvo, un autre ingénieur du JPL, installe des garde-corps sur le sol sous le prototype dans le cadre d’un test d’un scénario dans lequel l’atterrisseur « se cognerait un orteil » contre un rocher en atterrissant sur Mars. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Pour comprendre comment l’énergie serait absorbée lors de l’atterrissage, les ingénieurs du JPL ont effectué des tests de chute plus tôt cette année qui éclaireront la conception et les tests ultérieurs. Une série de tests impliquait la chute d’un modèle d’atterrisseur à l’échelle trois huitièmes sur un sol dur, tandis que l’autre était centrée sur l’enfoncement d’un repose-pieds pleine grandeur dans un sol martien simulé. L’équipe peut appliquer ce qu’elle observe lors des tests tout en affinant la conception.
Tests et perfectionnement
« Il y a déjà une différence de jour comme de nuit entre cet atterrisseur et la conception avec laquelle nous avons commencé », a déclaré Morgan Montalvo, un ingénieur du JPL travaillant sur les tests.
L’équipe doit penser à tous les scénarios d’atterrissage possibles, y compris à ce qui se passerait si le vaisseau spatial atterrissait sous un angle et « se cognait un orteil » sur un rocher. Pour tenter de créer un tel défi au cours d’une série de tests, ils ont suspendu un prototype à un pendule qui envoyait le mini-atterrisseur au sol selon un angle. Des caméras sur trépieds encerclaient la surface d’atterrissage, une grande plaque de métal noire au sol. Un garde-corps bas faisait également office de rocher.
Cette configuration est utilisée au JPL pour tester un repose-pieds de 16 pouces de diamètre (40 centimètres de diamètre) pour un futur atterrisseur sur Mars. Le coussinet a été plongé dans un banc d’essai rempli de 10 000 livres (4 536 kilogrammes) de sol martien simulé afin de voir à quelle profondeur il s’enfoncerait. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Montalvo a lancé un compte à rebours 3-2-1, et l’atterrisseur a plongé avec fracas, s’écrasant contre le garde-corps. Lorsque l’équipe a étudié la vidéo à grande vitesse plus tard, elle a été surprise de constater une oscillation perceptible dans l’un des principaux supports de la jambe. Augmentez la taille de l’atterrisseur et cette oscillation serait encore plus perceptible. En réponse, des jambes de force plus solides seront conçues pour supporter ces forces.
L’équipe a également testé les « limiteurs de charge » de l’atterrisseur – des tiges d’acier reliant son châssis à ses jambes. Lorsque les jambes bougent pendant l’atterrissage, les tiges sont obligées de se plier, absorbant une partie de l’impact. Les limiteurs ont été utilisés sur d’anciens atterrisseurs comme InSight, mais ils sont plus grands sur ce prototype et le seront encore plus sur la conception finale.
« Vous ne pourrez jamais plier ces tiges d’acier avec vos seules mains », a déclaré Montalvo. « C’est assez fou de voir toute la force qui les pénètre, les pliant presque en deux après une chute. »
Vaisseau spatial aux pieds lourds
Les tests des coussinets grandeur nature de l’atterrisseur ont eu lieu dans une boîte remplie de 10 000 livres (4 536 kilogrammes) de terre poudreuse semblable à celle de Mars. D’environ 16 pouces (41 centimètres) de diamètre, le repose-pieds plat et rond se fixe à un assemblage comprenant près d’une demi-tonne de plaques de poids en fer.
Patrick DeGrosse, responsable du banc d’essai, a surveillé pendant un test pendant que le pied de l’atterrisseur plongeait dans le sol, laissant une profonde empreinte tout en projetant un nuage de poussière. L’impact a ébranlé les murs du bâtiment. Par la suite, des caméras à grande vitesse ont montré comment l’énergie rayonnait depuis la plateforme.
L’ingénieur du JPL, Patrick DeGrosse, examine les données d’un test de chute d’un atterrisseur pleine grandeur avec un groupe de collègues ingénieurs. Crédit : NASA/JPL-Caltech
« Nous ne voulons pas que les pieds de l’atterrisseur s’enfoncent si loin que le bas de l’atterrisseur touche la surface », a déclaré DeGrosse. « Et nous voulons nous assurer que l’atterrisseur est très uniforme à la surface. Il doit être solide, car l’atterrisseur constitue également une plate-forme sur laquelle la fusée peut décoller.
Après chaque test, DeGrosse reconstruit le lit de sol 4 pouces à la fois, en tassant le matériau pour s’assurer qu’il est compressé comme les scientifiques l’attendent sur Mars. Les conditions doivent également être cohérentes pour que l’équipe puisse comprendre comment le coussinet interagit avec le sol. DeGrosse répète donc ce processus fastidieux quatre fois par mois.
« Il faut reconstruire Mars plusieurs fois pour faire ce test », a-t-il déclaré.
