Le système de parachute le plus complexe à déployer sur Mars a ralenti avec succès une plate-forme d'atterrissage sur la maquette Exomars pour un touché en toute sécurité sur Terre.
Un ballon d'hélium stratosphérique a soulevé un module de descente factice et l'a libéré au-dessus du cercle arctique à une altitude de près de 30 km, déclenchant le déploiement de deux grands parachutes de leurs sacs de beignets.
« Nous sommes heureux de confirmer que nous avons une conception de parachute qui peut fonctionner sur Mars – un système ambitieux avec le plus grand parachute à avoir jamais piloté à l'extérieur de la Terre », explique Luca Ferracina, ingénieur du système de module de descente et d'atterrissage d'ESA d'ESA.
Cette campagne de test de chute de haute altitude a eu lieu au Esrange Space Center de la Swedish Space Corporation à Kiruna, dans le nord de la Suède, le 7 juillet.
Comment tester un atterrissage sur Mars sur Terre
Pour correspondre à la combinaison de la densité et de la vitesse que la capsule éprouvera en plongeant dans l'atmosphère martienne mince – environ 1% de la densité de l'atmosphère terrestre au niveau de la mer – le ballon devait voler très haut.
Les parachutes Exomars sont passés d'une altitude de 29 km, soit environ trois fois l'altitude où des avions commerciaux naviguent.
La capsule factice est ensuite entrée en chute libre pendant environ 20 secondes, atteignant presque la vitesse du son, avant de déployer les parachutes à son tour.
« La combinaison de la vitesse et de la faible densité atmosphérique dans ce test est exactement la même que ce que les parachutes vivront sur Mars. Les tests sur Terre sont un moyen de gagner en confiance et de confirmer que tous les éléments fonctionnent comme prévu », explique Ferracina.
Les tests de chute à haute altitude nécessitent une logistique complexe et des conditions météorologiques strictes pour la sécurité des vols. Les installations uniques d'Esrange et le long héritage des missions de ballon stratosphérique depuis le début des années 1970 en font un emplacement approprié pour la campagne.
Deux valent mieux qu'un
L'atterrissage sur Mars est une entreprise à haut risque. En seulement six minutes, le module de descente doit décélérer de 21 000 km / h au sommet de l'atmosphère de la planète à un atterrissage doux pour garder sa précieuse cargaison, le Rosalind Franklin Rover, adapté à l'exploration de surface.
Le ralentissement nécessite un bouclier thermique, deux parachutes principaux – chacun avec sa propre goulotte pilote pour l'extraction – et un système de propulsion rétro-rocheux a déclenché 20 secondes avant de toucher la surface martienne.
La majeure partie de la vitesse supersonique diminuera en raison de la traînée aérodynamique de la capsule. Le moyen le plus efficace de retirer la vitesse restante pour un atterrissage en toute sécurité est avec une combinaison de parachutes et de rockets rétro.
« L'utilisation de deux parachutes nous permet de concevoir un parachute solide et de taille moyenne pour décélérer la sonde à travers des vitesses supersoniques, puis un parachute léger et beaucoup plus grand pour la descente finale », explique John Underwood, ingénieur principal chez Vorticity, la société britannique chargée de conception de parachutisme et d'analyse de test.
Travailler en tandem
Le parachute principal du premier étage est de 15 m de large, semblable au type de parachutes conçu pour débarquer le vaisseau spatial Viking Mars de la NASA en 1972. Pour Exomars, les équipes utilisent une variante conçue pour la plus grande lune Esa Cassini Cassini à Titan, la plus grande lune de Saturne. Ce système de parachute en trois étapes détient toujours le record de l'atterrissage le plus éloigné de la Terre jamais tenté.
Le parachute principal de deuxième étape est de 35 m de large et il est formé à partir d'une série d'anneaux avec des lacunes entre eux. Ce sera le plus grand parachute à voler sur Mars ou n'importe où dans le système solaire en plus de la Terre. Fabriqué à partir de plus de 800 mètres carrés de tissu et plus de quatre kilomètres de cordon pour les lignes de suspension, il faut environ trois jours pour le plier à l'intérieur de son sac.
Le pliage méticuleux de chaque parachute à l'intérieur de son sac est essentiel pour garantir un déploiement correct.
Défis de stockage et de conception
Le système de parachute testé en Suède était déjà qualifié pour se rendre à Mars en 2021, mais a été stocké lorsque la mission a été arrêtée en raison de l'invasion de l'Ukraine par la Russie.
« Nous organisons cette campagne pour confirmer notre préparation à Mars et pour vérifier que les parachutes se produisent toujours comme prévu après le long stockage », explique Ferracina.
Les parachutes sont chacun fabriqués à partir d'un tissu très léger avec une densité d'environ 40 grammes par mètre carré, soit la moitié de celle d'une feuille de papier.
Expertise en parachute élevant l'Europe
Alors que la télémétrie a été livrée en temps réel pendant la baisse, l'équipe de tourbillon analysera désormais les données avec des séquences vidéo à grande vitesse pour évaluer le profil de décélération et les modèles d'inflation.
« Les tests sur Terre ont l'avantage que nous pouvons obtenir beaucoup plus de données et récupérer les parachutes pour l'inspection après le test », explique Underwood.
La majorité du système de parachute a été conçue et construite en Europe, y compris des composants des Pays-Bas (les mortiers de déploiement), de l'Italie (parachutes) et de la Tchéie (le conteneur de parachute). Thales Alenia Space en France a supervisé la campagne de test et était responsable du système d'assemblage du parachute.
