La NASA a effectué des tests d’avions sur deux planètes, avec des tests avancés de rotor sur Terre et des vols record de l’hélicoptère Ingenuity Mars. Ce travail pionnier dans la technologie des giravions améliore notre compréhension du vol dans différentes conditions atmosphériques, marquant une étape importante dans l’exploration de Mars. (Concept artistique d’un futur drone sur Mars.)
Les ingénieurs iront au-delà des extrémités de la Terre pour trouver plus de performances pour les futurs hélicoptères martiens.
Pour la première fois dans l’histoire, deux planètes ont accueilli des tests de conception d’avions futurs. Sur ce monde, un nouveau rotor qui pourrait être utilisé avec la prochaine génération Mars les hélicoptères ont été récemment testés à NASALaboratoire de propulsion à réaction de (JPL) en Californie du Sud, tournant à des vitesses quasi supersoniques (0,95 Mach). Pendant ce temps, l’hélicoptère Ingenuity Mars de l’agence a atteint de nouveaux records d’altitude et de vitesse sur la planète rouge au nom d’essais en vol expérimentaux.
Cette vidéo combine deux perspectives du 59e vol de l’hélicoptère Ingenuity Mars de la NASA. La vidéo de gauche a été capturée par la Mastcam-Z du rover Perseverance Mars de la NASA ; la vidéo en noir et blanc de droite a été prise par la Navcam pointée vers le bas d’Ingenuity. Le vol a eu lieu le 16 septembre. Crédit : NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS
Ingéniosité : relier la Terre et Mars
« Nos tests d’hélicoptères Mars de nouvelle génération ont littéralement réuni le meilleur des deux mondes », a déclaré Teddy Tzanetos, chef de projet d’Ingenuity et responsable des hélicoptères de récupération d’échantillons martiens. « Ici sur Terre, vous disposez de toute l’instrumentation et de l’immédiateté pratique que vous pouvez espérer lorsque vous testez de nouveaux composants d’avion. Sur Mars, vous avez des conditions réelles hors du monde que vous ne pourriez jamais vraiment recréer ici sur Terre. Cela inclut une atmosphère très fine et une gravité nettement inférieure à celle de la Terre.
Technologie avancée de rotor pour l’exploration de Mars
Les pales du rotor en fibre de carbone de nouvelle génération testées sur Terre sont près de 4 pouces (plus de 10 centimètres) plus longues que celles d’Ingenuity, avec une plus grande résistance et une conception différente. La NASA pense que ces pales pourraient permettre la création d’hélicoptères martiens plus gros et plus performants. Le défi est que, à mesure que les pointes des pales approchent des vitesses supersoniques, les turbulences provoquant des vibrations peuvent rapidement devenir incontrôlables.
Simuler les conditions martiennes sur Terre
Pour trouver un espace suffisamment grand pour créer une atmosphère martienne sur Terre, les ingénieurs se sont tournés vers le simulateur spatial du JPL de 25 pieds de large et 85 pieds de haut (8 mètres sur 26 mètres) – un endroit où Surveyor, Voyager et Cassini a eu un premier aperçu des environnements de type spatial. Pendant trois semaines en septembre, une équipe a surveillé les capteurs, les compteurs et les caméras pendant que les pales subissaient des passages après les autres à des vitesses et des angles d’inclinaison toujours plus élevés.
Un système à double rotor pour la prochaine génération d’hélicoptères martiens est testé dans le simulateur spatial de 25 pieds du Jet Propulsion Laboratory de la NASA le 15 septembre. Plus longues et plus résistantes que celles utilisées sur l’hélicoptère Ingenuity Mars, les pales en fibre de carbone ont atteint des vitesses quasi supersoniques lors des tests. Crédit : NASA/JPL-Caltech
« Nous avons fait tourner nos pales jusqu’à 3 500 tr/min, soit 750 tours par minute plus vite que les pales Ingenuity », a déclaré Tyler Del Sesto, chef d’essai adjoint de l’hélicoptère de récupération d’échantillons au JPL. « Ces pales plus efficaces sont désormais plus qu’un exercice hypothétique. Ils sont prêts à voler.
À peu près au même moment, et à environ 100 millions de miles (161 millions de kilomètres), Ingenuity recevait l’ordre d’essayer des choses que l’équipe de Mars Helicopter n’aurait jamais imaginé pouvoir faire.
Les réalisations sans précédent d’Ingenuity
Ingenuity ne devait initialement pas voler plus de cinq fois. Avec son premier vol inscrit dans le carnet de mission il y a plus de deux ans et demi, l’hélicoptère a dépassé de 32 fois sa mission prévue de 30 jours et a volé 66 fois. Chaque fois qu’Ingenuity décolle, il couvre de nouveaux territoires, offrant une perspective qu’aucune mission planétaire précédente n’aurait pu atteindre. Mais dernièrement, Team Ingenuity a fait faire un tour à son giravion à énergie solaire comme jamais auparavant.
Håvard Grip, pilote en chef de l’hélicoptère Ingenuity Mars de la NASA, documente les détails de chaque vol dans le journal de bord de la mission, The Nominal Pilot’s Logbook for Planets and Moons, après chaque vol. Les inscriptions pour les vols 9 et 10 sont visibles ici. Crédit : NASA/JPL-Caltech
« Au cours des neuf derniers mois, nous avons doublé notre vitesse et notre altitude maximales, augmenté notre taux d’accélération verticale et horizontale et avons même appris à atterrir plus lentement », a déclaré Travis Brown, ingénieur en chef d’Ingenuity au JPL. « L’expansion de l’enveloppe fournit des données inestimables qui peuvent être utilisées par les concepteurs de missions pour les futurs hélicoptères martiens. »
Relever les défis du vol martien
Limités par des considérations d’énergie disponible et de température du moteur, les vols Ingenuity durent généralement environ deux à trois minutes. Bien que l’hélicoptère puisse couvrir plus de terrain en un seul vol en volant plus vite, voler trop vite peut perturber le système de navigation embarqué. Le système utilise une caméra qui reconnaît les roches et autres éléments de surface lorsqu’ils se déplacent dans son champ de vision. Si ces fonctionnalités apparaissent trop rapidement, le système peut se perdre.
Ainsi, pour atteindre une vitesse sol maximale plus élevée, l’équipe envoie des commandes à Ingenuity pour voler à des altitudes plus élevées (les instructions sont envoyées à l’hélicoptère avant chaque vol), ce qui permet de garder les caractéristiques visibles plus longtemps. Le vol 61 a établi un nouveau record d’altitude de 78,7 pieds (24 mètres) en vérifiant la configuration des vents martiens. Avec le vol 62, Ingenuity a établi un record de vitesse de 22,3 mph (10 mètres par seconde) et a repéré un emplacement pour l’équipe scientifique du rover Perseverance.
L’équipe a également expérimenté la vitesse d’atterrissage d’Ingenuity. L’hélicoptère a été conçu pour entrer en contact avec la surface à une vitesse relativement rapide de 2,2 mph (1 mps) afin que ses capteurs embarqués puissent facilement confirmer l’atterrissage et arrêter les rotors avant de pouvoir rebondir dans les airs. Un hélicoptère qui atterrit plus lentement pourrait être conçu avec un train d’atterrissage plus léger. Ainsi, sur les vols 57, 58 et 59, ils ont fait un tourbillon, démontrant qu’Ingenuity pouvait atterrir à des vitesses 25 % plus lentes que celles auxquelles l’hélicoptère était initialement conçu pour atterrir.
Plans futurs pour l’ingéniosité
Tout ce Chuck Yeager-ing martien n’est pas terminé. En décembre, après la conjonction solaire, Ingenuity devrait effectuer deux vols à grande vitesse au cours desquels il exécutera un ensemble spécial d’angles de tangage et de roulis conçus pour mesurer ses performances.
« Les données seront extrêmement utiles pour affiner nos modèles aéromécaniques du comportement des giravions sur Mars », a déclaré Brown. « Sur Terre, de tels tests sont généralement effectués lors des premiers vols. Mais ce n’est pas là que nous volons. Vous devez être un peu plus prudent lorsque vous travaillez aussi loin de l’atelier de réparation le plus proche, car vous n’avez pas à refaire.
En savoir plus sur l’ingéniosité
Ingenuity a commencé sa vie sur Mars en tant que démonstration technologique. Il a volé pour la première fois le 19 avril 2021, survolant 3 mètres pendant 30 secondes. Quatre vols supplémentaires en autant de semaines ont ajouté 499 secondes et ont vu l’hélicoptère voler horizontalement au-dessus de la surface sur 1 171 pieds (357 mètres). Après avoir prouvé que le vol était possible sur Mars, Ingenuity est entré dans une phase de démonstration opérationnelle en mai 2021 pour montrer comment la reconnaissance aérienne pourrait bénéficier à l’exploration future de Mars et d’autres mondes.
L’hélicoptère Ingenuity Mars a été construit par JPL, qui gère également le projet pour le siège de la NASA. Il est soutenu par la Direction des missions scientifiques de la NASA. Le centre de recherche Ames de la NASA dans la Silicon Valley en Californie et le centre de recherche Langley de la NASA à Hampton, en Virginie, ont fourni une analyse importante des performances de vol et une assistance technique pendant le développement d’Ingenuity. AeroVironment Inc., Qualcomm et SolAero ont également fourni une assistance à la conception et des composants majeurs du véhicule. Lockheed Space a conçu et fabriqué le Mars Helicopter Delivery System.
Au siège de la NASA, Dave Lavery est le directeur du programme Ingenuity Mars Helicopter.
