Ingenuity n'a évidemment pas qu'un seul objectif. Sur Mars, la Nasa est sur un terrain inconnu. Des essais au sol à la conception de l'engin et du design des pales au comportement attendu d'Ingenuity, de nombreuses inconnues devront être levées par son retour d'expérience. Les explications de Jean-Marc Moschetta, Professeur d'aérodynamique à l'Isae-Supaéro qui a codirigé, avec Hervé Bézard de l'Onera, la thèse de doctorat de Thibault Désert consacrée à la conception aérodynamique d'un drone martien « made in France ».
Vous aimez nos Actualités ?Inscrivez-vous à la lettre d'information La quotidienne pour recevoir nos toutes dernières Actualités une fois par jour.Cela vous intéressera aussi[EN VIDÉO] 10 choses à savoir sur Perseverance et Ingenuity Découvrez le résultat de la mission de deux ans supervisée par la Nasa : Mars 2020 !
Après des essais satisfaisants du rotor et des pales, la Nasa a donné son feu vert au premier vol martien d'Ingenuity. Si tout se déroule comme prévu, il devrait décoller du cratère Jezero ce dimanche 11 avril pour un vol autonome de 30 secondes au maximum. La tentative de décollage est prévue dans la nuit de dimanche à lundi, à 4 h 54 heure de Paris (il sera 12 h 30 dans le cratère Jezero, sur Mars). Comme nous l'explique Jean-Marc Moschetta, Professeur d'aérodynamique à l'ISAE-Supaéro, ce vol doit notamment « démontrer la faisabilité d'exploiter et d'utiliser un hélicoptère autonome sur Mars ». Si sur Terre le vol aérien est évidemment maîtrisé, « sur Mars, la Nasa est sur un terrain inconnu ».
La principale difficulté qui attend Ingenuity sera de « décoller et s'élever dans les airs martiens » en raison de la très « faible masse volumique de l'atmosphère ». À cela s'ajoute que la pression et la densité de l'atmosphère martienne sont d'environ le « centième de celles qui règnent sur Terre au niveau de la mer ou encore celles que l'on connaît à une altitude d'une trentaine de kilomètres, dans la stratosphère, où l'air est plutôt rare ». Pour décoller et compte tenu de ces contraintes, Ingenuity devra éjecter une « quantité de mouvement (produit de la masse par la vitesse) suffisamment élevée vers le sol pour compenser la force de gravité qui va l'attirer vers le bas ».
Wiggle, wiggle, wiggleWith just a little bit of swing, the #MarsHelicopter has moved its blades & spun to 50 rpm in preparation for first flight! Takeoff is slated for April 11, with confirmation expected overnight into April 12 for us Earthlings. https://t.co/TNCdXWcKWEpic.twitter.com/EpDZymjP13
— NASA JPL (@NASAJPL) April 9, 2021
Techniquement, le gros challenge pour Ingenuity est donc « d'envoyer beaucoup de masse vers le sol ». Pour cela, il faut envoyer le peu de matière qu'il y a dans l'air martien le plus rapidement possible avec une vitesse de rotation très importante. Sur Ingenuity, elle est comprise entre 2.400 et 2.900 tours par minute, soit « 10 fois celle des pales d'un hélicoptère sur Terre ». « C'est ce qui va provoquer la force propulsive et l'élévation de l'appareil. »
La France n’a pas été en reste sur la conception d’un micro-drone martien puisqu’une thèse de doctorat (Étude aéropropulsive d'un micro-drone à voilure tournante pour l'exploration martienne – Thibault Désert) a été menée de 2015 à 2019 en collaboration entre l’Onera, l’ISAE-Supaéro et le Cnes sur la conception aérodynamique optimale d’un drone coaxial pour le vol martien. Ce drone, plus compact qu’Ingenuity (30 cm de diamètre) a été testé dans une chambre reproduisant l’atmosphère martienne. Ce projet se poursuit aujourd’hui dans le projet StratoDrone qui consiste à faire voler ce drone dans la stratosphère sous un ballon affrété par le Cnes. Ce vol, prévu en 2022, aura pour but de démontrer qu’un concept encore plus compact qu’Ingenuity est capable de voler dans un environnement comparable à l’atmosphère martienne.
Mais cette vitesse nécessaire a « un énorme inconvénient ». En bout de pales, elle « atteint rapidement la vitesse du son » ! Certes, c'est un phénomène connu et parfaitement maîtrisé sur Terre mais sur Mars, la Nasa est « confrontée à un domaine de l'aérodynamique inédit et quasiment inexploré à ce jour avec un rotor et des pales aussi petites ». Sur Mars, cette vitesse du son est de 238 mètres par secon...
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