La NASA a atterri neuf fois avec succès sur Mars, en s’appuyant sur des parachutes de pointe, des airbags massifs et des jetpacks pour installer des engins spatiaux en toute sécurité à la surface. Maintenant, les ingénieurs testent si le moyen le plus simple d’atteindre la surface martienne est ou non de s’écraser.
Plutôt que de ralentir la descente à grande vitesse d’un vaisseau spatial, une conception expérimentale d’atterrisseur appelée SHIELD (Simplified High Impact Energy Landing Device) utiliserait une base pliable en forme d’accordéon qui agit comme la zone de déformation d’une voiture et absorbe l’énergie d’un impact dur. .
La nouvelle conception pourrait réduire considérablement le coût de l’atterrissage sur Mars en simplifiant le processus pénible d’entrée, de descente et d’atterrissage et en élargissant les options pour les sites d’atterrissage possibles.
« Nous pensons que nous pourrions aller dans des zones plus dangereuses, où nous ne voudrions pas risquer d’essayer de placer un rover d’un milliard de dollars avec nos systèmes d’atterrissage actuels », a déclaré le chef de projet du SHIELD, Lou Giersch du Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud. « Peut-être que nous pourrions même en atterrir plusieurs à différents endroits difficiles d’accès pour construire un réseau. »
Accidents de voiture, atterrissages sur Mars
Une grande partie de la conception du SHIELD emprunte au travail effectué pour la campagne Mars Sample Return de la NASA. La première étape de cette campagne implique que le rover Persévérance collecte des échantillons de roche dans des tubes métalliques hermétiques ; un futur vaisseau spatial ramènera ces échantillons sur Terre dans une petite capsule et s’écrasera en toute sécurité dans un endroit désert.
L’étude des approches de ce processus a conduit les ingénieurs à se demander si l’idée générale était réversible, a déclaré Velibor Ćormarković, membre de l’équipe SHIELD au JPL.
« Si vous voulez faire atterrir quelque chose de dur sur Terre, pourquoi ne pouvez-vous pas le faire dans l’autre sens pour Mars? » il a dit. « Et si nous pouvons faire un atterrissage brutal sur Mars, nous savons que le SHIELD pourrait fonctionner sur des planètes ou des lunes avec des atmosphères plus denses. »
Pour tester la théorie, les ingénieurs devaient prouver que le SHIELD pouvait protéger les composants électroniques sensibles lors de l’atterrissage. L’équipe a utilisé une tour de largage au JPL pour tester la résistance des tubes d’échantillons de Persévérance lors d’un atterrissage brutal sur Terre. D’une hauteur de près de 90 pieds (27 mètres), il comporte une élingue géante – appelée système de lancement par arc – qui peut projeter un objet à la surface à la même vitesse que celle atteinte lors d’un atterrissage sur Mars.
Ćormarković travaillait auparavant pour l’industrie automobile, testant des voitures équipées de mannequins de collision. Dans certains de ces tests, les voitures roulent sur des traîneaux qui sont accélérés à des vitesses élevées et se sont écrasés contre un mur ou une barrière déformable. Il existe plusieurs façons d’accélérer les traîneaux, y compris l’utilisation d’une élingue semblable au système de lancement de proue.
« Les tests que nous avons effectués pour SHIELD sont un peu comme une version verticale des tests sur traîneau », a déclaré Ćormarković. « Mais au lieu d’un mur, l’arrêt soudain est dû à un impact dans le sol. »
Succès retentissant
Le 12 août, l’équipe s’est réunie à la tour de largage avec un prototype grandeur nature de l’atténuateur pliable de SHIELD, une pyramide inversée d’anneaux métalliques qui absorbent les chocs. Ils ont suspendu l’atténuateur à un grappin et inséré un téléphone intelligent, une radio et un accéléromètre pour simuler l’électronique qu’un vaisseau spatial transporterait.
Transpirant dans la chaleur de l’été, ils regardèrent le SHIELD monter lentement au sommet de la tour.
« Entendre le compte à rebours m’a donné la chair de poule », a déclaré Nathan Barba, un autre membre du projet SHIELD au JPL. « Toute l’équipe était ravie de voir si les objets à l’intérieur du prototype survivraient à l’impact. »
En seulement deux secondes, l’attente était terminée : le lanceur d’étrave a projeté le SHIELD dans le sol à environ 110 miles par heure (177 kilomètres par heure). C’est la vitesse qu’un atterrisseur Mars atteint près de la surface après avoir été ralenti par la traînée atmosphérique par rapport à sa vitesse initiale de 14 500 miles par heure (23 335 kilomètres par heure) lorsqu’il entre dans l’atmosphère de Mars.
Les précédents tests SHIELD utilisaient une « zone d’atterrissage » en terre, mais pour ce test, l’équipe a posé une plaque d’acier de 2 pouces (5 centimètres) d’épaisseur sur le sol pour créer un atterrissage plus dur qu’un vaisseau spatial sur Mars. L’accéléromètre embarqué a révélé plus tard que le SHIELD avait été impacté avec une force d’environ 1 million de newtons, comparable à 112 tonnes s’écrasant contre lui.
SHIELD est un concept d’atterrisseur sur Mars qui pourrait permettre à des missions à moindre coût de visiter la surface martienne en utilisant une base pliable absorbant les chocs pour s’écraser en toute sécurité. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Les images de la caméra à grande vitesse du test montrent que le SHIELD a percuté sous un léger angle, puis a rebondi à environ 3,5 pieds (1 mètre) dans les airs avant de se retourner. L’équipe soupçonne que la plaque d’acier a causé le rebond, car aucun rebond ne s’est produit lors des tests précédents.
Après avoir ouvert le prototype et récupéré la charge utile électronique simulée, l’équipe a découvert que les appareils embarqués, même le téléphone intelligent, avaient survécu.
« Le seul matériel qui a été endommagé était des composants en plastique dont nous n’étions pas inquiets », a déclaré Giersch. « Dans l’ensemble, ce test a été un succès ! »
La prochaine étape? Concevoir le reste d’un atterrisseur en 2023 et voir jusqu’où leur concept peut aller.