Exomars : prêt pour les nouveaux tests de parachutes

En 2020, la mission russo-européenne Exomars n’a pas décollé en direction de Mars, la faute au Covid mais aussi à cause de problèmes techniques [(re)lire Exomars : lancement reporté à 2022]. L’un d’entre eux concernait les parachutes nécessaires pour freiner l’atterrisseur lors de la phase de rentrée atmosphérique martienne dont les tests avaient échoué en mai et août 2019 et dont les nouveaux tests n’ont pu avoir lieu comme prévu en 2020.

Les nouveaux tests de chute de parachute à haute altitude sont désormais prévus en juin. Faisons le point sur la préparation.

Savoir freiner sur Mars est essentiel

La plateforme d’atterrissage de la mission Exomars, nommée Kazachok, de fourniture russe, et le rover Rosalind Franklin, fourni par l’ESA, seront contenus dans un module de descente, qui nécessite deux parachutes principaux pour aider à le ralentir alors qu’il plonge dans l’atmosphère martienne.

Pour la mission Exomars, ce freinage par parachute est complexe. Le premier parachute fait 15 mètres de diamètre, le parachute principal fait 35 mètres de diamètre, le plus grand parachute jamais utilisé pour poser un engin spatial sur Mars, en raison de la taille et de la configuration de l’atterrisseur Kazachok.

Représentation et comparaison des tailles des différents éléments d’ExoMars 2020 (credit ESA)

Après la séparation des parachutes, la vitesse doit être adaptée aux moteurs de freinage pour amener en toute sécurité la plate-forme d’atterrissage et le rover sur la surface de Mars. La séquence complète depuis l’entrée atmosphérique à l’atterrissage ne prend que six minutes.

Le graphique ci-dessous met en évidence les principaux événements concernant les parachutes : une séquence initiée après un ralentissement important du module d’entrée de 3,8 m de large dans l’atmosphère grâce au bouclier thermique. Ensuite, le premier parachute pilote est déployé et, peu après, le premier parachute principal de 15 m de diamètre. Il s’ouvrira pendant que le module se déplace toujours à une vitesse supersonique et sera largué avant le déploiement, lorsque la vitesse subsonique est atteinte, du deuxième parachute pilote et du second parachute principal de 35 m de diamètre. Le deuxième parachute pilote reste attaché au parachute principal afin d’empêcher le rebond du parachute déployé. Au cours des dernières étapes de la descente (non illustrée), le bouclier thermique avant sera éjecté et la plate-forme d’atterrissage sera libérée pour sa phase finale de descente et de freinage propulsif.

Séquence de déploiement des parachutes de la mission ExoMars 2022. Le graphique n’est pas à l’échelle et les couleurs des parachutes ne sont données qu’à titre d’illustration (crédit ESA)

Pour un atterrissage réussi, il faut maîtriser toutes les étapes et donc les ingénieurs de la mission réalisent de nombreuses simulations mais aussi des tests grandeur nature.

Des tests au sol pour préparer les tests en altitude sur Terre

Après des tests défaillants en 2019, des améliorations ont dû être apportées aux parachutes et au système de déploiement. La séquence complète des mécanismes de déploiement des parachutes a toutefois été démontrée avec succès en 2019.

Ces tests au sol d’avril 2021 étaient focalisés sur l’extraction du premier parachute principal et ont été réalisés au Jet Propulsion Laboratory de la NASA, qui a une grande expérience avec les rentrées atmosphériques de ses missions martiennes.

Une série de clips sous différents angles et à différentes vitesses montrant des tests d’extraction de parachute pour le premier parachute principal de la mission ExoMars 2022 à l’aide d’un banc d’essai au JPL alimenté par air comprimé. Le couvercle de l’ensemble parachute est tiré le long d’un câble suspendu à grande vitesse tandis que l’extrémité de l’ensemble est fixée à une paroi. Lorsque le mécanisme de libération est activé, le sac de parachute est retiré du parachute à la vitesse cible, imitant l’extraction telle qu’elle sera sur Mars. Aux vitesses les plus élevées, les tests permettent de réaliser l’extraction à plus de 200 km/h. Dans cette vidéo, le premier parachute principal et le premier sac fournis par Arescosmo sont présentés. Les tests ont eu lieu en avril 2021 (crédit NASA /Jet Propulsion Laboratory).

Les derniers tests ont identifié d’autres domaines d’amélioration du sac et de l’emballage du parachute. Le premier parachute principal d’Airborne Systemss, fournisseur américain du parachute principal de descente de Perseverance par exemple, va maintenant effectuer des tests de chute à haute altitude en juin.

Un test en altitude en juin depuis Kiruna en Suède sera dédié au test du deuxième parachute principal, fourni par la société italienne Arescosmo, qui a été amélioré avec des lignes de parachute plus solides et un matériau renforcé.

Les tests de chute à haute altitude nécessitent une logistique complexe et des conditions météorologiques strictes, ce qui les rend difficiles à planifier.

Coulisses de NearSpaceCorp qui a organisé des tests en altitude dans l’Oregon en 2020

Exomars 2022 se prépare en salle blanche

L’ensemble « module de croisière + module de descente + atterrisseur Kazachok + rover Rosalind Franklin » a effectué avec succès ses tests de rotation afin de vérifier de façon dynamique son équilibrage.

Le test a été réalisé chez Thales Alenia Space à Cannes. L’ensemble a subi une rotation jusqu’à 30 tours par minute, correspondant à une accélération centrifuge de 2 g sur le bord extérieur.

Ce film montre le composite complet d’ExoMars 2022 dans une chambre anéchoïque des installations de Thales Alenia Space à Cannes, en France, soumis à un test d’équilibrage dynamique. De bas en haut : le module porteur (la structure à huit côtés), le module de descente (le module blanc au centre) et le rover Rosalind Franklin et la plate-forme de surface Kazachok, qui sont encapsulés à l’intérieur du module de descente (crédit ESA)

Pendant la phase de croisière vers Mars, Exomars 2022 tournera à environ 2,75 tours par minute, afin de se stabiliser sur sa trajectoire, et de vérifier que son antenne de communication sera toujours tournée vers la Terre. Le test d’équilibrage dynamique vérifie qu’il n’y a pas de déséquilibres qui pourraient induire des oscillations dans l’espace qui nécessiteraient trop de carburant pour compenser.

On attend avec impatience le lancement de la mission ExoMars à bord d’une fusée Proton-M depuis Baïkonour dans la fenêtre de lancement du 20 septembre au 1er octobre 2022, et l’atterrissage sur Mars prévu le 10 juin 2023 !

Sources : site ESA

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