HP3 d’Insight : difficile de creuser sur Mars

Depuis février, la situation est critique pour l’instrument HP3 de la mission martienne Insight : la taupe est bloquée dans le sol et ne progresse plus comme attendu (re)lire La sonde HP3 a rencontré des obstacles sur son chemin vers les entrailles de Mars].

Des observations pendant l’été

En juin des opérations avaient eu lieu pour permettre aux scientifiques de mieux observer le trou de HP3 et décider de la suite à donner [(re)lire Insight : activités en cours pour sauver HP3].

Fin juin, la structure de la taupe a été soulevée à une hauteur de 52 cm pour la placer à environ 20 cm de l’atterrisseur InSight (crédit NASA/JPL)

Les observations effectuées pendant l’été ont montré que la théorie du manque de friction du « sable » martien était la source la plus probable du non-enfoncement total de la taupe dans le sol. Les ingénieurs et les scientifiques de la mission ont aussi constaté que le diamètre du trou creusé par le Mole est presque le double du diamètre de la taupe, soit environ 6 cm. De plus, la torsion de l’attache montre que la taupe a tourné d’environ 135° dans le sens des aiguilles d’une montre autour de son grand axe. La taupe doit avoir agit comme une toupie pendant qu’elle creusait.

En juin, observation du trou de la taupe de HP3 (crédit NASA/JPL)

Une opération de sauvetage en octobre

Plusieurs pressions de la surface du sol martien ont été réalisées en juillet et jusqu’à mi-août grâce au bras robotique de l’atterrisseur Insight [Instrument Deployment Arm dans la figure ci-dessous].

Les instruments et différents composants de la mission Insight (credit NASA/JPL-CALTECH)

Leur but : tasser le sol aux abords du trou pour le faire s’effondrer dans le trou.

Malgré 7 appuis, la pelle du bras ne semble pas avoir poussé assez fort. Les photos ci-dessous montrent le résultat des 2 derniers appuis. Bien qu’un effondrement partiel soit visible sur le côté droit de la fosse, il n’est pas complet. Ceci indique probablement une certaine inhomogénéité dans les propriétés rhéologiques de la poussière dure du sol de Mars [déformation d’un fluide ou semi-solide sous la pression]. De plus, on voit que la fosse s’est partiellement remplie à environ la moitié de la profondeur initiale.

Tilman Spohn, responsable scientifique de HP3 au DLR, en a conclu que « la « poussière dure » a une résistance à la compression d’au moins quelques 100 kPa et qu’elle est recouverte d’une couche de poussière libre d’environ 1 cm d’épaisseur (matériau qui a été principalement déplacé et comprimé par les poussées). Une estimation indépendante faite sur la base de nos [DLR] enregistrements par inclinomètre de la pénétration initiale de la taupe a abouti à un ordre de grandeur similaire (300 kPa) de la couche supérieure à la pénétration. Ces enregistrements suggéraient que la taupe avait d’abord soulevé la SSA tout en pénétrant lentement d’environ 7 cm jusqu’à ce qu’elle ait traversé la croûte du sol et que la SSA se soit réinstallée au sol. »

Les 2 derniers appuis en août de l’extrémité du bras robotique d’Insight ont eu peu d’effet sur le sol martien à proximité du trou de HP3 (crédit NASA/JPL)

Début octobre, les activités ont repris et grâce à de nouveaux appuis de l’embout du bras robotique, la taupe a réussi à s’enfoncer d’environ 2 centimètre dans le sol.

C’était la première fois qu’il avait été commandé à la taupe d’effectuer des martèlements dans le sol martien depuis le mois de mars dernier. Le nombre de coups de marteau commandés avait été limité à 20 puis à 2 fois 100.

La taupe a donc bien besoin de la friction du sol environnant pour pouvoir bouger. Sans elle, le recul dû à son action de martelage automatique la fait simplement rebondir sur place.

Cette animation de photos prises par la caméra sur le bras d’Insight montre la sonde HP3, ou « Mole », creusant environ 1 centimètre sous la surface début octobre (Crédit: NASA / JPL-Caltech)

Lors de cette opération, il y a eu une rotation de la taupe autour de son axe, surtout lors des deux premières séances de martèlement. Les tests effectués sur le banc d’essai sur Terre au JPL ont permis de voir qu’en effet la sonde a tendance à tourner lorsqu’elle s’enfonce dans le sol.

Jusqu’au 25 octobre, le Mole a continué de s’enfoncer dans le sol martien, jusqu’à 5 centimètres. Depuis le 8 octobre 2019, la taupe avait martelée 220 fois en trois occasions différentes.

Mouvements de la taupe entre Sol 308 et Sol 318 (entre les 9 et 19 octobre)(Crédits NASA/ JPL)

Tilman Spohn dans le blog du DLR indique : Notez que la taupe se déplace à un taux relativement faible d’environ 0,1 millimètre par coup. C’est un ordre de grandeur inférieur à celui observé lors de sa pénétration initiale, d’après les données disponibles, et bien inférieur à celui obtenu à faible profondeur en laboratoire sous gravité terrestre. Une explication est que la taupe a compacté le sable en dessous lors des quelque 8 000 coups qu’elle a martelés sur place au mois de mars. Il est également possible que la taupe se fraye un chemin dans du gravier ou – moins probablement – autour d’une pierre. Dans tous les cas, le taux de progression diminue généralement avec la profondeur, mais il pourrait également augmenter lors de certaines séances de martelage.

 

Fin octobre, la taupe fait marche arrière 🙁

Au Sol 325, le 26 octobre, la taupe est revenue en arrière après quelques dizaines de coups de marteau supplémentaires.

Animations des images prises par la caméra du bras robotique d’Insight sur la taupe HP3 faisant marche arrière au Sol 225 (crédit NASA/JPL)

D’après Tilman Spohn, « le phénomène a déjà été observé en laboratoire à une pression atmosphérique faible, comme sur Mars (la pression atmosphérique martienne ne représente que 0,6% de celle de la Terre).  À la pression atmosphérique terrestre, si la taupe commence à rebondir et si le rebond n’est pas compensé par le frottement sur les parois du trou, le Mole ouvre rapidement une cavité sous la pointe de la taupe. La différence de pression dans la cavité en expansion et dans l’atmosphère crée un effet de succion qui aide à amortir le rebond. La pression atmosphérique sur Mars est toutefois si faible que l’effet de succion ne joue aucun rôle et ne peut pas vraiment aider la taupe ici. C’est une autre raison pour laquelle le frottement sur les parois de la taupe est si important. C’est la force majeure pour équilibrer le recul. »

« Les interactions entre basse pression atmosphérique, gravité faible, propriétés mécaniques inconnues du régolithe et dynamique de la taupe constituent un défi. »

Au 2 novembre, la pelle du bras robotique est écartée pour observer à nouveau le trou. Il s’agissait d’une opération délicate avec le risque à tout moment de voir basculer la taupe hors du trou et de la perdre à tout jamais (il n’est pas possible de la remettre dans le trou ensuite ou de la déplacer vers une autre zone).

Image acquise le 3/11/2019 de HP3 par la caméra sur le bras robotique d’Insight (crédit NASA/JPL-Caltech)

Désormais les ingénieurs du JPL et du DLR sont en train de réfléchir pour la suite à donner.

Comme le dit Tilman Spohn, le sol de Mars réserve bien des surprises !

Source principale de l’article : The Insight mission logbook 

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