La merveille martienne : Tests et développement de l’hélicoptère martien Ingenuity

Paroles de Paul Willis

En avril dernier, Ingenuity, un hélicoptère de la NASA envoyé sur Mars dans le cadre de la mission Mars 2020, a effectué son 50e vol sur la planète rouge. Le vol a couronné deux années remarquables pour le petit engin, qui a volé pour la première fois sur Mars en avril 2021, au cours d'un voyage de 39 secondes qui a marqué le premier vol propulsé et contrôlé d'un giravion sur une autre planète.

Depuis, Ingenuity a largement dépassé les attentes de ses développeurs, qui le souhaitaient comme une démonstration technologique conçue pour seulement cinq vols sur la surface martienne. Parmi ces ingénieurs, Bob Balaram, à l’origine du concept Ingenuity et ingénieur en chef lors de son développement, de ses tests et de ses opérations martiennes, est un élément clé parmi ces ingénieurs.

Balaram est naturellement fier de ce que la mission Ingenuity a accompli. "C'est vraiment cool de regarder dans le ciel nocturne et de voir le petit point rouge de Mars et de penser que quelque part dessus se trouve notre petit hélicoptère, que notre équipe a mis en place", dit-il.

Il est difficile d’exagérer à quel point il a fallu un extraordinaire exploit d’ingénierie pour transformer l’idée de Balaram en réalité, et dans les annales de l’exploration spatiale, l’ingéniosité pourrait bien constituer un tournant décisif. Comme le dit Balaram, Ingenuity a « ouvert la porte » à de futurs vols sans pilote sur d’autres planètes.

Dans le cas de Mars, la NASA prévoit d'envoyer deux hélicoptères supplémentaires sur la planète dans le cadre d'une mission de retour d'échantillons provisoirement prévue pour 2026. Une autre mission de la NASA dont le lancement est prévu l'année suivante en 2027 est Dragonfly, un hélicoptère de 450 kg (990 lbs). giravion qui sera utilisé pour explorer Titan, la lune de Saturne, à la recherche de signes de vie.

Bien plus gros qu'Ingenuity, qui ne pèse que 1,8 kg, les développeurs de Dragonfly ont de grandes ambitions. L'hélicoptère sera un laboratoire scientifique mobile, atterrissant à différents endroits de Titan pour étudier la chimie prébiotique présente à la surface de cette lune lointaine.

Ralph Lorenz est architecte de la mission Dragonfly, scientifique planétaire et ingénieur au laboratoire de physique appliquée (APL) de Johns Hopkins, qui dirige le développement de Dragonfly pour la NASA. Il dit que les différences majeures entre les objectifs de mission d'Ingenuity et de Dragonfly et les environnements dans lesquels ils fonctionneront signifient « qu'il y a peu ou pas d'héritage dans le matériel ». Néanmoins, lui et son équipe tirent les leçons des opérations d’Ingenuity. Plusieurs membres de l’équipe Ingenuity ont joué un rôle consultatif auprès de Dragonfly.

Balaram a eu l'idée d'un vol en hélicoptère sur Mars dans les années 1990, même s'il admet qu'il n'était pas le seul. "L'American Helicopter Society a même organisé un concours où des étudiants universitaires pouvaient concevoir un hélicoptère pour Mars", explique Balaram. «C'était à peu près au moment où la mission Pathfinder de la NASA atterrissait sur Mars avec le petit rover Sojourner [1997]. Il y avait donc beaucoup d’enthousiasme à propos de Mars à cette époque. »

Malgré cela, le concept est resté sur les tablettes pendant les 15 années suivantes jusqu'à ce que l'intérêt pour la technologie des drones alors naissante conduise à demander à Balaram de produire un mémoire détaillant la faisabilité de la technologie pour une mission sur Mars. «Ils nous ont donné un capital de démarrage et nous avons conçu et construit Ingenuity», explique Balaram.

Le moment où Ingenuity a déverrouillé ses pales de rotor le 7 avril 2019, une étape clé avant son premier vol (Photo : NASA/JPL-Caltech)

Balaram et son équipe ont dû surmonter des défis complexes, le plus important étant l'atmosphère extrêmement mince de Mars. La densité de l’air sur Mars représente environ 1 % de la densité de l’air au niveau de la mer sur Terre.

Cela rend la création de soulèvement pour le décollage beaucoup plus difficile. Même si l'attraction gravitationnelle martienne inférieure, qui représente environ un tiers de celle de la Terre, aide quelque peu, « vous vous battez toujours avec une très faible densité », explique Balaram.

Par conséquent, pour qu’Ingenuity puisse voler, la priorité était de le rendre aussi léger que possible. Cependant, ce critère de conception entre en conflit avec un autre : rendre l’engin suffisamment robuste pour survivre dans les environnements extraordinairement hostiles de Mars.