Premier test réussi pour le parachute d’ExoMars 2022

Par kosmosnews | 2 juillet 2021

Une image enregistrée lors du test récent des parachutes d'ExoMars 2022 en Suède.

Pourquoi est-il si difficile d'atterrir sur Mars?

Chaque planète du système solaire a ses propres caractéristiques mais on peut distinguer grossièrement 3 types. Le premier est bien connu: c'est ce type terrestre qui se caractérise par une atmosphère dense et d'épaisseur conséquente. Le second type correspond à la Lune ou...il n'y a pas d'atmosphère: se poser sur la Lune est d'une certaine façon plus simple puisque seule la mécanique céleste intervient et que l'atmosphère ne vient en rien perturber l'orbite de descente vers le sol. Des rétrofusées sont donc suffisantes. Sur la Terre c'est différent et il faut faire appel aux parachutes une fois les couches denses de l'atmosphère passées (au prix tout de même d'une élévation importante de température due aux frottements atmosphériques).

Mais le troisième type est le plus embêtant car il est un mixte des deux premiers: c'est que cas de Mars! L'atmosphère est peu dense et peu épaisse. En pratique la dimension des parachutes doit être importante, ils doivent être ouverts très tôt et donc à une vitesse supersonique. Les contraintes mécaniques sont donc significatives.

Sur Mars, un atterrissage se fera donc en 3 épisodes: d'abord un freinage par l'atmosphère elle-même grâce à un bouclier thermique, puis des parachutes supersoniques et subsoniques, et enfin une phase finale courte avec des rétrofusées.

Le plus critique à mettre au point est semble-t-il celui des parachutes. Les premiers essais pour ExoMars 2022 se sont soldés par des avaries et la conception a due être revue.

La nouvelle version a d'abord été testée aux USA au sol mais rien ne vaut des essais à hautes altitudes et c'est ce qui vient de débuter en Suède.

Après plusieurs semaines d'attente en raison du mauvais temps et des vents forts, les tests en haute altitude du système de parachute d'ExoMars ont eu lieu dans la ville suédoise de Kiruna. Dans le cadre des tests, le parachute principal de 15 mètres du premier étage a fonctionné sans remarques à vitesse supersonique, le parachute de 35 mètres du deuxième étage a subi des dommages mineurs, mais a systématiquement réduit la vitesse du modèle de la plate-forme d'atterrissage.

Comme indiqué plus haut, pour le freinage dans l'atmosphère, le véhicule est équipé d'un bouclier thermique, de deux parachutes principaux (chacun avec son propre parachute pilote) et de moteurs à réaction de freinage, qui sont mis en marche 20 secondes avant l'atterrissage. Le parachute de 15 mètres du premier étage s'ouvre à une vitesse supersonique, le parachute de 35 mètres à vitesse subsonique.

Tester et affiner les parachutes ExoMars est une priorité après une série de tests à haute altitude ratés en 2019 et 2020. Les experts ont pu améliorer la conception des parachutes en utilisant des tests au sol au Jet Propulsion Laboratory l'année dernière en Californie. Pour atténuer les risques avant les tests en cours, l'Agence spatiale européenne a commandé un kit de parachute de secours au fabricant américain Airborne Systems, la société qui a fourni le système de parachute du rover Perseverance.

Les tests ont été effectués les 24 et 25 juin 2021 sur le site de test d'Esrange en Suède. Lors de chacun des tests, la maquette de l'atterrisseur a été portée à une altitude de 29 km à l'aide d'un ballon stratosphérique. Après la chute, le parachute pilote a été ouvert, puis les parachutes principaux ont été extraits des sacs toroïdaux de manière contrôlée.

La première étape des tests concernait la confirmation de la fiabilité d'un parachute de secours supersonique fabriqué par Airborne Systems ; lors de la deuxième étape, un parachute subsonique modifié et un sac fabriqué par la société italienne Arescosmo ont été testés. Au cours de chaque étape, les charges de conception ont été reproduites avec une marge de sécurité supplémentaire, qui agira lors de l'entrée dans l'atmosphère de Mars, de la descente et de l'atterrissage.

« Nous sommes heureux d'annoncer que le parachute principal de la première étape s'est très bien comporté. Nous avons un parachute supersonique prêt à l'emploi qui peut être envoyé sur Mars », explique Thierry Blanker, responsable du programme ExoMars à L'ESA. Il a noté qu'il y a au moins deux autres étapes de test de ce parachute pour assurer davantage sa fiabilité.

« Les résultats des tests pour le parachute principal du deuxième étage ne sont pas parfaits, mais ils ont montré une amélioration significative après la modification du sac de parachute et de la verrière. Après être sorti du sac en douceur, nous avons observé un relâchement soudain de la goulotte pilote lors du déploiement final. Cela signifie très probablement que la voilure du parachute principal a subi une pression accrue dans certaines parties. En conséquence, le tissu du dôme s'est déchiré, mais les dommages se sont limités à un anneau de renfort en Kevlar. Malgré cela, le parachute a rempli sa fonction, réduisant la vitesse aux valeurs nominales, et l'atterrisseur a atterri normalement », a-t-il ajouté.

Des experts étudieront les écarts détectés avant l'approbation définitive du scénario pour les deux prochains tests, qui sont prévus en octobre-novembre 2021 dans l'Oregon, aux États-Unis. Les inconvénients précédemment découverts liés au frottement de la voilure contre le sac de parachute ont maintenant été éliminés.

Les tests à haute altitude sont logistiquement complexes et nécessitent le strict respect des conditions météorologiques, ce qui les rend difficiles à planifier et souvent annulés au dernier moment en raison des changements climatiques. Pour une montée en douceur du ballon stratosphérique et la recherche et le retour ultérieurs du véhicule après l'atterrissage, il est nécessaire de prendre en compte la vitesse du vent et sa direction à différentes hauteurs, car la zone d'atterrissage n'est accessible que depuis un hélicoptère. Le système testé peut transmettre en temps réel la télémétrie au centre de contrôle au sol, ce qui permet d'évaluer la dynamique de réduction de vitesse. Cependant, une véritable évaluation des résultats des tests n'est possible qu'après avoir étudié les parachutes et leurs sacs, les disques durs et les caméras haute résolution.

L'analyse télémétrique permettra de corréler le déploiement réel des principaux parachutes et le modèle de leur déploiement. Les experts continueront d'étudier les raisons du détachement du deuxième parachute pilote et travailleront à la résolution de ce problème jusqu'au début des prochains tests à haute altitude.

Source et crédits photographiques: ESA/Roscosmos