Il n’y a aucun moyen de l’édulcorer : Mars a un “problème de poussière”. La surface de la planète rouge est recouverte de particules constituées de minuscules morceaux de silice et de minéraux oxydés. Au cours d’un été martien dans l’hémisphère sud, la planète subit des tempêtes de poussière qui peuvent se développer pour englober toute la planète. À d’autres moments de l’année, les diables de poussière et les cieux poussiéreux sont un problème persistant. Ce danger a revendiqué les explorateurs robotiques qui s’appuient sur des panneaux solaires pour recharger leurs batteries, comme ceux de la NASA Occasion rover et le Aperçu atterrisseur, qui ont terminé leurs missions en 2018 et 2022, respectivement.
La poussière martienne a également été un défi persistant pour le Ingéniosité hélicoptère, le giravion qui a exploré Mars aux côtés de la NASA Persévérance rover depuis février 2021. Heureusement, la façon dont il a soulevé la poussière a fourni des données vitales qui pourraient s’avérer inestimables pour les giravions envoyés pour explorer d’autres environnements extraterrestres à l’avenir. À l’aide de ces données, une équipe de chercheurs (avec le soutien de la NASA) a réalisé la première étude réelle de la dynamique de la poussière martienne, qui soutiendra les missions vers Mars et Titan (la plus grande lune de Saturne) au cours de cette décennie et de la prochaine.
L’étude a été dirigée par Mark T. Lemmon, chercheur principal au Centre pour la science martienne du Space Science Institute (SSI) à Boulder, Colorado. Il a été rejoint par des chercheurs du Stevens Institute of Technology, du Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (JHUAPL), d’Aeolis Research, de l’Université Cornell, de l’Arizona State University, du Centro de Astrobiologia (INTA-CSIC) et du Jet Propulsion Laboratory de la NASA. L’article qui décrit leur analyse est récemment paru dans le Journal of Geophysical Research: Planètes.
Étudier la dynamique des poussières sur une autre planète est difficile, compte tenu des distances et des délais de communication impliqués. En conséquence, les chercheurs s’appuient sur la dynamique des fluides computationnelle (CFD) pour simuler le comportement de la poussière dans des environnements extraterrestres en fonction des conditions locales. Selon Jason Rabinovitch, professeur adjoint au Stevens Institute of Technology et co-auteur de l’étude :
« Il y a une raison pour laquelle les pilotes d’hélicoptères sur Terre préfèrent atterrir sur des héliports. Lorsqu’un hélicoptère atterrit dans le désert, son courant descendant peut soulever suffisamment de poussière pour provoquer une “coupe de soleil” à visibilité nulle – et Mars est en fait un grand désert. L’espace est un environnement pauvre en données. Il est difficile de renvoyer des vidéos et des images sur Terre, nous devons donc travailler avec ce que nous pouvons obtenir. »
Le groupe de recherche Rabinovitch de Stevens étudie les interactions panache-surface lors de la descente motorisée d’engins spatiaux. Ils modélisent également le gonflage supersonique des parachutes, la propulsion de fusées hybrides de petits satellites et les phénomènes géophysiques. Cela inclut les «yardangs», une caractéristique trouvée sur Terre et Mars où les roches saillantes sont sculptées par la double action de l’abrasion du vent par la poussière et le sable et l’élimination des matériaux meubles par la turbulence du vent (déflation). Rabinovitch travaille avec le JPL de la NASA et le programme Ingenuity depuis 2014, créant les premiers modèles théoriques de poussière soulevée par des hélicoptères sur Mars.
Pour les besoins de leur étude, Rabinovich et ses coéquipiers ont utilisé des techniques avancées de traitement d’images pour extraire des informations des vidéos basse résolution de Ingéniositéles six vols en hélicoptère capturés par Persévérance. En identifiant de minuscules variations entre les images vidéo et l’intensité lumineuse des pixels individuels, Rabinovich et ses collègues ont calculé la taille et la masse des nuages de poussière que l’hélicoptère a soulevés pendant le décollage, le vol stationnaire et l’atterrissage. Les résultats étaient étonnamment similaires aux modèles que lui et ses collègues ont créés en 2014.
Plus précisément, ils estiment qu’Ingenuity a soulevé environ un millième de sa propre masse (1,8 kg; 4 lb) à chaque vol. C’est plusieurs fois plus de poussière qu’un giravion de masse similaire ne générerait ici sur Terre, le résultat de la gravité martienne étant d’environ 40% de celle de la Terre et la pression atmosphérique étant inférieure à un demi pour cent. Cependant, compte tenu des incertitudes qui subsistent, Rabinovich et ses coéquipiers sont prudents quant aux comparaisons directes.
“Lorsque vous pensez à la poussière sur Mars, vous devez tenir compte non seulement de la gravité inférieure, mais aussi des effets de la pression atmosphérique, de la température, de la densité de l’air – il y a beaucoup de choses que nous ne comprenons pas encore complètement”, a-t-il déclaré. Néanmoins, le fait qu’il reste encore beaucoup à apprendre fait partie de ce qui rend la recherche si intéressante. “C’était excitant de voir la vidéo Mastcam-Z de Perseverance, qui a été prise pour des raisons d’ingénierie, a fini par montrer Ingenuity soulevant tellement de poussière de la surface qu’elle a ouvert une nouvelle ligne de recherche”, a ajouté Lemmon.
Cette recherche conduira à une meilleure compréhension des tempêtes de poussière martiennes, ce qui aiderait la NASA à prolonger les futures missions qui reposent sur l’énergie solaire. Cela pourrait également aider avec les techniques d’entrée, de descente et d’atterrissage (EDL) chaque fois que des équipements sensibles doivent atterrir sur la surface poussiéreuse de Mars, comme la mission NASA/ESA Mars Sample Return (MSR). Cela pourrait également conduire à une meilleure compréhension du rôle que jouent les tempêtes de poussière dans les phénomènes météorologiques que partagent la Terre et Mars.
Cela s’avérera également utile pour les planificateurs de mission travaillant sur les Libellule mission, un quadricoptère à propulsion nucléaire qui se lancera vers Titan (la plus grande lune de Saturne) d’ici 2027. Pour tous les corps célestes qui ont des atmosphères, une érosion éolienne et beaucoup de particules sur leurs surfaces, ces types d’études seront inestimables lorsque vient le temps de préparer des missions pour les explorer.
Lectures complémentaires : Institut de technologie Stevens, JGR : Planètes
