Vue d’artiste du rover ExoMars de l’ESA (premier plan) et de la plate-forme scientifique russe (arrière-plan) sur Mars. Crédit : ESA/ATG medialab
Le plus grand parachute sur lequel voler Mars a terminé avec succès son premier test de chute à haute altitude, une étape critique pour s’assurer que la mission ExoMars est sur la bonne voie pour le lancement en 2022. Les parachutes du premier et du deuxième étage ont maintenant volé avec succès cette année.
Une paire de tests de chute à haute altitude a eu lieu dans l’Oregon les 21 novembre et 3 décembre dans le cadre des tests de parachute en cours pour assurer la livraison en toute sécurité du rover ExoMars Rosalind Franklin et de l’atterrisseur Kazachok à la surface de Mars en juin 2023. Le 35 Le parachute subsonique de m de large – le plus grand jamais lancé sur Mars – était au centre de la dernière campagne. Un parachute a été fabriqué par la société européenne Arescosmo, avec le soutien fourni par Airborne Systems, basé aux États-Unis.
« Les deux parachutes se sont déployés et ont volé à merveille », explique Thierry Blancquaert, chef d’équipe du programme Exomars de l’ESA. « Nous avons maximisé les leçons tirées de tous les tests précédents et avec ce double succès suite à l’impressionnant déploiement de parachute du premier étage plus tôt cette année, nous sommes vraiment sur la bonne voie pour le lancement. Nous avons démontré que nous avons deux parachutes pour voler vers Mars.
L’équipe continuera à tester pour vérifier la robustesse de la sélection finale de parachutes, avec plus d’opportunités de test de chute à haute altitude possibles en 2022 pour le parachute du premier et du deuxième étage. Il devrait faire voler le parachute du premier étage d’Airborne Systems et le parachute du deuxième étage d’Arescosmo vers Mars, en attendant les résultats de la campagne d’essais de mars 2022.
Le lancement de la mission ESA-Roscosmos ExoMars est prévu pour septembre 2022. Après une croisière interplanétaire de près de neuf mois, un module de descente contenant le rover et la plate-forme sera relâché dans l’atmosphère martienne à une vitesse de 21 000 km/h. Le ralentissement nécessite un bouclier thermique, deux parachutes principaux – chacun avec son propre parachute pilote pour l’extraction – et un système de propulsion de fusée rétro déclenché 30 secondes avant le toucher des roues. Le parachute principal du premier étage de 15 m de large s’ouvre alors que le module de descente se déplace toujours à des vitesses supersoniques, et le parachute principal du deuxième étage de 35 m de large est déployé à des vitesses subsoniques.
Ajuster et tester les parachutes ExoMars a été une priorité suite à une série de tests de chute infructueux en 2019 et 2020. Le premier succès en haute altitude a eu lieu en juin 2021 avec le déploiement sans faille du premier parachute principal fourni par Airborne Systems.
Séquence de déploiement du parachute ExoMars 2022. La séquence de déploiement du parachute ExoMars qui livrera une plate-forme de surface et un rover à la surface de Mars en 2023 (après le lancement en 2022). Le graphique n’est pas à l’échelle et les couleurs des parachutes sont à titre indicatif seulement. Le graphique met en évidence les principaux événements concernant les parachutes, une séquence qui est initiée après un ralentissement important du module d’entrée de 3,8 m de large dans l’atmosphère avec les boucliers thermiques de l’aéroshell. Crédit : ESA
Dans cette série de tests, le parachute du deuxième étage de 35 m de large fourni par Arescosmo a subi un dommage mineur, probablement en raison d’un détachement inattendu de la goulotte pilote lors du gonflage final, mais il a quand même décéléré le véhicule d’essai de chute comme prévu. Dans les mois qui ont suivi, la fixation de la goulotte pilote a été changée et les renforts en Kevlar ont été remplacés par du nylon sur deux anneaux dans la voilure du parachute pour mieux correspondre à la même résistance et élasticité du tissu du parachute, afin de réduire le risque de déchirure.
Les réglages du système de parachute sont d’abord testés sur le banc d’essai d’extraction dynamique à Nasa/JPL pour vérifier comment se passe le largage du parachute du sac, comme cela se produirait dans l’atmosphère martienne. Ces tests peuvent être répétés rapidement et réduire les risques d’anomalies.
Les tests de chute à haute altitude nécessitent une logistique complexe et des conditions météorologiques strictes, ce qui les rend difficiles à programmer, et sont souvent avortés au dernier moment si la situation change. La vitesse et la direction du vent à différentes altitudes doivent être prises en compte pour une ascension en douceur du ballon et la récupération au sol du matériel étant donné que la zone de largage n’est accessible que par hélicoptère et ne doit pas tomber sur des zones peuplées. Il ne doit pas non plus y avoir de pluie, de nuages ou de brouillard, et l’humidité doit être telle que la condensation ne s’accumule pas sur l’immense enveloppe des 335 000 m3 ballon car cela entraînerait la chute d’une grande quantité d’eau sur le véhicule d’essai de chute et ses composants électroniques.
Une fois ces exigences remplies et le feu vert donné pour gonfler et lancer le ballon stratosphérique rempli d’hélium, le véhicule d’essai de chute est hissé à une altitude de 29 km. Après la libération du ballon, le déploiement de la goulotte pilote est lancé, qui à son tour tire le parachute principal de son sac de beignet.
« Tous ceux qui travaillent sur cette campagne, sur site comme à l’extérieur, ont dû attendre longtemps dans cette fenêtre de lancement les bonnes conditions météorologiques, mais nous sommes ravis du résultat », déclare Thierry. “Après avoir récupéré les parachutes, nous n’avons observé qu’une poignée de très petites et insignifiantes déchirures de 1 à 2 cm et des brûlures de friction sur les deux auvents de parachute. Nous pouvons certainement voler tels quels sans aucun souci, mais des ajustements sont toujours possibles, et nous scruterons attentivement les résultats des prochains tests au début de l’année prochaine.
Cette image montre le composite complet du vaisseau spatial de la mission ExoMars 2022 dans une chambre anéchoïque dans les installations de Thales Alenia Space à Cannes, en France. Le vaisseau spatial comprend 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. La personne à gauche de l’image donne une idée de l’échelle. Cette image a été capturée lors d’un test d’équilibrage dynamique des modules de vol réels qui voleront vers Mars – une activité pour s’assurer que le vaisseau spatial est parfaitement équilibré lorsqu’il tourne dans l’espace. Crédit : Thales Alenia Space
Les parachutes ne sont qu’un élément de cette mission complexe, qui, après le lancement, verra un module porteur transporter le rover et la plate-forme de surface vers Mars à l’intérieur d’un module de descente. Des progrès significatifs ont été réalisés dans de nombreux domaines de la mission au cours des derniers mois, alors que la phase de test fonctionnel touche à sa fin et que l’attention se porte sur la campagne de lancement à Baïkonour.
“Grâce aux efforts incroyables de tous nos partenaires, nous terminons les détails de cette mission très complexe pour nous assurer d’avoir une mission robuste pour voler vers Mars”, ajoute Thierry. « En parallèle, les préparatifs de la campagne de lancement se déroulent à plein régime et nous sommes impatients d’expédier les modules du vaisseau spatial et l’équipement de soutien au sol à Baïkonour fin mars et début avril. Une année passionnante est à venir.
Toutes les activités de qualification du système parachute sont gérées et conduites par une équipe conjointe impliquant le projet ESA (soutenu par la Direction de la Technologie, de l’Ingénierie et de la Qualité), Thales Alenia Space Italie (maître d’œuvre ExoMars, à Turin), Thales Alenia Space France (responsable système parachute, à Cannes), Vorticity au Royaume-Uni (conception et analyse des tests de parachute, à Oxford) et Arescosmo en Italie (fabrication de parachutes et sacs, à Aprilia). La NASA/JPL-Caltech a fourni des conseils en ingénierie, un accès à l’installation de test d’extraction dynamique et une assistance sur site pendant ces tests. Les tests d’extraction sont pris en charge par un contrat d’assistance technique avec Airborne Systems, qui a également fourni les parachutes Mars 2020 de la NASA, et par Free Flight Enterprises pour la fourniture d’installations de pliage et d’emballage de parachutes. Airborne Systems fournit également des services de conception et de fabrication de parachutes depuis 2021.
Near Space Corporation fournit les services de lancement de ballons dans l’Oregon. L’installation d’Esrange de la Swedish Space Corporation fournit les services de lancement de ballons à Kiruna.
La mission ExoMars sera lancée sur une fusée Proton-M avec un étage supérieur Breeze-M depuis Baïkonour, au Kazakhstan, dans la fenêtre de lancement du 20 septembre au 1er octobre 2022. Une fois atterri en toute sécurité dans le Oxia Planum région de Mars le 10 juin 2023, le rover quittera la plate-forme de surface, à la recherche de sites géologiquement intéressants à forer sous la surface, afin de déterminer si la vie a déjà existé sur notre planète voisine. Le programme ExoMars, une entreprise conjointe entre l’ESA et Roscosmos, comprend également le Trace Gas Orbiter, qui orbite autour de Mars depuis 2016. En plus de sa propre mission scientifique, Trace Gas Orbiter fournira des services de relais de données essentiels pour la mission de surface ; il est fournissant déjà un support de relais de données pour les missions de surface de la NASA, dont l’arrivée du rover Mars 2020 Persévérance en février 2021.
