Après un voyage de près de sept mois vers Mars, Le rover Perseverance de la NASA devrait atterrir sur le cratère Jezero de la planète rouge le 18 février 2021, une étendue accidentée choisie pour ses recherches scientifiques et ses possibilités de collecte d'échantillons.

Mais les caractéristiques mêmes qui rendent le site fascinant pour les scientifiques en font également un endroit relativement dangereux pour atterrir - un défi qui a motivé des tests rigoureux ici sur Terre pour le système de vision de l'atterrisseur (LVS) sur lequel le rover comptera pour atterrir en toute sécurité.

"Jezero a une largeur de 28 milles, mais dans cette étendue, il y a beaucoup de dangers potentiels que le rover pourrait rencontrer :des collines, champs de roches, dunes, les parois du cratère lui-même, pour en nommer quelques uns, " a déclaré Andrew Johnson, ingénieur principal en systèmes robotiques au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud. "Donc, si vous atterrissez sur l'un de ces dangers, cela pourrait être catastrophique pour l'ensemble de la mission."

Entrez la navigation par rapport au terrain (TRN), la technologie critique au cœur du LVS qui capture des photos du terrain martien en temps réel et les compare aux cartes embarquées de la zone d'atterrissage, diriger de manière autonome le rover pour contourner les dangers et les obstacles connus au besoin.

"Pour Mars 2020, LVS utilisera les informations de position pour déterminer où se trouve le rover par rapport aux points de sécurité entre ces dangers. Et dans l'un de ces endroits sûrs, c'est là que le rover atterrira, " a expliqué Johnson.

Si Johnson semble confiant que LVS travaillera pour faire atterrir Persévérance en toute sécurité, c'est parce qu'il permet au rover de déterminer sa position par rapport au sol avec une précision d'environ 200 pieds ou moins. Cette faible marge d'erreur et ce degré d'assurance élevé sont inhérents à la conception, et le résultat de tests approfondis à la fois en laboratoire et sur le terrain.

"Nous avons ce que nous appelons le tiercé du test, " a expliqué Swati Mohan du JPL, conseils, la navigation, et chef des opérations de contrôle pour Mars 2020.

Mohan a déclaré que les deux premiers domaines de test (matériel et simulation) ont été effectués dans un laboratoire.

"C'est là que nous testons toutes les conditions et variables possibles. Vide, vibration, Température, compatibilité électrique - nous mettons le matériel à l'épreuve, " dit Mohan. " Puis avec la simulation, nous modélisons divers scénarios que les algorithmes logiciels peuvent rencontrer sur Mars - une journée trop ensoleillée, jour très sombre, jour de vent et nous nous assurons que le système se comporte comme prévu, quelles que soient ces conditions."

Mais le troisième élément du tiercé gagnant – les tests sur le terrain – nécessite des vols réels pour soumettre les résultats de laboratoire à une plus grande rigueur et fournir un niveau élevé de préparation technique pour les missions de la NASA. Pour les premiers essais en vol de LVS, Johnson et son équipe ont monté le LVS sur un hélicoptère et l'ont utilisé pour estimer automatiquement la position du véhicule pendant qu'il volait.

"Cela nous a permis d'atteindre un certain niveau de préparation technique car le système pouvait surveiller un large éventail de terrains, mais il n'a pas eu le même genre de descendance que Persévérance aura, ", a déclaré Johnson. "Il était également nécessaire de démontrer le LVS sur une fusée."

Ce besoin a été satisfait par le programme Flight Opportunities de la NASA, qui a facilité deux vols en 2014 dans le désert de Mojave sur Xombie de Masten Space Systems, un système de décollage et d'atterrissage verticaux (VTVL) qui fonctionne de la même manière qu'un atterrisseur. Les tests en vol ont démontré la capacité de LVS à ordonner à Xombie de changer de cap de manière autonome et d'éviter les dangers lors de la descente en adoptant une nouvelle trajectoire calculée vers un site d'atterrissage sûr. Les vols précédents sur le système VTVL de Masten ont également permis de valider les algorithmes et les logiciels utilisés pour calculer les trajectoires optimales en carburant pour les atterrissages planétaires.

"Les tests sur la fusée ont permis de lever à peu près tous les doutes restants et ont répondu par l'affirmative à une question critique pour l'opération LVS, " a déclaré Nikolas Trawny du JPL, un ingénieur des systèmes de contrôle de la charge utile et du pointage qui a travaillé en étroite collaboration avec Masten sur les tests sur le terrain de 2014. "C'est alors que nous savions que LVS fonctionnerait pendant la descente verticale à grande vitesse typique des atterrissages sur Mars."

Johnson a ajouté que les tests suborbitaux ont en fait augmenté le niveau de préparation technologique pour obtenir le feu vert final d'acceptation dans la mission Mars 2020.

"Les tests que Flight Opportunities est mis en place pour fournir étaient vraiment sans précédent au sein de la NASA à l'époque, ", a déclaré Johnson. "Mais il s'est avéré si précieux qu'on s'attend maintenant à ce qu'il effectue ce type d'essais en vol. Pour LVS, ces vols de fusée ont été la pierre angulaire de notre effort de développement technologique."

Avec la technologie acceptée pour Mars 2020, l'équipe de mission a commencé à construire la version finale de LVS qui volerait sur Perseverance. En 2019, une copie de ce système a volé sur une autre démonstration d'hélicoptère dans la Vallée de la Mort, Californie, facilité par le programme de missions de démonstration technologique de la NASA. Le vol en hélicoptère a permis une dernière vérification sur plus de six ans de multiples essais sur le terrain.

Mais Mohan a souligné que même avec ces démonstrations réussies, il y aura plus de travail à faire pour assurer un atterrissage en toute sécurité. Elle sera au contrôle de mission pour l'atterrissage, surveiller la santé du système à chaque étape du processus.

"La vraie vie peut toujours vous lancer des balles courbes. Alors, nous surveillerons tout pendant la phase de croisière, vérifier l'alimentation de la caméra, s'assurer que les données circulent comme prévu, " dit Mohan. " Et une fois que nous aurons ce signal du rover qui dit, 'J'ai atterri et je suis sur un terrain stable, ' alors nous pouvons célébrer."