Pour les premiers mois de 2021, l'atmosphère martienne bourdonnait de nouveaux visiteurs de la Terre. D'abord, c'était la sonde Hope de l'Agence spatiale des Émirats arabes unis, suivi de l'entrée en orbite du chinois Tianwen-1.

Plus récemment, la Nasa a fait atterrir le plus gros rover de l'histoire sur Mars et son compagnon, un hélicoptère ingénieux, qui ont tous deux posé de nouveaux jalons depuis.

Le prochain visiteur de la planète sera l'atterrisseur de la mission Tianwen-1, qui tentera d'atteindre la surface de Mars à la mi-mai. Pour entrer dans l'atmosphère martienne, il utilisera une technique légèrement différente des missions précédentes.

Atterrir sur Mars est notoirement dangereux – plus de missions ont échoué que réussies. Un atterrissage sur Mars réussi nécessite d'entrer dans l'atmosphère à des vitesses très élevées, puis ralentir le vaisseau spatial juste dans le bon sens à l'approche de son lieu d'atterrissage.

Cette phase de la mission, connu sous le nom d'entrée-descente-atterrissage, est le plus critique. Les missions précédentes ont utilisé plusieurs manières différentes d'entrer dans l'atmosphère martienne.

Le perfectionnement de l'entrée dans l'atmosphère de Mars a été aidé par l'expérience du retour d'engins spatiaux sur Terre. La Terre peut avoir une atmosphère très différente de celle de Mars, mais les principes restent les mêmes.

Un vaisseau spatial en orbite autour d'une planète se déplacera très rapidement, se maintenir lié à cette orbite. Mais si le vaisseau spatial entrait dans l'atmosphère à une vitesse aussi élevée, même un aussi mince que celui de Mars, ça brûlerait. Tout ce qui pénètre dans l'atmosphère doit être considérablement ralenti et se débarrasser de la chaleur générée pendant ce bref voyage. Il y a plusieurs façons de s'y prendre.

Les engins spatiaux sont protégés de la chaleur générée lors de l'entrée dans l'atmosphère à l'aide de boucliers thermiques. Diverses missions dans le passé ont utilisé des techniques telles que l'absorption de chaleur, un revêtement isolant, reflétant la chaleur dans l'atmosphère ou par ablation, brûlant le matériau du bouclier.

Des missions Apollo des années 1960 au plus récent Dragon de SpaceX, ces techniques ont été utilisées avec succès, et ils fonctionnent très bien pour la Terre. Mais quand il s'agit de Mars, les ingénieurs doivent employer des mesures supplémentaires.

Atterrissage sur Mars

Les orbiteurs sont conçus pour surveiller la surface d'une planète depuis l'orbite et agir comme une station de relais de communication. A l'approche d'une planète, l'engin spatial est généralement dirigé le long d'orbites elliptiques de plus en plus petites, ralentir à chaque fois, jusqu'à ce qu'il atteigne son orbite cible. Cette technique peut également être utilisée pour abaisser l'orbite d'un vaisseau spatial avant l'entrée atmosphérique d'un atterrisseur.

L'ensemble de la manœuvre se déroule sur quelques mois et ne nécessite aucun équipement supplémentaire, un moyen efficace d'économiser du carburant. Puisqu'il utilise la haute atmosphère de la planète pour freiner, ça s'appelle l'aérofreinage. L'aérofreinage a été utilisé pour diverses missions sur Mars, notamment ExoMars Trace Gas Orbiter et Mars Reconnaissance Orbiter.

L'aérofreinage peut ralentir considérablement le vaisseau spatial, mais pour les missions avec des rovers à atterrir, cela devient plus compliqué. Sur Mars, la densité atmosphérique n'est que de 1% de la Terre et il n'y a pas d'océan dans lequel le vaisseau spatial puisse plonger en toute sécurité. La forme émoussée du vaisseau spatial ne suffit pas à elle seule à réduire la vitesse.

Précédemment, les missions réussies ont utilisé des mesures supplémentaires. Le vaisseau spatial Mars Pathfinder a utilisé des parachutes pour décélérer, tout en s'appuyant sur un système d'airbag unique qui s'est mis en action dans les dernières secondes pour absorber le choc à l'atterrissage. Les rovers Spirit et Opportunity ont atterri avec succès sur Mars avec la même technique.

Quelques années plus tard, Le rover Curiosity a utilisé un nouveau système d'atterrissage. Dans les dernières secondes, des roquettes ont été tirées, permettant au vaisseau spatial de planer pendant qu'une attache - une grue aérienne - abaissait le rover sur la surface poussiéreuse de Mars. Ce nouveau système a démontré la livraison d'une charge utile lourde vers Mars et a ouvert la voie à de plus grandes missions.

Plus récemment, le rover Persévérance qui a atterri début 2021, utilisé le skycrane fiable ainsi que deux technologies plus avancées. Ces nouvelles fonctionnalités qui utilisaient des images en direct prises de ses caméras ont permis une analyse plus précise, atterrissage fiable et plus sûr.

Zhurong :le « dieu du feu »

L'atterrissage du rover chinois Tianwen-1 est la prochaine mission sur Mars. L'ambitieuse mission a en orbite, composants d'atterrissage et d'itinérance - la première mission à inclure les trois lors de sa première tentative. Il fait déjà le tour de la planète rouge depuis qu'il est entré sur l'orbite de Mars le 24 février et tentera de faire atterrir son rover Zhurong - qui signifie "dieu du feu" - à la mi-mai.

En taille, Zhurong se situe entre l'Esprit et la Persévérance et il transporte six pièces d'équipement scientifique. Après l'atterrissage, Zhurong inspectera les environs pour étudier le sol martien, géomorphologie et atmosphère, et recherchera des signes de glace d'eau souterraine.

Traditionnellement, les autorités chinoises ne révèlent pas beaucoup d'informations avant l'événement. Cependant, sur la base d'un premier aperçu de la mission par certains chercheurs chinois, nous connaissons la séquence d'atterrissage que le vaisseau spatial tentera de suivre.

Le 17 mai, Zhurong – protégé par un aéroshell (une coque protectrice entourant le vaisseau spatial qui comprend le bouclier thermique) – entrera dans l'atmosphère à une vitesse de 4 km/s. Quand il ralentit suffisamment, des parachutes seront déployés. Dans la dernière phase de la séquence, des fusées avec des moteurs à poussée variable seront utilisées pour une nouvelle décélération.

Contrairement à son homologue américain, Tianwen-1 utilisera deux technologies fiables :un télémètre laser pour déterminer où il se trouve par rapport au terrain martien et un capteur à micro-ondes pour déterminer sa vitesse avec plus de précision. Ceux-ci seront utilisés pour la correction de navigation lors de sa phase de descente en parachute. Pendant la phase de descente motorisée à la fin, L'imagerie optique et Lidar contribuera à la détection des dangers.

Juste avant l'atterrissage, une séquence automatisée d'évitement d'obstacles commencera pour un atterrissage en douceur. Si la mission est réussie, La Chine sera le premier pays à poser un rover sur Mars lors de sa première tentative. Quelques jours plus tard, Zhurong sera prêt à explorer la surface.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.