Dans les dernières minutes de l'atterrissage d'un vaisseau spatial, il se déplace à des vitesses hypersoniques à travers de nombreuses couches de l'atmosphère. Connaître la densité de l'air à l'extérieur du véhicule peut avoir un effet substantiel sur son angle de descente et sa capacité à toucher un point d'atterrissage spécifique. Mais les capteurs de densité de l'air capables de résister aux conditions hypersoniques difficiles sont rares. Un étudiant des Pays-Bas, travaillant avec un ingénieur en aérospatiale de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, développé un algorithme qui peut fonctionner à bord d'un véhicule, fournir des données en temps réel importantes pour aider à diriger l'engin, en particulier lors de l'entrée cruciale, descente, et débarcadère.

"L'algorithme que nous avons créé peut s'exécuter en vol, à bord du véhicule et estimer l'ambiance à l'extérieur, " dit Hamza El-Kébir, un premier cycle à l'Université de technologie de Delft. "C'est donc un changeur de jeu complet, parce que maintenant vous pouvez utiliser des connaissances préalables sur le mouvement du véhicule pour estimer la densité de l'air, informer vos décisions en vol, et apporter des modifications mineures à votre parcours. Cela peut fournir plus de certitude que vous allez atteindre cet endroit, au lieu de traiter avec des directives vraiment conservatrices."

El-Kebir a mené la recherche avec Melkior Ornik, professeur adjoint au Département de génie aérospatial de l'U of I, au cours d'un programme d'un semestre à l'étranger et commencera ses études supérieures à l'Illinois à l'automne. Il a déclaré que son travail était nouveau car il utilise des données de capteurs qui n'étaient pas destinés à fournir des données sur la densité de l'air. "Il en extrait ces informations de densité en utilisant des algorithmes vraiment astucieux qui ne nécessitent aucune connaissance réelle de l'aérodynamique ou de l'atmosphère."

Ornik a expliqué comment l'algorithme apprend la densité de l'air. "L'algorithme part de presque rien. Il ne sait rien de la densité de l'air. Il rassemble les données des accéléromètres et des gyroscopes disponibles sur n'importe quel véhicule pour collecter des données, et le combine avec des connaissances préalables sur le taux d'accélération maximal pour obtenir une estimation variable dans le temps de la densité de l'air. Et il obtient, en un sens, plus intelligent avec le temps. Il modifie ses estimations à bord, en fonction des données d'entrée qu'il reçoit."

El-Kebir et Ornik ont ​​utilisé les données acquises à partir de l'entrée, descente, et l'atterrissage de l'atterrisseur Phoenix - une sonde scientifique martienne - représentant les 220 dernières secondes, la phase balistique, jusqu'au déploiement du parachute.

"Il n'y a pas de direction à la fin de cette étape, il est donc très important de connaître immédiatement la densité de l'air dans le régime d'écoulement raréfié, à partir d'environ 80 kilomètres. Quand il entre dans cette dernière partie, son angle de trajectoire de vol se fixe et le véhicule descend juste, et est à peine affecté par la direction du vent, ", a déclaré El-Kébir.

Et si le Phénix avait l'algorithme ?

"Si vous connaissez la densité de l'air, vous pouvez estimer votre angle d'attaque par rapport au vent. Vous pouvez également prédire à quoi ressemblera la densité dans le futur, afin que vous puissiez prendre des décisions. Il n'y avait aucun contrôle sur Phoenix pendant la phase balistique. S'il avait la connaissance de la densité de l'air, cela aurait eu un avantage. Ils auraient pu exploiter les données et atterrir avec plus de précision."

Ornik a déclaré qu'il existe souvent une hypothèse selon laquelle il existe un modèle fixe que nous connaissons à l'avance et que nous déterminons des méthodes de contrôle qui conduisent le véhicule à atterrir. "C'est souvent une hypothèse forte. C'est souvent faux car il ne s'agit pas seulement de la densité de l'air. En raison de la vitesse et de l'impact avec l'air, les véhicules hypersoniques changent légèrement de forme pendant le vol et cela change leur dynamique pendant le vol."

"Nous n'avons donc pas de modèle unifié qui décrit l'ensemble du vol car la dynamique change progressivement au fil du temps. Nous connaissons le taux de changement maximal, donc avec cet algorithme, nous pouvons exploiter cette connaissance pour créer une estimation, " dit Ornik.

El-Kebir a déclaré qu'il existe d'autres domaines auxquels cette connaissance peut être appliquée, même en dehors de l'aérospatiale et même des véhicules. Il cherche des moyens de l'utiliser en électrochirurgie pour prédire le champ de température pendant une opération chirurgicale afin que le chirurgien puisse connaître la profondeur de la coupure.