Ingenuity qui a démontré la faisabilité technique et opérationnelle de voler dans le ciel martien pousse plusieurs équipes de chercheurs à proposer des concepts de véhicules aériens pour voler sur Mars. William Rapin, chercheur au CNRS a récemment identifié dans une étude de « nouveaux » objectifs scientifiques sur la géologie de Mars et tout l’intérêt d’utiliser un hélicoptère et son déploiement en vol pour y répondre. 

La Nasa et le JPL ont démontré qu’il était possible de voler dans le ciel martien, ouvrant la voie à de futures missions opérationnelles avec des véhicules aériens. C’est d’ailleurs une recommandation du prochain Decadal Survey qui identifie les principales priorités dans l’astronomie, l’astrophysique et l’exploration pour la décennie 2023 à 2032. Comme nous l’explique William Rapin, chercheur au CNRS, planétologue et spécialiste de Mars, et auteur d’un livre blanc qui pousse vers une mission dans le ciel de Mars, « l’envoi d’un véhicule aérien dans le ciel de Mars est pour nous une priorité forte ».

L’idée est de profiter de l’appel à projet prévu en 2023-2024 dans le cadre du programme Discovery de la Nasa, qui finance des missions d’environ 500 millions de dollars, pour proposer un « projet d’hexacoptère martien autonome à l’horizon 2030 ».

Nous avons opté pour une mission inédite d’exploration autonome

Il s’agirait d’une mission évidemment bien plus ambitieuse qu’Ingenuity, un « démonstrateur qui a pour seul but de démontrer la faisabilité du vol dans le ciel martien et le test de fonctions d’autonomie », d’où cette apparence très dépouillée. « Plutôt qu’une mission binôme avec un rover », dont la seule utilité pourrait être d’améliorer le rendement du déplacement d’un rover, voire d’accéder à des sites à fort dénivelé pour des études courtes et ponctuelles, « nous avons opté pour une mission inédite d’exploration autonome ».

L’architecture de ce véhicule aérien est en cours de définition. Mais l’idée de base serait un « hélicoptère plus lourd, peut-être avec plusieurs rotors comme un hexacoptère, et capable de vols de plusieurs kilomètres en totale autonomie ». C’est-à-dire qu’« il pourrait déterminer lui-même sa trajectoire dans les airs pour rejoindre un point B depuis un point A et se poser sur un site sécurisé qu’il aura lui-même localisé ». L’essentiel de la science sera réalisé au sol. Il pourrait être prévu d’utiliser un laser d’ablation pour effectuer des mesures de composition chimique. Dans les airs, l’hélicoptère réalisera des images, de la cartographie et pourrait même étudier le champ magnétique rémanent de Mars, 10 fois plus important que prévu, comme l’a démontré InSight.

Contrairement à Ingenuity qui a été amené sur Mars à bord du rover Perseverance, « notre scénario est très différent, et plus audacieux aussi ». L’hélicoptère rejoindrait la surface de Mars par ses propres moyens. Une fois entré dans l’atmosphère martienne, « il se déploierait en vol et irait rejoindre une zone située dans les hauts plateaux du Sud où il se posera ». Le déploiement en vol est techniquement très ambitieux mais « il ne semble pas irréalisable, et permettrait d’économiser le poids d’un étage de descente en rétrofusées ». Étonnamment, bien qu’il soit très compliqué de voler dans le ciel de Mars, les « vols de très haute altitude sont plus faciles car le changement de pression atmosphérique avec l’altitude est plus faible que sur Terre ».

Pour comprendre l’intérêt de Mars, il faut savoir que plus de la moitié de sa surface date du premier milliard d’années de sa formation, période aujourd’hui largement effacée de l’enregistrement géologique sur Terre par la tectonique des plaques et les convulsions multiples de la croûte terrestre. Or, c’est à cette époque, il y a plus de « trois milliards dannées que la vie est apparue sur la Terre et possiblement aussi sur Mars ». En tout cas, les conditions nécessaires à sa naissance étaient réunies : une atmosphère, de l’eau liquide à la surface et de la lumière. Si sur Terre, il « n’existe plus aucun fossile et indice de cette période qui ne soit pas profondément altéré », sur Mars les vestiges sont encore intacts et nombreux : « vallées fluviales asséchées, minéraux hydratés, lacs et peut-être même un océan ». C’est ce qui explique pourquoi l’étude de la Planète rouge est importante. Les scientifiques veulent savoir si une « forme de vie a pu s’y développer et ce qu’il se passait à sa surface au début de sa formation quand elle était habitable comme la Terre, avant que son eau liquide disparaisse et que son atmosphère se dissipe ».

Aujourd’hui, pour savoir si la vie a eu le temps de se créer et perdurer quelque temps pendant ce premier milliard d’années d’évolution de Mars, les « rovers seuls ne suffiront peut-être pas ».

En effet, malgré leur aptitude à se déplacer, ils ont parcouru en 15 ans (tous rovers confondus : Spririt, Opportunity et Curiosity) moins de cent kilomètres, ce qui est « évidemment trop peu pour caractériser une région entière, et en tirer des conclusions sur les phénomènes géologiques qui ont contribué à l’habitabilité de Mars à l’échelle globale ». À cela s’ajoute qu’ils « n’ont pas accès aux sites les plus intéressants », notamment les hauts plateaux du sud de la planète, « le graal des géologues ». Compte tenu de la faible densité de l’atmosphère martienne, les rovers sont contraints d’atterrir sur des « sites de plus basse altitude pour que l’atterrisseur ait le temps de freiner avant son atterrissage ». Le choix du site d’atterrissage est toujours un casse-tête pour l’équipe scientifique de chaque mission dont l’endroit doit non seulement convenir aux chercheurs, mais surtout aux ingénieurs et aux contrôleurs en charge du robot qui va se poser. Contrairement à une idée reçue, il n’est pas toujours possible de se poser là où l’intérêt scientifique est le plus grand !

Cela dit, malgré ses contraintes, la connaissance avance. On doit aux missions précédentes la « découverte d’eau liquide il y a plus de 3,5 milliards dannées » et que localement la planète a eu les conditions « physico-chimiques qui la rendaient habitable ». Mais, pour rechercher et trouver des traces de vie, l’exploration doit innover. De Perseverance à la mission internationale de retour d’échantillons martiens, sans oublier ExoMars 2022, les chercheurs se sont donné les moyens pour y parvenir, « mais cela ne doit pas être le seul moyen ».

D’où l’intérêt de véhicules aériens pour « accéder aux régions les plus prometteuses actuellement inaccessibles ». Les hauts plateaux du Sud donc, mais aussi les terrains escarpés, contre-pied des objectifs des rovers qui sont aujourd’hui cantonnés aux « terrains sédimentaires suffisamment plats pour permettre leur exploration ». Or, en se focalisant sur ce type de terrains depuis les débuts de l’exploration de Mars, « certes anciens », de nombreux autres aspects de l’histoire de la planète ont été mis de côté, voire oubliés. C’est le cas de « l’histoire de la formation de la croûte, des premiers continents et du champ magnétique global qui sont autant de phénomènes planétaires essentiels à l’émergence d’un monde habitable ».

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