Des capteurs collectent des données cruciales sur les atterrissages sur Mars avec l'arrivée de Perseverance

"Delta Tango. Touché confirmé. Persévérance en toute sécurité à la surface de Mars, prêt à commencer à chercher les signes de la vie passée. Pendant plus de six ans, l'équipe Mars Entry, Descent, and Landing Instrumentation 2 (MEDLI2) a attendu d'entendre ces mots.

Le rover Perseverance de la NASA a atterri avec succès le 18 février 2021, commençant son exploration robotique de la planète rouge. MEDLI2 était l'une des technologies cruciales de l'aéroshell protecteur du rover qui a aidé à documenter l'entrée, la descente et l'atterrissage (EDL) du vaisseau spatial. Toutes les données MEDLI2 ont été stockées sur Persévérance pour être transmises à la Terre après un atterrissage réussi.

Le rôle de MEDLI2 était de collecter des données critiques sur l'environnement difficile lors de l'entrée de Persévérance dans l'atmosphère de la planète. Il comprenait trois types de capteurs - thermocouples, capteurs de flux thermique et transducteurs de pression - qui mesuraient la chaleur et la pression extrêmes lors de l'entrée. Il contenait également de l'électronique et du matériel pour enregistrer les charges thermiques et de pression subies lors de l'entrée et lors du déploiement du parachute.

MEDLI2 a utilisé ses mesures pour déterminer les forces de chauffage et atmosphériques qui se sont produites sur le bouclier thermique et la coque arrière. Ensemble, ces deux composants constituent l'aéroshell, qui a abrité et protégé le rover Persévérance pendant la croisière vers Mars et l'EDL.

MEDLI2 a été mis sous tension cinq heures avant les "Sept minutes de terreur" - la dernière descente de sept minutes vers Mars. Cela a donné le temps à l'électronique de MEDLI2 de stabiliser la température et de mesurer les conditions initiales avant l'entrée. Après que l'équipe a reçu l'indication que MEDLI2 a été activé avec succès, ils ont continué à surveiller les données entrantes tout au long de la phase de côte de cinq heures avant l'entrée.

La majorité des capteurs MEDLI2 et l'électronique primaire ont été montés sur le bouclier thermique Mars 2020. Environ 10 secondes après le déploiement du parachute supersonique, MEDLI2 a été éteint pour la dernière fois, car il avait terminé son travail. Puisqu'il est essentiel que le bouclier thermique soit séparé pour permettre l'extraction du rover Persévérance du véhicule d'entrée, il était nécessaire que MEDLI2 soit éteint quelques secondes avant la séparation pour éviter tout problème d'alimentation électrique. Le harnais reliant le bouclier thermique et la coque arrière a ensuite été sectionné par le tir d'un pyro-cutter, et le bouclier thermique a été lâché.

Persévérance a renvoyé des "données d'événement critiques" en temps réel pendant l'EDL. Il comprenait un sous-ensemble des données MEDLI2, qui permettaient d'observer ce que le véhicule d'entrée vivait au moment de l'entrée. Trois jours après l'atterrissage réussi de Perseverance, les données MEDLI2 restantes ont été retransmises sur Terre, et la phase suivante du projet a commencé :l'analyse des données et la reconstruction des performances.

« Les données renvoyées sont fascinantes. C'est comme avoir une vue à vol d'oiseau de ce qui arrive à l'aeroshell alors qu'il vole dans le ciel martien. Les signaux du capteur MEDLI2 sont si clairs que nous avons pu identifier immédiatement des phénomènes intéressants et des événements cruciaux », a déclaré Todd White, chercheur principal MEDLI2 au centre de recherche Ames de la NASA dans la Silicon Valley en Californie.

Les données collectées à partir de MEDLI2 fournissent également des mesures qui seront utilisées pour déterminer les propriétés de l'atmosphère traversée par le véhicule d'entrée de Mars 2020. MEDLI2 fournit des données d'observation EDL essentielles pour comprendre la marge restante sur l'entrée Persévérance ainsi que des données qui seront utilisées pour améliorer les modèles de prédiction et les outils pour les missions futures.

Les températures d'isolation de l'écran thermique enregistrées tout au long de la phase d'entrée complète étaient conformes aux prévisions d'entrée. La température maximale mesurée dans l'écran thermique lors de l'entrée était de 1830 ° F (1000 ° C). Cela correspond à une température extérieure maximale estimée de l'écran thermique d'environ 2 550 °F (1 400 °C).

MEDLI2 a également utilisé ses thermocouples intégrés pour déterminer la quantité d'isolant de protection de l'écran thermique pouvant avoir brûlé ou ablaté. Tous les thermocouples ont survécu à l'impulsion de chauffage d'entrée, indiquant que l'ablation du bouclier thermique était très faible. Cette observation pourrait être utilisée pour réévaluer la quantité d'isolation nécessaire sur un bouclier thermique pour potentiellement réduire la masse globale du véhicule à l'entrée.

Les pressions de surface ont également été mesurées tout au long de la même phase, la pression de surface maximale du bouclier thermique correspondant aux prédictions d'entrée de l'équipe. MEDLI2 a sélectionné différents capteurs pour se concentrer sur la capture précise de différents régimes de vol. Un capteur couvrait la gamme complète des pressions de surface maximales. Les six autres mesures de pression du bouclier thermique avaient une plage permettant de capturer plus précisément les conditions pendant le régime de vol supersonique (d'environ cinq fois la vitesse du son sur Mars au déploiement du parachute supersonique). Ces capteurs, combinés à des mesures inertielles embarquées, ont permis de mieux comprendre les performances du véhicule d'entrée lorsque les impacts des variations de densité atmosphérique et des vents étaient plus prononcés. Les données de pression MEDLI2 seront utilisées pour améliorer l'approche de modélisation pour les futures missions EDL.

MEDLI2 comprenait des capteurs sur la coque arrière du véhicule d'entrée Mars 2020, une zone qui jusqu'à présent a fait l'objet d'observations limitées. La pression de surface, la température d'isolation et les mesures directes de chauffage de surface comprenaient la suite de capteurs de coque arrière. La connaissance de la pression de surface à l'arrière du véhicule d'entrée contribue à une réduction de la taille de l'empreinte d'atterrissage. Les données de température de l'isolation de la coque arrière se situaient dans les prévisions initiales, ce qui peut être utilisé pour réduire l'incertitude de modélisation. Comme pour l'isolation de l'écran thermique, la compréhension des performances thermiques de l'isolation de la coque arrière pourrait entraîner une réduction de la masse d'isolation de la coque arrière. Les mesures directes de chauffage de surface de la coque arrière contribuent également à réduire l'incertitude dans les modèles prédictifs.

Les données MEDLI2 comprenaient également une gamme de mesures «d'entretien ménager». Celles-ci comprenaient un certain nombre de mesures de température compensatoires de capteurs scientifiques critiques. Une grande partie de ces données de gestion interne intéressent également vivement l'équipe de Mars 2020 pour les aider dans leurs propres efforts de reconstruction de l'EDL. Une partie des mesures d'entretien ménager comprenait des capteurs internes à l'électronique de support MEDLI2 (tensions, températures internes, rythme cardiaque/horloge MEDLI2, etc.).

L’équipe MEDLI2 continuera d’analyser les données au cours des six prochains mois, affinant la compréhension de la NASA de l’atmosphère de Mars, des conditions extrêmes d’entrée et de la manière dont l’aéroshell Mars 2020 a protégé le rover. Ces leçons seront immédiatement utiles pour les prochaines missions vers Mars, et même vers Titan.