Préparation du rover Mars 2020 "Perseverance"

En synthèse sur le sujet :
- Sur Mars l'hélicoptère est handicapé par la faible densité de l'atmosphère (1% de celle de la Terre) et par contre bénéficie d'une gravité plus faible (35%) Le résultat est que les différents paramètres sur lesquels on peut agir (longueur du rotor, vitesse de rotation, masse) doivent être globalement amélioré dans un rapport de 35 par rapport à un équivalent terrestre (la vitesse de rotation est au carré)
- Pour y parvenir l'hélicoptère conçu est plutôt léger (1,8 kg), le rotor est de grande taille et il tourne très vite
- Le choix d'un hélicoptère à rotors contrerotatifs (deux rotors superposés tournant en sens contraire) s'est imposé car il limite l'encombrement par rapport au recours à un rotor anticouple. .
- La formule du quadrirotor n'a pas été retenue parce qu'elle manque de stabilité compte tenu de la masse des rotors qui auraient été nécessaires

- Le responsable scientifique de Mars 2020 était opposé à l'emport de l'hélicoptère qui ne contribue pas aux objectifs de la mission et par contre immobilise durant 30 jours le rover dont le planning est  par ailleurs bien chargé ....mais la direction de la NASA a imposé son emport (le Sénat a voté un budget dédié,...). Les projets d'exploration de Mars souffrent comme le programme spatial habité  (mais dans une moindre mesure) d'une aura médiatique qui se répercute dans les décisions prises par la direction de la NASA sous la pression d'élus ayant souvent une analyse de niveau "café du commerce".
- Tout cela n'empêche pas l'expérience d'être intéressante ... mais c'est le point de vue de l'amateur qui n'est pas amené comme les scientifiques à attendre parfois 20 ans avant de voir son expérience scientifique embarquée dans une mission.

NASA Chooses Helicopter for Mars Drone
Mars 2020 Helicopter Landing Gear Dynamics
Helicopter to accompany NASA’s next Mars rover to Red Planet 
Mars Helicopter to Fly on NASA’s Next Red Planet Rover Mission

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Merci Pline pour toutes ces informations collectées et synthétisées.
Cela amène aussi à un débat sur les priorités pour les missions martiennes , qui peut d’ailleurs être généralisé , entre les objectifs scientifiques et technologiques.
Certes Ken Farley , un des responsables scientifiques de cette mission, n’était pas pour cet essai, qui restreindrait  selon lui les apports scientifiques pour un test technologique aléatoire. Toutefois on peut lui faire remarquer que si ce test réussi, on doit pouvoir tripler la progression du Rover et donc aussi les apports scientifiques.
Le progrès marche au moins sur deux jambes : Science et Technologie...Bien sûr, ce ne sont pas les seules...sans exagérer comme pour le mille-pattes !
...C’est vrai que dans ce cas, il ne s’agit pas seulement de marcher ou rouler...mais aussi de voler ! ;)

Sait-on s'il y aura une équipe spéciale en charge de gérer les vols de l'hélicoptère ?
L'utilisation de ses repérages pour aider le rover à mieux se déplacer s'entend. Encore faut-il qu'une coordination parfaite soit mise en place si plusieurs équipes travaillent.

si le but est de profiter d'un point de vue élever afin d'observé les alentours avant d'y aller pourquoi pas un ballon captif. une ballon (bien plus grand que sur terre a portance égal, 15g/m3) remplie d’hélium ou d’hydrogène (très peu vu la pression, environ 1g H2 pour 20g a soulever) soulevant juste une camera et relier au Rover par un fil. Avec ça pas de panneau solaire, de batterie, d'ordinateur, de système de communication, de moteurs tout (électricité, ordre de commande, retour d'info) passe par le fil. De plus , en observent l’inclinaison du fil on peut en déduire le gardian de vent a basse altitude et avec le diametre du ballon l’évolution de la pression.

Si l’ hélicoptère a été retenu plutôt que l’aérostat, c’est pour sa compacité et sa plus grande manœuvrabilité. 
Certes un aérostat peut flotter dans l’air martien , malgré la faible pression de cet air grâce au fait que cet air est en grande partie constitué de dioxyde de carbone de masse moléculaire plus grande que l’air terrestre (44g/mol au lieu d’environ 29 g/mol) Toutefois un aérostat ne bénéficierait pas comme un hélicoptère de la gravité martienne plus faible car si le poids est réduit, la poussée d’ Archiméde aussi.

Je sais bien qu'on apprécie souvent de "contester" les choix d'une agence spatiale ... pour proposer une autre solution.

Pour ma part ... je me contente d'essayer de comprendre les raisons qui ont amené à ce choix.
Comme l'a dit Giwa, la compacité est un élément important.
Mais il y a aussi la vérification qu'un hélicoptère peut fonctionner, ce qui donnerait alors des idées :

• pour en envoyer d'autres de taille aussi réduite ou un peu plus grands lors de nouvelles missions automatiques à venir (mission sample return ?)
  
• pourquoi pas changer d'échelle et offrir à des astronautes un engin pour se déplacer, déplacer des charges etc ....
  

Tiens le Gyrocopter de Mad Max .... passait dans les plaines martiennes

phenix a écrit:si le but est de profiter d'un point de vue élever afin d'observé les alentours avant d'y aller pourquoi pas un ballon captif. une ballon (bien plus grand que sur terre a portance égal, 15g/m3) remplie d’hélium ou d’hydrogène (très peu vu la pression, environ 1g H2 pour 20g a soulever) soulevant juste une camera et relier au Rover par un fil. Avec ça pas de panneau solaire, de batterie, d'ordinateur, de système de communication, de moteurs tout (électricité, ordre de commande, retour d'info) passe par le fil. De plus , en observent l’inclinaison du fil on peut en déduire le gardian de vent a basse altitude et avec le diametre du ballon l’évolution de la pression.

Un des soucis de ce ballon captif est que se passe-t'il en cas de défaillance si le ballon retombe avec ses équipements sur le robot?
Ou même juste si il redescend et que le fil n'est plus tendu.
Trop de risque d'endommager ou coincer certains capteurs ou mécanismes. Les chances que cela arrive sont relativement élevées, beaucoup trop pour une mission à 2Md$ je pense.

Il est fort probable pour le choix qu'ils ont fait que le drone ne sera jamais activé à moins d'une certaine distance du MSL2 ce qui réduira de beaucoup les chances d'impact entre les deux en cas de problème. Tout se joue avec des stats même si l'impact d'un mini hélico serait probablement plus destructeur que celui de la CU d'un petit ballon qui se dégonfle.

Syl35 a écrit:

phenix a écrit:si le but est de profiter d'un point de vue élever afin d'observé les alentours avant d'y aller pourquoi pas un ballon captif. une ballon (bien plus grand que sur terre a portance égal, 15g/m3) remplie d’hélium ou d’hydrogène (très peu vu la pression, environ 1g H2 pour 20g a soulever) soulevant juste une camera et relier au Rover par un fil. Avec ça pas de panneau solaire, de batterie, d'ordinateur, de système de communication, de moteurs tout (électricité, ordre de commande, retour d'info) passe par le fil. De plus , en observent l’inclinaison du fil on peut en déduire le gardian de vent a basse altitude et avec le diametre du ballon l’évolution de la pression.

Un des soucis de ce ballon captif est que se passe-t'il en cas de défaillance si le ballon retombe avec ses équipements sur le robot?
Ou même juste si il redescend et que le fil n'est plus tendu.
Trop de risque d'endommager ou coincer certains capteurs ou mécanismes. Les chances que cela arrive sont relativement élevées, beaucoup trop pour une mission à 2Md$ je pense.

Il est fort probable pour le choix qu'ils ont fait que le drone ne sera jamais activé à moins d'une certaine distance du MSL2 ce qui réduira de beaucoup les chances d'impact entre les deux en cas de problème. Tout se joue avec des stats même si l'impact d'un mini hélico serait probablement plus destructeur que celui de la CU d'un petit ballon qui se dégonfle.

C’est exactement ce qui est prévu. Le MSL2 s’éloignera en premier avant le premier essai du drone-hélicoptère et par la suite, ce dernier ne communiquera toujours qu’à distance suffisante pour éviter que les appareils se heurtent en cas de fausse manœuvre.

@Giwa : Je n'avais pas pensé à ce détail. Mais il faudra bien qu'il vienne se reposer sur sa base pour se recharger, ou sera-t-il autonome pour se recharger ?

Astro-notes a écrit:@Giwa : Je n'avais pas pensé à ce détail. Mais il faudra bien qu'il vienne se reposer sur sa base pour se recharger, ou sera-t-il autonome pour se recharger ?

Il est autonome avec cellules solaires et batteries...donc pas besoin de base . Il lui faudra seulement revenir en visibilité du Rover pour transmettre ses informations avant de repartir pour de nouvelles inspections du terrain environnant.
L’appareil de test en chambre à vide ne pouvait porter les cellules et batteries et était alimenté en filaire avec juste le lest nécessaire pour compenser et se retrouver au poids martien qui sera de 6,7 N pour une masse de 1,8 kg. (1,8 X 3,711=6,6798)

Et on peut supposer que la rotation des pales jouera le rôle de "nettoyeur de poussières" pour les cellules photo-voltaïques.
Il ne doit pas y en avoir une grande surface (pas d'ailes sur un hélicoptère), il faut donc qu'elles effectuent la conversion des photons solaires en électricité avec le meilleur rendement possible.

on a le diametre du rotor?

phenix a écrit:on a le diametre du rotor?

12 pouces soit environ 30,5 cm : c’est un double rotor contrarotatif.

donc, sa donne une puissance de 325W pour faire un stationnaire (      P="rendement(0,85 pour un contrarotatif en étant optimiste) *racine [(masse(1,8)*gravité(3,711)^3/(2*ro(0,02)* surface rotor)]     )

donc en gros avec 1kg de bon accumulateur litium on peut volé 1,5h, il est plus probable qu'on est 250g de batterie consacré au vol pour en gros 20 minute de vol.

Après faut les charges ses batteries . par proportionnalité avec le rotor, le panneau solaire a l'air de faire dans les 3cm de rayon donc 0,003m² de surface c'est a dire sur Mars, a la perpendiculaire du soleil et avec un excellant rendement de 0,4 on a 0,7W . autrement dit il faudra environ 8 minutes de recharge par seconde de vol (+ l’énergie pour les camera et le système de transmission+ ordi de pilotage).   bon après vu la vitesse du rover, le but est pas de faire beaucoup de vol mais 10 minute tout les 10 sol parait realiste.

L’envergure sera  plus grande que ce que j’ai indiqué :1,2m et les pales tourneront  entre 2400 à 2900 tr/min

It’s a counter-rotating pair of blades, so there’s an automatic torque cancellation,” Aung said. “Those blades, tip-to-tip, are 1.2 meters (3.9 feet) in diameter … When it’s standing on the ground, from the ground up through the legs, and the fuselage and to the top of the rotor system, is about 0.8 meters (2.6 

The rotors on the Mars Helicopter will spin between 2,400 and 2,900 rpm, about 10 times faster than a helicopter flying in Earth’s atmosphere. The altitude record for a helicopter on Earth is around 40,000 feet.

https://spaceflightnow.com/2018/05/14/helicopter-to-accompany-nasas-next-mars-rover-to-red-planet/

Voilà encore une nouveauté très intéressante. Le drone hélicoptère sur Mars, maintenant on investi la 3e dimension dans la prospection du sol martien. Cela ouvre de nouvelles perspectives d'explorations géologiques. Pour le futur, dans l'éventualité d'une mission humaine, un moyen de déplacer des cosmonautes d'un point A à un point B rapidement et quelque soit la nivellement.

Tu remarqueras la largeur des pâles de ce petit Hélicoptère.   Pour transporter des hommes de poids normal, malgré la relative faible attraction de la planète, il va falloir de très grandes pâles .....de jolis calculs en perspectives. 
Il me semble qu'un ballon serait plus sur.

Pales plus grandes ou rotations plus rapides, comme tu le dis Jean Paul CY joli problème de mécanique  :scratch:

Notre forum ne sert pas qu’à suivre l’activité spatiale, mais aussi à faire de l’anticipation.;)

Effectivement comme le dit Astro-notes, voilà un joli problème de mécanique..aérienne martienne.

Le problème, c’est qu’en tournant plus vite, les extrémités  des pales peuvent passer en supersonique*, ce qui est à éviter car le rendement diminuerait. Mieux vaut passer à un multirotor, au moins un quadrirotor. En plus il serait intéressant de se déplacer à proximité du sol pour profiter de l’effet de sol. Pourquoi pas en plus une structure gonflable au dihydrogène, donc un hybride aéroglisseurs -aérostat ?

NB * : à remarquer qu’en plus , la vitesse du son est plus faible sur Mars dont l’atmosphère est principalement constituée de dioxyde de carbone triatomique : 259 m/s à 0ºC au lieu de 331 m/s pour de l’air sec terrestre.

Bonnes remarques Giwa. Augmenter le nombre de pales du rotor est un argument. L'effet de sol existe forcément, mais il faut éviter de soulever de la poussière lorsqu'on se rapproche du vol lent. Un mixte ballon hélicoptère pourquoi pas (?). On en reparlera sans doute.

Le ballon  genre 'dirigeable' me semblerait plus approprié car plus facile à transporter sur site et complètement indépendant du sol ....mais il y aura sans doute un problème de sécurité lors de tempête  .....on ne pourra pas le dégonfler puis le regonfler après le vent.....

Via Twitter, @pioneer_astro

Après trois jours de débat, les planétologues présents à la dernière réunion de sélection du site d'atterrissage du rover américain "Mars2020" ont pu exprimer leur avis au travers d'un vote. La décision finale sera toutefois prise par la direction de la Nasa.

Les trois critères de notation étaient :
1) la valeur scientifique des observations à faire sur place
2) la valeur scientifique des échantillons qui seront collectés
3) la confiance dans les hypothèses et les modèles développés lors de l'évaluation de chaque site.

Comme le montre le tableau, le cratère Jezero et le site "Midway" (à mi-chemin entre Jezero et Syrtis) semblent faire la course en tête. Les collines Columbia, déjà visitées par le rover Spirit et "repêchées" in extremis à la précédente réunion, sont le site le moins bien noté.

Une vidéo sur un test parachute pour cette mission:

Article de astronomy.com du 26/10, à propos du choix du site d'atterrissage.

- Columbia Hills* - anciennement connu sous le nom de Gusev Crater, le site d'atterrissage du robot Spirit - conserve des signes d'évents hydrothermaux similaires à ceux de la Terre, qui sont des paradis pour l'activité microbienne.
- Le cratère Jezero porte les signatures d'un ancien lac et d'un delta de rivière.
- Le nord-est de Syrtis comprend certaines des roches les plus anciennes de Mars - celles qui se sont formées lorsque la planète avait peut-être un climat plus hospitalier.
- Enfin, Midway, situé entre Jezero et Syrtis, pourrait offrir le meilleur des deux mondes.

Une solution pourrait être de faire passer le rover Mars 2020 d'un site d'atterrissage potentiel à un autre...

La NASA devra trancher avant la fin de l'année.



* La région s'appelait autrefois le cratère Gusev - et le nom du cratère n'a pas changé. Mais changer le nom du site d'atterrissage en Columbia Hills fut un changement de marque stratégique.
Comme Spirit a déjà traversé le cratère Gusev, les scientifiques pensaient que dépenser environ 2 milliards $ pour un retour sur place - alors qu'une grande partie de la planète est encore inexplorée - pourrait ne pas plaire à un public avide de nouvelles découvertes.
Ainsi, l'année dernière, les partisans les plus ardents du site ont décidé d'appeler le site d'atterrissage de Gusev sous l'autre nom de Columbia Hills, pour désigner les montagnes voisines.

Une photo qui montre la différence entre CHEMCAM de Curiosity (arrière plan) et SUPERCAM2020 du rover Mars 2020 (avant plan). Les deux sont des modèles de qualification.