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Objectif du programme européen AURORA Notions de flux radiatifs Les différents moyens dessais Missions robotiques prévues sur Mars Le projet dune mission.

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2 Objectif du programme européen AURORA Notions de flux radiatifs Les différents moyens dessais Missions robotiques prévues sur Mars Le projet dune mission humaine Plan

3 Caractéristiques des planètes TERREMARS Atmosphère 21 % O 2 79 % N 2 97 % CO 2 3 % N 2 Température moyenne 15 °C-25 °C Pression au sol1013 mbar7.3 mbar Diamètre12756 km6794 km masse59, kg6, kg

4 Le programme AURORA 2022 Répétition Mission humaine Retour échantillon martien : tir 2 Démonstrateur habitabilité 2007 Démonstrateur Véhicule de rentrée Atmosphérique (EVD) 2026 Finalisation des infrastructures 2024 Répétition Mission humaine Mission ExoMArs Atterrissage humain sur Mars 2011 Retour échantillon martien : tir 1

5 Rentrée atmosphérique dun véhicule hypersonique Création dune onde de choc aux abords du bouclier thermique Rover américain Simulation en soufflerie de rentrée atmosphérique (ONERA) Ionisation du gaz environnant : création du milieu plasma Echauffement convectifEchauffement radiatif Ablation progressive du bouclier thermique

6 Le bouclier thermique Exemple de la sonde martienne Beagle II (masse : 74 kg) Objectifs : - résister à une température de 2000 °C lors de la rentrée atmosphérique - maintenir une température < 125 °C à lintérieur de la sonde Matériau utilisé : Norcoat Liège (poudre de liège + résine phénolique) Caractéristiques : -mise en œuvre en environnement stérile (pas de contamination microbiologique de Mars) - protection frontale : 23 tuiles de 4 types différents : épaisseur 8 mm - protection arrière : 15 tuiles avec une épaisseur de 3 à 6 mm

7 Les moyens dessais pour étudier les flux radiatifs Pression (Pa) Enthalpie (MJ/kg) Aerocapture MSR Arc-jet Supersonique Micro-ondes Tube à choc Torche ICP

8 Moyen dessai 1 : les Arc-jets Caractéristiques :Puissances : 5 – 10 kW Enthalpie : 5 – 30 MJ/kg Pression : 2 – 10 Pa Moyens danalyses : Spectrométrie de masse Spectroscopie optique (visible, proche UV, IR) Sondes électrostatiques

9 Moyen dessai 2 : Tube à choc Moyen dessai 3 : plasma micro-ondes Caractéristiques :Fréquence : 2.45 GHz Puissances : 6 kW Enthalpie : 10 – 35 MJ/kg Pression : 1000 – Pa Température électronique : 3000 – K Température des espèces lourdes : 1500 – 3500 K Caractéristiques :Choc à haute vitesse : 3 – 5 km/s Enthalpie : 25 MJ/kg Pression : – Pa Température électronique : – K

10 Moyen dessai 4 : la torche ICP Longueurs donde (nm) Intensité (W/m 3.sr.nm) T = 6000 K Elaboration dun cas-test Caractéristiques : Fréquence : 64 MHz Puissance : 3 kW Enthalpie : MJ/kg Pression : Pression atmosphérique Température : 6000 K

11 Principales émissions radiatives Gamme de lultra-violet : 10 nm 390 nm CO – CN - C Gamme du visible : 390nm 780 nm CN – C 2 Gamme de linfra-rouge : 780 nm 1 mm CO – CO 2 - CN (Remarque : la faible présence dargon dans la composition de latmosphère martienne nest pas pris en compte) Dépendance vis-à-vis de la température Dépendance vis-à-vis de la pression

12 Mission 1 : ExoMArs/Netlander ( ?) Accroître les connaissances sur les caractéristiques de la planète en vue dune exploration humaine et définir ainsi les risques potentiels Etude des phénomènes géophysiques et météorologiques à léchelle de la planète (ensemble de quatre stations) Etude scientifique dexobiologie (science de la recherche de la vie)

13 Mission ExoMars : Le module complet Un orbiteur - relais de communications - qualifier une nouvelle technologie de rendez-vous et damarrage Des modules de descente - bouclier thermique + parachute + air-bag - module de surface Les 4 Netlanders Le Rover

14 Scénario datterrissage dun Netlander

15 Mission ExoMars : Le Rover (Pasteur Instruments Packages) Instruments : 44 kg caméra panoramique (Pan Cam) foreuse (Drill) pour lacquisition déchantillons outil manipulation échantillon et système distribution microscope optique couleur sonde électromagnétique de sous-sol spectroscope Raman spectromètre laser-plasma spectromètre chromatographe spectromètre de masse micro-plaquettes de détecteurs de vie Mars Organic Analyzer détecteur de biomarqueurs organiques (acides aminés, hydrocarbures aromatiques)

16 Mission ExoMars : Le Netlander sismomètre caméra panoramique (Pan Cam) microphone - sons issus des vents, décharges électriques, atterrisseurs radar sondeur (GPR) -localisation des réservoirs hydriques - étude de lionosphère capteurs de champs électriques (ARES) magnétomètre (MAGNET) -variation séculaire du champ magnétique - étude la structure interne de Mars Instrument de mesure météorologique -vitesse et direction du vent - température, humidité, pression - profondeur optique NE.I.G.E. -étude géodésie - étude ionosphère S.P.I.C.E. - étude couche superficielle (propriétés physiques et thermiques) Instruments : 6 kg

17 Mission 2 : Mars Sample Return - MSR - (2011) Importance de la mission : Configuration similaire à une exploration humaine Nécessité de 5 vaisseaux : vaisseau de liaison Terre – Mars orbiteur martien module de descente module de remontée vaisseau de retour vers la Terre

18 Mission 2 : Mars Sample Return - MSR - (2011) Facteurs déterminants du projet site atterrissage adaptation à différents modèles de terrains importance des échantillons 500 g est la valeur idéale (recommandations IMEWG) I nternational M ars E xploration W orking G roup collecte déchantillons foreuse indispensable (profondeur 1,5 m) protection des échantillons contamination de Mars par des germes terriens contamination de la Terre par des germes martiens

19 Le projet ultime : La mission humaine Les objectifs principaux - Atterrissage et retour sain et sauf dun équipage ! (incluant toutes les mesures danticontamination réciproques entre Mars et la Terre) - Démonstration des avantages dune présence humaine sur Mars - Exploration et perfectionnement des connaissances scientifiques Les objectifs secondaires - Déterminer les ressources de la planète en vue dune présence humaine à long terme (habitabilité, disponibilité de ressources, contraintes environnementales)

20 Architecture de la station module de propulsion capsule de rentrée sur la Terre module habitation véhicule dexcursion sur Mars

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22 Sites intéressants

23 Les moyens dessais pour étudier les flux radiatifs Pression (Pa) Enthalpie (MJ/kg) Aerocapture MSR Arc-jet Supersonique Laboratoire daérothermique dOrléans (LAO) Micro-ondes Laboratoire de combustion et Systèmes réactifs (LCSR) (Orléans) Tube à choc IUSTI (Marseille) Torche ICP LAEPT (Clermont-Ferrand) poub


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