L'aventure martienne présenté par D. VACHER

Plan Objectif du programme européen AURORA Notions de flux radiatifs Les différents moyens d’essais Missions robotiques prévues sur Mars Le projet d’une mission humaine

Caractéristiques des planètes TERRE MARS Atmosphère 21 % O2 79 % N2 97 % CO2 3 % N2 Température moyenne 15 °C -25 °C Pression au sol 1013 mbar 7.3 mbar Diamètre 12756 km 6794 km masse 59,74.1023 kg 6,42.1023 kg

Finalisation des infrastructures Le programme AURORA 2030 2033 Atterrissage humain sur Mars 2024 Répétition Mission humaine 2 2011 Retour échantillon martien : tir 1 2007 Démonstrateur Véhicule de rentrée Atmosphérique (EVD) 2026 Finalisation des infrastructures 2022 Répétition Mission humaine 1 2014 Retour échantillon martien : tir 2 Démonstrateur habitabilité 2009 Mission ExoMArs

Rentrée atmosphérique d’un véhicule hypersonique Rover américain Simulation en soufflerie de rentrée atmosphérique (ONERA) Création d’une onde de choc aux abords du bouclier thermique  Ionisation du gaz environnant : création du milieu plasma  Echauffement convectif Echauffement radiatif  Ablation progressive du bouclier thermique

Exemple de la sonde martienne Beagle II (masse : 74 kg) 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 l’intérieur 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

Les moyens d’essais pour étudier les flux radiatifs 5 1 2 3 4 6 101 103 105 Pression (Pa) Enthalpie (MJ/kg) Aerocapture MSR Arc-jet Supersonique Micro-ondes Tube à choc Torche ICP

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

Moyen d’essai 2 : Tube à choc Caractéristiques : Choc à haute vitesse : 3 – 5 km/s Enthalpie :  25 MJ/kg Pression : 10000 – 50000 Pa Température électronique : 10000 – 20000 K Moyen d’essai 3 : plasma micro-ondes Caractéristiques : Fréquence : 2.45 GHz Puissances : 6 kW Enthalpie : 10 – 35 MJ/kg Pression : 1000 – 10000 Pa Température électronique : 3000 – 30000 K Température des espèces lourdes : 1500 – 3500 K

Moyen d’essai 4 : la torche ICP Longueurs d’onde (nm) Intensité (W/m3.sr.nm) T = 6000 K Caractéristiques : Fréquence : 64 MHz Puissance :  3 kW Enthalpie : 10 - 15 MJ/kg Pression : Pression atmosphérique Température :  6000 K Elaboration d’un cas-test

Principales émissions radiatives (Remarque : la faible présence d’argon dans la composition de l’atmosphère martienne n’est pas pris en compte) Dépendance vis-à-vis de la température Dépendance vis-à-vis de la pression Gamme de l’ultra-violet : 10 nm    390 nm CO – CN - C Gamme du visible : 390nm    780 nm CN – C2 Gamme de l’infra-rouge : 780 nm    1 mm CO – CO2 - CN

Mission 1 : ExoMArs/Netlander (2009-2011?) Etude scientifique d’exobiologie (science de la recherche de la vie) Etude des phénomènes géophysiques et météorologiques à l’échelle de la planète (ensemble de quatre stations) Accroître les connaissances sur les caractéristiques de la planète en vue d’une exploration humaine et définir ainsi les risques potentiels

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

Scénario d’atterrissage d’un Netlander

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

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

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

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) International Mars Exploration Working Group protection des échantillons contamination de Mars par des germes terriens contamination de la Terre par des germes martiens collecte d’échantillons foreuse indispensable (profondeur  1,5 m)

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

Architecture de la station module habitation capsule de rentrée sur la Terre module de propulsion véhicule d’excursion sur Mars

Sites intéressants http://www.esa.int http://orbitmars.futura-sciences.com http://www.nirgal.net/mars_biblio.html http://www.onera.fr http://www.cnes.fr

Les moyens d’essais pour étudier les flux radiatifs poub Les moyens d’essais pour étudier les flux radiatifs Micro-ondes Laboratoire de combustion et Systèmes réactifs (LCSR) (Orléans) Arc-jet Supersonique Laboratoire d’aérothermique d’Orléans (LAO) 5 1 2 3 4 6 101 103 105 Pression (Pa) Enthalpie (MJ/kg) Aerocapture MSR Torche ICP LAEPT (Clermont-Ferrand) Tube à choc IUSTI (Marseille)