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Atterrissage

La phase d'atterrissage est l'étape la plus spectaculaire, mais aussi la plus critique de la mission

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La phase d'atterrissage d'InSight, la plus critique de toute la mission, débute exactement trois heures avant le contact avec les couches les plus hautes de l'atmosphère martienne, à environ 125 kilomètres de la surface.

Basée sur l'atterrisseur polaire Phoenix, qui s'est posé avec succès le 26 mai 2008 sur les plaines glacées boréales de Mars, la sonde InSight bénéficie de tout le retour d'expérience acquis lors de cette mission. La seule grande différence concerne finalement le site d'atterrissage : InSight se posera à l'équateur, tandis que Phoenix avait été envoyé vers les terres arctiques martiennes.

Séparation de l'étage de croisière

Sept minutes avant de frapper la bulle d'air qui entoure Mars, grâce à la mise à feu de boulons pyrotechniques, l'atterrisseur InSight se sépare de l'étage de croisière , qui avait la responsabilité de conduire la sonde à bon port, dans la proche banlieue martienne.

Pendant une minute et demie, la capsule renfermant InSight va lentement tourner sur elle-même pour pointer son bouclier thermique vers l'avant, en direction de sa cible planétaire. Sa vitesse est alors très importante, puis qu'elle fonce en direction du sol martien à une vitesse hypersonique, environ 5,5 km/s.

Telle une balle de fusil, elle va aborder l'atmosphère sur une trajectoire balistique, avec un angle d'entrée de 12,5°. Lors des atterrissages, sur Terre comme sur Mars, l'angle d'entrée joue un rôle essentiel, bien plus que la vitesse. Trop petit, et la sonde rebondirait sur l'atmosphère pour se perdre dans l'espace. Trop prononcé, et les forces de friction qui s'exerceraient sur la capsule deviendraient trop importantes, consumant l'engin dans une boule de feu.

Entrée atmosphérique

Pour survivre aux forces de friction intenses qui caractérise l'entrée dans l'atmosphère, la sonde InSight est protégée par un bouclier thermique de grand diamètre. Ce dernier est recouvert de tuiles fabriquées dans un matériau ablatif, qui, en se décomposant lentement sous l'effet de la chaleur, permet d'absorber l'impressionnante quantité d'énergie due à la résistance de l'atmosphère au passage d'InSight.

Au moment du pic de décélération, la sonde encaissera un facteur de charge de plus de 9G, une valeur que l'être humain ne serait pas capable de supporter. Les masses mobiles des pendules VBB appuieront alors sur leurs butées avec un poids équivalent à deux kilogrammes sur Terre, et ces dernières ne devront absolument pas se déformer.

Le véhicule d'entrée, constitué d'un bouclier thermique et d'un bouclier arrière, et à l'intérieur duquel se trouve l'atterrisseur, recroquevillé sur lui-même, est stabilisée durant cette étape, turbulente par nature, par de petites rétrofusées. La capsule a cependant été conçue pour être globalement stable d'un point de vue aérodynamique.

Aucun guidage à proprement parlé n'a lieu durant la phase d'entrée, ce qui explique que la taille de l'ellipse d'atterrissage, qui délimite la zone dans laquelle InSight a toute les chances de se poser, soit bien plus grande (130 km sur 27 km) que celle du rover Curiosity.

Lorsqu'InSight se posera sur Mars le 26 novembre 2018, ce sera l'automne dans l'hémisphère nord, et la saison des tempêtes de poussière aura débuté. Le soulèvement par les vents de grandes quantités de particules très fines de poussière pourra changer de manière significative les propriétés de l'atmosphère, et la météorologie martienne sera donc suivie avec attention dans les semaines précédant l'atterrissage. De nombreuses simulations numériques ont cependant montré que la sonde devrait pouvoir s'adapter à une large gamme de situations, même difficiles.

Descente sous parachute

Après l'entrée atmosphérique, la seconde étape de l'atterrissage d'InSight consiste en une descente sous parachute. Ce dernier, d'un diamètre de 12 mètres, se déploiera à environ 9 kilomètres d'altitude. Situé à 2,7 kilomètres sous le niveau moyen de la planète Mars (une sorte de niveau de la mer virtuel), le site d'atterrissage d'InSight permet un freinage efficace sous parachute, la colonne d'air disponible étant effectivement suffisamment grande.

Au moment de l'ouverture du parachute, et bien qu'ayant été ralentie durant la phase d'entrée, la sonde évolue encore à une vitesse supersonique (environ 1,5 mach, soit un peu plus de la vitesse du son, environ 350 m/s), ce qui complique quelque peu le déploiement de ce dernier. Les contraintes qui vont s'exercer sur la toile et les suspentes seront très fortes, et le parachute a été spécifiquement conçu pour pouvoir s'ouvrir complètement à grande vitesse, sans se déchirer ou partir en torche. A cause de la faible pression atmosphérique martienne et d'un besoin de vitesse, aucun parachute extracteur ne ferait l'affaire pour le déploiement du parachute principal. Cette étape s'effectue donc grâce à l'énergie fournie par un mortier.

Quinze secondes après le déploiement du parachute, à environ 7,2 kilomètres d'altitude et une vitesse de 443 kilomètres/heure (123 m/s, soit environ mach 0,5 sur Mars), le bouclier thermique devenu inutile est éjecté, et chute librement vers la surface martienne. Le largage n'a pas lieu immédiatement après l'ouverture du parachute, pour donner le temps aux oscillations de ce dernier de s'atténuer.

Dix secondes après le départ du bouclier thermique, les trois pieds télescopiques de l'atterrisseur ont alors suffisamment d'espace pour pouvoir se déployer de manière sure. Ils se déplient rapidement l'un après l'autre, à 0,5 seconde d'intervalle.

Cinq secondes plus tard, à une altitude d'environ 6 km, le radar de descente s'initialise et cherche à acquérir la surface martienne. Son rôle est de permettre à la sonde InSight de connaître précisément son altitude et sa vitesse par rapport au sol. L'accrochage de la surface martienne par le radar aura lieu à une altitude d'environ 2400 mètres. Les données fournies par le radar seront utilisées jusqu'à 30 mètres, altitude à partir de laquelle des réflexions parasites de la surface brouilleront les données de navigation, rendant ces dernières inutilisables.

Croquis montrant la sonde InSight durant l'étape finale (propulsée) de l'atterrissage sur la plaine équatoriale d'Elysium. Pour freiner sa descente, l'engin dispose de trois grappes de rétrofusées à pulses, qui développent chacune une poussée d'environ 300 newtons. Bien que par définition très sensible à la moindre vibration, le sismomètre SEIS a été conçu pour résister aux chocs très violents qui caractérisent tout atterrissage sur Mars (© IPGP/Manchu/Bureau 21).Croquis montrant la sonde InSight durant l'étape finale (propulsée) de l'atterrissage sur la plaine équatoriale d'Elysium. Pour freiner sa descente, l'engin dispose de trois grappes de rétrofusées à pulses, qui développent chacune une poussée d'environ 300 newtons. Bien que par définition très sensible à la moindre vibration, le sismomètre SEIS a été conçu pour résister aux chocs très violents qui caractérisent tout atterrissage sur Mars (© IPGP/Manchu/Bureau 21).

Phase finale propulsée

A une altitude d'environ 1,3 kilomètre, alors qu'elle évolue encore à une vitesse de 224 kilomètres/heure, InSight se sépare de son parachute, pour se retrouver en vol libre, chutant comme une pierre vers la surface rouillée de Mars et s'éloignant rapidement du bouclier arrière qu'elle a laissé derrière elle (et auquel est resté accroché le parachute).

Mais très rapidement, une demi-seconde après cet événement, l'atterrisseur allume ses rétrofusées, trois grappes de quatre moteur consommant de l'hydrazine et délivrant chacun une poussée de 300 newtons, pour freiner et se stabiliser. L'intelligence de bord, qui contrôle les moteurs, va chercher à réduire la vitesse horizontale et à rendre constante la vitesse verticale. Selon les cas, la sonde effectuera également une manoeuvre d'évitement du bouclier arrière, pour éviter que la toile du parachute ne vienne la recouvrir par un affreux coup du sort une fois posée au sol.

A 50 mètres du sol, alors que la vitesse verticale n'est plus que de 30 kilomètres/heure, les capteurs de contact situés au niveau des pieds sont activés. Le sol martien est désormais très proche. Lorsqu'InSight touche finalement la surface (un événement enregistré par les capteurs des pieds), après un voyage de plusieurs centaines de millions de kilomètres dans l'espace, sa vitesse verticale moyenne n'est plus que de 8 kilomètres/heure environ (soit un peu plus de 2 m/s), pour une vitesse horizontale presque trois fois inférieure. Sur la plaine d'Elysium, il est un peu plus de 2 heures de l'après-midi en cette belle et froide journée d'hiver.

Les moteurs-fusées sont coupés moins de 0,25 seconde après le contact avec la surface de Mars. L'altération du site d'atterrissage, due à l'interaction des puissants jets de gaz sortant des tuyères des fusées avec le sol sera cependant minimale, et confinée à la région située sous la plateforme d'atterrissage, qui pourrait être légèrement excavée.

Par mesure de sécurité, les panneaux solaires ne seront déployés que 16 minutes après l'arrivée d'InSight, de manière à minimiser l'influence de la retombée des particules de poussière soulevées suite au débarquement tonitruant de la sonde sur Mars. Le dépôt de poussière sur le pont de l'atterrisseur sera également limité.

Pour l'atterrisseur InSight, qui va maintenant débuter toute une série d'opérations de vérification, le voyage est terminé. Ce n'est cependant pas le cas du sismomètre SEIS, qui se trouve encore à un mètre du sol. L'objectif de la mission est effectivement de le poser lui aussi en douceur sur la surface poussiéreuse et rouillée de Mars. Ce n'est qu'une fois que ses trois pieds coniques seront solidement plantés dans la poussière, au terme d'une longue étape de déploiement, que l'atterrissage proprement dit sera réellement terminé.

Dernière mise à jour : 11 novembre 2018

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