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

Plan

Caractéristiques des planètes

TERRE MARS

Atmosphère21 % 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

Le programme AURORA

2022

Répétition

Mission humaine 1

2014

Retour

échantillon

martien : tir 2

Démonstrateur

habitabilité

2007

Démonstrateur

Véhicule de rentrée

Atmosphérique

(EVD)

2026

Finalisation des infrastructures

2024

Répétition

Mission humaine 2

2009

Mission

ExoMArs

20302033

Atterrissage humain

sur Mars

2011

Retour

échantillon

martien : tir 1

Rentrée atmosphérique d’un véhicule hypersonique

Création d’une onde de choc aux abords du bouclier thermique

Rover américainSimulation en soufflerie de rentrée

atmosphérique (ONERA)

Ionisation du gaz environnant : création du milieu plasma

Echauffement convectif Echauffement radiatif

Ablation progressive du bouclier thermique

Le bouclier thermique

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

Objectifs :

- résister à une température de 2000 °C lorsde 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

0

5

10

15

20

25

30

35

40

100 102 104 106101 103 105

Pression (Pa)

Ent

halp

ie (

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 kWEnthalpie : 5 – 30 MJ/kgPression : 2 – 10 Pa

Moyens d’analyses : Spectrométrie de masse Spectroscopie optique (visible, proche UV, IR) Sondes électrostatiques

Moyen d’essai 2 : Tube à choc

Moyen d’essai 3 : plasma micro-ondes

Caractéristiques : Fréquence : 2.45 GHzPuissances : 6 kWEnthalpie : 10 – 35 MJ/kgPression : 1000 – 10000 PaTempérature électronique : 3000 – 30000 KTempérature des espèces lourdes : 1500 – 3500 K

Caractéristiques : Choc à haute vitesse : 3 – 5 km/sEnthalpie : 25 MJ/kgPression : 10000 – 50000 PaTempérature électronique : 10000 – 20000 K

Moyen d’essai 4 : la torche ICP

0

2000

4000

6000

8000

345 347 349 351 353 355 357 359 361 363 365 367 369 371 373 375

Wavelength (nm)

I (W

/sr.

m3 .n

m)

Longueurs d’onde (nm)

Inte

nsit

é (W

/m3 .s

r.nm

)

T = 6000 K

Elaboration d’un cas-test

Caractéristiques :Fréquence : 64 MHzPuissance : 3 kW

Enthalpie : 10 - 15 MJ/kgPression : Pression atmosphérique

Température : 6000 K

Principales émissions radiatives

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

(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

Mission 1 : ExoMArs/Netlander (2009-2011?)

Accroître les connaissances sur les caractéristiques de la planèteen vue d’une exploration humaine et définir ainsi les risques potentiels

Etude des phénomènes géophysiqueset météorologiques à l’échelle de la planète

(ensemble de quatre stations)

Etude scientifique d’exobiologie(science de la recherche de la vie)

Mission ExoMars : Le module complet

Un orbiteur- relais de communications- qualifier une nouvelle technologiede 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)

Instruments : 44 kg

camérapanoramique(Pan Cam)

foreuse (Drill) pour l’acquisition d’échantillons

outil manipulationéchantillon et système

distribution

microscope optiquecouleur

sonde électromagnétiquede sous-sol

spectroscope Ramanspectromètre laser-plasma

spectromètre

chromatographespectromètre de masse

micro-plaquettes dedétecteurs de vie

Mars Organic Analyzerdétecteur de biomarqueurs organiques

(acides aminés, hydrocarbures aromatiques)

Mission ExoMars : Le Netlander

sismomètre

camérapanoramique(Pan Cam)

microphone- sons issus des vents, décharges

électriques, atterrisseurs

radar sondeur (GPR)-localisation des réservoirs hydriques

- étude de l’ionosphèrecapteurs 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

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 – Marsorbiteur martien

module de descentemodule de remontée

vaisseau de retour vers la Terre

Mission 2 : Mars Sample Return - MSR - (2011)

Facteurs déterminants du projet

site atterrissage

adaptation à différentsmodèles de terrains

importance deséchantillons

500 g est la valeur idéale(recommandations IMEWG)

International Mars Exploration Working Group

collecte d’échantillons

foreuse indispensable(profondeur 1,5 m)

protection deséchantillons

contamination de Mars par des germes terrienscontamination de la Terre par des germes martiens

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 de propulsion

capsule de rentrée sur la Terre

modulehabitation

véhiculed’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

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15

20

25

30

35

40

100 102 104 106101 103 105

Pression (Pa)

Ent

halp

ie (

MJ/

kg)

Aerocapture MSR

Arc-jet Supersonique

Laboratoire d’aérothermiqued’Orléans (LAO)

Micro-ondes

Laboratoire de combustion etSystèmes réactifs (LCSR)

(Orléans)

Tube à choc

IUSTI(Marseille)

Torche ICP

LAEPT(Clermont-Ferrand)

poub