Projet robotique

• .

Problématique: Concevez et décrivez dans ses grandes lignes le principe de commande d'un véhicule martien piloté depuis la terre et destiné à se déplacer près de son lieu d'atterrissage pour prendre des images et collecter des échantillons

Fonctions principales

• Etre débarquable de la fusée

• Etre adapté à l'atmosphère de mars

• Communication

• Autonomie

• Repérage dans l'espace

• Déplacement et Energie

• Collecte et analyse d'échantillons

Chiffres clés

• Au départ, poids du vaisseau emportant le rover = 3400kg

– Rover = 850kg

– Étage de croisière = 600kg

– Étage de descente= 829kg

– Carburant= 390kg

– Bouclier Thermique= 389kg

– Enveloppe externe= 349kg

Parachute développé pour le Rover Mars Science Laboratory

Etapes de la descente

• Durée de la descente: 6 minutes, en 4 étapes

• Séparation de l'étage de croisière avant d'entrer dans l'atmosphère martienne

• 4,5min après l'entrée:• vitesse redescend à mach2,

• Largage bouclier

• 1500m:• Largage du parachute

• Allumage moteurs de l’étage de descente

• Descente en douceur du rover une fois qu'il a presque touché le sol

Etre adapté à l’environnement de Mars

ContraintesParties du robot

concernéesConséquence dans la

conception

Basses températures

Tmoy = - 63°C

Batteries, composants électroniques

Isolation des composants

MatériauxChoix de matériaux

résistants aux basses températures

Vents violents (200km/h) Profil du robot Limiter la prise au vent

Poussières fines omniprésente (< 100 μm)

Panneaux solaires Ajout système pour enlever

la poussière

Outils articulésAjout système pour enlever

la poussière

Composants électroniques Isolation totale

Sol sableux Parties motricesChoix dans le mode de

déplacement

Communications entre la Terre et Mars

• Moyen de télécommunication: onde radio

• Bandes passantes utilisées:

- - S: 2,2 GHz

- - X: 8,4 GHz

- - K: 32 GHz

• Réseau d’antennes utilisé: DSN de la Nasa

• Temps de communication:

- min 3min7s – max 20min57s

Mars – Robot:

-Antennes UHF, gain faible, moyen, élevé

-Débit en down(vers la Terre): 3,5Kbits/sec

-8,5Mo/jour à satellite- durée de com. Avec la

Terre: max. 3h

Mars – Robot:

-Antennes UHF, gain faible, moyen, élevé

-Débit en down(vers la Terre): 3,5Kbits/sec

-8,5Mo/jour à satellite- durée de com. Avec la

Terre: max. 3h

Satellites autour de Mars

-Antenne HGA et LGA

-Débit en down (vers la Terre):

Environ 128Kbits/sec

- Durée de com. Avec la Terre: environ 16h.

Satellites autour de Mars

-Antenne HGA et LGA

-Débit en down (vers la Terre):

Environ 128Kbits/sec

- Durée de com. Avec la Terre: environ 16h.

Terre:

-Antennes DSN tous les 120°.

-Diamètre: environ 13m

Terre:

-Antennes DSN tous les 120°.

-Diamètre: environ 13m

Communications entre la Terre et Mars

-Niveau de bruit acceptable: -215 dBW/Hz vers 10GHz.-Bandes passantes utilisées: S,X,K à 2.2,8.4 et 32 GHz.

Autonomie

• Pas de temps réel :

Temps de latence pour transmettre

un signal entre la Terre et Mars

Robot autonome

(sauf en cas de problèmes

insurmontables)

Repérage dans l’espace

Caméras choisies pour leurs performances en termes de:

• Distance

• Couleurs

• Resolution

• Angle de vue

Coment se repérer?

Positions et angles des caméras du Rover

Prendre des photos

une paire de caméras panoramiques (PanCam) de haute résolution, fixées au sommet du mat vertical porteur d’instruments.

Capteur CDD de 1024 pixels sur 1024 pixels.

Ce dispositif permet de faire des images en relief, et de repérer les roches et les sols intéressants pour une analyse ultérieure par les autres appareils de mesure.

une caméra microscope (Microscopic Imager), placée sur le bras robotisé, permettant d’obtenir des gros plans d’une résolution de 20 à 40 micromètres par pixel. Pour la mise au point, la distance entre le microscope et la surface photographiée est mesurée à l’aide d’une petite tige métallique.

Déplacement sur mars

Contraintes:

• Energie

• Cartographie des déplacements effectués

• Pourquoi des roues?

– Terrain sableux, morphologie du terrain

– Meilleur possibilité de s'adapter aux dénivelés

– Chenilles

– Hovercraft

Déplacement sur Mars

6 roues possédant chacune un moteur Évite la paralysie du robot en cas de panne d'un moteur Permet au robot d'être plus précis dans ses

déplacements Taille 26 cm Taille max. obstacle 20 cm

Déplacement sur Mars

Déplacement théorique du rover: 90m/h en navigation automatique

Déplacement réel du rover: 30m/h avec collecte des échantillons

Batteries Lithium-Ion

Alternative : Plutonium

Critères de choix:

• Poids• Capacité de charge• Capacité à resister• Fiabilité• S’adapter à la température

Panneaux solaires

•Rechargent les batteries pendant la journée:

• - 140 Watts par jour Martien pendant 4 heures.

• - inclinable en fonction du Soleil.

Bras robotisé

• Le bras Robotisé est un manipulateur avec 5 DL, de longueur 1,9m

• Espace de travail: cylindre de 80cm de diamètre et 100cm de haut

• 5DL permis par les actuateurs

– Joint d'épaule tournant

– Joint d'épaule translatant

– Joint de coude

– Joint de poignet

– Joint de tourelle

Bras Robotisé

• Tourelle en bout de bras, 5 devices montés

• Deux instruments (MAHLI et APXS)

• Powder Acquisition Drill System

• Dust Removal Tool

• Collection and Handling for Interior Martian Rock Analysis (CHIMRA)

Moyens d'analyse: caméras

Mahli (Mars Hand Lens Imager) caractérise la composition et la microstructure des roches, du sol, du givre et de la glace

MastCam (Mast Camera) étudie l’absorption de la lumière par le sol martien

Les données sont écrites sur un support flash permanent, transmission effectuée ensuite

Moyens d’analyse: géologie

APXS (Alpha Particle X-ray Spectrometer) mesure l’abondance des éléments chimiques lourds dans les roches et le sol

• CheMin (Chemistry & Mineralogy ) détecte la présence de minéraux formés en présence de l’eau

Moyens d’analyse: chimie

• Sam (Sample Analysis at Mars) détecte des composés organiques et étudie leur chimie

• Composé de 3 instruments: un spectromètre de masse, un chromatographe à gaz et un spectromètre laser, supportés par 2 labos d'analyse embarqués

Moyens d’analyse à distance

Mardi (Mars Descent Imager) cartographie l’environnement local du rover

Rems (Rover Environmental Monitoring Station): station météorologique (pression atmosphérique, humidité, UV, vitesse du vent, température du sol et de l’air)

ChemCam analyse à distance la nature, la composition et l’état d'altération des roches

Moyen d’analyse: radiations

• Rad (Radiation Assessement Detector) caractérise de nombreux types de radiations en vue de l’exploration humaine

• Utilisé pendant toute la mission, y compris la phase d'atterrisage: important pour quantifier la viabilité d'une mission d'habitation

• Dan (Dynamic Albedo of Neutrons) détecte les neutrons liés à l’hydrogène de l’eau sous la surface

Comportement du rover