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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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