Le bilan des 100 premiers jours d’Ingenuity à la surface de Mars

Chemins parcourus par Perseverance et Ingenuity dans le cratère Jezero au sol 143 de la mission de Perseverance. Credit : NASA
Voilà 100 jours martiens qu’Ingenuity a été déposé sur le sol de Mars. Tandis que les vols de l’hélicoptère de la Nasa se poursuivent, quel bilan tirer d’une mission initialement prévue pour ne durer qu’un mois ?

« Plus vite, plus haut, plus fort ». La devise des Jeux olympiques sur le point de s’ouvrir à Tokyo pourrait être celle d’Ingenuity, à la surface de Mars. Dans le cratère Jezero, l’hélicoptère de la Nasa n’en finit plus de se dépasser. Déposé sur le sol martien par le rover Perseverance le 3 avril 2021, soit au 43e sol (jour martien durant 24 h 39 min 35 s) de la mission, Ingenuity fête le 15 juillet 2021 ses 100 sols à la surface de la planète rouge.

Neuvième vol record

Jeff Delaune - Ingénieur
en robotique au JPL
de la Nasa

Depuis son premier vol accompli le 19 avril, le premier engin capable de voler au-dessus de la surface d’un autre monde* en a accompli huit autres. Et la distance parcourue du plus récent impressionne. Le 5 juillet, Ingenuity s’est maintenu en l’air pendant 2 minutes et 46 secondes, tout en battant son record de vitesse porté à 18 km/h (contre 14 précédemment). Ce faisant, il a parcouru 625 m, soit la plus grande distance jamais couverte en une seule journée sur un autre monde.

Mais au-delà de ces records, le drone martien a accompli ce jour la vocation de tout engin volant : traverser une zone inhospitalière pour un véhicule terrestre. En l’occurrence une région baptisée Séítah composée de dunes, que les rovers contournent le plus souvent pour éviter l’ensablement. Contrairement à ses vols précédents, la surface en contrebas n’était cette fois-ci pas plane. Tout en se maintenant à 10 m d’altitude, l’hélicoptère a traversé un cratère, puis survolé une longue pente pour enfin reprendre de la hauteur jusqu’à atteindre une zone plane légèrement surélevée.

C’est là qu’il s’est posé, à 47 mètres du centre d’un cercle de 50 m de rayon qu’il visait. Une assez grande approximation à l’atterrissage, issue de l’accumulation de petites erreurs sur le chemin. Car pour corriger sa trajectoire de façon autonome en cas d’anomalie, Ingenuity compare habituellement les images qu’il voit avec une surface plane. « Dans le cas du vol 9, pour que l’hélicoptère s’adapte à l’inclinaison du sol et aux reliefs, nous avons dû augmenter les marges du logiciel de navigation. Mais l’absence de repères visuels comme des roches, sur la surface homogène des dunes de Séítah n’a pas aidé Ingenuity », commente Jeff Delaune, expert du système de navigation d’Ingenuity au Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la Nasa.

Film du neivième vol d'Ingenuity à partir des images de navigation édité par @Astro_Aure
© Nasa/Hirise/@Astro_Aure

Collaboration rover-hélico ?

Un atterrissage à l’extrême bord de la zone visée qui n’a pas empêché l’équipe opérationnelle d’Ingenuity d’exulter à réception du paquet de données de ce vol. Privées de vacances tant que son drone martien fonctionne, les troupes menées par Mimi Aung sont réduites à une demi-douzaine d’opérateurs depuis l’extension de la mission (initialement cinq vols en 30 jours) décidée par la Nasa à la fin du mois d’avril. À cette date, l’agence spatiale américaine a clos la phase de « démonstration technologique » ayant prouvé avec brio qu’il était possible de voler dans l’atmosphère si ténue de Mars.

Alter ego dans les airs du petit rover Sojourner en surface en 1997, Ingenuity est depuis entré dans une phase de « démonstration opérationnelle », pour évaluer toutes les portes que ce nouveau mode de déplacement peut ouvrir en termes d’exploration extraterrestre. Peut-on dire dès aujourd’hui qu’Ingenuity et Perseverance collaborent à la surface de Mars ? « Ce sera à la responsable du projet de le déclarer. Mais ce qui est certain c’est que depuis les vols 4 et 5, Ingenuity a produit des cartes de terrain utiles pour choisir les futures cibles [roches] que Perserverance va étudier », répond Jeff Delaune. « Et pour la première fois, pendant le vol 9, Ingenuity a produit des images avec sa caméra couleur pendant toute la durée du vol. Ce qui aide énormément l’exploration de Perseverance », ajoute Baptiste Chide, membre de l’équipe responsable de l’instrument SuperCam à bord du rover, depuis Toulouse.

Les dunes de Séítah photographiées par la caméra couleur d'Ingenuity pendant son vol 9. Couleurs ajustées par Thomas Appéré.
© Nasa/JPL-Caltech/Thomas Appéré

Crash frôlé de justesse

C’est pourtant la prise d’une photo en couleur qui a manqué de causer la perte de l’hélicoptère pendant son sixième vol, le 23 mai 2021. Utiliser la caméra couleur pendant le vol a saturé les canaux de navigation, incluant un retard de 30 millisecondes dans le traitement des images en noir et blanc, qui prises par l’autre caméra, servent à la navigation. À 10 m de haut, l’hélicoptère s’est mis à osciller à grande vitesse, se penchant jusqu’à 40° d’inclinaison. « Si cela s’était produit près du sol, cela aurait pu mener au crash. Mais dans notre bonne fortune, nous n’utilisons plus la caméra de navigation pour atterrir. Ingenuity a pu se stabiliser avant de descendre vers le sol », raconte Jeff Delaune. Ce « petit bug » a depuis été résolu grâce à une correction dans le logiciel de bord.

Depuis son vol 4, Ingenuity s’aventure sur de plus amples distances. Pour son vol 9, il a parcouru 625 mètres. © Nasa/@Astro_Auré

Plus globale, et donc plus risquée, une autre mise à jour du logiciel d’Ingenuity a été envoyée vers Mars, une semaine avant le huitième vol survenu le 21 juin. Elle a permis de régler un problème baptisé « watchdog issue » (« problème du chien de garde ») qui a gelé les opérations d’Ingenuity à cinq reprises, dont une fois avant son premier vol. « Sur Terre, lorsqu’un ordinateur plante parce qu’il est surchargé de tâches, vous pouvez le redémarrer manuellement. Sur Mars, c’est impossible. C’est pour cela que nous avons des programmes “watchdog” qui vérifient que l’ordinateur de bord ne souffre pas de retard », explique Jeff Delaune. À la première lenteur, ces « chiens de garde » mettent Ingenuity dans un mode sûr, lui interdisant de tourner ses ailes assez vite pour décoller. Mais avec trop de zèle, cela a provoqué des interruptions intempestives. Le problème est dorénavant réglé : « Nous avons attendu le huitième vol pour faire cette grosse mise à jour, car il y a toujours le risque qu’elle introduise de nouveaux bugs. Pour le moment, ça tient », note l’ingénieur.

Hélico sur écoute

Pour son quatrième vol, le rover Perseverance a entendu Ingenuity voler. À l’exception d’un vol, le micro conçu par les laboratoires de l’ISAE-Supaero a depuis été allumé à chaque reprise. Il est toujours parvenu à réitérer les enregistrements sonores des deux hélices. « Sauf pour le vol 9, car Ingenuity a décollé à 200 m de Perseverance, puis s’en est allé 625 m plus loin. C'est trop loin pour être entendu », précise Baptiste Chide, spécialiste du microphone dans l’équipe SuperCam de Toulouse. Tournant à 42 tr/s chacune dans un sens, les hélices contrarotatives produisent un son de 84 Hz, soit un mi grave.

« Nous sommes parvenus à déceler l’harmonique supérieure à 168 Hz [également un mi, une octave au-dessus] pour l’un des vols mais le niveau sonore reste faible. C’est important car ce qui nous intéresse, c'est de mesurer la façon dont l’atmosphère martienne riche en gaz carbonique atténue les hautes fréquences. Deux modèles théoriques sont en concurrence actuellement. Pour trancher, il faudrait plus qu’une seule note et donc un seul point de données », développe le chercheur qui a consacré sa thèse au microphone martien.

Vu ici pendant son vol 5 à 10 m d'altitude, Ingenuity est également écouté depuis le vol 4 par un micro sur le rover Perseverance. © Nasa/JPL-Caltech

Pousser l’engin à ses limites

Lors des prochains vols il faudrait qu’hélicoptère et rover se rapprochent pour mieux s’entendre. Ce n’est pas garanti car, sans que le programme du vol 10 soit décidé à ce jour, l’objectif à long terme est de « pousser Ingenuity à ses limites », avance Jeff Delaune. Dans un communiqué récent, la Nasa annonçait son intérêt pour une destination baptisée « Pilot pinnacle » où l’affleurement du sol martien est particulièrement raide, faisant du site l’endroit le plus profond du cratère Jezero, à l’époque où ce dernier était rempli d’eau. Des dépôts de sédiments lointains, auxquelles la Nasa n’est pas sûre que Perserverance puisse accéder. Toutefois, éloigner Ingenuity à plus de 1 km de Perseverance comporte un risque supplémentaire : celui de ne plus pouvoir communiquer avec l’hélicoptère. Car entre la Terre et le drone, c’est Perseverance qui sert de relais. À plus de 1 km, le lien rover-hélico est rompu. « Ce n’est pas impossible de faire atterrir Ingenuity au-delà, mais il faut pouvoir garantir que Perseverance s’en rapproche rapidement », envisage Jeff Delaune.

Muni de deux hélices contrarotatives de 120 cm, l'hélicoptère de 1,8 kg s'auto-nettoie en volant. © Nasa/JPL-Caltech

Hélicoptère autonettoyant

Échappée belle ou pas, Ingenuity continue de ravir aujourd’hui ses constructeurs comme ses opérateurs. Il est même considéré en meilleur état qu’à son premier jour car la poussière accumulée sur ses panneaux solaires s’est dissipée grâce au souffle d’air ressenti par le drone pendant ses vols. Réduite de 15% au moment du premier vol à cause de poussière infiltrée via les interstices de la boite qui le protégeait sous le ventre du rover, la production d’énergie de l’hélicoptère a regagné 100 % dès le vol 3. Une propriété autonettoyante qui devrait se révéler utile avant d’entrer dans une phase de blackout de trois semaines. Autour du 8 octobre 2021, Mars sera « à la conjonction ». Vue depuis la Terre, la planète rouge sera trop proche du Soleil pour pouvoir communiquer avec elle. Esseulé, Ingenuity devra se montrer capable de maintenir sa température interne suffisamment élevée, ce qui consomme 75 % de son énergie totale. Si le drone survit au terrible froid martien, il sera en route vers ses 200 sols à la surface de Mars. Et sans nul doute, méritera une médaille.

Voir : où se trouvent Ingenuity et Perseverance ?

 

* Si l’on exclut les vaisseaux propulsés par des moteurs de fusées : les grues dites « sky crane » qui, après avoir déposé les rovers Perseverance et Curiosity sur le sol de Mars, sont reparties vers le haut en se propulsant, mais aussi les modules de remontée des différentes missions ayant rapporté astronautes et échantillons depuis la Lune, sans oublier Surveyor 6 qui une fois posé sur la Lune avait redécollé pour se poser à 2,4 m de son site initial.

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