Ingenuity (hélicoptère)
ou  (MHS) est un petit hélicoptère d'un peu moins de deux kilogrammes développé par l'agence spatiale américaine, la NASA, qui est mis en œuvre à titre expérimental sur le sol de la planète Mars au cours de la mission Mars 2020, lancée le  à bord d'une fusée  et dont l'atterrissage a eu lieu le . L'hélicoptère est embarqué à bord du rover Perseverance avant d'être déposé le 3 avril 2021 sur le sol martien.

Le , pour la première fois dans l'histoire de l'ère spatiale, un engin effectue un vol motorisé sur une autre planète. L'objectif est de tester les capacités d'un tel appareil dans le domaine de la reconnaissance optique du terrain, dans cet environnement caractérisé par une atmosphère très ténue limitant la portance et par des délais de communication qui interdisent tout contrôle direct du vol par un opérateur humain.

Ingenuity est un hélicoptère de 1,8 kilogramme disposant de 2 rotors contrarotatifs coaxiaux. Il tire son énergie de 6 batteries lithium-ion rechargées par des cellules solaires qui lui permettent de voler 160 secondes et de parcourir au maximum 600 mètres. Son système de navigation lui permet de suivre sans intervention humaine un trajet pré-programmé. Sa seule charge utile est une caméra.

Au cours des deux premières années de la mission sur Mars, Ingenuity a largement prouvé ses capacités en effectuant 54 vols (actualisé au 10 août 2023) et en parcourant 12,2 kilomètres avec un temps de vol total 95,5 minutes. Ingenuity a réalisé de nombreuses photos aériennes qui ont été utilisées par les pilotes de l'astromobile Perseverance pour identifier les obstacles et les sites prometteurs et a prouvé sa robustesse en résistant à l'hiver martien. Ingenuity ouvre de nouvelles perspectives pour l'exploration de Mars. L'architecture de la  mission de retour d'échantillons martiens développée par la NASA et l'Agence spatiale européenne a été modifiée pour comprendre deux hélicoptères similaires à Ingenuity. Ceux-ci seront chargés de collecter les tubes contenant des échantillons de sol martien déposés par l'astromobile Perseverance en cas de panne de celui-ci.

Contexte : l'exploration du système solaire par des aérobots 

L'exploration du système solaire à l'aide de robots  débute à la fin des années 1950. Commencée modestement, avec des engins légers uniquement capables de survoler le corps céleste visé, elle s'est rapidement sophistiquée avec la mise au point en une quinzaine d'années d'engins capables de se placer en orbite (orbiteur), puis de se poser (atterrisseur) sur la surface et enfin de se déplacer sur le sol (astromobile ou ). La capacité d'exploration de ces astromobiles est toutefois restée limitée, notamment du fait de leur vitesse réduite et de la nécessité de déposer ceux-ci sur un terrain relativement plat. Très rapidement, les ingénieurs ont étudié l'envoi de robots capables de flotter, planer ou voler dans l'atmosphère : ces aérobots présentent l'avantage d'étendre la portée de l'exploration des planètes ou des lunes lorsque celles-ci sont dotées d'atmosphère (Vénus, Mars, Jupiter, Saturne, Titan, Uranus et Neptune). Vénus, qui dispose d'une atmosphère dense, est la première destination d'un aérobot et reste la seule jusqu'en 2021 : en 1985, un ballon équipé d'instruments scientifiques, est largué par la sonde spatiale soviétique Vega et étudie avec succès l'atmosphère de Vénus. Le cas de la planète Mars, cible privilégiée de l'exploration spatiale, est une destination compliquée pour ce type d'engin. L'atmosphère très ténue (seulement 1 % de la pression atmosphérique présente sur Terre) ne permet de produire qu'une portance très faible et la mise au point d'un aérobot est beaucoup plus difficile (pour flotter dans l'atmosphère de Mars, un ballon doit être  plus volumineux que son équivalent largué à  d'altitude dans l'atmosphère de Vénus). Plusieurs projets martiens de planeurs ou d'avions propulsés sont étudiés et proposés à la NASA, sans qu'aucun ne soit retenu.

Développement du projet d'hélicoptère martien 

Une étude suggérant le recours à un hélicoptère autonome pour explorer Mars est publiée en 2002. En 2014, un article décrivant le concept d'hélicoptère martien préfigurant , est publié par AeroVironment et le . En , l'agence spatiale américaine (la NASA) décide, après une phase d'évaluation, que la mission  embarquera, à titre expérimental, le petit hélicoptère de  afin de tester le recours à des vols de reconnaissance optique. Cette expérimentation doit durer une trentaine de jours. Son coût, évalué à  de dollars américains, n'est pas inclus dans le projet . Cette décision est prise, malgré l'opposition du responsable scientifique de la mission Mars 2020 pour qui les tests prévus ne contribuent pas à la mission mais viennent bousculer le calendrier déjà très chargé des opérations de l'astromobile sur le sol de Mars.

L'hélicoptère, qui doit être embarqué, est l'aboutissement de développements entamés cinq ans plus tôt au  (JPL) de la NASA. Début 2019, pour vérifier le comportement de l'hélicoptère dans les conditions martiennes, l'équipe qui développe l'hélicoptère effectue d'abord des tests avec un modèle d'ingénierie qui représente une approximation proche de l'hélicoptère réel. Après avoir accumulé un temps de vol supérieur à , des tests plus réalistes sont effectués avec un modèle similaire à celui qui doit être envoyé sur Mars. Celui-ci est placé dans la chambre à vide de  de diamètre du JPL, dans laquelle est reproduite la composition de l'atmosphère raréfiée de Mars et sont simulées sa pression (1 % de celle de l'atmosphère terrestre) et les températures extrêmes (jusqu'à ). Pour reproduire la pesanteur de Mars (un tiers de celle de la Terre), une élingue dont la tension est adaptée en permanence soulève l'hélicoptère.

Le petit hélicoptère est baptisé  (Ingéniosité) à la suite d'un appel à nommage lancé par la NASA auprès des élèves et étudiants américains.

Choix architecturaux

Contraintes du vol sur Mars et conséquences sur les caractéristiques du  

Un hélicoptère martien est handicapé par la faible densité de l'atmosphère de cette planète. En effet, la puissance requise pour sustenter l'engin (W) est définie de la manière suivante :

où :
  est la portance du rotor (N)
  est la superficie du disque rotor ()
  est la masse volumique de l'atmosphère martienne ()

En vol stabilisé, la portance  est égale en module et opposée au poids  de l'engin, où  est sa masse et  la gravité sur Mars.

La puissance requise est donc proportionnelle à la puissance 3/2 de la masse à sustenter, et inversement proportionnelle à la puissance 1/2 de la masse volumique de l'atmosphère.

La pression atmosphérique martienne est environ 100 fois plus faible que la pression terrestre. Par contre, l'atmosphère martienne étant essentiellement constituée de gaz carbonique, sa masse volumique est 50% plus élevée dans les mêmes conditions de température et de pression. En tablant sur la valeur moyenne de pression de 600 Pa, on peut estimer que la masse volumique atmosphérique  est  plus faible sur Mars que sur Terre au niveau du sol.

A contrario, la gravité martienne  vaut 38 % de celle de la Terre, ce qui aide la sustentation.

Le rapport  est, pour une même superficie du disque rotor, 2.34 fois plus élevé sur Mars que sur Terre ( = 2.34).

Pour limiter la puissance nécessaire au vol sur Mars, et donc préserver une autonomie satisfaisante, une superficie du disque rotor plus élevée que celle d'un hélicoptère terrestre de masse équivalente est nécessaire.

Une difficulté supplémentaire est liée à la vitesse du son plus faible sur Mars (240 m/s contre 340 m/s sur terre). Ceci oblige à diminuer la vitesse de rotation du rotor dans les mêmes proportions, ce qui n'est favorable ni au bilan de masse, ni au rendement du moteur électrique s'il n'est pas équipé d'un train d'engrenages pour réduire la vitesse du rotor par rapport à celle du moteur.

Type d'aéronef 

Le choix de la formule hélicoptère par opposition à celle du quadrirotor s'explique par la masse importante du rotor liée à sa grande taille pour les raisons vues plus haut. La stabilisation d'un quadrirotor est effectuée en agissant sur la vitesse de rotation des rotors mais la vitesse de modulation est fonction de la masse de ceux-ci (inertie). Dans le contexte martien, la stabilisation d'un quadrirotor devient problématique comme sur Terre à haute altitude. L'utilisation de rotors contrarotatifs coaxiaux permet de gagner en encombrement par rapport au recours à un rotor anticouple.

Contraintes de masse 

Pour parvenir à faire voler l'hélicoptère dans l'atmosphère de Mars, il fallait concevoir un engin suffisamment léger, ce qui n'a été rendu possible que récemment grâce aux avancées réalisées dans le domaine des accumulateurs (liées au développement des téléphones portables), des cellules photovoltaïques (rendement), des systèmes inertiels et des ordinateurs embarqués. Ainsi, il est conçu pour que sa masse ne dépasse pas  (soit un poids de  sur le sol martien).

Une phase d'atterrissage délicate 

La phase la plus délicate du vol de l'hélicoptère est l'atterrissage, du fait des turbulences qui peuvent déséquilibrer l'engin. La solution retenue est d'arrêter la propulsion à un mètre au-dessus du sol et de laisser l'hélicoptère atteindre le sol en chute libre. La vitesse verticale à l'atterrissage est en conséquence de plus d'. Le train d’atterrissage est conçu pour encaisser cette vitesse sur un sol qui peut présenter une pente importante.

Caractéristiques techniques

Structure 

Les dimensions du fuselage de l'hélicoptère sont de , soit la taille d'un ballon de basket-ball. Avec son train d'atterrissage, ses rotors et les panneaux solaires qui les coiffent,  est haut de . Le volume très réduit du fuselage contient les ordinateurs, les batteries, les capteurs (caméras, altimètre) et le système de télécommunications. L'hélicoptère est construit autour d'un tube vertical, dans lequel circulent les liaisons électriques reliant le processeur aux rotors ainsi qu'au vaisseau mère (l'astromobile ) durant le transit vers Mars. Sur ce tube sont attachés de haut en bas : le système de fixation à l'astromobile, un panneau solaire, les deux rotors ainsi que les servomoteurs les mettant en mouvement, la partie centrale du train d'atterrissage et enfin le fuselage de forme cubique. Le train d'atterrissage comprend quatre pieds en composite carbone longs de  fixés au corps d en faisant un angle oblique avec la verticale, qui maintiennent le corps de l'aéronef à une hauteur de  au-dessus d'un terrain plat.  a une masse de  sur Terre comme sur Mars, mais son poids plus faible sur Mars équivaut à celui d'une masse de  sur Terre, du fait de la différence de gravité entre ces deux planètes.

Propulsion 

 

L'hélicoptère se déplace dans les airs grâce à deux rotors contrarotatifs coaxiaux bipales. Le diamètre des rotors est de  et ils se situent à  de hauteur. Les pales sont réalisées en fibre de carbone. La vitesse de rotation est comprise entre  par minute, soit dix fois celle d'un rotor principal d'hélicoptère sur Terre, pour pouvoir être efficace dans l'air particulièrement peu dense de Mars (équivalent à l'atmosphère terrestre à une altitude de ).

Énergie 

L'énergie est le principal facteur limitatif concernant les capacités de l'hélicoptère. L'énergie nécessaire pour la propulsion, le fonctionnement des capteurs (altimètre, caméras), les résistances chauffantes, l'avionique, les processeurs et le système de télécommunications est fournie par six accumulateurs lithium-ion, d'une capacité de  et d'une masse totale de , qui occupent une grande partie du volume du fuselage. D'une capacité équivalente à seulement trois batteries de smartphone, ils sont rechargés par des cellules photovoltaïques qui sont fixées au-dessus des rotors et qui ont une surface active de . Sur ces   , 30% (), sont gardés en réserve. 21 watts-heures environ sont nécessaires pour l'alimentation des résistances chauffantes chargées de maintenir les différents systèmes à une température compatible avec les contraintes de fonctionnement durant la nuit martienne.  sont disponibles pour un vol de  sur la base d'une consommation en pointe de  durant 20 % du temps et de  durant le reste du vol. L'emplacement des batteries, entourées par les circuits électroniques qui contrôlent l'appareil, est étudié pour que ces éléments maintiennent de manière efficace une température correcte pendant leur mission sur le sol martien.

Capteurs 

Les capteurs, qui sont des composants achetés sur le marché, comprennent une caméra de navigation noir et blanc, une caméra couleur haute définition, une centrale à inertie, un inclinomètre et un altimètre : 
 La caméra de navigation NAV (NAVCAM) est située sous le fuselage et fournit des images en noir et blanc de . Elle est pointée vers le sol et est utilisée pour déterminer l'altitude et la position de l'hélicoptère. Elle dispose d'un champ de vue de  sur 100 degrés. et permet d'acquérir  par seconde.
 La caméra couleur RTE () à haute définition () de Sony a un champ de vue de  sur . Elle est fixée sur un des coins inférieurs du fuselage et pointe  sous l'horizon. Elle doit effectuer quelques prises d'image du terrain qui sont transmises à la Terre pour tester les capacités de reconnaissance d.
 L'hélicoptère dispose de deux centrales à inertie  pour assurer une redondance utilisant la technologie MEMS et fournies par Bosch.
 L'inclinomètre  utilise également la technologie MEMS.
 L'altimètre fourni par Garmin mesure l'altitude jusqu'à une hauteur de quelques dizaines de mètres.

Télécommunications 

Compte tenu du délai dans les échanges avec la Terre (une dizaine de minutes dans la configuration Terre-Mars la plus favorable), l'hélicoptère est obligé de voler de manière autonome en appliquant des instructions transmises avant le vol. Un système radio embarqué à bord de l'hélicoptère reçoit ces commandes et transmet les images et les télémesures. Les échanges avec la  Terre sont relayés par un système de télécommunications dédié installé sur l'astromobile. L'hélicoptère dispose de deux émetteurs-récepteurs radio fonctionnant à une fréquence de  avec une puissance d'émission de  en consommant  à l'émission et  à la réception. L'antenne filaire est fixée au sommet de l'hélicoptère. Le débit est compris entre  par seconde, pour une portée allant jusqu'à . En vol, l'hélicoptère ne reçoit pas mais émet pour communiquer les données collectées.

Avionique et processeurs 

L'avionique est répartie sur cinq circuits imprimés, dont quatre forment les côtés du fuselage cubique et le cinquième sa partie inférieure. L'ordinateur embarqué utilise un microprocesseur Snapdragon cadencé à  et doté d'une mémoire vive de  et d'une mémoire flash de . L'ordinateur prend en charge la fonction de navigation en utilisant les données fournies par les caméras et pilote en conséquence les rotors via deux microcontrôleurs redondants. Le logiciel qui tourne sur le microprocesseur est assisté par un circuit intégré de type FPGA, qui prend en charge certaines fonctionnalités comme le contrôle d'attitude (avec une fréquence de rafraichissement de ), la gestion des entrées-sorties de la centrale à inertie, de l'altimètre et de l'inclinomètre, et la gestion des télécommunications. Le FPGA est une version militarisée du ProASIC3L de MicroSemi.

Le système d'exploitation choisie pour gérer Ingénuity est GNU/Linux. Ol a été choisi car il fournit une plates-forme particulièrement stables. Selon Open Source pour U, "la disponibilité des serveurs Linux est très élevée et la disponibilité est d'environ 99,9 %", Ingenuity de redémarrer son serveur Linux après chaque mise à jour ou correctif. Il s'agit d'une caractéristique très importante pour le premier drone hélicoptère nouvellement construit de Mars, qui sera le premier avion à effectuer un vol atmosphérique contrôlé sur une planète autre que la Terre

Système de navigation 

Compte tenu de la distance entre la Terre et Mars, il n'est pas possible à un opérateur sur Terre de contrôler l'hélicoptère en vol : un signal radio met en moyenne douze minutes pour parvenir jusqu'à sa destination. L'hélicoptère doit donc disposer d'un système de navigation lui permettant de prendre des décisions de manière autonome en s'appuyant sur les instructions transmises avant le vol par les opérateurs sur Terre tout en prenant en compte les différents facteurs perturbateurs tels que le vent, les anomalies de fonctionnement des systèmes embarqués, etc. Les instructions décrivent précisément les différentes phases de vol théorique (altitude, vitesse, points de passage, site d'atterrissage). Le système de navigation utilise les données fournies par l'altimètre laser (distance au sol), la caméra (images du sol) et la centrale à inertie (accélération et vitesse de rotation) pour déterminer l'orientation de l'hélicoptère, sa position, la vitesse et sa direction. Lors du décollage et jusqu'à 1 mètre du sol, seules les données de la centrale à inertie sont exploitées car la poussière soulevée peuvent perturber la caméra et l'altimètre.

Durant le vol, le système de navigation s'appuie d'abord sur les données de la centrale à inertie pour déterminer la position, la vitesse et l'orientation de l'hélicoptère. À partir de ces données, il transmet éventuellement des instructions au système de contrôle de la propulsion pour corriger les paramètres de vol. Ces instructions sont transmises 500 fois par seconde. Pour pallier la dérive de la centrale à inertie, le système de navigation s'appuie également sur les photos du sol prises par la caméra à un rythme de trente images par seconde. Chaque photo prise est comparée à la précédente. Le changement de position des éléments les plus remarquables (variations de couleur, rochers, ondulation de terrain) est rapproché par l'algorithme du logiciel avec ce qu'il aurait dû être compte tenu des instructions transmises par la Terre. En cas de déviation, des instructions de correction sont transmises au système contrôlant la propulsion.

Durant la phase d'atterrissage, pour les mêmes raisons qu'au décollage (poussière), seules les données de la centrale à inertie sont utilisées pour guider l'hélicoptère dès que l'altimètre indique que celui-ci se trouve à moins d'un mètre du sol

Des capacités opérationnelles très réduites 

 est un engin qui a des capacités opérationnelles particulièrement réduites. L'énergie dont il dispose lui fournit une autonomie de seulement  car la faible densité de l'atmosphère martienne nécessite de faire tourner à grande vitesse ses rotors et ses batteries sont limitées par sa capacité d'emport découlant également de la faible portance de ses pales. Il ne peut voler de nuit car son système de guidage repose sur les images prises par ses caméras. En début de journée, l'hélicoptère doit reconstituer l'énergie perdue durant la nuit pour maintenir une température minimale dans ses systèmes (la température sur Mars chute à  durant la nuit). Il ne doit également pas voler trop tard dans la journée, car il lui faut reconstituer alors l'énergie perdue pour survivre à la nuit qui suit. Tous ces paramètres font que seulement un tiers environ de l'énergie dont dispose  est réellement utilisée pour le vol à proprement parler. Enfin, le vent ne doit pas souffler trop fort.

Déploiement sur le sol de Mars 

Deux jours après l'atterrissage de  à la surface de la planète le , l'hélicoptère transmet des informations sur son statut. L'hélicoptère martien embarqué est fixé sous le châssis de l'astromobile  avec ses hélices alignées en position couchée sur le côté. Une fois  à la surface de Mars, une vérification générale de ses différents sous-systèmes est effectuée, dont ceux de l'hélicoptère. Les batteries de celui-ci sont rechargées. Une fois cette phase achevée, l'astromobile se met à circuler en recherchant un terrain de  pouvant servir de zone d'atterrissage pour l'hélicoptère. L'équipe projet a calculé que la probabilité de trouver un terrain convenable (terrain quasi plat, pas de roche de plus de  de haut) dans l'ellipse retenue pour l'atterrissage () était de 75 %. Le cache, qui protège l'hélicoptère des débris à l'atterrissage, est largué le . Les pieds du train d'atterrissage d' sont déployés puis il est pivoté dans sa position naturelle, avant d'être largué sur le sol (la garde au sol de l'astromobile est supérieure à la hauteur de l'hélicoptère déployé) (voir vidéo en annexe) début avril. De nombreux tests statiques sont effectués.

Le fonctionnement du rotor est testé le  mais est interrompu par un dispositif de protection du logiciel de vol. Le premier vol est repoussé au  puis au .

Mise en œuvre 

Dix jours ont été prévus pour le déploiement et trente jours pour tester les capacités en vol. Pour le premier vol, l'astromobile s'éloigne de l'hélicoptère à une distance de sécurité () puis l'hélicoptère s'élève à la verticale jusqu'à une hauteur de  avant de faire du surplace durant  (voir animation en annexe). Quatre autres vols de quelques centaines de mètres sont prévus avec une durée pouvant aller jusqu'à . Une fois la phase d'expérimentation achevée, il était initialement prévu d'abandonner l'hélicoptère à l'endroit du site de son dernier atterrissage après le cinquième et dernier vol d'essai programmé. Toutefois, vu les résultats très encourageant des quatre premiers vols dépassant toutes les espérances, la NASA a décidé de prolonger la mission d'Ingenuity et de passer à une phase opérationnelle pilote durant laquelle l'hélicoptère effectuerait des missions de reconnaissance pour l'astromobile au début de sa mission scientifique. Les tests effectués durant les cinq premiers vols programmés et le début de la phase opérationnelle pilote sont les suivants:

Les cinq premier vols de démonstration technologique 

Le premier vol est réalisé avec succès le lundi .  devient le premier engin propulsé volant mis en œuvre sur un autre corps du système solaire que la Terre. Durant ce test d'une durée de 39 secondes l'hélicoptère s'élève de 3 mètres puis effectue un vol stationnaire avant de se reposer.

Le second vol comprenant un déplacement horizontal de deux mètres est effectué le jeudi 22 avril.
 
Au cours du troisième vol qui a lieu le . Ingenuity effectue une boucle de 100 m à une altitude de 5 m en s'éloignant de 50 mètres de son point de départ.

La première tentative de 4ème vol d le 29 avril 2021 échoue car l'hélicoptère ne parvient pas à passer en mode vol. La seconde tentative, qui a lieu le 30 avril 2021, est un succès et le vol dure 117 secondes. Comme pour les deux vols précédents, l'hélicoptère monte d'abord à une altitude de 5 mètres. Il vole ensuite vers le sud sur une distance de 133 mètres puis revient à son point de départ couvrant ainsi une distance totale de 266 mètres. Un nombre record d'images a été capturé, environ 60 au total pendant les 50 derniers mètres avant que l'hélicoptère ne fasse demi-tour.
 
Le 7 mai, peu avant le cinquième vol d, un  enregistrement sonore du quatrième vol, capté  par un microphone placé sur l'astromobile , est publié par l'agence spatiale. Cet enregistrement est à la limite des capacités du système d'enregistrement car la très faible densité de l'atmosphère martienne (1 % à peine de celle de l'atmosphère terrestre) et sa composition très différente (96 % ) réduisent la propagation du son. L'atmosphère très ténue de Mars atténue considérablement la propagation des ondes sonores qui sont également perçues comme beaucoup plus sourdes. Comme l'hélicoptère se trouve à plus de 80 mètres du microphone de la Supercam du rover , les ingénieurs ont du amplifier le signal sonore et soustraire le bruit de fond produit par les rafales de vent pour obtenir un rapport signal sur bruit audible.

Le cinquième vol a  lieu  le .  monte  à une altitude de 10 m et  parcourt une distance horizontale de 129 m à la vitesse de 3,5 m/s. Le vol dure 108 secondes et, pour la première fois, l'hélicoptère ne retourne pas à son point de départ mais se pose sur un nouveau site d'atterrissage. Ce cinquième vol marque la fin de la phase de démonstration technologique de l'engin.

Une nouvelle phase de démonstration dédiée à l'évaluation des capacités  opérationnelles d'un hélicoptère martien 

Compte tenu des bons résultats obtenus durant les premiers vols (télécommunications, énergie, navigation) et la bonne santé d', l'agence spatiale américaine décide dès le mois d'avril de prolonger l'expérience qui ne devait initialement durer que 30 jours. Cette nouvelle phase doit permettre d'évaluer les capacités d'un hélicoptère à réaliser des expériences de reconnaissance ainsi qu'à prendre en charge d'autres fonctions dans le cadre de futures missions martiennes.

Durant cette nouvelle phase, Ingenuity doit accompagner  ou même le précéder pour effectuer des opérations de reconnaissance aérienne pour déterminer les routes que peut emprunter l'astromobile, évaluer l'intérêt scientifique de sites et réaliser des images stéréos permettant de réaliser des cartes topographiques. La fréquence des vols devrait se ralentir et passer d'un vol tous les deux/trois jours à un vol toutes les deux à trois semaines pour ne pas générer d'interférences avec les opérations scientifiques de .

Sixième vol 

Le sixième vol réalisé le  est un succès partiel, car en raison d'une défaillance technique,  a dû interrompre celui-ci et se poser 5 m avant le site d'atterrissage prévu. Mais cet atterrissage a pu se faire en douceur et l'hélicoptère est toujours opérationnel. L'incident a été provoqué par le processus gérant la navigation de l'hélicoptère qui repose à la fois sur la  centrale à inertie (IMU) et les images fournies par la caméra couleurs produisant des images du sol. La centrale à inertie, qui détermine la vitesse de déplacement, corrige ses résultats en utilisant les images du sol fournies par la caméra. Trente images sont prises chaque seconde. L'origine du problème provient d'une erreur de transmission d'une seule image par cette caméra au calculateur de navigation. La perte de données ainsi occasionnée a provoqué une erreur cumulée dans l'horodatage (timestamp) des images suivantes qui ont toutes été décalées dans le temps de quelques dizaines de millisecondes. Cela a suffi pour générer des erreurs de calcul de la position, de la vitesse, de l'altitude et de l'attitude de l'engin. Celui-ci s'est mis à osciller. Heureusement, la robustesse d'autres systèmes embarqués contrôlant la phase d'atterrissage et ne nécessitant pas les images de navigation a permis un atterrissage en douceur de l'hélicoptère. Malgré elle, la NASA a exploré les limites de l'enveloppe de vol d et dispose ainsi de données inédites et acquises en conditions réelles dans l'atmosphère très ténue de Mars qui lui permettront peut-être d'améliorer la robustesse du programme de calcul de navigation autonome d.

Septième vol 

Le    a réalisé un vol de 62,8 secondes à une vitesse maximale de 4 m/s. Il a parcouru 106 m à une altitude de 3 m au-dessus du sol pour atterrir à un nouvel endroit non encore reconnu situé au sud de son lieu de départ. C'est le second vol de l'hélicoptère à avoir atterri sur un nouveau site sans l'avoir survolé au préalable. Cependant, l'équipe d s'était assurée auparavant que le site d'atterrissage n'était pas trop accidenté grâce aux images de la caméra HiRISE embarquée à bord de l'orbiteur MRO (Mars Reconnaissance Orbiter) de la NASA. L'objectif de ce vol était la collecte de photographies couleurs stéréos afin de tester la faisabilité de prises de vue aérienne pour faciliter la navigation du rover . Le vol s'est déroulé sans encombre.

Huitième vol 

Le    a volé environ 160 m dans la direction sud- sud-est (157,5 degrés dans le sens horlogique à partir du nord) pour atterrir sur le site E, à environ 133,5 m de Persévérance. La durée du vol a été de 77,4 secondes, l'altitude maximale de 10 m, la distance horizontale de 160 m, la vitesse maximale de 4 m/s. Le vol a été couronné de succès.

Le , le JPL a également annoncé avoir téléchargé la semaine précédente une mise à jour du programme de contrôle de vol pour résoudre définitivement le problème du micro-contrôleur ("watchdog"), et que le test du rotor et le huitième vol ont confirmé que la mise à jour fonctionnait.

La NASA doit encore réaliser une autre mise à jour critique affectant une partie importante du logiciel de contrôle de vol afin de pouvoir résoudre les problèmes rencontrés lors du sixième vol avec la surcharge du processeur central (CPU) due à la lourdeur du transfert des photos de la caméra couleur (13 megapixels). Le problème n'étant pas encore résolu, les vols 7 et 8 n'ont pas utilisé la caméra couleur afin d'éviter de répéter l'incident du vol 6. Cette mise à jour importante devrait être faite avant le neuvième vol.

Neuvième vol 

Lors du neuvième vol réalisé le  ,  parcourt une distance record de 625 m (aller simple) en 166,4 secondes en direction du sud à la vitesse de 5 m/s. Il survole le site de  particulièrement intéressant sur le plan scientifique, mais difficile d'accès pour  du fait de ses ondulations sableuses. Ce neuvième vol est risqué en raison de la topographie inégale du terrain. Le survol du site de  couvert de dunes de sable de hauteur variable rend difficile la tâche du système de navigation qui s'appuie sur les images du sol pour déterminer la trajectoire. même si l'hélicoptère ralentit lors de la partie la plus délicate de son parcours. Il s’est posé sans encombre au point F.

Dixième vol 

Le dixième vol qui a lieu le . dure 165,4 secondes.   parcourt une distance de 233 m à 12 m d’altitude et à une vitesse moyenne de 5 m/s.
Entre les points de départ et d’arrivée (nouveau site d’atterrissage G),  se dirige vers le sud puis l’ouest en survolant les  () et  8 points prédifinis dont il prend à chaque fois deux photographies couleur, permettant ainsi de réaliser une représentation stéréoscopique du terrain. Ces photographies sont utilisées pour préparer l'étude des  par l'astromobile .

Onzième vol 
Le onzième vol a eu lieu le   . Ce vol est une étape de transition destinée à déplacer l’hélicoptère vers un nouvel endroit scientifiquement intéressant pour l'astromobile   et d’où  pourra le guider dans ses missions de reconnaissance. Le vol a duré 130,9 secondes. Le déplacement de 383 m en direction du nord-ouest s’est effectué à une altitude maximale de 12 m et à la vitesse maximale de 5 m/s. Ingenuity atterrit sur le site H (. Depuis cette nouvelle base il pourra survoler la partie sud de  qui présente un intérêt géologique.

Douzième vol 

Le    a réalisé son douzième vol à une altitude de 10 mètres et à une vitesse de 5 m/s afin de survoler la région sud de  lors d’un trajet aller et retour de 450 mètres avant de revenir se poser à son point de départ (site H, ). L'hélicoptère est resté en l'air pendant 169 secondes. C'est la durée de vol la plus longue effectuée jusqu'à présent et le deuxième parcours le plus long, le rayon d'action d étant surtout limité par l'échauffement de son moteur essentiellement fonction de la durée du vol. Le but de l’opération était de prendre une dizaine d’images couleurs stéréoscopiques afin d'assister l’équipe de  dans le choix des éléments les plus pertinents à étudier sur ce site. L’hélicoptère totalise 22 minutes de vol cumulées au cours de ses 12 sorties.

Treizième vol 

Le treizième vol  d a eu lieu le  (Sol 193). L'hélicoptère fait une boucle deux fois plus courte  que celle du vol précédent  pour une durée comparable (161 s). Le vol est réalisé à plus basse altitude (8 m) et à plus faible vitesse (3.3 m/s) pour améliorer la qualité des prises de vue. L’objectif est d’obtenir une dizaine d’images couleurs détaillées d’une zone particulière de la région de Séítah sud. Il s'agit de compléter le relèvement topographique de la crête et des flancs d'une dune dans la direction sud-ouest, c.-à-d. en sens opposé des prises de vue du vol précédent (N° 12, photographies dans la direction nord-est). Après s’être éloigné de son point de départ () d’une distance de 105 m,  est revenu s’y poser.

Quatorzième vol : Conjonction solaire et test d'augmentation de la vitesse de rotation (octobre 2021) 

En raison de l'allongement de sa mission,  est amené à voler dans des conditions météorologiques non prévues et dégradées du fait du cycles des saisons sur Mars. Avec l'accroissement progressif de la température au printemps et en été, la densité de l'air diminue. Elle se réduit de  à . L'enveloppe de vol d a été conçue pour des densités de l'air comprises entre  et , soit l'équivalent de  de la densité de l'atmosphère terrestre au niveau de la mer. A la conception de l'hélicoptère, il était prévu   qu dispose d'une réserve de puissance de  pour le décollage et les phases ascensionnelles de ses vols. Avec la baisse de la pression atmosphérique,  ne dispose plus que d'une marge de  et s'approche des conditions de décrochage aérodynamique provoquées par la perte de portance. La NASA décide donc d'augmenter la vitesse de rotation du rotor et de la faire passer à  (révolution par minute) pour regagner de la puissance. Cela implique de plus grandes sollicitations pour l'hélicoptère. Non seulement la puissance à fournir par les batteries est plus élevée, mais les forces exercées sur les pales du rotor sont accrues. La vitesse à l'extrémité des pales s'approche de Mach , ce qui crée une traînée plus importante et risque aussi de provoquer des vibrations intempestives si la structure de l'hélicoptère entre en résonance. Le but de ce quatorzième vol est donc de tester le comportement de l'appareil dans ces conditions limites

Un premier essai statique (au sol), effectué le , teste le comportement de l'hélicoptère. L'objectif est de s'assurer que le niveau de vibrations produites ne perturbent pas le fonctionnement des capteurs et ne sont pas susceptible d'endommager la structure) lorsque la vitesse de rotation du rotor est portée  par minute.  réussit ce test et un vol est programmé pour le 18 septembre. L'hélicoptère devait s'élever jusqu'à une altitude de  avant de se poser. Mais ce vol est annulé car, durant les vérifications avant vol, l'hélicoptère signale une anomalie (oscillation de  autour de la position attendue) au niveau de deux des servo-moteurs qui contrôlent l'angle des pales. Deux explications sont envisagées : une usure due à un nombre de vols plus élevé que prévu qui aurait augmenté le jeu entre les pièces ou un phénomène d'oscillation généré par la vitesse de rotation du rotor plus élevée que prévu dans les scpécifications. Les ingénieurs disposent de plusieurs semaines pour identifier l'origine du problème car les opérations sur Mars doivent marquer une pause du fait de la conjonction solaire martienne qui doit durer jusqu'à la mi-octobre 2021. Durant cette période, Mars, vu de la Terre, se situe derrière le soleil, ce qui interrompt les communications entre l'astromobile et le centre de contrôle sur Terre.

Le 24 octobre les communications avec l'astromobile sont rétablies et  effectue un vol très court (23 secondes) au cours duquel il s'élève à 5 mètres au-dessus du sol et il effectue une translation horizontale de 2 mètres. Pour la première fois la caméra de navigation réalise des photos en noir et blanc à une fréquence élevée (7 images par seconde). Ce quatorzième vol, peu spectaculaire mais réussi, permet de valider la poursuite des opérations dans les conditions dégradées par la baisse de densité de l'atmosphère.

Le défi de l'hiver martien (mai-décembre 2022) 

À compter de mai 2022, l'hélicoptère doit subir l'hiver martien, d'une durée de six mois, caractérisé par des nuits très froides (la température peut chuter jusqu'à  ) et des tempêtes de poussière qui, en obscurcissant le ciel et en recouvrant les cellules solaires de particules, limitent la capacité de  recharge des six accumulateurs lithium-ion qui fournissent l'énergie. Or ceux-ci comme certains composants électroniques de l'hélicoptère ne sont pas conçus pour résister à de telles températures. L'hélicoptère dispose de résistances chauffantes pour que la température des composants les plus fragiles ne chutent pas sous un certain seuil mais ces radiateurs nécessitent de l'énergie pour pouvoir fonctionner.

Le 3 mai 2022, l'astromobile ne parvient pas à reprendre contact avec l'hélicoptère. En effet celui-ci a dû, durant la nuit, arrêter son ordinateur interne pour préserver le peu d'énergie disponible pour les résistances chauffantes. Le lendemain, les cellules solaires permettent le redémarrage de l'électronique mais l'horloge interne de l'hélicoptère a été réinitialisée. Ne disposant plus d'une horloge synchronisée avec celle de l'astromobile,  tente de contacter celui-ci à une heure où il n'est pas à l'écoute (les sessions de télécommunications entre les deux engins se font sur des plages de temps bien précises). Les ingénieurs modifient la programmation pour que l'astromobile maintienne son canal de communications ouvert durant toute la journée du 5 mai et le contact avec  peut être rétabli. Pour que l'incident ne se reproduise pas, les ingénieurs de la NASA prennent temporairement une décision risquée car non prévue à la conception de l'hélicoptère. Le seuil de déclenchement des résistances chauffantes est abaissé de -15°C à -40°C, ce qui doit limiter l'énergie consommée et permettre au bout de quelques jours de recharger suffisamment les accumulateurs pour reprendre un mode de fonctionnement normal. Quelques jours plus tard, les ingénieurs constatent que cette décision a été la bonne et un nouveau vol est programmé (le 29). La menace représentée par la baisse des températures devrait toutefois persister jusqu'en octobre.

Défaillance de l'inclinomètre 

L'inclinomètre est un capteur de l'hélicoptère qui fournit avant le décollage l'inclinaison de celui-ci par rapport à la verticale. Cette donnée est utilisée pour définir la trajectoire suivie au décollage. Les ingénieurs de la NASA découvrent en préparant le 29 vol que ce capteur est tombé en panne. Une solution de secours avait été préparée avant cette défaillance. Un patch est téléchargé pour que les données fournies par l'inclinomètre soient désormais obtenues à partir des sorties de la centrale à inertie. Le résultat est moins précis mais suffisant pour permettre la reprise des vols.

Interruption hivernale des vols 

Le 11 juin l'hélicoptère effectue son 29 vol relativement court. Mais les vols sont interrompus les deux mois suivants pour laisser passer les tempêtes de poussière qui atteignent leur paroxysme en juillet.

Reprise des vols (aout 2022) 

Mi-août il fait toujours aussi froid (-86°C durant la nuit) mais le ciel est plus clair, ce qui permet la reprise de vols qui seront toutefois brefs pour ne pas trop solliciter les accumulateurs. Les ingénieurs vérifient que l'hélicoptère est toujours en état de voler après ce long arrêt hivernal en faisant un test statique du fonctionnement du rotor. Celui-ci est d'abord mis en rotation à une vitesse de 50 tours par minute le 6 août, puis de 2573 tours par minute le 15 août. Les résultats satisfaisants permettent la reprise des vols.

Au cours des six mois suivants, une dizaine de vols sont effectués et permettent à l'hélicoptère de suivre l'astromobile dans ses déplacements (pour les liaisons avec la Terre, qui passent par Perseverance, l'hélicoptère ne doit pas trop s'éloigner de celui-ci). Mais l'hiver martien se prolonge avec des tempêtes de poussière qui persistent jusqu'en janvier 2023, limitant la durée de ces vols. Ce n'est finalement que fin janvier que les batteries parviennent à retrouver un taux de charge de 90% en fin de journée, permettant d'envisager des vols de longue durée. Cette restauration des capacités d'Ingenuity vient à point pour permettre de suivre l'astromobile dans son exploration du sommet du delta. Celle-ci constitue un nouveau défi car le terrain très irrégulier pourrait entraîner la perte des liaisons entre l'hélicoptère et l'astromobile.

Exploration de la partie amont du delta (janvier 2023-) 

En janvier 2023 l'astromobile Perseverance commence à explorer la partie amont du delta caractérisée par des terrains relativement jeunes particulièrement intéressants sur le plan scientifique. Pour atteindre les sites les plus prometteurs, il est prévu que l'astromobile effectue un transit rapide en s'enfonçant dans un canyon relativement encaissé et étroit, qui rendent la navigation difficile. Dans ce contexte, l'équipe projet a assigné à l'hélicoptère  un rôle important: celui-ci doit effectuer des missions de reconnaissance qui permettent d'identifier à l'avance les obstacles situés sur la trajectoire de l'astromobile (il s'agit notamment de vérifier si les photos prises par le satellite MRO utilisées par l'équipe en charge de la navigation sont fiables) et de trouver les sites intéressants à étudier. Néanmoins le relief de la région handicape l'hélicoptère à deux titres: d'une part, pour maintenir la liaison avec la Terre, l'hélicoptère doit rester en contact visuel avec l'astromobile qui lui sert de relais télécom, sans obstacle entre les deux engins; d'autre part, la trajectoire de l'hélicoptère ne doit pas lui faire survoler l'astromobile pour ne pas risquer d'endommager ce dernier en cas de mauvais fonctionnement de son système de navigation ou de panne mécanique, ce qui devient difficile du fait de l'étroitesse du canyon dans lequel le rover circule. Le premier vol dans cette nouvelle région a lieu le 27 janvier 2023 (vol n° 41). Pour remplir ses objectifs, il est prévu que l'hélicoptère devance systématiquement de deux jours l'astromobile mais cet objectif se révèle difficile à tenir. Pour y parvenir, la fréquence des vols et la vitesse en vol est augmentée (lors du vol 45 l'hélicoptère établit un nouveau record de vitesse de  par seconde).

Synthèse des vols effectués

Vers une utilisation future à des fins opérationnelles

Des résultats qui ouvrent des perspectives nouvelles pour l'exploration martienne 

Alors que l'objectif était de réaliser des vols durant 30 jours martiens,  continue de fonctionner  début mai 2023 soit 700 jours après l'atterrissage de Perseverance sur Mars. Courant novembre 2022 il avait effectué 51 vols (91 minutes de vol en temps cumulé), parcouru 11,7 kilomètres, effectué 25 décollages et atterrissages, pris milliers de photos avec sa caméra de navigation et plusieurs centaines photos couleurs haute définition. Il a largement démontré sa valeur aussi bien pour les taches scientifiques que pour les opérateurs planifiant les déplacements de l'astromobile. Son état lui permet de continuer à accompagner l'astromobile sur le sommet du delta qui doit être exploré en 2023.

 a démontré qu'un hélicoptère martien disposait de la capacité unique d'atteindre des sites inaccessibles par tout autre moyen, notamment par un engin sur roues, comme les dunes de Seitah dans le cratère Jezzero. Un hélicoptère permettrait d'étudier les parois verticales d'un cratère ou de pénétrer dans des tubes de lave. Leur masse peu élevée permettrait d'envisager une mission sur les hauts plateaux de Mars que les astromobiles ne peuvent explorer (en altitude, la couche atmosphérique n'est pas assez importante pour freiner suffisamment les engins spatiaux arrivant à grande vitesse sur Mars). Un aérobot (hélicoptère ou autre engin volant) peut franchir de grandes distances. Le rayon d'action d' Ingenuity a été volontairement limité à un kilomètre car il s'agissait d'un prototype. Un hélicoptère plus lourd pourrait franchir plusieurs dizaines de kilomètres. Ce changement d'échelle permettrait de lancer une exploration exhaustive de la planète Mars, d'explorer les calottes polaires de Mars ou d'étudier l'immense canyon de Valles Marineris. La surface de la planète Mars a été photographiée avec une résolution spatiale moyenne par les satellites placés en orbite basse comme MRO et quelques sites ont été photographiés de manière détaillées par les astromobiles martiens. Un aérobot dispose de la capacité unique d'emporter des caméras et des instruments scientifiques permettant de pouvoir effectuer des observations à une altitude de quelques mètres et même de quelques centimètres sur l'ensemble de la planète. Enfin l'aérobot permet d'envisager une nouvelle manière d'explorer Mars grâce à sa capacité à se déplacer sans intervention humaine, son rayon d'action et sa capacité à déplacer des charges d'un endroit à un autre. Des instruments pourraient ainsi être positionnés à un endroit puis déplacés sur un autre site pour recueillir de nouvelles données.

Vers une mission martienne centrée sur  un hélicoptère lourd ? 

Sans attendre la fin des tests d sur la planète Mars, la NASA a commencé à étudier une deuxième génération d'hélicoptère, capable cette fois de remplir une mission scientifique sur la planète Mars, avec une portée de  entre deux recharges de ses batteries et un temps de vol maximal de . La principale contrainte est le volume nécessaire pour stocker les pales des rotors. Selon une étude de la NASA publiée début 2020, le véhicule de descente des missions martiennes existantes de type  utilisé par les astromobiles MER comme Sojourner (atterrisseur de  de diamètre intérieur) pourrait transporter un hélicoptère d'une vingtaine de kilogrammes de type hexacoptère (six rotors) capable d'emporter une charge utile (instruments scientifiques, caméras) de . Le volume disponible dans l'étage de descente permettrait d'embarquer des équipements supplémentaires comme un système de télécommunications permettant des liaisons directes avec la Terre, des instruments scientifiques, etc.

Une première utilisation opérationnelle : la mission Mars Sample Return 

La mission  développée par la NASA en collaboration avec l'Agence spatiale européenne a pour objectif de ramener sur Terre les échantillons de sol martien prélevés par l'astromobile Perseverance. Pour remplir cet objectif la mission prévoit d'envoyer un atterrisseur,  (SRL), emportant un bras téléopéré permettant de récupérer les tubes contenant les échantillons de sol. Si ces derniers se trouvent hors de portée de l'atterrisseur à la suite d'une panne de Perseverance, SRL dispose de deux hélicoptères hélicoptères  équipés d'une pince pour récupérer les tubes là où ils ont été déposés.

Les deux hélicoptères  sont directement dérivés de l'hélicoptère  utilisé de manière expérimentale à partir de 2021 sur le sol martien dans le cadre de la mission  dont ils reprennent l'architecture et la taille. Disposant d'un rotor de 1,2 mètre de diamètre et hauts de 52 centimètres, ils ont une masse de 2,26 kilogrammes (poids de 0,86 kilogramme sur Mars). Ils se distinguent de  par leur train d'atterrissage - les quatre pieds sont remplacés par des roues de 10 centimètres de diamètre et de 2 centimètres de large) qui leur permet de se déplacer sur le sol pour effectuer des déplacements courts et par la présence d'une pince articulée qui sera utilisée pour saisir les tubes d'échantillons. Leur vitesse horizontale maximale est de 5 mètres par seconde (environ 18 km/h), leur rayon d'action est de 700 mètres et l'altitude maximale est de 20 mètres. L'énergie est fournie par des panneaux solaires qui chargent des accumulateurs lithium-ion.

L'aérobot Dragonfly 

Il est très probable que les recherches réalisées pour la conception d seront utilisées pour le développement de la mission . Cet aérobot de type aérogire d'une masse de 450 kg doit s'envoler en 2027 à destination du plus grand satellite de Saturne  Titan. Son objectif est d'effectuer de multiples vols de courte durée pour étudier la basse atmosphère et la surface de Titan. Pour disposer de suffisamment d'énergie pour fonctionner et survivre à une température moyenne de -180°C, l'engin spatial dispose d'un générateur thermoélectrique à radioisotope.

Code OACI 
Le 19 avril 2021, Ingenuity a procédé à son premier vol sur Mars depuis le cratère Jezero. En conséquence, l'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI) a attribué à l'hélicoptère l'indicatif à trois lettres IGY et l'indicatif d'appel INGENUITY, tandis que le cratère Jezero a reçu le code JZRO. C'est le seul site à avoir J en première lettre.

Notes et références

Références

Bibliographie 
   
   
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Voir aussi

Articles connexes 
 Exploration de Mars par Perseverance : déroulement des tests à la surface de Mars.
 Mars 2020 : mission au cours de laquelle l'hélicoptère est testé.
 Aérobot
 Dragonfly : aérobot qui doit explorer la lune Titan.

Vidéos

Liens externes 
 NASA Mars Helicopter flight log: accès direct aux données des vols dIngenuity

Mars 2020 (mission spatiale)
Hélicoptère à rotors coaxiaux
Aérobot
Premier vol en 2021
ou ( MHS ) est un petit hélicoptère d' un peu moins de deux kilogrammes développé par l' agence spatiale américaine , la NASA , qui est mis en œuvre à titre expérimental sur le sol de la planète Mars à le cours de la mission Mars lancée le à bord d' une fusée et dont l' atterrissage a eu lieu le \ . L' hélicoptère est embarqué à bord de le rover Perseverance avant d' être déposé leavrilsur le sol martien . Le , pour la première fois dans l' histoire de l' ère spatiale , un engin effectue un vol motorisé sur une autre planète . L' objectif est de tester les capacités d' un tel appareil dans le domaine de la reconnaissance optique de le terrain , dans cet environnement caractérisé par une atmosphère très ténue limitant la portance et par de les délais de communication qui interdisent tout contrôle direct de le vol par un opérateur humain . Ingenuity est un hélicoptère de8 kilogramme disposant derotors contrarotatifs coaxiaux . Il tire son énergie debatteries lithium-ion rechargées par de les cellules solaires qui lui permettent de volersecondes et de parcourir à le maximummètres . Son système de navigation lui permet de suivre sans intervention humaine un trajet pré-programmé . Sa seule charge utile est une caméra . À le cours de les deux premières années de la mission sur Mars , Ingenuity a largement prouvé ses capacités en effectuantvols ( actualisé auaoûtet en parcourant2 kilomètres avec un temps de vol total5 minutes . Ingenuity a réalisé de nombreuses photos aériennes qui ont été utilisées par les pilotes de l' astromobile Perseverance pour identifier les obstacles et les sites prometteurs et a prouvé sa robustesse en résistant à l' hiver martien . Ingenuity ouvre de nouvelles perspectives pour l' exploration de Mars . L' architecture de la mission de retour d' échantillons martiens développée par la NASA et l' Agence spatiale européenne a été modifiée pour comprendre deux hélicoptères similaires à Ingenuity . Ceux-ci seront chargés de collecter les tubes contenant de les échantillons de sol martien déposés par l' astromobile Perseverance en cas de panne de celui-ci . Contexte \ : l' exploration de le système solaire par de les aérobots L' exploration de le système solaire à l' aide de robots débute à la fin de les années Commencée modestement , avec de les engins légers uniquement capables de survoler le corps céleste visé , elle s' est rapidement sophistiquée avec la mise à le point en une quinzaine d' années d' engins capables de se placer en orbite ( orbiteur ) , puis de se poser ( atterrisseur ) sur la surface et enfin de se déplacer sur le sol ( astromobile ou ) . La capacité d' exploration de ces astromobiles est toutefois restée limitée , notamment de le fait de leur vitesse réduite et de la nécessité de déposer ceux-ci sur un terrain relativement plat . Très rapidement , les ingénieurs ont étudié l' envoi de robots capables de flotter , planer ou voler dans l' atmosphère \ : ces aérobots présentent l' avantage d' étendre la portée de l' exploration de les planètes ou de les lunes lorsque celles-ci sont dotées d' atmosphère ( Vénus , Mars , Jupiter , Saturne , Titan , Uranus et Neptune ) . Vénus , qui dispose d' une atmosphère dense , est la première destination d' un aérobot et reste la seule jusqu' en : en un ballon équipé d' instruments scientifiques , est largué par la sonde spatiale soviétique Vega et étudie avec succès l' atmosphère de Vénus . Le cas de la planète Mars , cible privilégiée de l' exploration spatiale , est une destination compliquée pour ce type d' engin . L' atmosphère très ténue ( seulement % de la pression atmosphérique présente sur Terre ) ne permet de produire qu' une portance très faible et la mise à le point d' un aérobot est beaucoup plus difficile ( pour flotter dans l' atmosphère de Mars , un ballon doit être plus volumineux que son équivalent largué à d' altitude dans l' atmosphère de Vénus ) . Plusieurs projets martiens de planeurs ou d' avions propulsés sont étudiés et proposés à la NASA , sans qu' aucun ne soit retenu . Développement de le projet d' hélicoptère martien Une étude suggérant le recours à un hélicoptère autonome pour explorer Mars est publiée en En un article décrivant le concept d' hélicoptère martien préfigurant , est publié par AeroVironment et le \ . En , l' agence spatiale américaine ( la NASA ) décide , après une phase d' évaluation , que la mission embarquera , à titre expérimental , le petit hélicoptère de afin de tester le recours à de les vols de reconnaissance optique . Cette expérimentation doit durer une trentaine de jours . Son coût , évalué à de dollars américains , n' est pas inclus dans le projet \ . Cette décision est prise , malgré l' opposition de le responsable scientifique de la mission Marspour qui les tests prévus ne contribuent pas à la mission mais viennent bousculer le calendrier déjà très chargé de les opérations de l' astromobile sur le sol de Mars . L' hélicoptère , qui doit être embarqué , est l' aboutissement de développements entamés cinq ans plus tôt à le ( JPL ) de la NASA . Début pour vérifier le comportement de l' hélicoptère dans les conditions martiennes , l' équipe qui développe l' hélicoptère effectue d' abord de les tests avec un modèle d' ingénierie qui représente une approximation proche de l' hélicoptère réel . Après avoir accumulé un temps de vol supérieur à , de les tests plus réalistes sont effectués avec un modèle similaire à celui qui doit être envoyé sur Mars . Celui-ci est placé dans la chambre à vide de de diamètre de le JPL , dans laquelle est reproduite la composition de l' atmosphère raréfiée de Mars et sont simulées sa pression % de celle de l' atmosphère terrestre ) et les températures extrêmes ( jusqu' à ) . Pour reproduire la pesanteur de Mars ( un tiers de celle de la Terre ) , une élingue dont la tension est adaptée en permanence soulève l' hélicoptère . Le petit hélicoptère est baptisé ( Ingéniosité ) à la suite d' un appel à nommage lancé par la NASA auprès de les élèves et étudiants américains . Choix architecturaux Contraintes de le vol sur Mars et conséquences sur les caractéristiques de le Un hélicoptère martien est handicapé par la faible densité de l' atmosphère de cette planète . En effet , la puissance requise pour sustenter l' engin ( W ) est définie de la manière suivante \ : où \ : est la portance de le rotor ( N ) est la superficie de le disque rotor ( ) est la masse volumique de l' atmosphère martienne ( ) En vol stabilisé , la portance est égale en module et opposée à le poids de l' engin , où est sa masse et la gravité sur Mars . La puissance requise est donc proportionnelle à la puissance2 de la masse à sustenter , et inversement proportionnelle à la puissance2 de la masse volumique de l' atmosphère . La pression atmosphérique martienne est environfois plus faible que la pression terrestre . Par contre , l' atmosphère martienne étant essentiellement constituée de gaz carbonique , sa masse volumique est plus élevée dans les mêmes conditions de température et de pression . En tablant sur la valeur moyenne de pression dePa , on peut estimer que la masse volumique atmosphérique est plus faible sur Mars que sur Terre à le niveau de le sol . A contrario , la gravité martienne vaut % de celle de la Terre , ce qui aide la sustentation . Le rapport est , pour une même superficie de le disque rotor,34 fois plus élevé sur Mars que sur Terre ( = 34 ) . Pour limiter la puissance nécessaire à le vol sur Mars , et donc préserver une autonomie satisfaisante , une superficie de le disque rotor plus élevée que celle d' un hélicoptère terrestre de masse équivalente est nécessaire . Une difficulté supplémentaire est liée à la vitesse de le son plus faible sur Marsm/s contrem/s sur terre ) . Ceci oblige à diminuer la vitesse de rotation de le rotor dans les mêmes proportions , ce qui n' est favorable ni à le bilan de masse , ni à le rendement de le moteur électrique s' il n' est pas équipé d' un train d' engrenages pour réduire la vitesse de le rotor par rapport à celle de le moteur . Type d' aéronef Le choix de la formule hélicoptère par opposition à celle de le quadrirotor s' explique par la masse importante de le rotor liée à sa grande taille pour les raisons vues plus haut . La stabilisation d' un quadrirotor est effectuée en agissant sur la vitesse de rotation de les rotors mais la vitesse de modulation est fonction de la masse de ceux-ci ( inertie ) . Dans le contexte martien , la stabilisation d' un quadrirotor devient problématique comme sur Terre à haute altitude . L' utilisation de rotors contrarotatifs coaxiaux permet de gagner en encombrement par rapport à le recours à un rotor anticouple . Contraintes de masse Pour parvenir à faire voler l' hélicoptère dans l' atmosphère de Mars , il fallait concevoir un engin suffisamment léger , ce qui n' a été rendu possible que récemment grâce à les avancées réalisées dans le domaine de les accumulateurs ( liées à le développement de les téléphones portables ) , de les cellules photovoltaïques ( rendement ) , de les systèmes inertiels et de les ordinateurs embarqués . Ainsi , il est conçu pour que sa masse ne dépasse pas ( soit un poids de sur le sol martien ) . Une phase d' atterrissage délicate La phase la plus délicate de le vol de l' hélicoptère est l' atterrissage , de le fait de les turbulences qui peuvent déséquilibrer l' engin . La solution retenue est d' arrêter la propulsion à un mètre au-dessus de le sol et de laisser l' hélicoptère atteindre le sol en chute libre . La vitesse verticale à l' atterrissage est en conséquence de plus d' . Le train d’ atterrissage est conçu pour encaisser cette vitesse sur un sol qui peut présenter une pente importante . Caractéristiques techniques Structure Les dimensions de le fuselage de l' hélicoptère sont de , soit la taille d' un ballon de basket-ball . Avec son train d' atterrissage , ses rotors et les panneaux solaires qui les coiffent , est haut de \ . Le volume très réduit de le fuselage contient les ordinateurs , les batteries , les capteurs ( caméras , altimètre ) et le système de télécommunications . L' hélicoptère est construit autour d' un tube vertical , dans lequel circulent les liaisons électriques reliant le processeur à les rotors ainsi qu' à le vaisseau mère ( l' astromobile ) durant le transit vers Mars . Sur ce tube sont attachés de haut en bas \ : le système de fixation à l' astromobile , un panneau solaire , les deux rotors ainsi que les servomoteurs les mettant en mouvement , la partie centrale de le train d' atterrissage et enfin le fuselage de forme cubique . Le train d' atterrissage comprend quatre pieds en composite carbone longs de fixés à le corps d en faisant un angle oblique avec la verticale , qui maintiennent le corps de l' aéronef à une hauteur de au-dessus d' un terrain plat . a une masse de sur Terre comme sur Mars , mais son poids plus faible sur Mars équivaut à celui d' une masse de sur Terre , de le fait de la différence de gravité entre ces deux planètes . Propulsion L' hélicoptère se déplace dans les airs grâce à deux rotors contrarotatifs coaxiaux bipales . Le diamètre de les rotors est de et ils se situent à de hauteur . Les pales sont réalisées en fibre de carbone . La vitesse de rotation est comprise entre par minute , soit dix fois celle d' un rotor principal d' hélicoptère sur Terre , pour pouvoir être efficace dans l' air particulièrement peu dense de Mars ( équivalent à l' atmosphère terrestre à une altitude de ) . Énergie L' énergie est le principal facteur limitatif concernant les capacités de l' hélicoptère . L' énergie nécessaire pour la propulsion , le fonctionnement de les capteurs ( altimètre , caméras ) , les résistances chauffantes , l' avionique , les processeurs et le système de télécommunications est fournie par six accumulateurs lithium -ion , d' une capacité de et d' une masse totale de , qui occupent une grande partie de le volume de le fuselage . D' une capacité équivalente à seulement trois batteries de smartphone , ils sont rechargés par de les cellules photovoltaïques qui sont fixées au-dessus de les rotors et qui ont une surface active de \ . Sur ces , ( ) , sont gardés en réserve.watts-heures environ sont nécessaires pour l' alimentation de les résistances chauffantes chargées de maintenir les différents systèmes à une température compatible avec les contraintes de fonctionnement durant la nuit martienne . sont disponibles pour un vol de sur la base d' une consommation en pointe de durant % de le temps et de durant le reste de le vol . L' emplacement de les batteries , entourées par les circuits électroniques qui contrôlent l' appareil , est étudié pour que ces éléments maintiennent de manière efficace une température correcte pendant leur mission sur le sol martien . Capteurs Les capteurs , qui sont de les composants achetés sur le marché , comprennent une caméra de navigation noir et blanc , une caméra couleur haute définition , une centrale à inertie , un inclinomètre et un altimètre \ : La caméra de navigation NAV ( NAVCAM ) est située sous le fuselage et fournit de les images en noir et blanc de \ . Elle est pointée vers le sol et est utilisée pour déterminer l' altitude et la position de l' hélicoptère . Elle dispose d' un champ de vue de surdegrés . et permet d' acquérir par seconde . La caméra couleur RTE ( ) à haute définition ( ) de Sony a un champ de vue de sur \ . Elle est fixée sur un de les coins inférieurs de le fuselage et pointe sous l' horizon . Elle doit effectuer quelques prises d' image de le terrain qui sont transmises à la Terre pour tester les capacités de reconnaissance d . L' hélicoptère dispose de deux centrales à inertie pour assurer une redondance utilisant la technologie MEMS et fournies par Bosch . L' inclinomètre utilise également la technologie MEMS . L' altimètre fourni par Garmin mesure l' altitude jusqu' à une hauteur de quelques dizaines de mètres . Télécommunications Compte tenu de le délai dans les échanges avec la Terre ( une dizaine de minutes dans la configuration Terre-Mars la plus favorable ) , l' hélicoptère est obligé de voler de manière autonome en appliquant de les instructions transmises avant le vol . Un système radio embarqué à bord de l' hélicoptère reçoit ces commandes et transmet les images et les télémesures . Les échanges avec la Terre sont relayés par un système de télécommunications dédié installé sur l' astromobile . L' hélicoptère dispose de deux émetteurs-récepteurs radio fonctionnant à une fréquence de avec une puissance d' émission de en consommant à l' émission et à la réception . L' antenne filaire est fixée à le sommet de l' hélicoptère . Le débit est compris entre par seconde , pour une portée allant jusqu' à \ . En vol , l' hélicoptère ne reçoit pas mais émet pour communiquer les données collectées . Avionique et processeurs L' avionique est répartie sur cinq circuits imprimés , dont quatre forment les côtés de le fuselage cubique et le cinquième sa partie inférieure . L' ordinateur embarqué utilise un microprocesseur Snapdragon cadencé à et doté d' une mémoire vive de et d' une mémoire flash de \ . L' ordinateur prend en charge la fonction de navigation en utilisant les données fournies par les caméras et pilote en conséquence les rotors via deux microcontrôleurs redondants . Le logiciel qui tourne sur le microprocesseur est assisté par un circuit intégré de type FPGA , qui prend en charge certaines fonctionnalités comme le contrôle d' attitude ( avec une fréquence de rafraichissement de ) , la gestion de les entrées-sorties de la centrale à inertie , de l' altimètre et de l' inclinomètre , et la gestion de les télécommunications . Le FPGA est une version militarisée de le ProASIC3L de MicroSemi . Le système d' exploitation choisie pour gérer Ingénuity est GNU / Linux . Ol a été choisi car il fournit une plates-forme particulièrement stables . Selon Open Source pour U , " la disponibilité de les serveurs Linux est très élevée et la disponibilité est d' environ9 % " , Ingenuity de redémarrer son serveur Linux après chaque mise à jour ou correctif . Il s' agit d' une caractéristique très importante pour le premier drone hélicoptère nouvellement construit de Mars , qui sera le premier avion à effectuer un vol atmosphérique contrôlé sur une planète autre que la Terre Système de navigation Compte tenu de la distance entre la Terre et Mars , il n' est pas possible à un opérateur sur Terre de contrôler l' hélicoptère en vol \ : un signal radio met en moyenne douze minutes pour parvenir jusqu' à sa destination . L' hélicoptère doit donc disposer d' un système de navigation lui permettant de prendre de les décisions de manière autonome en s' appuyant sur les instructions transmises avant le vol par les opérateurs sur Terre tout en prenant en compte les différents facteurs perturbateurs tels que le vent , les anomalies de fonctionnement de les systèmes embarqués , etc. Les instructions décrivent précisément les différentes phases de vol théorique ( altitude , vitesse , points de passage , site d' atterrissage ) . Le système de navigation utilise les données fournies par l' altimètre laser ( distance à le sol ) , la caméra ( images de le sol ) et la centrale à inertie ( accélération et vitesse de rotation ) pour déterminer l' orientation de l' hélicoptère , sa position , la vitesse et sa direction . Lors de le décollage et jusqu' àmètre de le sol , seules les données de la centrale à inertie sont exploitées car la poussière soulevée peuvent perturber la caméra et l' altimètre . Durant le vol , le système de navigation s' appuie d' abord sur les données de la centrale à inertie pour déterminer la position , la vitesse et l' orientation de l' hélicoptère . À partir de ces données , il transmet éventuellement de les instructions à le système de contrôle de la propulsion pour corriger les paramètres de vol . Ces instructions sont transmisesfois par seconde . Pour pallier la dérive de la centrale à inertie , le système de navigation s' appuie également sur les photos de le sol prises par la caméra à un rythme de trente images par seconde . Chaque photo prise est comparée à la précédente . Le changement de position de les éléments les plus remarquables ( variations de couleur , rochers , ondulation de terrain ) est rapproché par l' algorithme de le logiciel avec ce qu' il aurait dû être compte tenu de les instructions transmises par la Terre . En cas de déviation , de les instructions de correction sont transmises à le système contrôlant la propulsion . Durant la phase d' atterrissage , pour les mêmes raisons qu' à le décollage ( poussière ) , seules les données de la centrale à inertie sont utilisées pour guider l' hélicoptère dès que l' altimètre indique que celui-ci se trouve à moins d' un mètre de le sol De les capacités opérationnelles très réduites est un engin qui a de les capacités opérationnelles particulièrement réduites . L' énergie dont il dispose lui fournit une autonomie de seulement car la faible densité de l' atmosphère martienne nécessite de faire tourner à grande vitesse ses rotors et ses batteries sont limitées par sa capacité d' emport découlant également de la faible portance de ses pales . Il ne peut voler de nuit car son système de guidage repose sur les images prises par ses caméras . En début de journée , l' hélicoptère doit reconstituer l' énergie perdue durant la nuit pour maintenir une température minimale dans ses systèmes ( la température sur Mars chute à durant la nuit ) . Il ne doit également pas voler trop tard dans la journée , car il lui faut reconstituer alors l' énergie perdue pour survivre à la nuit qui suit . Tous ces paramètres font que seulement un tiers environ de l' énergie dont dispose est réellement utilisée pour le vol à proprement parler . Enfin , le vent ne doit pas souffler trop fort . Déploiement sur le sol de Mars Deux jours après l' atterrissage de à la surface de la planète le , l' hélicoptère transmet de les informations sur son statut . L' hélicoptère martien embarqué est fixé sous le châssis de l' astromobile avec ses hélices alignées en position couchée sur le côté . Une fois à la surface de Mars , une vérification générale de ses différents sous-systèmes est effectuée , dont ceux de l' hélicoptère . Les batteries de celui-ci sont rechargées . Une fois cette phase achevée , l' astromobile se met à circuler en recherchant un terrain de pouvant servir de zone d' atterrissage pour l' hélicoptère . L' équipe projet a calculé que la probabilité de trouver un terrain convenable ( terrain quasi plat , pas de roche de plus de de haut ) dans l' ellipse retenue pour l' atterrissage ( ) était de % . Le cache , qui protège l' hélicoptère de les débris à l' atterrissage , est largué le \ . Les pieds de le train d' atterrissage d ' sont déployés puis il est pivoté dans sa position naturelle , avant d' être largué sur le sol ( la garde à le sol de l' astromobile est supérieure à la hauteur de l' hélicoptère déployé ) ( voir vidéo en annexe ) début avril . De nombreux tests statiques sont effectués . Le fonctionnement de le rotor est testé le mais est interrompu par un dispositif de protection de le logiciel de vol . Le premier vol est repoussé à le puis à le \ . Mise en œuvre Dix jours ont été prévus pour le déploiement et trente jours pour tester les capacités en vol . Pour le premier vol , l' astromobile s' éloigne de l' hélicoptère à une distance de sécurité ( ) puis l' hélicoptère s' élève à la verticale jusqu' à une hauteur de avant de faire de le surplace durant ( voir animation en annexe ) . Quatre autres vols de quelques centaines de mètres sont prévus avec une durée pouvant aller jusqu' à \ . Une fois la phase d' expérimentation achevée , il était initialement prévu d' abandonner l' hélicoptère à l' endroit de le site de son dernier atterrissage après le cinquième et dernier vol d' essai programmé . Toutefois , vu les résultats très encourageant de les quatre premiers vols dépassant toutes les espérances , la NASA a décidé de prolonger la mission d' Ingenuity et de passer à une phase opérationnelle pilote durant laquelle l' hélicoptère effectuerait de les missions de reconnaissance pour l' astromobile à le début de sa mission scientifique . Les tests effectués durant les cinq premiers vols programmés et le début de la phase opérationnelle pilote sont les suivants : Les cinq premier vols de démonstration technologique Le premier vol est réalisé avec succès le lundi \ . devient le premier engin propulsé volant mis en œuvre sur un autre corps de le système solaire que la Terre . Durant ce test d' une durée desecondes l' hélicoptère s' élève demètres puis effectue un vol stationnaire avant de se reposer . Le second vol comprenant un déplacement horizontal de deux mètres est effectué le jeudiavril . À le cours de le troisième vol qui a lieu le \ . Ingenuity effectue une boucle dem à une altitude dem en s' éloignant demètres de son point de départ . La première tentative deme vol d leavriléchoue car l' hélicoptère ne parvient pas à passer en mode vol . La seconde tentative , qui a lieu leavril est un succès et le vol duresecondes . Comme pour les deux vols précédents , l' hélicoptère monte d' abord à une altitude demètres . Il vole ensuite vers le sud sur une distance demètres puis revient à son point de départ couvrant ainsi une distance totale demètres . Un nombre record d' images a été capturé , environau total pendant lesderniers mètres avant que l' hélicoptère ne fasse demi-tour . Lemai , peu avant le cinquième vol d , un enregistrement sonore de le quatrième vol , capté par un microphone placé sur l' astromobile , est publié par l' agence spatiale . Cet enregistrement est à la limite de les capacités de le système d' enregistrement car la très faible densité de l' atmosphère martienne % à peine de celle de l' atmosphère terrestre ) et sa composition très différente % ) réduisent la propagation de le son . L' atmosphère très ténue de Mars atténue considérablement la propagation de les ondes sonores qui sont également perçues comme beaucoup plus sourdes . Comme l' hélicoptère se trouve à plus demètres de le microphone de la Supercam de le rover , les ingénieurs ont de le amplifier le signal sonore et soustraire le bruit de fond produit par les rafales de vent pour obtenir un rapport signal sur bruit audible . Le cinquième vol a lieu le \ . monte à une altitude dem et parcourt une distance horizontale dem à la vitesse de5 m/s . Le vol duresecondes et , pour la première fois , l' hélicoptère ne retourne pas à son point de départ mais se pose sur un nouveau site d' atterrissage . Ce cinquième vol marque la fin de la phase de démonstration technologique de l' engin . Une nouvelle phase de démonstration dédiée à l' évaluation de les capacités opérationnelles d' un hélicoptère martien Compte tenu de les bons résultats obtenus durant les premiers vols ( télécommunications , énergie , navigation ) et la bonne santé d' , l' agence spatiale américaine décide dès le mois d' avril de prolonger l' expérience qui ne devait initialement durer quejours . Cette nouvelle phase doit permettre d' évaluer les capacités d' un hélicoptère à réaliser de les expériences de reconnaissance ainsi qu' à prendre en charge d' autres fonctions dans le cadre de futures missions martiennes . Durant cette nouvelle phase , Ingenuity doit accompagner ou même le précéder pour effectuer de les opérations de reconnaissance aérienne pour déterminer les routes que peut emprunter l' astromobile , évaluer l' intérêt scientifique de sites et réaliser de les images stéréos permettant de réaliser de les cartes topographiques . La fréquence de les vols devrait se ralentir et passer d' un vol tous les deux / trois jours à un vol toutes les deux à trois semaines pour ne pas générer d' interférences avec les opérations scientifiques de \ . Sixième vol Le sixième vol réalisé le est un succès partiel , car en raison d' une défaillance technique , a dû interrompre celui-ci et se poserm avant le site d' atterrissage prévu . Mais cet atterrissage a pu se faire en douceur et l' hélicoptère est toujours opérationnel . L' incident a été provoqué par le processus gérant la navigation de l' hélicoptère qui repose à la fois sur la centrale à inertie ( IMU ) et les images fournies par la caméra couleurs produisant de les images de le sol . La centrale à inertie , qui détermine la vitesse de déplacement , corrige ses résultats en utilisant les images de le sol fournies par la caméra . Trente images sont prises chaque seconde . L' origine de le problème provient d' une erreur de transmission d' une seule image par cette caméra à le calculateur de navigation . La perte de données ainsi occasionnée a provoqué une erreur cumulée dans l' horodatage ( timestamp ) de les images suivantes qui ont toutes été décalées dans le temps de quelques dizaines de millisecondes . Cela a suffi pour générer de les erreurs de calcul de la position , de la vitesse , de l' altitude et de l' attitude de l' engin . Celui-ci s' est mis à osciller . Heureusement , la robustesse d' autres systèmes embarqués contrôlant la phase d' atterrissage et ne nécessitant pas les images de navigation a permis un atterrissage en douceur de l' hélicoptère . Malgré elle , la NASA a exploré les limites de l' enveloppe de vol d et dispose ainsi de données inédites et acquises en conditions réelles dans l' atmosphère très ténue de Mars qui lui permettront peut-être d' améliorer la robustesse de le programme de calcul de navigation autonome d . Septième vol Le a réalisé un vol de8 secondes à une vitesse maximale dem/s . Il a parcourum à une altitude dem au-dessus de le sol pour atterrir à un nouvel endroit non encore reconnu situé à le sud de son lieu de départ . C' est le second vol de l' hélicoptère à avoir atterri sur un nouveau site sans l' avoir survolé à le préalable . Cependant , l' équipe d s' était assurée auparavant que le site d' atterrissage n' était pas trop accidenté grâce à les images de la caméra HiRISE embarquée à bord de l' orbiteur MRO ( Mars Reconnaissance Orbiter ) de la NASA . L' objectif de ce vol était la collecte de photographies couleurs stéréos afin de tester la faisabilité de prises de vue aérienne pour faciliter la navigation de le rover \ . Le vol s' est déroulé sans encombre . Huitième vol Le a volé environm dans la direction sud- sud-est5 degrés dans le sens horlogique à partir de le nord ) pour atterrir sur le site E , à environ5 m de Persévérance . La durée de le vol a été de4 secondes , l' altitude maximale dem , la distance horizontale dem , la vitesse maximale dem/s . Le vol a été couronné de succès . Le , le JPL a également annoncé avoir téléchargé la semaine précédente une mise à jour de le programme de contrôle de vol pour résoudre définitivement le problème de le micro-contrôleur ( " watchdog " ) , et que le test de le rotor et le huitième vol ont confirmé que la mise à jour fonctionnait . La NASA doit encore réaliser une autre mise à jour critique affectant une partie importante de le logiciel de contrôle de vol afin de pouvoir résoudre les problèmes rencontrés lors de le sixième vol avec la surcharge de le processeur central ( CPU ) due à la lourdeur de le transfert de les photos de la caméra couleurmegapixels ) . Le problème n' étant pas encore résolu , les volsetn' ont pas utilisé la caméra couleur afin d' éviter de répéter l' incident de le vol Cette mise à jour importante devrait être faite avant le neuvième vol . Neuvième vol Lors de le neuvième vol réalisé le , parcourt une distance record dem ( aller simple ) en4 secondes en direction de le sud à la vitesse dem/s . Il survole le site de particulièrement intéressant sur le plan scientifique , mais difficile d' accès pour de le fait de ses ondulations sableuses . Ce neuvième vol est risqué en raison de la topographie inégale de le terrain . Le survol de le site de couvert de dunes de sable de hauteur variable rend difficile la tâche de le système de navigation qui s' appuie sur les images de le sol pour déterminer la trajectoire . même si l' hélicoptère ralentit lors de la partie la plus délicate de son parcours . Il s’ est posé sans encombre à le point F. Dixième vol Le dixième vol qui a lieu le \ . dure4 secondes . parcourt une distance dem àm d’ altitude et à une vitesse moyenne dem/s . Entre les points de départ et d’ arrivée ( nouveau site d’ atterrissage G ) , se dirige vers le sud puis l’ ouest en survolant les ( ) et points prédifinis dont il prend à chaque fois deux photographies couleur , permettant ainsi de réaliser une représentation stéréoscopique de le terrain . Ces photographies sont utilisées pour préparer l' étude de les par l' astromobile \ . Onzième vol Le onzième vol a eu lieu le \ . Ce vol est une étape de transition destinée à déplacer l’ hélicoptère vers un nouvel endroit scientifiquement intéressant pour l' astromobile et d’ où pourra le guider dans ses missions de reconnaissance . Le vol a duré9 secondes . Le déplacement dem en direction de le nord-ouest s’ est effectué à une altitude maximale dem et à la vitesse maximale dem/s . Ingenuity atterrit sur le site H ( . Depuis cette nouvelle base il pourra survoler la partie sud de qui présente un intérêt géologique . Douzième vol Le a réalisé son douzième vol à une altitude demètres et à une vitesse dem/s afin de survoler la région sud de lors d’ un trajet aller et retour demètres avant de revenir se poser à son point de départ ( site H , ) . L' hélicoptère est resté en l' air pendantsecondes . C' est la durée de vol la plus longue effectuée jusqu' à présent et le deuxième parcours le plus long , le rayon d' action d étant surtout limité par l' échauffement de son moteur essentiellement fonction de la durée de le vol . Le but de l’ opération était de prendre une dizaine d’ images couleurs stéréoscopiques afin d' assister l’ équipe de dans le choix de les éléments les plus pertinents à étudier sur ce site . L’ hélicoptère totaliseminutes de vol cumulées à le cours de sessorties . Treizième vol Le treizième vol d a eu lieu le ( Sol L' hélicoptère fait une boucle deux fois plus courte que celle de le vol précédent pour une durée comparables ) . Le vol est réalisé à plus basse altitudem ) et à plus faible vitesse3 m/s ) pour améliorer la qualité de les prises de vue . L’ objectif est d’ obtenir une dizaine d’ images couleurs détaillées d’ une zone particulière de la région de Séítah sud . Il s' agit de compléter le relèvement topographique de la crête et de les flancs d' une dune dans la direction sud-ouest , c.-à -d. en sens opposé de les prises de vue de le vol précédent ( N° photographies dans la direction nord-est ) . Après s’ être éloigné de son point de départ ( ) d’ une distance dem , est revenu s’ y poser . Quatorzième vol \ : Conjonction solaire et test d' augmentation de la vitesse de rotation ( octobre En raison de l' allongement de sa mission , est amené à voler dans de les conditions météorologiques non prévues et dégradées de le fait de le cycles de les saisons sur Mars . Avec l' accroissement progressif de la température à le printemps et en été , la densité de l' air diminue . Elle se réduit de à \ . L' enveloppe de vol d a été conçue pour de les densités de l' air comprises entre et , soit l' équivalent de de la densité de l' atmosphère terrestre à le niveau de la mer . A la conception de l' hélicoptère , il était prévu qu dispose d' une réserve de puissance de pour le décollage et les phases ascensionnelles de ses vols . Avec la baisse de la pression atmosphérique , ne dispose plus que d' une marge de et s' approche de les conditions de décrochage aérodynamique provoquées par la perte de portance . La NASA décide donc d' augmenter la vitesse de rotation de le rotor et de la faire passer à ( révolution par minute ) pour regagner de la puissance . Cela implique de plus grandes sollicitations pour l' hélicoptère . Non seulement la puissance à fournir par les batteries est plus élevée , mais les forces exercées sur les pales de le rotor sont accrues . La vitesse à l' extrémité de les pales s' approche de Mach , ce qui crée une traînée plus importante et risque aussi de provoquer de les vibrations intempestives si la structure de l' hélicoptère entre en résonance . Le but de ce quatorzième vol est donc de tester le comportement de l' appareil dans ces conditions limites Un premier essai statique ( à le sol ) , effectué le , teste le comportement de l' hélicoptère . L' objectif est de s' assurer que le niveau de vibrations produites ne perturbent pas le fonctionnement de les capteurs et ne sont pas susceptible d' endommager la structure ) lorsque la vitesse de rotation de le rotor est portée par minute . réussit ce test et un vol est programmé pour leseptembre . L' hélicoptère devait s' élever jusqu' à une altitude de avant de se poser . Mais ce vol est annulé car , durant les vérifications avant vol , l' hélicoptère signale une anomalie ( oscillation de autour de la position attendue ) à le niveau de deux de les servo-moteurs qui contrôlent l' angle de les pales . Deux explications sont envisagées \ : une usure due à un nombre de vols plus élevé que prévu qui aurait augmenté le jeu entre les pièces ou un phénomène d' oscillation généré par la vitesse de rotation de le rotor plus élevée que prévu dans les scpécifications . Les ingénieurs disposent de plusieurs semaines pour identifier l' origine de le problème car les opérations sur Mars doivent marquer une pause de le fait de la conjonction solaire martienne qui doit durer jusqu' à la mi-octobre Durant cette période , Mars , vu de la Terre , se situe derrière le soleil , ce qui interrompt les communications entre l' astromobile et le centre de contrôle sur Terre . Leoctobre les communications avec l' astromobile sont rétablies et effectue un vol très courtsecondes ) à le cours de lequel il s' élève àmètres au-dessus de le sol et il effectue une translation horizontale demètres . Pour la première fois la caméra de navigation réalise de les photos en noir et blanc à une fréquence élevéeimages par seconde ) . Ce quatorzième vol , peu spectaculaire mais réussi , permet de valider la poursuite de les opérations dans les conditions dégradées par la baisse de densité de l' atmosphère . Le défi de l' hiver martien ( mai-décembre À compter de mai l' hélicoptère doit subir l' hiver martien , d' une durée de six mois , caractérisé par de les nuits très froides ( la température peut chuter jusqu' à ) et de les tempêtes de poussière qui , en obscurcissant le ciel et en recouvrant les cellules solaires de particules , limitent la capacité de recharge de les six accumulateurs lithium-ion qui fournissent l' énergie . Or ceux-ci comme certains composants électroniques de l' hélicoptère ne sont pas conçus pour résister à de telles températures . L' hélicoptère dispose de résistances chauffantes pour que la température de les composants les plus fragiles ne chutent pas sous un certain seuil mais ces radiateurs nécessitent de l' énergie pour pouvoir fonctionner . Lemai l' astromobile ne parvient pas à reprendre contact avec l' hélicoptère . En effet celui-ci a dû , durant la nuit , arrêter son ordinateur interne pour préserver le peu d' énergie disponible pour les résistances chauffantes . Le lendemain , les cellules solaires permettent le redémarrage de l' électronique mais l' horloge interne de l' hélicoptère a été réinitialisée . Ne disposant plus d' une horloge synchronisée avec celle de l' astromobile , tente de contacter celui-ci à une heure où il n' est pas à l' écoute ( les sessions de télécommunications entre les deux engins se font sur de les plages de temps bien précises ) . Les ingénieurs modifient la programmation pour que l' astromobile maintienne son canal de communications ouvert durant toute la journée dumai et le contact avec peut être rétabli . Pour que l' incident ne se reproduise pas , les ingénieurs de la NASA prennent temporairement une décision risquée car non prévue à la conception de l' hélicoptère . Le seuil de déclenchement de les résistances chauffantes est abaissé deC àC , ce qui doit limiter l' énergie consommée et permettre à le bout de quelques jours de recharger suffisamment les accumulateurs pour reprendre un mode de fonctionnement normal . Quelques jours plus tard , les ingénieurs constatent que cette décision a été la bonne et un nouveau vol est programmé ( le La menace représentée par la baisse de les températures devrait toutefois persister jusqu' en octobre . Défaillance de l' inclinomètre L' inclinomètre est un capteur de l' hélicoptère qui fournit avant le décollage l' inclinaison de celui-ci par rapport à la verticale . Cette donnée est utilisée pour définir la trajectoire suivie à le décollage . Les ingénieurs de la NASA découvrent en préparant levol que ce capteur est tombé en panne . Une solution de secours avait été préparée avant cette défaillance . Un patch est téléchargé pour que les données fournies par l' inclinomètre soient désormais obtenues à partir de les sorties de la centrale à inertie . Le résultat est moins précis mais suffisant pour permettre la reprise de les vols . Interruption hivernale de les vols Lejuin l' hélicoptère effectue sonvol relativement court . Mais les vols sont interrompus les deux mois suivants pour laisser passer les tempêtes de poussière qui atteignent leur paroxysme en juillet . Reprise de les vols ( aout Mi-août il fait toujours aussi froidC durant la nuit ) mais le ciel est plus clair , ce qui permet la reprise de vols qui seront toutefois brefs pour ne pas trop solliciter les accumulateurs . Les ingénieurs vérifient que l' hélicoptère est toujours en état de voler après ce long arrêt hivernal en faisant un test statique de le fonctionnement de le rotor . Celui-ci est d' abord mis en rotation à une vitesse detours par minute leaoût , puis detours par minute leaoût . Les résultats satisfaisants permettent la reprise de les vols . À le cours de les six mois suivants , une dizaine de vols sont effectués et permettent à l' hélicoptère de suivre l' astromobile dans ses déplacements ( pour les liaisons avec la Terre , qui passent par Perseverance , l' hélicoptère ne doit pas trop s' éloigner de celui-ci ) . Mais l' hiver martien se prolonge avec de les tempêtes de poussière qui persistent jusqu' en janvier limitant la durée de ces vols . Ce n' est finalement que fin janvier que les batteries parviennent à retrouver un taux de charge de en fin de journée , permettant d' envisager de les vols de longue durée . Cette restauration de les capacités d' Ingenuity vient à point pour permettre de suivre l' astromobile dans son exploration de le sommet de le delta . Celle-ci constitue un nouveau défi car le terrain très irrégulier pourrait entraîner la perte de les liaisons entre l' hélicoptère et l' astromobile . Exploration de la partie amont de le delta ( janvier ) En janvierl' astromobile Perseverance commence à explorer la partie amont de le delta caractérisée par de les terrains relativement jeunes particulièrement intéressants sur le plan scientifique . Pour atteindre les sites les plus prometteurs , il est prévu que l' astromobile effectue un transit rapide en s' enfonçant dans un canyon relativement encaissé et étroit , qui rendent la navigation difficile . Dans ce contexte , l' équipe projet a assigné à l' hélicoptère un rôle important : celui-ci doit effectuer de les missions de reconnaissance qui permettent d' identifier à l' avance les obstacles situés sur la trajectoire de l' astromobile ( il s' agit notamment de vérifier si les photos prises par le satellite MRO utilisées par l' équipe en charge de la navigation sont fiables ) et de trouver les sites intéressants à étudier . Néanmoins le relief de la région handicape l' hélicoptère à deux titres : d' une part , pour maintenir la liaison avec la Terre , l' hélicoptère doit rester en contact visuel avec l' astromobile qui lui sert de relais télécom , sans obstacle entre les deux engins ; d' autre part , la trajectoire de l' hélicoptère ne doit pas lui faire survoler l' astromobile pour ne pas risquer d' endommager ce dernier en cas de mauvais fonctionnement de son système de navigation ou de panne mécanique , ce qui devient difficile de le fait de l' étroitesse de le canyon dans lequel le rover circule . Le premier vol dans cette nouvelle région a lieu lejanvier ( vol n° Pour remplir ses objectifs , il est prévu que l' hélicoptère devance systématiquement de deux jours l' astromobile mais cet objectif se révèle difficile à tenir . Pour y parvenir , la fréquence de les vols et la vitesse en vol est augmentée ( lors de le voll' hélicoptère établit un nouveau record de vitesse de par seconde ) . Synthèse de les vols effectués Vers une utilisation future à de les fins opérationnelles De les résultats qui ouvrent de les perspectives nouvelles pour l' exploration martienne Alors que l' objectif était de réaliser de les vols durantjours martiens , continue de fonctionner début maisoitjours après l' atterrissage de Perseverance sur Mars . Courant novembreil avait effectuévolsminutes de vol en temps cumulé ) , parcouru7 kilomètres , effectuédécollages et atterrissages , pris milliers de photos avec sa caméra de navigation et plusieurs centaines photos couleurs haute définition . Il a largement démontré sa valeur aussi bien pour les taches scientifiques que pour les opérateurs planifiant les déplacements de l' astromobile . Son état lui permet de continuer à accompagner l' astromobile sur le sommet de le delta qui doit être exploré en a démontré qu' un hélicoptère martien disposait de la capacité unique d' atteindre de les sites inaccessibles par tout autre moyen , notamment par un engin sur roues , comme les dunes de Seitah dans le cratère Jezzero . Un hélicoptère permettrait d' étudier les parois verticales d' un cratère ou de pénétrer dans de les tubes de lave . Leur masse peu élevée permettrait d' envisager une mission sur les hauts plateaux de Mars que les astromobiles ne peuvent explorer ( en altitude , la couche atmosphérique n' est pas assez importante pour freiner suffisamment les engins spatiaux arrivant à grande vitesse sur Mars ) . Un aérobot ( hélicoptère ou autre engin volant ) peut franchir de grandes distances . Le rayon d' action d' Ingenuity a été volontairement limité à un kilomètre car il s' agissait d' un prototype . Un hélicoptère plus lourd pourrait franchir plusieurs dizaines de kilomètres . Ce changement d' échelle permettrait de lancer une exploration exhaustive de la planète Mars , d' explorer les calottes polaires de Mars ou d' étudier l' immense canyon de Valles Marineris . La surface de la planète Mars a été photographiée avec une résolution spatiale moyenne par les satellites placés en orbite basse comme MRO et quelques sites ont été photographiés de manière détaillées par les astromobiles martiens . Un aérobot dispose de la capacité unique d' emporter de les caméras et de les instruments scientifiques permettant de pouvoir effectuer de les observations à une altitude de quelques mètres et même de quelques centimètres sur l' ensemble de la planète . Enfin l' aérobot permet d' envisager une nouvelle manière d' explorer Mars grâce à sa capacité à se déplacer sans intervention humaine , son rayon d' action et sa capacité à déplacer de les charges d' un endroit à un autre . De les instruments pourraient ainsi être positionnés à un endroit puis déplacés sur un autre site pour recueillir de nouvelles données . Vers une mission martienne centrée sur un hélicoptère lourd ? Sans attendre la fin de les tests d sur la planète Mars , la NASA a commencé à étudier une deuxième génération d' hélicoptère , capable cette fois de remplir une mission scientifique sur la planète Mars , avec une portée de entre deux recharges de ses batteries et un temps de vol maximal de \ . La principale contrainte est le volume nécessaire pour stocker les pales de les rotors . Selon une étude de la NASA publiée début le véhicule de descente de les missions martiennes existantes de type utilisé par les astromobiles MER comme Sojourner ( atterrisseur de de diamètre intérieur ) pourrait transporter un hélicoptère d' une vingtaine de kilogrammes de type hexacoptère ( six rotors ) capable d' emporter une charge utile ( instruments scientifiques , caméras ) de \ . Le volume disponible dans l' étage de descente permettrait d' embarquer de les équipements supplémentaires comme un système de télécommunications permettant de les liaisons directes avec la Terre , de les instruments scientifiques , etc. Une première utilisation opérationnelle \ : la mission Mars Sample Return La mission développée par la NASA en collaboration avec l' Agence spatiale européenne a pour objectif de ramener sur Terre les échantillons de sol martien prélevés par l' astromobile Perseverance . Pour remplir cet objectif la mission prévoit d' envoyer un atterrisseur , ( SRL ) , emportant un bras téléopéré permettant de récupérer les tubes contenant les échantillons de sol . Si ces derniers se trouvent hors de portée de l' atterrisseur à la suite d' une panne de Perseverance , SRL dispose de deux hélicoptères hélicoptères équipés d' une pince pour récupérer les tubes là où ils ont été déposés . Les deux hélicoptères sont directement dérivés de l' hélicoptère utilisé de manière expérimentale à partir desur le sol martien dans le cadre de la mission dont ils reprennent l' architecture et la taille . Disposant d' un rotor de2 mètre de diamètre et hauts decentimètres , ils ont une masse de26 kilogrammes ( poids de86 kilogramme sur Mars ) . Ils se distinguent de par leur train d' atterrissage - les quatre pieds sont remplacés par de les roues decentimètres de diamètre et decentimètres de large ) qui leur permet de se déplacer sur le sol pour effectuer de les déplacements courts et par la présence d' une pince articulée qui sera utilisée pour saisir les tubes d' échantillons . Leur vitesse horizontale maximale est demètres par seconde ( environkm/ h ) , leur rayon d' action est demètres et l' altitude maximale est demètres . L' énergie est fournie par de les panneaux solaires qui chargent de les accumulateurs lithium -ion . L' aérobot Dragonfly Il est très probable que les recherches réalisées pour la conception d seront utilisées pour le développement de la mission \ . Cet aérobot de type aérogire d' une masse dekg doit s' envoler enà destination de le plus grand satellite de Saturne Titan . Son objectif est d' effectuer de multiples vols de courte durée pour étudier la basse atmosphère et la surface de Titan . Pour disposer de suffisamment d' énergie pour fonctionner et survivre à une température moyenne deC , l' engin spatial dispose d' un générateur thermoélectrique à radioisotope . Code OACI Leavril Ingenuity a procédé à son premier vol sur Mars depuis le cratère Jezero . En conséquence , l' Organisation de l' aviation civile internationale ( OACI ) a attribué à l' hélicoptère l' indicatif à trois lettres IGY et l' indicatif d' appel INGENUITY , tandis que le cratère Jezero a reçu le code JZRO . C' est le seul site à avoir J en première lettre . Notes et références Références Bibliographie \ . \ . Voir aussi Articles connexes Exploration de Mars par Perseverance \ : déroulement de les tests à la surface de Mars . Mars : mission à le cours de laquelle l' hélicoptère est testé . Aérobot Dragonfly \ : aérobot qui doit explorer la lune Titan . Vidéos Liens externes NASA Mars Helicopter flight log: accès direct à les données de les vols dIngenuity Mars( mission spatiale ) Hélicoptère à rotors coaxiaux Aérobot Premier vol en