Les ingénieurs du Jet Propulsion Laboratory ont fait franchir Mach 1,08 aux pales d'un futur hélicoptère martien lors de tests menés en mars dernier dans une chambre simulant l'atmosphère de la planète rouge. Les pales ont gagné 30 % de portance, et trois engins partiront pour Mars en décembre 2028.
C'est un vrai travail d'équipe et de longue haleine qu'ont mené Jaakko Karras et les membres du Jet Propulsion Laboratory de la NASA. Ils ont enchaîné 137 essais dans le 25-Foot Space Simulator du JPL en Californie.
Pour reproduire l'air martien, il leur a d'abord fallu vider la chambre, puis injecter du dioxyde de carbone à la pression voulue. Un rotor tripale a grimpé jusqu'à 3 750 tours par minute, soit Mach 0,98 en bout de pale.
Ils ont alors déclenché un ventilateur capable de générer des vents contraires de plus en plus violents. Il sont mesuré Mach 1,08, sans aucune rupture. Par précaution, une partie de l'enceinte avait été tapissée de plaques de tôle où une pale casserait à plus de 1 000 km/h.
Pourquoi tourner si vite quand on vole sur Mars ?
L'air martien représente seulement 1 % de la densité terrestre. Faute de molécules à brasser, un rotor doit compenser par la vitesse. Ingenuity, premier engin à voilure tournante à voler sur une autre planète en avril 2021, n'a jamais dépassé 2 700 tours par minute pendant ses 72 vols. Ses extrémités de pales plafonnaient à Mach 0,7, par sécurité. « Près de Mach 1, les choses peuvent devenir incontrôlables », rappelle Jaakko Karras, en référence à Chuck Yeager. Une simple rafale de tourbillon de poussière aurait suffi à pousser les rotors d'Ingenuity au-delà du mur du son, avec des conséquences imprévisibles sur leur structure en mousse à peau composite.
Sur Mars, le son se déplace à environ 870 km/h, contre 1 223 km/h sur Terre au niveau de la mer. Cet écart vient du dioxyde de carbone, du froid et de la faible pression. Les ingénieurs du JPL et de l'Ames Research Center devaient donc prouver qu'une pale pouvait franchir cette limite sans se désintégrer en plein vol.
On peut mesurer la prouesse en comparant avec un hélicoptère terrestre. Un Robinson R44, modèle à pistons le plus vendu au monde, tourne à 408 tours par minute. Ses pales atteignent 215 m/s en bout, soit Mach 0,63. Les rotors SkyFall tournent neuf fois plus vite et propulsent leurs extrémités à 370 m/s. En valeur absolue, c'est 1,7 fois plus rapide qu'un R44, malgré des pales bien plus courtes.
Deux configurations ont été évaluées. Le rotor tripale atteint Mach 0,98 à 3 750 tr/min. Le bipale du projet SkyFall, légèrement plus long, frôle déjà la barrière sonore à 3 570 tr/min. Tous deux ont dépassé l'objectif initial fixé à Mach 1,05. Shannah Withrow-Maser, aérodynamicienne à Ames, estime qu'il reste encore quelques newtons de poussée à extraire des données.
Source : JPL / NASA
