Aérobot - Définition

Projets JPL de mission pour aérobots

Pendant que ces essais et ces expérimentations avaient lieu, JPL élaborait quelques projets de mission pour aérobots à destination de Mars, Vénus, Saturne, Titan et les planètes externes.

Mars

Des expérimentations sur la technologie Mabvap de JPL sont menées en prévision d'une mission aérobot réelle (baptisée « Mabtex » pour Mars Aerobot Technology Experiment, expérimentation de la technique des aérobots pour Mars). Comme son nom l'indique Mabtex est essentiellement conçu pour tester la technologie de façon opérationnelle en prévision de missions plus ambitieuses. Il s'agit d'envisager un petit ballon à surpression emporté par une mini–sonde ne pesant guère plus de 40 kg. Le ballon lui-même ne doit pas peser plus de 10 kg et doit rester opérationnel pendant une semaine. La nacelle contiendra les systèmes de contrôle et de navigation ainsi qu'un système de prise de vue stéréoscopique, un spectromètre et un magnétomètre.

Les projets actuels envisagent une suite au Mabtex sous la forme d'un aérobot beaucoup plus sophistiqué appelé MGA (Mars Geoscience Aerobot, Aérobot pour l'étude géophysique de Mars). Les plans prévoient un ballon à surpression proche de celui de Mabtex mais beaucoup plus gros. MGA devrait transporter une charge utile dix fois plus importante que celle de Mabtex et être capable rester en l'air trois mois en accomplissant 25 révolutions autours de Mars et en parcourant 500 000 km. La charge est composée d'éléments sophistiqués comme un système imageur stéréoscopique à ultra haute résolution doté de la possibilité de former des images en oblique, un sondeur radar pour détecter la présence d'eau sous la surface et un système de spectroscopie infrarouge pour caractériser les minéraux, un magnétomètre et des instrument météorologiques ou atmosphériques. Le Mabtex, pour sa part, donnera naissance à un petit dirigeable de reconnaissance à énergie solaire nommé Masepa (Mars Solar Electric Propelled Aerobot, aérobot martien à propulsion électrique).

Vénus

De la même façon, JPL a également étudié des aérobots à destination de Vénus. Le Vebtex (Venus Aerobot Technology Experiment, expérimentation de la technique des aérobots pour Vénus) était considéré comme destiné à valider la technologie de l'aérobot, mais, en réalité, s'est transformé en missions à caractère plus opérationnel. Une des missions, la Vams (Venus Aerobot Multisonde, aérobot vénusien multisonde), envisageait un aérobot pour opérer à une altitude supérieure à 50 km et qui devait larguer des sondes de surface sur différentes cibles bien précises. Le ballon servait alors de relais pour les communications depuis les sondes vers la Terre, et avait aussi à collecter des données sur le champ magnétique de la planète entre autres informations. Le Vams ne mettait pas en jeu des technologies vraiment nouvelles mais devait convenir à la politique de faible coût du programme Discovery de la Nasa.

Un travail important a été fait sur un projet plus ambitieux, le VGA (Venus Geoscience Aerobot, Aérobot pour l'étude géophysique de Vénus). Le programme VGA prévoit un ballon à fluide réversible relativement important empli d'hélium et d'eau qui pourrait descendre à la surface de Vénus pour récolter des échantillons de sol et ensuite remonter à haute altitude pour refroidir.

Pour développer un aérobot susceptible de résister à la fois aux hautes pressions et aux hautes températures (près de 480 °C) à la surface de Vénus, et aussi à la traversée de nuages d'acide sulfurique, il faut mettre en œuvre des technologies nouvelles. Dans ces conditions, VGA ne pourra être opérationnel qu'à la fin de la prochaine décennie. Un prototype d'enveloppe de ballon a été fabriqué en Zylon (polybenzoxazole) qui est un polymère qui présente une grande résistance mécanique et à la chaleur et dont la porosité est très faible pour les gaz légers. On ajoute un revêtement d'or pour permettre au ballon de résister à la traversée des nuages acides.

On a aussi travaillé sur une nacelle pour le projet VGA pesant environ 30 kg. Dans cette configuration la plupart des instruments sont enfermés dans un récipient résistant à la pression, de forme sphérique, et formé d'une coque externe en titane et d'une coque interne en acier inoxydable. La sphère contient une caméra à semiconducteurs et divers instruments ainsi que les systèmes de communication et de contrôle. Elle est prévue pour résister à des pressions jusqu'à 100 atmosphères et pour maintenir la température interne en–deçà de 30 °C, même à la surface de Vénus. La sphère est fixée à l'arrière d'une sorte de panier hexagonal formé de panneaux solaires qui eux-mêmes sont attachés au ballon situé au-dessus. La sphère est entourée d'un anneau de tuyaux qui servent aux échanges de chaleur. Une antenne de radiocommunication en bande S est installée au bord du groupement d'antennes et une antenne pour le radar destiné aux études de la surface se déploie sur un mât.

Titan

Titan, le plus gros satellite de Saturne, est un cas intéressant pour l'exploration à l'aide d'un aérobot. Titan a une atmosphère d'azote deux fois plus dense que celle de la Terre qui contient un smog de composés organiques photochimiques qui cachent la surface de Titan à l'observation optique. Un aérobot serait capable de pénétrer cette brume pour étudier la surface du satellite et rechercher des molécules organiques complexes. La Nasa a envisagé un certain nombre de missions d'aérobot à destination de Titan sous le nom générique de Titan Biologic Explorer (exploration biologique de Titan).

Un des concepts nommé Titan Aerobot Multisite met en œuvre un ballon à fluide réversible rempli d'argon qui pourrait descendre d'une altitude élevée à la surface de Titan, faire des mesures, puis remonter à haute altitude pour faire d'autres mesures et se déplacer ensuite vers un nouveau site. Un autre concept, la mission Titan Aerobot Singlesite, utiliserait un ballon à surpression qui serait dirigé vers un seul site, lâcherait une grosse partie de son gaz, puis étudierait le site en détail.

Une variante judicieuse de ce système, le Titan Aerover combinerait aérobot et véhicule terrestre. Ce véhicule formerait un triangle sur lequel seraient fixés trois ballons, chacun d'environ 2 m de diamètre. Après avoir pénétré l'atmosphère de Titan, l'aerover volerait jusqu'à ce qu'il trouve un site intéressant à étudier, puis lâchant de l'hélium il pourrait descendre sur la surface. JPL a construit un prototype rudimentaire qui ressemble à trois ballons de plage sur une structure tubulaire.

Quelle que soit la forme que prend la mission Titan Biologic Explorer, le système nécessitera vraisemblablement un générateur thermoélectrique à radioisotope comme source d'énergie. L'énergie solaire n'est pas envisageable à cette distance du soleil et sous le smog de Titan. L'aérobot embarquera aussi un mini laboratoire de chimie pour rechercher des composés organiques complexes.

Jupiter

Enfin, les aérobots peuvent être utilisés pour explorer l'atmosphère de Jupiter (planète) et certainement d'autres planètes externes gazeuses. Comme l'atmosphère de ces planètes est composée en grande partie d'hydrogène, et qu'il n'existe pas de gaz plus léger que l'hydrogène, ce genre d'aérobot devra être de type montgolfière. Étant donné que la lumière du soleil est faible à cette distance, l'aérobot prendra l'essentiel de sa chaleur dans le rayonnement de la planète qu'il survole.

Sur Jupiter un aérobot doit opérer à des altitudes où la pression de l'air est comprise entre une et dix atmosphères, en descendant parfois plus bas pour des observations plus précises. On pourrait obtenir ainsi des mesures atmosphériques, des images et des données sur les phénomènes météorologiques comme la grande tache rouge de Jupiter. Un aérobot en mission sur Jupiter doit également larguer des sondes dans l'atmosphère, relayer leurs données vers un orbiteur jusqu'à ce que les sondes soient détruite par la température et la pression.