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Test de parachutes pour une mission vers Mars

Parlons sciences
Lisibilité
8.49

Quels sont les liens avec mon programme d'études?

Les ingénieurs de la NASA trouvent des façons originales de tester les parachutes conçus pour les sondes spatiales en appliquant la cinématique et la dynamique.
Les ingénieurs de la NASA trouvent des façons originales de tester les parachutes (1 min 25 sec).

Comment tester un parachute géant conçu pour faire atterrir une astromobile sur Mars? Un des essais effectués par la NASA a impliqué un énorme ballon d’hélium et une soucoupe volante propulsée par une fusée!

Mais a-t-on vraiment besoin d’un parachute géant pour faire atterrir une astromobile sur Mars? L’un des plus grands défis associés à l’atterrissage d’un engin spatial est le besoin de le ralentir lorsqu’il pénètre dans l’atmosphère d’une planète. C’est le cas sur Terre, sur Mars et sur toute autre planète ayant une atmosphère. Lorsque les capsules spatiales Apollo sont revenues de la Lune, elles ont pénétré dans l’atmosphère terrestre à une vitesse de plus de 39 000 km/h. Lorsque le module atterrisseur InSight a pénétré dans l’atmosphère martienne, il voyageait à plus de 19 000 km/h. On avait seulement six minutes pour le ralentir, avant qu’il touche la surface de Mars!

En atterrissant, un engin spatial subit les forces aérodynamiques de la traînée, de la gravité, de la poussée et de la portance. La traînée joue un rôle important dans le ralentissement d’un engin spatial, afin qu’il atteigne une vitesse d’atterrissage sécuritaire. Les parachutes servent à créer une traînée. Ces parachutes subissent d’énormes forces, donc ils doivent être extrêmement résistants!

Le module de commande Apollo 17 revient sur Terre le 19 décembre 1972, attaché à trois parachutes
Le module de commande Apollo 17 revient sur Terre le 19 décembre 1972, attaché à trois parachutes (Source: <a href="https://spaceflight.nasa.gov/gallery/images/apollo/apollo17/html/s72-55834.html">NASA</a>).

 

Avant, on testait les parachutes dans des souffleries à grande vitesse, spécialement conçues pour reproduire les conditions auxquelles les atterrisseurs sont exposés. Mais les atterrisseurs utilisés pour les missions vers Mars sont devenus plus sophistiqués, plus gros et plus lourds. La force est égale à la masse multipliée par l’accélération. Par conséquent, pour ralentir les gros atterrisseurs dont la masse est très importante, il faut produire une plus grande force de traînée. En d’autres termes, de plus gros engins ont besoin de plus gros parachutes! Et les parachutes sont devenus trop gros pour être testés dans une soufflerie.

Test d’un parachute pour les astromobiles Spirit et Opportunity dans le cadre de la mission Mars Exploration Rover. Les essais ont été effectués dans une soufflerie
Test d’un parachute pour les astromobiles Spirit et Opportunity dans le cadre de la mission Mars Exploration Rover. Les essais ont été effectués dans une soufflerie (Source: <a href="https://mars.nasa.gov/imgs/mer/spacecraft/meropen7_crop.jpg">NASA</a>).

 

Cette vidéo montre une nouvelle méthode d’essai pour les parachutes, mise au point par les ingénieurs de la NASA au Jet Propulsion Laboratory. On a effectué ces tests dans le cadre du projet Low Density Supersonic Decelerator (LDSD, ou Décélérateur supersonique à faible densité) de la NASA.

Points de départ

Connecter et Relier

  • Essaierais-tu le parachutisme? Ferais-tu confiance au parachute qui doit te ralentir afin que tu puisses atterrir en toute sécurité?
  • Aimerais-tu poursuivre une carrière qui te donne l’occasion de mener des tests qui reproduisent des conditions extrêmes, comme les conditions auxquelles les atterrisseurs de la NASA sont exposés? Pourquoi ou pourquoi pas?
  • Comment aborderais-tu les essais pour des parachutes qui seront utilisés sur une autre planète?

Connecter et Relier

  • Essaierais-tu le parachutisme? Ferais-tu confiance au parachute qui doit te ralentir afin que tu puisses atterrir en toute sécurité?
  • Aimerais-tu poursuivre une carrière qui te donne l’occasion de mener des tests qui reproduisent des conditions extrêmes, comme les conditions auxquelles les atterrisseurs de la NASA sont exposés? Pourquoi ou pourquoi pas?
  • Comment aborderais-tu les essais pour des parachutes qui seront utilisés sur une autre planète?

Relier la Science et la Technologie à la Société et à l'Environnement

  • Comment les essais pour ce système de parachute améliorent-ils notre capacité à explorer d’autres planètes?
  • Ces nouveaux types de parachutes pourraient-ils également être utilisés sur Terre? Si oui, comment?
  • Comment la création d’une traînée par les parachutes a-t-elle été utilisée tout au long de l’histoire pour ralentir les objets (p. ex. courses d’accélération, parachutisme, bombes, etc.)?

Relier la Science et la Technologie à la Société et à l'Environnement

  • Comment les essais pour ce système de parachute améliorent-ils notre capacité à explorer d’autres planètes?
  • Ces nouveaux types de parachutes pourraient-ils également être utilisés sur Terre? Si oui, comment?
  • Comment la création d’une traînée par les parachutes a-t-elle été utilisée tout au long de l’histoire pour ralentir les objets (p. ex. courses d’accélération, parachutisme, bombes, etc.)?

Explorer les Concepts

  • Explique comment on utilise les parachutes pour créer une traînée.
  • Cours avancé de physique : Dessine un diagramme vectoriel qui montre les forces dans ce système (agissant sur le parachute, sur la poulie, etc.).
  • Cours avancé de physique : Explique la relation entre la taille d’un parachute, d’une part, et la masse et la vitesse de l’objet qu’il doit ralentir, d’autre part.

Explorer les Concepts

  • Explique comment on utilise les parachutes pour créer une traînée.
  • Cours avancé de physique : Dessine un diagramme vectoriel qui montre les forces dans ce système (agissant sur le parachute, sur la poulie, etc.).
  • Cours avancé de physique : Explique la relation entre la taille d’un parachute, d’une part, et la masse et la vitesse de l’objet qu’il doit ralentir, d’autre part.

Nature de la Science / Nature de la Technologie

  • Pourquoi les échecs sont-ils importants dans le cadre des tests de conception?

Nature de la Science / Nature de la Technologie

  • Pourquoi les échecs sont-ils importants dans le cadre des tests de conception?

Suggestions d'enseignement

  • Possibilité d’apprentissage axé sur les problèmes — Demandez à vos élèves de concevoir et de tester un système qui permettrait à un œuf de résister à une chute de 50 m.
    • Où pourriez-vous effectuer un tel test en toute sécurité?
    • Comment pouvez-vous vérifier que l’appareil tombe d’une hauteur de 50 m?
    • Comment pouvez-vous vérifier que le test est toujours effectué de façon objective et cohérente?
  • Téléchargez les fiches reproductibles à utiliser avec la stratégie d’apprentissage Organisateur du pour et du contre en formats [Google doc] et [.pdf].

Suggestions d'enseignement

  • Possibilité d’apprentissage axé sur les problèmes — Demandez à vos élèves de concevoir et de tester un système qui permettrait à un œuf de résister à une chute de 50 m.
    • Où pourriez-vous effectuer un tel test en toute sécurité?
    • Comment pouvez-vous vérifier que l’appareil tombe d’une hauteur de 50 m?
    • Comment pouvez-vous vérifier que le test est toujours effectué de façon objective et cohérente?
  • Téléchargez les fiches reproductibles à utiliser avec la stratégie d’apprentissage Organisateur du pour et du contre en formats [Google doc] et [.pdf].

En savoir plus

Pourquoi la mission ExoMars est de nouveau reportée ? (2020) Futura Sciences -- Cette liste d’articles en ordre chronologique (ici dernier article en date d’avril 2020) offre les actualités en lien avec la mission 2020 pour Mars.

Communiqué ESA sur les derniers tests de parachutes d’ExoMars (2019) Planète Mars -- Cette page permet la lecture du communiqué de l’Agence spatial  Européenne qui explique les étapes de préparation de la mission.

L'évolution du parachute au cours du temps parachutisme.tra-son.fr -- Cette page présente les grandes étapes de l’évolution du parachute à travers le temps.

Aérococo (2014) Les débrouillards -- Cette page présente une expérience pratique qui consiste à construire un parachute afin de freiner la chute d’un oeuf.

Testing a Parachute for Mars (2018) NASA Jet Propulsion Laboratory -- Ce vidéo en anglais (sous-titres automatiques disponibles dans Youtube) explique le  projet ASPIRE de la NASA - qui consiste à développer de nouvelles méthodes de tester des parachutes conçus pour Mars même sous des conditions extrêmes. (2 min 50 s)

Références