Premier forage à grande profondeur réussi pour ExoMars
Le jumeau du rover Rosalind Franklin de l’ESA a foré et extrait sur Terre des échantillons à 1,7 mètre de profondeur ; bien plus profond que tout ce qui n’a jamais été tenté jusqu’ici par un rover martien.
Le succès de la collecte d’échantillons à partir d’une roche dure et de leur livraison au laboratoire à l’intérieur du rover marque une étape prometteuse pour la mission ExoMars 2022.
« Ce succès tant attendu du forage ExoMars sur Terre serait une première dans l’exploration de Mars », déclare David Parker, directeur de l’exploration humaine et robotique de l’ESA. À ce jour, le forage le plus profond réalisé sur la planète rouge est de sept centimètres.
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Le rover Rosalind Franklin est conçu pour forer à une profondeur suffisante, jusqu’à deux mètres, pour accéder à des matières organiques bien conservées datant de quatre milliards d’années, lorsque les conditions à la surface de Mars ressemblaient davantage à celles de la Terre en formation.
La réplique, également connue sous le nom de Ground Test Model, est identique au rover qui débarquera sur Mars. Les premiers échantillons ont été prélevés dans le cadre d’une série d’essais dans le simulateur de terrain martien dans les locaux d’ALTEC à Turin, en Italie. Le foret a été développé par Leonardo, tandis que Thales Alenia Space est le maître d’œuvre d’ExoMars 2022.
Opérations de forage
Le jumeau du Rosalind Franklin a foré dans un puits rempli d’une variété de roches et de couches de sol. Le premier échantillon a été prélevé à partir d’un bloc d’argile cimentée de dureté moyenne.
Le forage a eu lieu sur une plate-forme dédiée inclinée à sept degrés pour simuler le prélèvement d’un échantillon dans une position pas complètement verticale. Le foret a prélevé un échantillon en forme de pastille d’environ un centimètre de diamètre et de deux centimètres d'épaisseur.
Le foret du Rosalind Franklin retient l’échantillon grâce à un obturateur qui l’empêche de tomber pendant la récupération. Une fois recueilli, le foret transporte l’échantillon à la surface et le livre au laboratoire à l’intérieur du rover.
Une fois que le foret est complètement rentré, la roche est relâchée dans un tiroir à l’avant du rover, qui se rétracte alors et dépose l’échantillon dans une station de broyage. La poudre qui en résulte est envoyée vers les fours et récipients qui doivent effectuer l’analyse scientifique sur Mars.
« La collecte fiable d’échantillons en profondeur est la clé de l’objectif scientifique principal d’ExoMars : étudier la composition chimique de sols qui n’ont pas été soumis à des rayonnements ionisants dommageables, et ainsi détecter d’éventuels signes de vie », explique le chercheur du projet ExoMars, Jorge Vago.
Un foret unique pour Mars
Le foret ExoMars est un assemblage de mécanismes qui répondent à une chorégraphie automatisée d’outils et de tiges de montage. « La conception et la construction du foret ont été si complexes que ce premier forage en profondeur est une réalisation extraordinaire pour l’équipe », déclare Pietro Baglioni, chef d’équipe du rover ExoMars.
Le foret du Rosalind Franklin fonctionne en rotation. Une série d’outils et de tiges d’extension est montée pour former une « colonne de forage » qui peut atteindre la longueur totale de deux mètres lorsqu'ils sont tous sont connectés ensemble.
Le foret peut pénétrer dans le sol à 60 rotations par minute, en fonction de la consistance du sol. Dans des matériaux solides sableux ou argileux, il est possible de creuser entre 0,3 et 30 mm par minute.
Le foret est également équipé d’un positionneur doté d’une liberté de deux degrés qui lui permet de décharger l’échantillon à angle droit dans le laboratoire du rover.
Un défi de taille
« Percer des pierres dures à une profondeur de deux mètres sur une plate-forme mobile dotée de roues avec une puissance de moins de 100 watts est une tâche complexe », explique Andrea Merlo, ingénieur fonctionnel sur le rover ExoMars de Thales Alenia Space.
C’est encore plus difficile à faire sur Terre parce que le Ground Test Model doit être délesté pour recréer la gravité de Mars qui est plus faible, car elle représente environ un tiers de celle de la Terre. Le modèle est suspendu au plafond sur un dispositif de compensation de gravité spécialement conçu.
Le jumeau du rover étant composé de prototypes qui dépassent sa durée de vie nominale, l’équipe a dû régler certains paramètres lors de l’essai de forage en profondeur. « Cela donne déjà aux ingénieurs une idée de la manière dont le système pourrait se dégrader sur Mars », ajoute Andrea.
Tests de déplacement sur Mars
Le Ground Test Model a passé avec succès un certain nombre de tests de déplacement et d’identification de cibles lors de l’acquisition d’images et de données. Ces essais destinés à répéter les opérations du rover sur Mars ont commencé en juin 2021.
Le rover a démontré sa capacité à suivre des trajectoires précises et à étudier l’environnement sur et sous la surface avec ses instruments, notamment des caméras, des spectromètres, un radar de sondage souterrain et un détecteur de neutrons.
En parallèle, le véritable rover Rosalind Franklin est en préparation pour son vol vers Mars dans à peu près un an. La fenêtre de lancement d’ExoMars s’ouvrira le 20 septembre 2022.