Dragonfly, un drone à propulsion nucléaire pour explorer Titan

Plus grosse des 18 lunes de Saturne, Titan fascine les astronomes. Cette lune dispose d’une atmosphère dense, d’océan et une chimie organique complexe qui pourrait héberger une forme de vie. Pour explorer ce système basé non pas sur le carbone mais le méthane, diverses solutions sont à l’étude. Le laboratoire de physique appliquée de l’université Johns Hopkins proposent une solution audacieuse : parachuter un drone à la surface de Titan.

Un drone pourra aisément voler dans l’atmosphère dense de Titan

Depuis les missions Voyager et surtout Cassini/Huygens en 2005, les scientifiques en savent un peu plus sur les caractéristiques très spécifiques de Titan et notamment cet étonnant système basé sur le méthane. Néanmoins la surface elle-même garde ses mystères et il n’est pas exclu d’y trouver des traces de vie. Dans le cadre de son initiative New Frontiers, la Nasa projette d’explorer cette surface et divers laboratoires proposent des solutions techniques très différente afin d’explorer cette énorme lune. La présence d’une atmosphère quatre fois plus dense que celle de la Terre, d’une gravité qui ne représente que 1/7 de la notre permet d’envisager une exploration aérienne, de préférence à un rover qui ne pourra couvrir qu’une surface d’exploitation très limitée. divers projets d’hélicoptères, d’avions et de ballons ont déjà été proposés à la Nasa, celui du Johns Hopkins Applied Physics Laboratory consiste en un drone quadcopter, le Dragonfly.

En embarquant un spectromètre de masse, le drone sera capable de réaliser des analyse atmosphériques et de la surface, de même qu’il pourra analyser le sous-sol avec un spectromètre à rayon gamma. Il sera bien évidemment doté de caméra et de divers capteurs de pression/température/anémomètre/sismique pour réaliser des mesures tout au long de son titanesque périple.

Quelques vols pour couvrir la même surface qu’un rover en 12 ans

Le Dragonfly, un quadcopter électrique alimenté par une pile nucléaire.

Le choix du drone contre le rover est justifié par les chercheurs du JHU par le fait qu’en quelques vols seulement, Dragonfly pourra couvrir plus de surface qu’Opportunity après 12 ans sur Mars. Le drone a de multiples avantages, notamment pour explorer une lune dont la surface est très diversifiée, mais tout pilote de drone vous le dira, la question de l’autonomie reste le talon d’Achille du drone. Pas simple que de recharger un drone entre deux vols à une distance de plus de 1.195 millions de km. Plutôt que de créer une base alimentée par panneaux solaires sur laquelle le drone viendrait se reconnecter entre chaque vol, ce qui limiterait mécaniquement son rayon d’action et le rayonnement solaire est très faible sur Titan. Les ingénieurs ont préféré doter le Dragonfly d’une source d’énergie nucléaire, un MMTGG standard de la NASA (un générateur thermoélectrique à radioisotope multi-mission), une source d’énergie nucléaire au plutonium déjà employée sur diverses sondes spatiales ainsi que le rover Curiosity. Pour un poids de 45 kg (sur terre), un MMRTG délivre 125 W en début de mission et 100 W après 14 années d’utilisation. Cette puissance, constante mais relativement faible, va nécessiter d’embarquer des batteries dans le drone, ce qui risque de limiter sa durée de vie. En outre, le plutonium génère une chaleur qui sera particulièrement bienvenue pour réchauffer les composants électroniques de Dragonfly. La température moyenne sur Titan est de l’ordre de -180°C. A l’aide des images fournie par les cameras du drone, les chercheurs pourront choisir le site d’atterrissage, le vol étant ensuite automatiquement mené par le drone. Une inconnue toutefois, le tout premier site atterrissage sur Titan. Le module de descente sera doté de lidar pour scanner la surface de Titan lors de la plongée vers la surface. Les chercheurs n’excluent pas que le drones pourraient alors finir dans un arbre, mais serait déjà là une découverte majeure en soi !

Les tests du Dragonfly ont commencé, la Nasa doit choisir

Le banc de test du Dragonfly, équipé d’un MMRTG heureusement fictif.

Un premier drone est testé sur terre afin de développer les logiciels de pilotage du futur Dragonfly. La fiabilité du logiciel de guidage et de pilotage est un point clé du projet car tous les atoûts du drone seraient anéantis si le drone percute une dune de titan en début de mission ou s’écrase en cas d’orage de méthane.
Bien évidemment, ce prototype ne dispose pas de son générateur au plutonium. La construction d’un prototype à l’échelle 1 est prévue pour tester les algorithmes et affiner le pilotage automatique du drone si la Nasa sélectionne le concept proposé par le JHU.

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