La NASA développe actuellement SkyFall, une nouvelle génération d’hélicoptères destinés à Mars, dans le cadre d’un projet dont le lancement est prévu fin 2028. Trois appareils seront embarqués pour cartographier la glace souterraine et identifier des sites d’atterrissage pour les futures missions habitées. Avant même de les concevoir, les ingénieurs du JPL (Jet Propulsion Lab) et de l’Ames Research Center ont dû résoudre un problème aérodynamique de taille : pour voler sur la planète rouge proprement, les pales d’un hélicoptère doivent tourner à une vitesse folle.
Rotors supersoniques : la seule option viable sur Mars
L’atmosphère martienne est si faible (1 à 2 % de la densité terrestre seulement), que les rotors des engins doivent générer une portance bien plus élevée. Un problème inexistant sur Terre : par exemple, le Robinson R44, l’hélicoptère à pistons le plus vendu au monde, tourne à environ 408 tours/minute pour atteindre 215 m/s en bout de pale, soit Mach 0,63.
Les pales des hélicoptères du projet SkyFall tourneront neuf fois plus vite pour atteindre Mach 1,08. Même si la comparaison est un peu trompeuse, puisque les pales de l’engin sont bien plus courtes que celles du R44, la vitesse en bout de pale reste environ 1,7 fois supérieure en valeur absolue : 370 m/s contre 215. Mais tout de même : un rotor d’hélicoptère qui franchit le mur du son, ce sera une première dans l’histoire de l’exploration martienne.
Lorsque la NASA a envoyé Ingenuity sur Mars à bord du rover Perseverance en 2021, il fut le premier engin à voilure tournante à avoir jamais volé sur une autre planète. C’était un hélicoptère expérimental d’à peine 1,8 kg sur la balance, et il avait été conçu de manière à ce que ses pales ne dépassent jamais Mach 0,7, soit environ 240 m/s. Il avait été conçu pour démontrer qu’un engin de ce type pouvait résister à Mars, et il a réussi avec brio : Ingenuity a survécu à 72 vols.
Cinq ans plus tard et grâce aux données accumulées par cet hélicoptère pionnier, la NASA avait besoin de savoir jusqu’où elle pouvait pousser leurs performances.
Pour le moment, les hélicoptères du projet Skyfall n’ont pas quitté la Terre ; seuls leurs rotors ont été testés dans une chambre pressurisée du JPL simulant l’atmosphère martienne. Renforcée, précise la NASA, pour éviter une potentielle catastrophe ; imaginez qu’une pale se brise et traverse le laboratoire à plus de 1 000 km/h, une expérience qu’on imagine assez désagréable pour les ingénieurs de la pièce adjacente.
Deux designs y ont été évalués : un rotor tripale tournant à 3 750 tours/minute, et un bipale à plus longues pales atteignant le même régime transsonique à 3 570 tours/minute. Les deux ont atteint Mach 1,08, surpassant l’objectif attendu de Mach 1,05. Très satisfaite du résultat, l’ingénieure en aérodynamique Shannah Withrow-Maser de l’Ames Research Center pense même qu’il est possible de grappiller encore quelques Newtons de poussée.
Selon les calculs, lorsque ces rotors seront au point, ils pourront générer une portance 30 % supérieure, ce qui permettra aux hélicoptères équipés d’embarquer des instruments scientifiques. Ingenuity était trop petit et pas assez puissant pour se permettre de porter autre chose que sa propre masse et une minuscule caméra de 13 Mpx, mais cette limitation était volontaire. Lorsque les trois hélicoptères du projet SkyFall seront envoyés sur Mars, ils pourront également détecter en amont des sites d’atterrissage pour les futures missions habitées. Des sessions de repérage impossibles à réaliser par les rovers, trop lents et trop contraints par le relief, ou par les orbiteurs qui survolent la planète de trop loin pour distinguer avec suffisamment de détails la morphologie du sol.
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