Comment ArianeGroup prépare l’odyssée du rover martien Rosalind Franklin

Dans le cadre de la relance de la mission ExoMars — qui vise à déposer le rover Rosalind Franklin sur Mars après un départ prévu en 2028 — ArianeGroup s’est vu confier une mission cruciale et hautement technique : la conception et la réalisation des systèmes de protection thermiques (TPS) de la capsule de rentrée qui protègera le rover pendant la phase d’entrée, descente et atterrissage. Ces éléments sont la première ligne de défense contre les très fortes contraintes aérodynamiques et thermiques rencontrées lors de l’entrée dans l’atmosphère martienne.

 

La prochaine grande aventure européenne vers Mars s’appelle ExoMars Rosalind Franklin Mission (RFM). Pilotée par l’Agence spatiale européenne (ESA) et sous la maîtrise d’œuvre industrielle de Thales Alenia Space Italie, ce programme d’astrobiologie vise à déposer sur le sol martien le premier rover d’exploration conçu en Europe, développé par Airbus Defence and Space UK. Sa mission : rechercher des signatures biologiques ou moléculaires révélatrice d’une éventuelle vie passée sur la planète rouge. Au coeur de cette ambition scientifique, ArianeGroup joue un rôle clé.

 

Un rover européen conçu pour explorer le sous-sol martien

Le rover Rosalind Franklin, d’une masse de 300 kg, embarquera un ensemble d’instruments de pointe. Parmi eux, une foreuse capable d’extraire des échantillons jusqu’à deux mètres de profondeur — une première mondiale. C’est là, à l’abri des radiations et des tempêtes martiennes, que les chances de trouver des traces de vie ancienne sont les plus élevées. Les échantillons seront analysés par un laboratoire embarqué équipé d’un microscope infrarouge et d’un spectromètre, avant que les données ne soient transmises vers la Terre.

 

 

© ESA - Thales Alenia Space

Une capsule de rentrée protégée par ArianeGroup

 

Pour parvenir jusqu’à sa zone d’atterrissage martienne, le rover sera transporté à bord d’une capsule de rentrée d’environ 2 tonnes, mesurant 3,8 mètres de diamètre et 2,4 mètres de hauteur. ArianeGroup, sur son site d’Issac, en conçoit et produit des éléments essentiels :

 

  • le bouclier thermique (front shield)
  • les protections thermiques du bouclier arrière (back shell),
  • les protections thermiques des antennes de télémesure embarquées.
  • le joint assurant l’étanchéité thermique entre les boucliers avant et arrière lors de la rentrée
  • l’instrumentation des protections thermiques

 

Aux Mureaux, les équipes d’ArianeGroup mettent également à disposition leur expertise en aérothermodynamique pour spécifier les coefficients aérodynamiques et les chargements aérothermiques lors de la rentrée atmosphérique qui est une étape critique de la mission.

 

Lors de l’entrée dans l’atmosphère martienne, la capsule atteindra une vitesse de 21 000 km/h et sera soumise à des températures culminant à 1 800°C. Grâce à seulement environ 10 mm de Norcoat® liège spatialisé, la structure restera sous les 100°C. Un exploit technique rendu possible par l’héritage d’ArianeGroup dans la conception de systèmes de rentrée, notamment celui de la sonde Huygens qui s’est posée en 2005 sur Titan (lune de Saturne), de l’atterrisseur martien Beagle2 de la mission Mars Express (2003), ou encore de la sonde Schiaparelli de la première mission ExoMars 2016 de l’ESA.

Une descente martienne minutieusement orchestrée

 

Durant la descente, un système de parachutes ralentira la capsule avant la séparation du bouclier thermique. ArianeGroup fournit également un hublot résistant à de très hautes températures et à travers lequel une caméra filmera le déploiement du système de parachutes.. La plateforme d’atterrissage permettra ensuite de déposer le rover en douceur grâce à des rétrofusées.

 

Les données collectées durant cette descente seront retransmises grâce aux antennes embarquées, via l’orbiteur TGO (Trace Gas Orbiter) en orbite autour de Mars depuis le première mission ExoMars de 2016.

 

Maquette échelle 1 de la structure du bouclier avant en salle blanche ISO 8. / Validation des opérations de collage des tuiles en Norcoat® Liège spatialisé sur la maquette échelle 1 de la structure du bouclier avant. Essais de qualification du bouclier avant (Modèle Structural – SM) sur pot vibrant 220kN par les équipes Airbus Defence and Space et ArianeGroup.

Un écosystème industriel européen mobilisé

 

Le programme ExoMars RFM mobilise plusieurs acteurs industriels majeurs. Thales Alenia Space Italie en est le maître d’œuvre. Airbus Defence and Space, à Madrid, intervient comme sous-traitant d’ArianeGroup pour la fourniture de la structure sandwich du bouclier thermique, sur laquelle seront collées les tuiles de liège protectrices.

 

Pour mettre au point ce système de protections thermiques, ArianeGroup mobilise ses capacités d’essais internes, notamment la torche à plasma SIMOUN (5 MW) pour reproduire les conditions extrêmes de rentrée atmosphérique, ainsi qu’un pot vibrant 220 kN pour tester la résistance mécanique de la structure du bouclier.

 

 

Un voyage de 24 mois vers la planète rouge

 

Le lancement de la mission est prévu entre le 21 septembre et le 26 décembre 2028. Le trajet vers Mars durera environ 24 mois, permettant une arrivée en 2030 à une date évitant les gigantesques tempêtes de poussière martiennes susceptibles de perturber la production d’énergie solaire du rover et les mesures scientifiques.

 

Dates clés du programme ExoMars

2030

Atterrissage sur Mars, déploiement du rover Rosalind Franklin et premières analyses scientifiques.

2028

Lancement de la mission avec un lanceur sélectionné par la NASA, début du voyage interplanétaire.

2024

Développement. Fabrication des composants, intégration des systèmes, tests exhaustifs des modules de vol.

2023

Contractualisation. Attribution des contrats majeurs à Thales Alenia Space et Airbus, finalisation des accords ESA-NASA.

2023

Retour de la NASA dans le projet.

2022

Reprise du projet par l’ESA sans ROSCOSMOS.

2022

Suspension du projet par l’ESA pour raisons géopolitiques.

2018

Sélection d’Oxia Planum comme site d’atterrissage du rover de la seconde mission.

2016

Arrivée de l'orbiteur Trace Grace Orbiter (TGO) en orbite martienne et échec de l’atterrissage de Schiaparelli.

2016

Lancement de TGO ExoMars 2016 par Proton.

2011

Retrait de la NASA du projet et entrée de ROSCOMOS dans le projet.

2010

L’orbiteur de la première mission est nommé Trace Gas Orbiter (TGO).

2009

Entrée de la NASA dans le projet.

1999

Début du projet ExoMars.