Des chercheurs du centre de recherche « Ames » de l'agence spatiale américaine (NASA) dans la Silicon Valley, en collaboration avec l'« Imperial College London » en Grande-Bretagne et l'université japonaise de « Nagoya », ont dévoilé un nouveau design expérimental de pales pour hélicoptères martiens portant le code roamx-0201. Cette innovation vise à surmonter les contraintes aérodynamiques complexes de la fine atmosphère martienne et à permettre aux futurs véhicules d'exploration de voler sur des distances et des durées bien supérieures à celles atteintes par les missions précédentes.
Un bond en avant dans l'autonomie de vol par rapport au véhicule « Ingenuity »
L'hélicoptère « Ingenuity » a réalisé un exploit historique en devenant le premier véhicule motorisé à voler dans le ciel d'une autre planète, mais l'autonomie de vol maximale qu'il a atteinte en un seul trajet n'a pas dépassé 0,7 kilomètre. La NASA se prépare à lancer la mission « SkyFall », prévue en 2028, qui s'appuiera sur trois hélicoptères améliorés basés sur les concepts aérodynamiques habituels des pales incurvées d'Ingenuity.
Quant au nouveau design roamx-0201, il pose les bases de la prochaine génération d'hélicoptères pour l'après-mission « SkyFall » ; en effet, les simulations informatiques avancées et les tests en soufflerie ont montré que ce profil aérodynamique (Airfoil) permet aux futurs hélicoptères de parcourir une distance allant jusqu'à 18,7 kilomètres en un seul vol continu, tout en conservant la capacité de transporter des équipements et des instruments scientifiques avancés, selon un article de recherche publié dans la revue de l'American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA).
Une innovation dynamique pour surmonter la physique difficile de Mars
Le nouveau design se distingue par une structure fine, asymétrique et extrêmement tranchante par rapport aux pales circulaires traditionnelles. Sa supériorité repose sur le traitement de trois obstacles majeurs imposés par la planète Mars :
- Retarder le phénomène de « divergence de traînée » (Drag Divergence) : La vitesse du son est plus faible dans l'atmosphère martienne que sur Terre, ce qui entraîne une chute soudaine de l'efficacité des pales lorsque leurs bords approchent cette vitesse. Le nouveau profil permet de fonctionner à des vitesses de rotation plus élevées sans subir cet effondrement.
- Exploiter la turbulence aérodynamique pour générer de la portance : Contrairement aux designs traditionnels, le nouveau profil crée une turbulence intentionnelle dans la « couche limite » (Boundary Layer) au niveau du bord d'attaque de la pale, ce qui génère une force dynamique qui tire la pale vers le haut et augmente l'efficacité de la portance verticale dans l'air peu dense.
- Améliorer la résistance au décrochage dynamique (Stall) : Les tests ont démontré une capacité supérieure à récupérer et à maintenir la stabilité lors des changements d'angles de flux d'air, point qui causait une baisse drastique des performances d'Ingenuity, offrant ainsi aux futurs véhicules des marges de sécurité plus larges pour les manœuvres.
Que signifie cette innovation pour l'exploration spatiale ?
Bien que ces pales soient encore au stade des tests d'ingénierie et ne soient pas encore prêtes pour un vol réel, le comblement des écarts entre les prévisions mathématiques et les performances réelles en soufflerie ouvre la voie à une transformation radicale de l'exploration planétaire. Cette autonomie sans précédent permettra aux scientifiques de cartographier de vastes zones géographiques de la surface martienne, de collecter des données sur des terrains accidentés difficiles d'accès pour les rovers, et de transporter des échantillons et des charges utiles scientifiques beaucoup plus lourds dans un avenir proche.