Les moteurs de descente de Curiosity

Comme pour la sonde Phoenix et comme, il y a beaucoup plus longtemps -1976- pour les deux sondes Viking, la phase finale de la descente de MSL Curiosity sera contrôlée par des moteurs fusée. Sous parachute la vitesse sera encore de 80 m/s compte tenu de la faible densité de l’atmosphère martienne (7 mb contre 1013 mb chez nous). A 1,6 km d’altitude l’étage de descente auquel est accroché le rover, sera largué du bouclier arrière lui-même lié au parachute. A ce moment  8 moteurs fusée entreront en action pour freiner la descente et annuler la vitesse tangentielle.

Le profil de descente et les heures des évènements telles que perçues sur Terre compte tenu de la vitesse des ondes radio, l’évènement réel ayant lieu 14 mn avant. (doc NASA renseigné APM)

Ces moteurs fusée fonctionnent avec un seul ergol, l’hydrazine. La pression régnant dans les réservoirs alimente en hydrazine une chambre qui contient un catalyseur qui va entrainer la décomposition de l’hydrazine. La réaction, exothermique, produit des gaz chauds éjectés par une tuyère. Un système de vanne permet de moduler la poussée dans une très large proportion  de 1 à 100, la poussée d’un moteur variant ainsi de 30 à 3650 N (3 à 365 kgf). Les moteurs désignés MR-80B dérivent directement des moteurs d’atterrissage MR-80 des sondes Viking de 1976. Comme à l’époque, ils ont été développés et produits par Aerojet. Il y a toutefois une différence notable par rapport aux moteurs des Viking. Sur Viking chaque moteur était équipé d’une multitude de tuyères pour diffuser sur une large surface les gaz éjectés et éviter ainsi de troubler le sol, voire y créer un trou. On sait maintenant que cette précaution n’est pas nécessaire et les moteurs MR-80B n’ont qu’une seule tuyère.

Carl Sagan devant une maquette de Viking dans les années 70. L’un des trois moteurs multituyères de descente (encadré) est visible au milieu de la sonde. (doc. NASA)

La première partie de la descente propulsée s’effectue donc sur 8 moteurs, jusqu’à ce qu’une altitude d’environ 20 m soit atteinte ; la vitesse n’est plus alors que de 75 cm/s. Quatre moteurs sont éteints,  le rover Curiosity est séparé de l’étage de descente et commence à descendre, suspendu à des câbles. L’opération Skycrane, ou grue du ciel, commence.

Première partie de la descente propulsée : 8 moteurs MR80-B sont en fonctionnement. (doc. NASA)

Dernière partie de la descente propulsée : la dépose de Curiosity. Il n’y a plus que 4 moteurs en fonctionnement. On remarque que les moteurs encore en fonctionnement sont plus inclinés que ceux qui viennent d’être arrêtés. C’est pour que leur jet ne vienne pas détériorer le rover. Lorsque tous les moteurs fonctionnaient dans la phase précédente, le rover était encore bien protégé sous l’étage de descente et autant avoir le maximum de moteur poussant verticalement, l’inclinaison se traduisant par une perte de performances. (doc. NASA)

Pourquoi le choix de l’hydrazine ? Outre la plus grande facilité à moduler la poussée avec un seul ergol, l’hydrazine ne contient pas de carbone mais seulement de l’hydrogène et de l’azote. Ainsi il n’y a pas de pollution du sol  (et de la surface du rover) par des composés carbonés qui fausseraient les analyses de sol.

Les 8 moteurs de freinage (avec leurs protections rouges en place, qui seront enlevées avant le lancement) sur l’étage de descente avant l’accrochage du rover lors de la préparation au Kennedy Space Center. On remarque là aussi les inclinaisons différentes des moteurs. (doc. NASA/KSC)

Aerojet fournit au total 24 moteurs sur la mission MSL (doc. A. Souchier)

Un modèle de moteur de descente exposé sur le stand Aerojet, le 31 juillet,  lors de la conférence propulsion de l’AIAA à Atlanta. (doc. A. Souchier)

Au total la phase propulsée va durer 50 s et 300kg d’hydrazine auront été consommés sur une réserve de 390kg.

Pour plus d’informations sur le développement du moteur de descente (en anglais) voir: http://matthewwturner.com/uah/IPT2008_summer/baselines/LOW%20Files/Payload/Downloads/AIAA-2007-5481-979.pdf