Article issu du bulletin APM n° 43 paru en Avril 2010.
Mars a une atmosphère donc le vol « aérien » y est possible. Franck Marodon avait déjà traité ce sujet dans le bulletin de juillet 2006. Dans quelles conditions peut on voler sur Mars, comment peut on quantifier ces conditions de vol ? C’est ce que ce texte va aborder. Comme sur Terre on peut se poser deux questions : celle du vol du plus léger que l’air, le ballon, et celle du plus lourd que l’air, l’avion.
Le ballon martien
Quelques calculs:
Soient Vt le volume d’un ballon sur Terre, gt la gravité terrestre, Roat la masse spécifique de l’air sur Terre à 20 °C, Roht celle de l’hélium dans les mêmes conditions et m la masse à soulever. L’équation de la sustentation du ballon s’écrit :
m.gt = (Roat-Roht).gt.Vt
C’est -Eureka- le principe d’Archimède !
Le volume du ballon est donc :
Vt=m/(Roat-Roht)
La gravité terrestre a disparu de l’équation;la pesanteur n’intervient pas dans la définition du volume du ballon; c’est la différence entre la densité de l’air ambiant (terrestre ou martien) qui soulève le ballon et bien entendu la force verticale est aussi proportionnelle au volume du ballon.
Avec Roat =1,247 kg/m³ et Roht=0,172kg/m³ on trouve Vt=0,93.m (avec m en kg et V en m³)
Sur Mars, l’équation donnant le volume du ballon martien va s’écrire :
Vm=m/ (Roam-Rohm) où Roam et Rohm sont les masses volumiques de « l’air » martien et de l’hélium dans le ballon martien.
Le dessinateur Manchu a représenté une expédition en rover pressurisé sur une calotte polaire martienne où un astronaute s’apprête à lâcher un ballon pour diverses mesures en altitude. Cette opération est possible malgré la faible pression de l’atmosphère. Sur la Lune elle est impossible en l’absence totale d’atmosphère.(doc. Manchu)
Comparé à son homologue terrestre ayant la même masse à soulever le volume du ballon martien s’écrit : Vm=76,8 .Vt. le ballon martien va être 77 fois plus volumineux aue le ballon terrestre. Cela peut paraître beaucoup mais il suffit de multiplier chaque dimension, hauteur, largeur, épaisseur du ballon terrestre par 4,25 pour disposer d’un volume 77 fois plus important. Le ballon martien est donc tout à fait possible. Lors de la simulation de séjour martien MDRS 43 conduite par une équipe de l’association Planète Mars dans l’Utah en 2006, Olivier Walter et Pierre Brulhet avaient expérimenté un ballon muni d’une caméra. Ce ballon, captif, était emporté par les astronautes en sortie « extravéhiculaires » ou EVA. La caméra filmait le trajet suivi pas les astronautes, pouvait servir à observer des endroits inaccessibles, à localiser le lieu de prélèvement d’un échantillon et construire une cartographie du chemin suivi.
La charge utile du ballon comprenait une caméra y compris son système d’enregistrement avec une masse totale de 500g. Un système opérationnel miniaturisé pourrait avoir facilement une masse de moins de 100g. Le ballon martien n’aurait alors qu’un volume 15 fois supérieur à celui de notre ballon terrestre donc des dimensions seulement 2,5 fois plus grandes ce qui reste tout à fait réaliste.
Une autre application possible de ballons captifs sur Mars sera la localisation dans une région (tant qu’il n’y aura pas de système GPS) et le relais de transmission de données y compris liaisons phoniques et vidéo.
En ce qui concerne les ballons dérivants on retrouvera sur Mars les mêmes utilisations que sur Terre :mesures atmosphériques en altitude, cartographie de la circulation de l’atmosphère ,…
Le ballon testé dans l’Utah en 2006 lors de la mission MDRS 43. En miniaturisant la charge utile, le ballon martien serait à peine plus gros. (doc. équipage MDRS 43)
Mardi 4 Août : Ballon, quads et astronautes
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