Selon une étude, cette erreur technique coûte des milliards aux conquêtes de la Lune et Mars !

Alors que l’humanité rêve d’explorer la Lune, Mars et au-delà, la conception des rovers et des atterrisseurs devient une priorité majeure.

Les récentes missions, comme Perseverance de la NASA, Zhurong de la Chine ou encore Pragyan de l’Inde, témoignent de notre ambition croissante de dompter les terrains extraterrestres.

Mais une étude récente jette un froid : la manière dont nous testons ces engins sur Terre pourrait nous induire en erreur, en nous donnant une vision trop optimiste de leur performance dans l’espace.

Le coupable ? L’utilisation de techniques de décalage gravitationnel.

Le piège de la gravité

Sur Terre, les ingénieurs recourent à des systèmes de délestage gravitationnel, des prototypes allégés de rovers et des simulateurs de sols lunaires ou martiens pour imiter les conditions extraterrestres.

Par exemple, avant son lancement, Curiosity a vu sa masse réduite pour correspondre à son poids sur Mars, où la gravité n’est que 38 % de celle de la Terre, sous l’hypothèse que cela suffirait à reproduire l’environnement martien.

Pourtant, de nouvelles données issues d’expériences en vols paraboliques et de lois de mise à l’échelle révisées révèlent une faille : la gravité influence bien plus que le simple poids de l’engin.

Sur Mars, une gravité plus faible réduit la résistance du sol, qui pourrait céder plus facilement qu’anticipé lors des tests terrestres. Ce décalage risque de brosser un tableau trop flatteur de la mobilité, mettant les missions en péril.

Une nouvelle ère : la simulation basée sur la physique

Pour contrer ce problème, le chercheur Wei Hu et son équipe ont développé un simulateur révolutionnaire basé sur le modèle de représentation continue (CRM), détaillé dans une étude récente.

Contrairement aux modèles semi-empiriques traditionnels comme la formule Bekker-Wong, conçus à partir de données terrestres et inadaptés aux basses gravités, ce simulateur utilise la méthode des particules hydrodynamiques lissées (SPH) pour modéliser avec précision la dynamique des sols.

Testé avec des données du laboratoire SLOPE de la NASA, il a simulé le rover Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER) et démontré que les tests avec décalage gravitationnel surestiment souvent les performances.

Construit sur le logiciel open-source Chrono, ce simulateur repose sur un cadre de cosimulation où la dynamique des rovers est calculée sur un CPU et les interactions avec le sol sur un GPU. Cette configuration permet des ajustements rapides – passer de la gravité terrestre à celle de la Lune ne demande qu’une ligne de code modifiée.

Mieux encore, il s’aligne avec les nouvelles lois de mise à l’échelle granulaire (GSL), qui prédisent comment la puissance et la vitesse varient selon les environnements gravitationnels, offrant un lien fiable entre tests terrestres et scénarios spatiaux.

Ce que révèlent les données

L’étude a comparé des tests avec une roue unique et des rovers complets sous gravité terrestre à des simulations sous gravité lunaire.

Les résultats montrent que les méthodes traditionnelles, qui supposent une résistance similaire du sol sous différentes gravités, ignorent les réponses dynamiques comme les grandes déformations ou l’éjection de matériau.

Le simulateur CRM, lui, capture ces effets, révélant comment le décalage gravitationnel masque les véritables défis.

Par exemple, une roue peut bien adhérer à un sol terrestre plus résistant, mais peiner sur le régolithe lunaire plus friable – un détail que les tests actuels manquent.

Enjeux pour les futures missions

Cette recherche remet en question les pratiques établies, suggérant que les tests physiques seuls ne suffisent pas. Le simulateur open-source, accessible au public, ne se contente pas de valider les données de la NASA ; il soutient aussi des tâches comme le creusement ou le nivellement en basse gravité.

Bien que des simulateurs de sol comme GRC-1 et GRC-3 aient été utilisés, l’étude reconnaît leurs limites – le sol lunaire réel pourrait différer légèrement. Toutefois, la capacité du simulateur à tester une gamme de propriétés de sol en fait un outil puissant pour la planification des missions, adaptable à mesure que de nouvelles données lunaires affluent.

Vers l’avenir

Alors que les agences spatiales préparent des explorations plus ambitieuses, cette étude appelle à un virage vers une conception pilotée par la simulation.

En abandonnant les hypothèses dépassées sur le décalage gravitationnel au profit de modèles basés sur la physique, nous pourrons mieux préparer nos rovers aux terrains imprévisibles d’autres mondes.

Prochain défi ? Valider ces simulations avec des données réelles de la Lune ou de Mars, une étape à portée de main grâce à des missions comme VIPER. Cela pourrait marquer un tournant dans la mobilité extraterrestre, garantissant que nos engins soient prêts à relever les défis à venir.

Lien vers l’étude : https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/rob.22597.