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Plonger et conduire sur des lunes glacées: une stratégie pour explorer Encelade et Europa

Au cours des 60 dernières années, la NASA a exploré le système solaire du soleil à la ceinture de Kuiper. Alors que bon nombre de ces missions, en particulier celles au-delà de Saturne, ont été des survols à un coup (comme les Voyagers et récemment New Horizons), d'autres ont cartographié de nombreuses lunes de Jupiter et de Saturne de manière approfondie par des passages orbitaux répétés. Le seul atterrissage sur ces mondes glacés était la sonde Huygens, qui a parachuté à la surface de Saturne

Les données recueillies auprès de quelques-unes de ces lunes ont fourni des preuves convaincantes de possibles océans chauds sous leurs surfaces gelées, Saturne

Un prototype d'un robot de glace sous-marin BRUIE est illustré ci-dessus, le long de la face inférieure d'une calotte glaciaire de l'Alaska. Crédit: NASA / JPL-CALTECH

Il y a une variété de missions à l'étude pour ces lunes, dont la plus immédiate est l'Europa Clipper, dont le lancement est actuellement prévu pour 2025. Mais cette mission, qui sera gérée par la NASA

La plupart des plans actuels prévoient l'une des deux approches pour en savoir plus sur l'eau dans la lune. La première consiste à échantillonner les panaches de type geyser qui éclatent des fissures et des fissures sur ces lunes, comme le fera l'Europa Clipper, tandis que la seconde consiste à atterrir sur leurs surfaces glacées et à prélever de petits échantillons à bord de l'atterrisseur pour analyse. Cette dernière approche de l'atterrissage présente des défis bien plus importants qu'un orbiteur récupérant l'eau d'un panache.

L'exploration directe des océans eux-mêmes serait cependant plus difficile encore. JPL travaille sur une variété d'approches pour y parvenir. Tous sont prometteurs, mais nécessitent un moyen de traverser la glace jusqu'à l'eau en dessous. Un certain nombre de technologies sont envisagées pour ce rôle, y compris des centrales nucléaires exotiques

Une autre possibilité consiste à laisser la nature faire la plupart du travail, en utilisant les fissures qui permettent déjà à des morceaux de l'océan de s'échapper par des panaches. Quelques conceptions sont à l'étude, mais lorsque l'on envoie une petite sonde dans un trou à des dizaines de kilomètres de profondeur, la simplicité et la flexibilité sont des atouts importants. Une fois que vous aurez atteint cet océan chaud, la fiabilité et l'autonomie seront essentielles.

Un prototype d'un rover sous-marin BRUIE.

Andrew Klesh, qui a récemment supervisé le programme MARCo cubesat (les deux minuscules sondes qui ont volé vers Mars avec l'atterrisseur InSight, fournissant une liaison radio pendant le processus d'atterrissage), a travaillé sur un projet qui combine à la fois simplicité et flexibilité de conception.

BRUIE est un submersible qui est testé sur Terre où il a sondé de manière autonome des grottes de glace sous-marines en Alaska avec un balayage LIDAR et des images visuelles pour se préparer à une exploration plus complexe des lunes géantes gazeuses. Ces essais ont eu lieu dans des trous aqueux appelés moulins

C'est une chose qui rend BRUIE spécial. Plutôt que d'utiliser une méthode de force brute pour percer une coquille de glace de plusieurs kilomètres d'épaisseur, une évolution de cette technologie pourrait naviguer dans les fissures naturelles qui mènent aux mers chaudes en dessous. Il pourrait même utiliser les canaux marqués par les panaches vus sur Encelade et Europa. Comme Klesh le demande:

Les robots de test BRUIE sont construits avec des composants disponibles dans le commerce et des pièces imprimées en 3D personnalisées, permettant un prototypage rapide et des révisions rapides. Une fois les premiers prototypes terminés, Klesh et ses collègues les ont emmenés au glacier Matanuska en Alaska pour les premiers tests. Les robots ont été abaissés dans les canaux glaciaux, leur permettant de couler en utilisant une flottabilité contrôlable tout en étant manœuvrés par de petits propulseurs. Bien que conçus pour fonctionner de manière autonome dans la mesure du possible, ils étaient attachés à une unité de contrôle de surface à partir de laquelle ils pouvaient être dirigés manuellement, et enregistraient des mesures et des données détaillées lors de leur traversée des tunnels de glace. Cela a permis à Klesh et ses collègues de cartographier ces passages complexes avec une unité LIDAR compacte alors qu'ils se tordaient et tournaient à travers la masse du glacier.

L'ingénieur du JPL, Andy Klesh, abaisse un robot submersible dans un moulin, un canal en forme de tube dans un glacier. Crédit: NASA / JPL-CALTECH

Un deuxième design robotique a été développé par Klesh

Certains de ces tests sur le terrain ont été contrôlés à l'aide d'une longe, Klesh et d'autres exploitant des unités de commande par joystick, tandis que d'autres étaient autonomes. D'autres encore étaient contrôlés à distance depuis le JPL à Pasadena, en Californie.

Les itérations actuelles de BRUIE peuvent être exploitées à des profondeurs supérieures à 200 mètres et avec une autonomie toujours croissante. Il reste du travail pour améliorer le fonctionnement autonome et la résistance au froid extrême et aux radiations élevées présentes dans le système solaire externe. Mais les premières expériences telles que BRUIE sont essentielles pour développer, tester et améliorer ces technologies.

« Une grande partie de ce que nous faisons dans l’espace lointain est applicable à l’océan », a déclaré Klesh. «Il s’agit d’un premier prototype de véhicules qui pourraient un jour se rendre en Europe et dans d’autres corps planétaires avec un océan liquide recouvert de glace. Il est idéal pour voyager sous la banquise d’un monde glacial. « 

Rod Pyle est rédacteur en chef de la National Space Society

Cet article a été initialement publié dans le numéro du 11 novembre 2019 du magazine SpaceNews.

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