Dépose du bouclier de protection éolien et thermique, 2 février 2019 | INSTITUT DE PHYSIQUE DU GLOBE DE PARIS

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  Dépose du bouclier de protection éolien et thermique, 2 février 2019

Sur Mars, les opérations de déploiement du bouclier de protection éolien et thermique WTS ont commencé juste après l'ouverture complète de la boucle de service du sismomètre SEIS au cours du sol 61.

 

Les dernières secondes de visibilité du sismomètre SEIS avant sa disparition définitive sous la cloche protectrice du WTS lors d'un test de déploiement au Jet Propulsion Laboratory avec le frère jumeau d'InSight, l'atterrisseur ForeSight (© NASA/JPL-Caltech/IPGP/Philippe Labrot).

Durant le sol 62, la caméra IDC a collecté un certain nombre d'images stéréo de SEIS, ainsi que de la zone de dépose du WTS. L'objectif étant de pouvoir caractériser en détails la position dans l'espace des deux objets et permettre la modélisation précise et en 3D des mouvements du bras robotique, qui opère ici en aveugle (aucune adaptation en temps réel des mouvements du bras par rapport aux images des caméras ne peut avoir lieu). Un grand nombre d'images de la boucle de service ont également été acquises tout au long de la journée pour détecter le moindre déplacement du câble.

 

Au cours du même sol, le grappin, qui avait été rangé le long du bras robotique lors du sol 50 pour dégager la pelle et permettre son utilisation pour tirer le câble, a été libéré pour la seconde fois depuis l'atterrissage. Désormais à nouveau opérationnel, le grappin a ensuite été positionné avec précision durant le sol 63 au-dessus de la poignée de capture du bouclier éolien et thermique, situé sur le pont de l'atterrisseur et solidement fixé par un frangibolt. Après une vérification poussée des données de localisation du grappin, la capture proprement dite du bouclier a eu lieu avec succès lors du sol 65, ce qui a permis d'engager l'étape la plus critique de la séquence de déploiement, la dépose proprement dite du bouclier au-dessus de SEIS.

 

Lors de cette phase, l'objectif le plus important pour les ingénieurs était de faire en sorte que le WTS ne touche absolument pas le sismomètre SEIS. Un espace moyen d'au moins 5 centimètres devant être respecté entre l'instrument et son dôme de protection. Les erreurs de positionnement (conditionnées par la précision des moteurs du bras, par les incertitudes dans les données de localisation de SEIS, etc.) ont été estimées à 3 cm environ. Si un contact devait avoir lieu avec l'instrument, il serait préférable qu'il se situe du côté de la boucle de service (LSA), plutôt qu'au niveau de l'enceinte thermique RWEB.

 

Images obtenues par la caméra IDC montrant l'opération de déploiement du WTS au cours du sol 66 (© NASA/JPL-Caltech).

 

La dépose du WTS

 

Réalisée au cours du sol 66 (samedi 2 février 2019) de manière entièrement automatique, sans aucun contrôle en temps réel depuis la Terre, la dépose du WTS était attendue avec une grande impatience par les sismologues travaillant sur la mission. En protégeant le sismomètre des variations de température et des vents, le bouclier est essentiel pour atteindre un niveau de bruit compatible avec l'enregistrement des plus infimes vibrations de la surface martienne.

 

Le WTS constitue la dernière barrière d'une série de protections conçues pour neutraliser du mieux possible les perturbations de l'environnement martien : il vient s'ajouter à la protection thermique RWEB, à l'enceinte sous vide sphérique des capteurs VBB et à d'autres dispositifs situés au niveau des pendules eux-mêmes. C'est également une étape emblématique. Si, en étant soulevé du pont de l'atterrisseur par le bras robotique, le WTS va exposer pour la première fois à l'air libre le capteur de pression ultra-sensible de la station météorologique APSS d'InSight, il va aussi faire définitivement disparaître le sismomètre SEIS et empêcher toute nouvelle utilisation de la boussole solaire située au sommet du RWEB.

 

Par mesure de sécurité, SEIS a été totalement éteint pour la dépose du WTS. Cependant, contrairement à ce qui s'était passé lors de son déploiement le 19 décembre 2018 (sol 22), il a été rallumé presque immédiatement après la mise en place du WTS. L'objectif étant de pouvoir vérifier très rapidement des changements d'inclinaison et de position du sismomètre, et d'acquérir des données sismiques avec les capteurs SP et VBB pour caractériser le niveau de bruit sous la cloche protectrice. Pendant la phase d'analyse des performances d'isolation thermique du bouclier, SEIS était programmé pour ne fonctionner que quelques heures par jour, et ce pour au moins deux sols. La présence du WTS a pour effet d'empêcher les rayons du soleil de chauffer le RWEB, comme il le faisait jusqu'à présent, l'instrument a donc mis plus longtemps à se réchauffer. D'un autre côté, les pertes thermiques sont devenues bien moins importantes la nuit.

 

L'analyse des données de localisation (réalisée grâce aux marqueurs noirs & blancs situés sur le RWEB et le WTS et qui servent de référence géométrique) a montré que le WTS a été placé presque parfaitement au-dessus du sismomètre SEIS et que sa paroi interne ne touche pas l'instrument. L'espace entre les deux objets est d'au moins 4 cm. La position exacte du WTS par rapport au sismomètre sera affinée grâce à de nouvelles images acquises par la caméra IDC du bras robotique, une fois sa liberté retrouvée suite au décrochage du grappin.

 

Une partie de l'équipe SEIS, juste après l'arrivée des images montrant le déploiement du WTS dans la salle des opérations InSight au JPL. De gauche à droite : Tom Pike (Imperial College), responsable des capteurs à courte période SP, Ken Hurst (JPL), ingénieur systèmes et expert technique SEIS, Philippe Lognonné (IPGP), responsable scientifique (PI) de l'instrument et Eric Beucler (Université de Nantes), sismologue (© NASA/JPL-Caltech/IPGP/Philippe Labrot).

Les inclinomètres du berceau de mise à niveau de l'instrument (ainsi que les pendules sismiques) n'ont montré aucun déplacement du sismomètre pendant la manœuvre de dépose du WTS. Les performances thermiques sont très bonnes et l'impact sur les variations de température des différents composants du sismomètre est clairement visible. Enfin, la diminution du niveau de bruit est considérable. Satisfait par ces bilans techniques, les ingénieurs ont donné le feu vert pour la libération du grappin au cours du sol 70. Cette étape, qui marque la fin du déploiement physique de l'expérimentation SEIS à la surface de Mars, a également donné le départ des opérations de dépose du capteur de flux thermique HP3. L'un des premiers objectifs de SEIS sera d'enregistrer les vibrations générées par la pénétration de la taupe d'HP3 pour déterminer la structure du sous-sol.

 

Paramétrage final du sismomètre SEIS

 

Suite à la dépose du WTS, des opérations importantes sont programmées au niveau des capteurs sismiques VBB, situés au cœur de SEIS et enfermés à l'intérieur d'une sphère en titane sous vide. Le premier bénéfice de la présence du WTS est de pouvoir basculer ces capteurs en mode scientifique, bien plus adapté aux mesures sismiques que le mode ingénierie utilisé jusqu'à présent. Cependant, suite au retard pris avec l'installation du câble du sismomètre, le mode scientifique a en fait été enclenché avec succès dès le sol 58, alors que le WTS était encore situé sur le pont. La seconde opération va consister à calibrer les pendules pour la première fois grâce à une bobine faisant partie du dispositif de contre-réaction. Enfin, le dispositif TCDM sera mis en service pour diminuer la sensibilité des capteurs aux variations thermiques résiduelles qui affectent l'intérieur de la sphère sous vide. En ce qui concerne les capteurs à courte période SP, aucun paramétrage spécifique n'est requis suite au placement du WTS.

 

Sous son dôme protecteur, le sismomètre SEIS va pouvoir être utilisé au maximum de ses possibilités. Grâce à lui, la totalité des capteurs sismiques ont enfin pu être allumés en permanence le jour et la nuit, pour renvoyer des données continues, sans craindre des périodes où les températures deviennent trop extrêmes. Jusqu'à présent SEIS était effectivement éteint pendant les 10 heures les plus glacées de la nuit, et des réchauffeurs étaient régulièrement activés pour protéger l'instrument du froid. Depuis le sol 70, les capteurs sismiques de SEIS fonctionnent désormais en permanence. Les vents, dont l'activité a été très bien caractérisée lorsque le sismomètre était encore sur le pont de l'atterrisseur, sont aussi désormais contrés de façon très efficace.

 

Une fois que la phase finale de mise en service (commissioning) sera terminée, la campagne scientifique de SEIS pourra débuter.

 

Une partie de l'équipe du système de déploiement d'InSight du Jet Propulsion Laboratory (JPL), lors d'un test de dépose du WTS au cours du sol 18. Plusieurs membres de la mission assistent à cette répétition grandeur nature depuis la galerie qui surplombe le banc de test (© NASA/JPL-Caltech/IPGP/Philippe Labrot).

 

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