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22.11.2011 - Astronautique

Les grosses chaleurs de l'aérocapture martienne

Fin du projet européen AEROFAST sur l’aérocapture martienne. L’Onera, grâce à son expertise en aérothermodynamique, sélectionne par simulation numérique un concept qui permettra une mise en orbite économique d'orbiteurs autour de Mars
Ecoulement autour du transporteur pendant l'aérocapture. Nombre de Mach (de bleu-0 à rouge-29) Lignes de courant à l'arrière du transporteur ouvert. Satellite en soute
Ecoulement autour du transporteur pendant l'aérocapture. Nombre de Mach (de bleu-0 à rouge-29) Lignes de courant à l'arrière du transporteur ouvert. Satellite en soute.

Le projet européen Aerofast, sous coordination EADS/Astrium Space Transportation, avait pour objet, dans le cadre de la préparation de futures missions martiennes habitées,  la conception d'un véhicule transporteur inter-planétaire capable de placer un satellite en orbite martienne après freinage par l'atmosphère en une seule passe.

Le ralentissement nécessaire au véhicule pour passer de la croisière à la mise en orbite implique une diminution de vitesse de l'ordre de 2 km/s. L'aérocapture, c'est-à-dire le freinage par frottement aérodynamique dans l'atmosphère permet de gagner 30 à 50% de masse sur les ergols emportés par rapport à un usage exclusif des moteurs mais c'est également une descente jusqu'à 40km d'altitude avant la remontée. Ce gain en masse est un avantage dont on ne peut se passer pour une mission lourde comme une mission habitée....dont le retour est une nécessité.

L'Onera, grâce à ses simulations uniques 3D Navier-Stokes couplées au rayonnement du gaz martien à très haute température, a pu estimer les conditions d'échauffement de cette manœuvre en atmosphère de gaz carbonique, caractéristique de Mars. Le rayonnement infrarouge de l'écoulement à proximité immédiate du transporteur chauffe sa paroi mais également l’orbiteur embarqué sous sa protection, ce qui est plus critique.

Ces simulations ont permis de trancher en faveur d'une géométrie de type sphérico-biconique (blunt biconic) pour le véhicule transporteur plutôt que de type capsule Apollo (autre candidat possible pour l'aérocapture). Cependant, les prévisions d'échauffement sur la configuration retenue rendent nécessaire d'encapsuler le satellite dans un transporteur fermé plutôt que de le protéger à l'arrière d'un transporteur ouvert, qui reste plus facile à larguer le moment venu.

Toujours à la pointe pour les questions d'aérodynamique et d'énergétique aéronautique, l'Onera étend également son expertise en aérothermodynamique martienne.

Echauffement radiatif (W/m2) à l'arrière du transporteur ouvert avec satellite en soute – Mach 29
Echauffement radiatif (W/m2) à l'arrière du transporteur ouvert
avec satellite en soute – Mach 29

Echauffement convectif (W/m2) à l'arrière du transporteur ouvert avec satellite en soute – Mach 29
Echauffement convectif (W/m2) à l'arrière du transporteur ouvert
avec satellite en soute – Mach 29