La vue de mars en 3D

La mission est clairement définie, tout comme chaque tâche individuelle. Inutile de mentionner que les exigences vis à vis de l'équipement prévu pour être utilisé sur Mars sont tellement strictes qu'il n'existe rien de comparable. Si la mission planifiée en 2020 se déroule comme prévu, le rover construit par l'ESA démarrera son exploration de la surface de Mars pour y déceler l'existence d'une activité biologique passée et présente, dès son atterrissage sur la planète. Il ne sera pas seulement nécessaire de prélever des échantillons de sol à l'aide d'une carotte de forage, il faudra également réaliser des analyses avec une vaste batterie d'instruments scientifiques. Pendant ce temps, la sonde interplanétaire ExoMars Trace Gas Orbiter restera en orbite pour assister le rover dans le cadre de la communication téléphonique avec la base terrestre et garantir que les données et résultats de mesure qu'il aura collectés puissent être renvoyés à la Terre.

Des images de meilleure qualité et une protection contre la poussière

Les conditions ambiantes sur Mars exigent que chaque équipement fournisse des performances inégalées. Pour commencer, le rover travaillera à une pression atmosphérique de 0,00636 bar, ce qui équivaut à une pression rencontrée à une altitude de 35 kilomètres sur la Terre. Et ce n'est pas tout : en effet, la planète est caractérisée par des variations de température dont la plage s'étend d'un peu moins de 20 °C à -120 °C. Par ailleurs, il faut s'attendre à ce que la poussière soulevée par le rover ait un effet négatif sur la fiabilité de fonctionnement de ses instruments haute précision de mesure et d'analyse, ce qui est aussi l'une des raisons pour lesquelles la caméra panoramique sera suspendue sur son mât, à environ deux mètres au-dessus du sol. « Cela protégera bien entendu les objectifs ; néanmoins, une telle position en hauteur offre également un autre avantage important car nous serons en mesure d'obtenir des images panoramiques de bien meilleure qualité », explique Jonathan Jones, ingénieur en génie mécanique et thermique au laboratoire Mullard Space Science Laboratory situé au sud de Londres.

Avec les filtres situés devant les caméras grand angle, MSSL a créé un système capable d'obtenir des images à diverses longueurs d'onde pendant la mission prévue en 2020 et de les utiliser pour générer des images à contenu varié. « Nous prévoyons d'envoyer dix images par jour à la Terre », déclare Jones. Bien sûr, cela ne parait pas beaucoup au premier abord, mais en y regardant de plus près, on constate que c'est en fait un objectif assez ambitieux. Dans un premier temps, la caméra génère trois images pour une seule prise de vue. Celles-ci sont ensuite envoyées à la Terre et superposées l'une sur l'autre pour créer l'image réelle. Et puis, il y a les limites imposées par la faible bande passante de données disponible dans le cadre des communications radio entre deux planètes, qui ne permettent tout simplement pas l'envoi de plus de dix images par jour.

Des moteurs pas à pas positionnent des filtres d'objectif

Avec onze filtres par roue porte-filtres, les caméras grand angle de la PanCam peuvent enregistrer une grande variété d'images sous diverses conditions d'éclairage. Ces roues portes-filtres tournent devant les deux caméras grand angle et doivent être positionnées avec précision pour obtenir des images nettes. Pour l'entraînement du système de rotation des filtres, MSSL utilise deux moteurs pas à pas proposés dans la gamme de la société FAULHABER PRECIstep. Ces deux unités ont réussi haut la main les tests de durée de vie auxquels ils sont actuellement soumis.

Durant le processus de développement de la caméra panoramique, les ingénieurs de MSSL ont cherché des moteurs non seulement capables de fournir des performances de positionnement fiables et précises, mais également de forme extrêmement compacte. Compte tenu de ces exigences, les moteurs pas à pas se sont imposés naturellement, étant donné qu'ils sont non seulement à même de positionner des objets avec précision avec une résolution de 1280 pas par tour, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser un système de rétroaction séparé, mais également beaucoup plus robustes et faciles à utiliser que les servomoteurs traditionnels. Le mécanisme de mise au point de la caméra à haute résolution est entraîné par un moteur pas à pas de FAULHABER PRECIstep. Ce moteur est à même de suivre exactement un champ appliqué extérieurement sans nécessiter de réglages complexes et chronophages. « C'est la solution parfaite pour une application optique car les moteurs peuvent maintenir la position de l'objectif même sans courant, grâce à leur couple résiduel. De plus, la commande en boucle ouverte permet de supprimer les effets de sautillement (instabilité d'image) et, par conséquent, d'obtenir des images très nettes et claires », explique Sébastien Vaneberg qui occupe les fonctions de directeur des ventes chez FAULHABER PRECIstep SA. L'entreprise suisse qui fait partie de FAULHABER Group est spécialisée dans la fabrication de moteurs pas à pas miniatures. « En résumé, c'est un entraînement simple et robuste avec des capacités exceptionnelles, idéalement adapté aux conditions extrêmes qui règnent dans l'espace. »

Des moteurs miniatures agréés pour une utilisation sur Mars

Chaque caméra de la PanCam est respectivement équipée d'un entraînement d'un diamètre de 10 millimètres seulement. Le moteur pas à pas compte 20 pas par tour ; il est combiné avec un réducteur de précision du même diamètre avec un rapport de réduction de 64:1. Par ailleurs, FAULHABER a collaboré étroitement avec MSSL pour personnaliser davantage encore l'étude technique de ses deux entraînements afin que ceux-ci satisfassent aux spécifications requises par son utilisation à la surface de la planète Mars. Les modifications qui en résultent incluent, par exemple, un lubrifiant sec et des paliers frittés spéciaux. « En un mot, les moteurs doivent pouvoir survivre sur Mars », déclare Jonathan Jones en résumant de manière succincte les exigences que doivent remplir les entraînements de FAULHABER.

Et être sûr que rien ne soit laissé au hasard après l'atterrissage, le laboratoire Mullard Space Science Laboratory teste actuellement les composants de la caméra panoramique dans un environnement d'essai. Les conditions d'essai sont même plus dures que celles sur Mars. Les entraînements de positionnement doivent effectuer 5000 cycles de positionnement à des températures oscillant entre -130 degrés Celsius et 50 degrés Celsius, bien entendu. « Le test est toujours en cours mais les moteurs montrent déjà réellement ce qu'ils valent », ajoute Jonathan Jones d'un air satisfait. Pendant la période de développement des entraînements, il n'existait rien d'autre sur le marché qui puisse atteindre de près ou de loin le niveau des unités FAULHABER. Sans oublier le fait que FAULHABER est déjà un partenaire incontournable de l'Agence Spatiale Européenne (ESA) qui, avec l'agence spatiale russe Roscosmos, est chargée d'amener le projet Exo- Mars sur sa plateforme de lancement en 2020.