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Des ingénieurs conçoivent des planeurs sans moteur pour explorer Mars

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02 juillet 2022

(Nouvelles de Nanwerk) Huit engins spatiaux actifs, dont trois exploités par la NASA, orbitent autour de Mars, collectant des images de la surface de la planète à une résolution d’environ un pied par pixel. Trois Earth Rovers traversent pour cartographier de petites zones de la planète avec une plus grande précision. Mais ce qui se trouve à des centaines de kilomètres entre les rovers et l’orbite – y compris les processus climatiques atmosphériques et les caractéristiques géologiques telles que les volcans et les vallées – est souvent d’un grand intérêt pour les scientifiques planétaires.

« Vous avez cette pièce vraiment importante et cruciale dans cette couche limite planétaire, comme dans les premiers kilomètres au-dessus de la surface de la Terre », a déclaré Alexander Kling, chercheur au Mars Climate Modeling Center de la NASA. « C’est là que se produisent tous les échanges entre la surface et l’atmosphère. C’est là que les poussières sont capturées et envoyées dans l’atmosphère, où les gaz traces se mélangent, où la modulation du vent à grande échelle se produit par les écoulements des vallées de montagne. Et nous ne Je n’ai pas beaucoup de données sur ce sujet « .

Kling s’associe à une équipe d’ingénieurs de l’Université de l’Arizona visant à combler ce manque de données en concevant un planeur sans moteur qui peut survoler la surface de Mars pendant des jours à la fois, en utilisant uniquement l’énergie éolienne pour la propulsion. Les planeurs seront équipés de capteurs de vol, de température et de gaz ainsi que de caméras, et chacun ne pèse que 11 livres.

L’équipe a détaillé sa proposition dans un article publié dans la revue Cosmos (« Explorer Mars avec des planeurs »). Atterrissage sur Mars en planeur L’équipe a effectué un lancement restreint d’une première version du planeur, alors qu’il descendait lentement au sol attaché à un ballon. (Photo: Collège d’ingénierie de l’Université de l’Arizona)

Vol d’albatros

Un voyage sur Mars est un défi en raison de la faible atmosphère de la planète, et ce n’est pas la première équipe qui tente de le relever. Notamment, l’innovation de la NASA est un hélicoptère de 4 livres qui a atterri à Jezero Crater sur Mars en 2021. Avec une technologie de vol miniature et un système rotatif d’environ 4 pieds de haut, c’est le premier appareil à tester le vol contrôlé motorisé sur une autre planète. Mais la voiture à énergie solaire ne peut voler que trois minutes à la fois, atteignant une hauteur de seulement 12 mètres, soit environ 39 pieds.

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« Toutes ces autres technologies étaient très limitées par la puissance », a déclaré le premier auteur de l’article, Adrian Buskila, étudiant au doctorat en génie aérospatial au Small Air Vehicle Laboratory du professeur Sergei Shkaraev à l’Université de l’Arizona. « Ce que nous proposons, c’est simplement d’utiliser l’énergie sur place. C’est une sorte de saut en avant dans les méthodes d’extension de mission. Parce que la question clé est : comment volez-vous gratuitement ? Comment utilisez-vous le vent existant, la thermodynamique existante pour éviter utiliser des panneaux solaires et compter sur des batteries qu’il faut recharger ? »

Des planeurs éoliens légers et peu coûteux peuvent être la solution. Les avions, qui ont une envergure d’environ 11 pieds, utiliseront plusieurs méthodes de vol différentes, y compris le simple vol stationnaire statique lorsqu’il y a suffisamment de vent vertical. Mais ils peuvent aussi utiliser une technologie appelée vol stationnaire dynamique, qui, comme un albatros en vol long, profite de la vitesse du vent souvent horizontale augmentant avec l’altitude — un phénomène particulièrement fréquent sur Mars.

L’élévation dynamique ressemble à celle que les skieurs en forme de S utilisent pour contrôler leur descente de la montagne. Cependant, chaque fois que le planeur change de direction, il commence également à changer d’altitude – et au lieu de ralentir le planeur, la manœuvre l’aide à augmenter sa vitesse.

Les avions volent légèrement vers le haut dans la direction d’un vent lent à basse altitude. Lorsqu’ils atteignent la vitesse du vent élevée, ils pivotent de 180 degrés et permettent au vent à grande vitesse de les diriger vers l’avant avec un léger angle d’atterrissage. Lorsqu’ils commencent à manquer d’énergie à cause du vent à grande vitesse, ils répètent le processus en progressant.

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Grâce à cette manœuvre astucieuse, les planeurs peuvent continuellement récolter l’énergie de l’atmosphère, volant pendant des heures, voire des jours à la fois. C’est gratuit.

« C’est quelque chose qu’il faut voir pour croire », a déclaré le co-auteur de l’article, Jekan Thanga, professeur adjoint d’ingénierie aéronautique et mécanique à l’UArizona.

Les rovers actuels ont principalement capturé des images des plaines sablonneuses et plates de Mars – les seules zones où le rover peut atterrir en toute sécurité. Mais les planeurs pourront explorer de nouvelles zones en profitant de la façon dont les modèles de vent changent autour des formations géologiques telles que les canyons et les volcans.

« Avec cette plate-forme, vous pouvez voler et vous rendre dans ces endroits vraiment cool et vraiment intéressants », a déclaré Kling. Planeur en gros plan de Mars Les planeurs sur Mars contiendront un ensemble de capteurs de navigation spécialement conçus, ainsi qu’une caméra et des capteurs de température et de gaz pour collecter des informations sur l’atmosphère et le paysage martiens. (Photo: Collège d’ingénierie de l’Université de l’Arizona)

Les bonnes choses viennent en petits paquets

L’équipe propose d’envoyer des planeurs sur Mars comme charge utile secondaire dans le cadre d’une mission plus vaste. Tanga étudie comment déployer des planeurs depuis un vaisseau spatial dans l’atmosphère. À bord du vaisseau spatial, les planeurs seront enfermés dans des CubeSats, des satellites miniatures pas plus gros qu’un annuaire téléphonique. Une fois les CubeSats lancés et les avions lancés, les avions s’ouvriront, comme des origamis, ou se gonfleront, comme des flotteurs de piscine high-tech, et se solidifieront à leur taille maximale.

L’équipe explore également la possibilité d’un dirigeable ou d’un dirigeable transportant des planeurs dans l’atmosphère. Cela ralentira l’atterrissage des planeurs et leur permettra de décoller lorsque les conditions de vent sont idéales ou lorsque vous vous approchez d’une zone de grand intérêt. Les planeurs peuvent reconstituer un ballon ou un dirigeable après le vol et continuer à accomplir plusieurs missions.

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Le voyage se termine, la mission continue

Après avoir atterri sur Mars, les avions continueront de transmettre des informations sur l’atmosphère au vaisseau spatial, devenant essentiellement des stations météorologiques. Les météorologues peuvent prédire le temps sur Terre avec une précision relative, en partie parce qu’il existe des stations météorologiques partout sur notre planète qui forment un réseau d’informations, et toutes les données qu’ils collectent sont constamment introduites dans des modèles prédictifs. Par conséquent, chaque planeur sur Mars qui a cessé de voler – qu’il ait terminé son exploration comme prévu ou que quelque chose se soit mal passé – pourrait devenir un autre nœud très important de ce réseau.

« Si notre puissance de vol s’épuise, ou si les capteurs inertiels échouent soudainement pour une raison quelconque, nous nous attendons à garder la science », a déclaré Buskila. « Du point de vue de la science planétaire, la mission continue. »

L’équipe a effectué une modélisation mathématique approfondie des schémas de vol des planeurs sur la base des données climatiques de Mars. Il reste encore des recherches à faire concernant les trajectoires de vol, les systèmes d’amarrage potentiels, etc. Mais cet été, ils testeront des avions expérimentaux à 15 000 pieds au-dessus du niveau de la mer, où l’atmosphère terrestre est plus fine et les conditions de vol plus proches de celles de Mars.

« Nous pouvons utiliser la Terre comme laboratoire pour étudier le vol sur Mars », a déclaré Shkaraev.

L’équipe espère finalement que la NASA financera la mission et lui permettra de « rouler » sur la mission Mars à grande échelle déjà en cours de développement. Kling a déclaré que la nature peu coûteuse de l’effort de planeur signifie qu’il peut être rentable relativement rapidement, peut-être en années plutôt qu’en décennies nécessaires pour une mission à grande échelle.

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Podcast de cette semaine dans l'espace : Épisode 100 – À bord de Virgin Galactic dans l'espace

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Podcast de cette semaine dans l'espace : Épisode 100 – À bord de Virgin Galactic dans l'espace

sur Épisode 100 de Cette semaine dans l'espaceTarek Woroud accueille à nouveau le Dr Alan Stern du Southwest Research Institute pour partager son expérience de vol à bord d'un avion spatial privé.

Alan, planétologue et chercheur principal de la mission New Horizons de la NASA vers Pluton et au-delà, effectuera un vol spatial suborbital en novembre 2023 à bord de l'avion spatial VSS Unity de Virgin Galactic. Il explique à quoi ressemble cette expérience, ce qu'elle promet pour la future science spatiale, et bien plus encore.

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Un accident spatial signifie que les tardigrades pourraient avoir pollué la Lune : ScienceAlert

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Un accident spatial signifie que les tardigrades pourraient avoir pollué la Lune : ScienceAlert

Il y a un peu plus de cinq ans, le 22 février 2019, une sonde spatiale sans pilote était placée en orbite autour de la Lune.

Le nom de la chose Beresheet Il a été construit par SpaceIL et Israel Aerospace IndustriesIl était censé être le premier vaisseau spatial privé à effectuer un atterrissage en douceur. Parmi la cargaison de la sonde se trouvaient des tardigrades, célèbres pour leur capacité à survivre même dans les climats les plus rigoureux.

la mission Il a eu un problème depuis le débutAvec l'échec des caméras de « suivi stellaire » chargées de déterminer la direction de l'engin spatial et ainsi contrôler correctement ses moteurs. Les contraintes budgétaires ont dicté une conception raccourcie et, même si le centre de commandement a pu surmonter certains problèmes, les choses sont devenues plus difficiles le 11 avril, jour du débarquement.

En route vers la Lune, le vaisseau spatial voyageait à grande vitesse et a dû ralentir pour effectuer un atterrissage en douceur. Malheureusement, lors de la manœuvre de freinage, le gyroscope est tombé en panne, bloquant le moteur principal.

A 150 m d'altitude, Beresheet Il roulait toujours à 500 km/h, trop rapide pour être arrêté à temps. La collision a été violente puisque la sonde s'est brisée et ses restes ont été dispersés sur une distance d'une centaine de mètres. Nous le savons car le site a été photographié par le satellite LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) de la NASA le 22 avril.

Des animaux capables de (presque) tout gérer

Alors qu'est-il arrivé à tardigrades Qui voyageait à bord de la sonde ? Compte tenu de leur remarquable capacité à survivre à des situations qui tueraient presque n’importe quel autre animal, est-il possible qu’ils aient pollué la Lune ? Pire encore, peuvent-ils le reproduire et le coloniser ?

Les tardigrades sont des animaux microscopiques mesurant moins d'un millimètre de long. Ils possèdent tous des cellules nerveuses, une bouche s'ouvrant au bout d'une trompe rétractable, un intestin contenant des organismes microscopiques et quatre paires de pattes non articulées terminées par des griffes, dont la plupart sont dotées d'yeux. Malgré leur petite taille, ils partagent un ancêtre commun avec les arthropodes comme les insectes et les araignées.

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La plupart des tardigrades vivent dans des milieux aquatiques, mais on peut les trouver dans n'importe quel environnement, même dans les zones urbaines. Emmanuel Delagotchercheur au Centre national de la recherche scientifique, les récolte dans les mousses et les lichens du Jardin des Plantes à Paris.

Pour être actifs, se nourrir de microalgues comme la chlorelle, et se déplacer, croître et se reproduire, les tardigrades ont besoin d'être entourés d'une couche d'eau. Ils se reproduisent de manière sexuée ou asexuée par parthénogenèse (à partir d'un œuf non fécondé) ou même par hermaphrodisme, lorsqu'un individu (ayant à la fois des gamètes mâles et femelles) s'autoféconde.

Une fois l'œuf éclos, la vie active du tardigrade dure de 3 à 30 mois. Un total de 1265 espèces ont été décritesdont deux fossiles.

Les tardigrades sont réputés pour leur résistance à des conditions qui n’existent ni sur Terre ni sur la Lune. Ils peuvent arrêter le métabolisme en perdant jusqu’à 95 % de l’eau corporelle. Certaines espèces fabriquent du sucre, le tréhalose, qui Agit comme un antigelD’autres synthétisent des protéines censées intégrer les composants cellulaires dans un réseau de « verre » amorphe qui assure la résistance et la protection de chaque cellule.

Lors de la déshydratation, le corps d'un tardigrade peut réduire de moitié sa taille normale. Les pattes disparaissent et seules les griffes restent visibles. Cet état, connu sous le nom Cryptobiosese poursuit jusqu'à ce que les conditions de vie active redeviennent favorables.

Selon le type de tardigrade, les individus ont besoin de plus ou moins de temps pour se déshydrater et tous les spécimens d'une même espèce ne sont pas capables de reprendre une vie active. Les adultes déshydratés survivent quelques minutes à des températures aussi basses que -272°C ou jusqu'à 150°C, et à long terme à des doses gamma élevées de 1 000 ou 4 400 Gy.

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En comparaison, une dose de 10 Gy est mortelle pour l’homme, et 40 à 50 000 Gy stérilisent tous types de matériaux. Cependant, quelle que soit la dose, les radiations tuent les œufs tardigrades. De plus, la protection conférée par la cryptobiose n’est pas toujours claire, comme dans le cas de Melnésium tardigradeumLes radiations affectent de la même manière les animaux actifs et déshydratés.

Les types Melnésium tardigradeum Dans son état actif. (n'importe lequel. Shukrai, Yu. Warnken, A. Hotz-Wagenblatt, MA Groehme, S. Henger et coll. (2012)., CC par)

La vie lunaire ?

Alors, qu’est-il arrivé aux tardigrades après leur collision avec la lune ? Certains d’entre eux sont-ils encore viables, enterrés sous la lune ? Le richeDes poussières allant de quelques mètres à plusieurs dizaines de mètres de profondeur ?

Tout d’abord, ils doivent avoir survécu à l’impact. Tests de laboratoire Il a été démontré que des échantillons congelés de… Hypsibius Dujardini Les espèces se déplaçant à 3 000 km/h dans le vide ont subi des dommages mortels lorsqu'elles ont heurté le sable. Cependant, ils ont survécu à des impacts de 2 600 kilomètres par heure ou moins, et leurs « atterrissages durs » sur la Lune, qu’ils soient indésirables ou non, ont été beaucoup plus lents.

La surface de la Lune n’est pas protégée des particules solaires et des rayons cosmiques, notamment gamma, mais là aussi, les tardigrades seraient capables de résister.

En fait, Robert Wimmer-Schoengruber, professeur à l'Université de Kiel en Allemagne, et son équipe ont montré que… Les doses de rayons gamma frappant la surface de la Lune étaient constantes mais faibles Par rapport aux doses ci-dessus, 10 ans d’exposition aux rayons gamma lunaires équivalent à une dose totale d’environ 1 Gy.

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Mais se pose ensuite la question de la « vie » sur la Lune. L'ours d'eau devra supporter des pénuries d'eau ainsi que des températures allant de -170 à -190°C la nuit lunaire et de 100 à 120°C le jour.

Le jour ou la nuit lunaire dure longtemps, un peu moins de 15 jours terrestres. La sonde elle-même n’a pas été conçue pour résister à des conditions aussi extrêmes, et même si elle ne s’était pas écrasée, elle aurait cessé toute activité après seulement quelques jours sur Terre.

Malheureusement pour les tardigrades, ils ne peuvent pas surmonter le manque d’eau liquide, d’oxygène et de microalgues – et ne pourront jamais se réactiver, encore moins se reproduire. Leur colonisation de la Lune est donc impossible.

Cependant, des échantillons inactifs existent sur le sol lunaire, et leur présence soulève des questions éthiques, telles que : Matthieu Soie» souligne un écologiste de l'université d'Edimbourg. De plus, alors que l’exploration spatiale prend son essor dans toutes les directions, polluer d’autres planètes pourrait nous faire manquer la découverte de la vie extraterrestre.

L'auteur remercie Emmanuel Delagot et Cédric Houbas du Musée de Paris, ainsi que Robert Wimmer-Schoengruber de l'Université de Kiel, pour leur lecture critique du texte et leurs conseils.Conversation

Laurent Palkadirecteur de conférences, Muséum National d'Histoire Naturelle (MNHN)

Cet article a été republié à partir de Conversation Sous licence Creative Commons. Lis le Article original.

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Des fossiles d'une nouvelle espèce de dinosaure cuirassé découverts dans l'est de la Chine

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Des fossiles d'une nouvelle espèce de dinosaure cuirassé découverts dans l'est de la Chine
(Chine) 10h15, 02 mars 2024

Cette image fournie par l'équipe de recherche montre un modèle 3D d'une nouvelle espèce de dinosaure cuirassé, Datai yingliangis. (Xinhua)

BEIJING, 1er mars 2019 (Xinhua) – Des chercheurs ont baptisé un nouveau type de dinosaure cuirassé « Datai Yingliangis » après avoir découvert deux spécimens dans la province du Jiangxi, dans l'est de la Chine.

La découverte du nouveau dinosaure est un ajout important aux archives fossiles des ankylosaurines, un type de dinosaure cuirassé célèbre du début du Crétacé supérieur, selon Xing Lida, professeur agrégé à l'Université chinoise des géosciences de Pékin (CUGB).

Les deux spécimens étaient des subadultes mesurant chacun 3,5 à 4 mètres de longueur. Ils avaient tous deux une paire de cornes distinctives sur les joues.

Les troisième et quatrième vertèbres cervicales des dinosaures ont été coupées par des restes de grottes incurvés d'environ 2 cm de diamètre.

« Ces restes sont généralement des marques de grottes laissées par des mollusques ou d'autres invertébrés dans les sédiments, qui peuvent avoir simplement percé des trous dans les sédiments et sont étroitement liées à Datai yingliangis », a expliqué Sheng.

Il est intéressant de noter que les deux dinosaures ont été trouvés l’un sur l’autre, ce qui serait dû à l’enfouissement rapide de dépôts de sable éolien. « C'est probablement lié au comportement social des ankylosaures », a ajouté Xing.

L'étude a été publiée dans le Journal of Vertebrate Anatomy and Paleontology.

Cette photo prise par l'équipe de recherche le 25 février 2024 montre les fossiles d'une nouvelle espèce de dinosaure cuirassé, Datai yingliangis. (Xinhua)

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Cette photo prise par l'équipe de recherche le 25 février 2024 montre les fossiles d'une nouvelle espèce de dinosaure cuirassé, Datai yingliangis. (Xinhua)

(Éditeur Web : Tian Yi, Wu Chaolan)

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