Des chercheurs de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign ont développé un outil pour mesurer la densité de poussière qui s’élève lorsque les propulseurs des atterrisseurs interagissent avec les surfaces planétairespendant la phase d’atterrissage.
Étant donné que les caméras et autres équipements optiques n’offrent pas de mesures précises, car ils sont « aveuglés » par d’épais nuages de poussière, cet instrument, qui est un interféromètre radar à ondes millimétriques, offre une meilleure alternative pour analyser avec précision la poussière et les débris.
Pour une application lunaire, l’outil il pourrait être monté entre les jambes du vaisseau spatial ou utilisé pendant le processus de descente. De cette façon, il pourrait collecter des données d’interaction avec le nuage de poussière avant l’atterrissage du vaisseau spatial. Le chercheur Nicolas Rasmont a déclaré :
D’autres techniques de mesure existent, mais notre instrument s’applique aux nuages de particules trop denses pour les mesures optiques, mais trop minces pour les techniques multiphasiques opaques de pointe telles que les rayons X ou l’IRM. Il est également capable de réaliser plusieurs milliers de mesures par seconde.
Le projet a été soutenu par la NASA grâce à une subvention FINESST (Future Investigator in Earth and Space Science and Technology).
Diagramme conceptuel des étapes du processus d’étalonnage. (a) Phase d’étalonnage optique. (b) Phase d’étalonnage du radar.
L’intuition de l’interféromètre radar
L’instrument scientifique s’appelle Radar Interferometry For Landing Ejecta (RIFLE) et son développement a commencé il y a quatre ans, en 2020. Comme l’a déclaré Rasmont, l’interféromètre radar génère des ondes d’une longueur d’onde de 3,8 mm.
RIFLE est basé sur la technologie radar à ondes continues modulées en fréquence (FMCW) entièrement intégrée, qui fonctionne entre 77 et 81 GHz. L’onde voyage à travers le nuage dense de particules projetées par les propulseurs des atterrisseurs lors de leur atterrissage sur la surface d’une planète. Après avoir traversé le nuage de particules, l’onde est réfléchie et captée à nouveau par l’interféromètre qui détecte les particules et leur concentration.
Bien que l’interférométrie radar soit largement utilisée en télédétection, RIFLE est le premier projet dans lequel l’interférométrie radar est appliquée à des nuages denses de particules pour la dynamique des fluides, selon Rasmont.
Diaphragme à fente entraîné par piston utilisé pour l’étalonnage de l’interféromètre radar. Crédits : Transactions IEEE sur la théorie et les techniques des micro-ondes
Je teste tous les interféromètres
Pour s’assurer que l’interféromètre fonctionnait, l’équipe a mené une expérience pour mesurer la temps de vol (temps de vol) entre l’émetteur et le récepteur pour une « obstruction connue » en utilisant une technique optique.
Les chercheurs ont utilisé un diaphragme à fente pour générer un très fin rideau de concentration connue (déjà établie par l’équipe) de poussière, une caméra et une source de lumière. La caméra peut voir les ombres des particules. Avec un grossissement assez élevé, il est possible de remarquer des particules individuelles et d’inclure leurs ombres.
Enfin, connaissant la concentration d’un seul rideau de poussière, il est possible d’en ajouter d’autres afin d’obtenir un seul nuage de particules, de concentration et de taille connues, à analyser.
Un outil utile dans le cas du régolithe lunaire
La surface de la Lune est le résultat de nombreux processus d’altération spatiale. Il s’agit des collisions de micrométéoroïdes, de la pulvérisation du vent solaire et du rayonnement des rayons cosmiques. La partie la plus fine du régolithe lunaire, mesurant plusieurs dizaines de microns, est communément appelée poussière lunaire.
C’est exactement ce qu’il a a causé des difficultés lors des missions Apollo habitées selon les descriptions des astronautes. Les poussières lunaires représentent donc, dès le début de l’exploration Sélénique, un danger important lors des missions habitées. Cet interféromètre radar pourrait-il « révolutionner » l’approche de l’alunissage dans un avenir proche ? La réponse est oui !
Exemple de durabilité humaine sur la Lune : une représentation artistique de la réalisation d’activités au sein d’une base lunaire. Crédits : ESA – P. Carril
En effet, une fois proche de la surface, le panache de gaz supersonique provenant des propulseurs de l’atterrisseur soulève une grande quantité de régolithe. Cette expulsion de poussière résultant de la dissolution de la couche superficielle solide est susceptible de provoquer des abrasions, des blocages du matériel environnant et une réduction de la visibilité pour les astronautes. Et enfin aussi compromis sur les capteurs d’atterrissageavec pour conséquence un risque de perte de vies humaines.
Pouvoir compter sur un instrument de ce type associé à d’autres instruments de tests scientifiques nous permettrait de mieux comprendre encore comment fonctionne la levée de la poussière lunaire. En outre, cela offrirait la possibilité de mieux étudier la composition et les zones dans lesquelles elle est la plus concentrée et pour quelles conditions.
Le disposer pour les prochaines missions lunaires pourrait vraiment faire la différence en créant en toute sécurité la durabilité sur la Lune que nous attendons si ardemment.
L’intégralité de l’étude mise à jour peut être consultée OMS.
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