Un retour plus sûr dans l'atmosphère de la Terre
La résistance de l'air contribue à réduire la vitesse imprimée par la gravité aux capsules de retour sur Terre des missions spatiales. Mais la friction sur l'atmosphère des capsules qui se ruent vers le sol conduit à des températures extrêmement élevées. Les capsules pénètrent dans l'atmosphère à des vitesses supersoniques, produisant de la chaleur par le frottement des gaz environnant contre la surface du véhicule. Pour éviter que ces capsules de rentrée ne brûlent, comme le font les météorites en tombant, elles doivent entrer dans l'atmosphère sous l'angle voulu pour se ralentir. Elles doivent aussi avoir la forme adéquate et un revêtement approprié. La mise au point du bouclier thermique nécessaire pour survivre au retour a conduit au développement de plusieurs nouvelles technologies. Le projet RASTAS SPEAR («Radiation-shapes thermal protection investigations for high-speed Earth re-entry») avait pour but d'amener à maturité certaines des technologies clés. Il a aussi apporté de solides bases techniques pour la préparation des prochaines missions de retour de prélèvements. En outre, ses résultats renseignent la conception de la mission MarcoPolo-R de l'ESA, qui vise un astéroïde primitif géocroiseur. Afin de mieux comprendre les phénomènes importants dans la rentrée supersonique, le projet RASTAS SPEAR a passé en revue les capacités et les limitations des installations de test. Les souffleries à plasma supersonique peuvent reproduire l'onde de choc qui se forme à l'avant des véhicules de rentrée, ainsi que l'écoulement du gaz autour d'eux. L'étude a porté sur les principes de fonctionnement des installations actuelles, avec les méthodologies de test appliquées ainsi que l'équipement utilisé pour recueillir les mesures. Suite aux résultats de ces comparaisons, les partenaires de RASTAS SPEAR ont conçu un nouvel équipement et de nouvelles méthodologies, pour simuler les changements de pression rencontrés pendant la rentrée. Ils ont développé des modèles théoriques, basés sur des calculs de dynamique des fluides, pour analyser l'impact sur le système de protection thermique des capsules. Les chercheurs de RASTAS SPEAR ont aussi associé et testé de nouveaux matériaux déformables capables d'absorber les impacts, et des adhésifs pour assembler un système de protection thermique plus performant. Ils ont conçu un démonstrateur représentatif du bouclier thermique d'une mission de retour d'échantillons, afin de le tester dans une soufflerie à plasma. Les tests ont été conduits dans la soufflerie Scirocco de Capoue, près de Naples en Italie, l'un des rares sites au monde où ces tests sont possibles. Le démonstrateur a prouvé qu'il fonctionnait comme prévu et que la modélisation mathématique est exacte, ouvrant des possibilités séduisantes pour les missions d'exploration spatiale.
Mots‑clés
Capsule de rentrée, exploration planétaire, mission spatiale, atmosphère, soufflerie à plasma, bouclier thermique, calculs de dynamique des fluides
