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rover MMX - mousse métallique crashpad - CNES.

Des mousses métalliques réalisées par voie de fonderie embarquent dans l’espace avec la mission japonaise MMX. Ces blocs en mousse d’aluminium ont pour objectif d’absorber l’énergie lors de l’atterrissage du rover sur Phobos et de protéger ainsi les panneaux solaires.

La mission MMX

La mission MMX (Mars Moon eXploration) est une mission japonaise dont l’objectif est l’exploration des deux lunes de Mars : Phobos et Déimos. Cette mission a pour but en particulier d’aider à répondre à la question de l’origine de ces lunes : capture d’un astéroïde par Mars, agglomération de matière, ou matière éjectée par un impact géant selon un processus similaire à celui qui aurait formé la Lune terrestre ?

Pour cela, la mission va coupler observations à distance, mesures in situ et analyses en laboratoire d’échantillons rapportés sur Terre. La collecte sur le sol de Phobos et le retour d’échantillons sont parmi les plus grands défis de cette mission. La date de lancement prévue est septembre 2024, pour un retour sur Terre des échantillons récoltés en juillet 2029. Le lanceur sera le lanceur H3 développé par la JAXA (Japan Aerospace eXploration Agency).

La sonde, d’un poids de 4 tonnes au total, est constituée de 3 modules : un module de propulsion, pour amener la sonde autour de Mars, un module retour, pour ramener les échantillons sur Terre, et enfin un module d’exploration des satellites de Mars.

La sonde MMX de la JAXA

La sonde spatiale emportera un petit astromobile (Rover) développé conjointement par le CNES et le DLR (German Space Agency). Le Rover MMX, de moins de 30 kg, sera largué par la sonde sur le sol de Phobos en 2026 lors d’une des répétitions d’atterrissage. Il devra alors se retourner de manière totalement autonome avant de commencer sa mission. Ce rover est codéveloppé par le CNES et le DLR.

Le rover de MMX est équipé d’un générateur solaire qui lui assure une durée de vie nominale de 100 jours à la surface de Phobos.

Le Rover MMX

Un des objectifs visés par le Rover MMX est de réduire les risques pris par la sonde pour le recueil des échantillons et faire des mesures scientifiques in-situ. Pour réduire les risques liés à l’atterrissage sur le site de collecte des échantillons, le Rover étudiera notamment la gravité locale ainsi que la contamination des éléments externes par le régolithe. Il permettra également de vérifier que l’on peut se poser sur la surface sans trop s’enfoncer et qu’il est possible de se déplacer à la surface.

Contribution de Cetim-CTIF à la protection du générateur solaire du Rover MMX

Le système d’absorption de l’énergie de l’impact, appelé Crashpad, a pour but de protéger le générateur solaire du Rover MMX lors de sa chute sur Phobos. Le Crashpad est un sous-système du générateur solaire (GS) constitué de différents blocs de mousse d’aluminium indépendants, interfacés en différents points du GS, co-conçus par le CNES et Cetim-CTIF. Les équipes de Cetim-CTIF ont montré que la technologie des mousses d’aluminium par voie de fonderie est à même de répondre au besoin.

Contraintes technologiques

Les mousses d’aluminium fournies par CTIF répondent entièrement aux contraintes techniques qui sont multiples : être constituées d’aluminium pur, dimensions de chaque cellule de mousse d’aluminium (Castfoam® K-Al-10-0,90) de 10 mm, porosité des zones en mousse de 90% +/-1% avec une masse embarquée des mousses d’aluminium précise à quelques gramme près.

Les pièces livrées finies ont été usinées par électroérosion avec des toiles d’une finesse de 1 mm. Les quatre géométries d’échantillons différentes, toutes basés sur des cellules de 10 mm en aluminium pur avec une porosité de 90%, sont illustrées ci-dessous.

Tests en laboratoire des mousses

Les blocs de mousses d’aluminium ont été testés en laboratoire pour les essais de traction et compression à différentes températures pour répondre aux différentes conditions rencontrées sur Phobos.

Géométries finales des éléments de mousse

Les géométries finales des éléments de mousse du Crashpad ont été validées par le CNES en calcul puis en test sur pièces réelles. A noter que les tests correspondent parfaitement aux calculs par éléments finis. Pour en savoir plus à ce sujet, on pourra consulter l’article « Development of a dissipative structure damp MMX rover’s impact on phobos / Simon Lemay CNES, Yves Gaillard Cetim-CTIF  » présenté à la conférence ECSSMET (European Conference on Spacecraft Structures Materials and Environmental Testing) en mars 2023 à Toulouse.

Les panneaux solaires embarqués sont protégés à différents niveaux par les blocs en mousse d’aluminium comme illustrés ci-dessous.

Remerciement

Yves Gaillard, Ingénieur Projets CETIM [pour la production de mousses métalliques] et Simon Lemay, Ingénieur Structures & Mécanique CNES.