Projet "Mars Zéro-G"

Principe de l'expérimentation

Pour réaliser notre objectif, à savoir démontrer qu’il existe une solution élégante et viable à la création de gravité artificielle au sein d’un vaisseau spatial, nous avons dû concevoir et réaliser un démonstrateur du type du vaisseau étudié. Ce démonstrateur est destiné à être largué et être déployé en condition d'apesanteur, de manière à lui faire atteindre son mouvement de rotation permanent, "de croisière".
Le démonstrateur que nous devions construire devait donc être constitué de deux modules, reliés entre eux par un câble rétractable via un treuil situé dans l'un des modules.
Par ailleurs, nous devions imaginer un dispositif permettant de mettre en rotation puis de larguer le démonstrateur. C'est le rôle du lanceur.

L'environnement

L'expérimentation recquiert d'être réalisée en condition d'apesanteur et dans des conditions de frottement les plus proches possible de celle de l'espace.
Sur Terre, le seul moyen de se mettre dans ces conditions est à bord d'un avion effectuant des trajectoires particulières en forme de parabole, ce qui permet de générer à son bord de condition de micro-pesanteur.
L’expérience sera ainsi réalisée dans l’avion « Zéro G » de NOVESPACE, lors de la Campagne de Vol d'octobre 2013 organisée par le CNES. Le dispositif sera enfermé dans un espace délimité par des filets, pour minimiser le risque que constituent des objets flottant librement. La durée de micro-pesanteur "réelle" durant une parabole est assez courte, environ 20 secondes, mais un vol comprend plus de 30 paraboles. Charge à nous d'exploiter au mieux toutes ces paraboles.

Dispositif expérimental

Le dispositif expérimental consiste principalement de deux grandes parties :

- Le démonstrateur

Le démonstrateur consiste en la maquette du vaisseau.

- Le lanceur

Le dispositif lanceur sert à mettre en rotation le démonstrateur puis à le larguer.

Principe

Le principe de l'expérience est le suivant : D'abord, utiliser le lanceur afin de mettre le démonstrateur en rotation en condition d’impesanteur.
Une fois la vitesse de rotation atteinte, le lanceur lâche le démonstrateur et s’en écarte. Dès lors, le démonstrateur tourne sur lui-même librement sans qu’aucune force ne s’exerce sur lui. Son dispositif de rapprochement se déclenche, et il se contracte. Sa vitesse de rotation augmente alors. Sa contraction s’arrête lorsque sa vitesse de rotation est devenue suffisamment grande.

L’expérimentation consiste à observer la trajectoire du démonstrateur tout au long de la période d’impesanteur disponible, ainsi qu’à mesurer la gravité artificielle générée à l’intérieur de ses modules, à l’aide d'accéléromètres qui y sont placés.


L’expérimentation commence au tout début de la phase d’impesanteur :

1ère étape :
Mise en rotation du démonstrateur {modules + câble} à l’aide du lanceur, jusqu’à atteindre la vitesse de rotation initiale nécessaire

2ème étape :
- Déclenchement par un opérateur du dispositif de largage des modules : le lanceur lâche les deux modules et s’écarte de ces derniers.
- Rapprochement des modules sous l’effet du ressort situé dans le module 1 (dit « habité »), augmentation de la vitesse de rotation du démonstrateur sous l'effet du principe de conservation du moment cinétique.
- Arrêt progressif du mouvement de translation des modules sous l’effet des frottements internes au treuil.
- Observation et enregistrement vidéo du mouvement du démonstrateur pendant toutes la durée de l’expérimentation.

3ème étape : Fin de la phase d’impesanteur
Le démonstrateur tombe au sol sur le bâti.

Intercycle court :
Une fois que tout est immobile et que la trajectoire de l’avion s’est stabilisée, le démonstrateur est récupéré.
Commence alors la préparation de la prochaine itération de l’expérimentation.

Intercycle long :
Une fois que tout est immobile et que la trajectoire de l’avion s’est stabilisée, le démonstrateur est récupéré. Les capteurs en sont extraits, leur contenu est transféré sur une tablette graphique.
Commence alors la préparation de la prochaine itération de l’expérimentation.