NASA : l’hélicoptère Ingenuity était encore plus révolutionnaire que prévu

En fin de semaine dernière, la NASA a annoncé que l’aventure martienne du petit hélicoptère Ingenuity était terminée, suite à un crash provoqué par une rupture de la communication avec son partenaire Perseverance. Mais tous les acteurs du projet peuvent tout de même être très fiers des innombrables exploits de leur petit protégé, qui est notamment devenu le premier engin à voler sur une autre planète.

Pour les ingénieurs, c’est aussi l’occasion de se repencher sur les innovations qui leur ont permis d’accoucher d’une telle merveille. Récemment, c’est Teddy Tzanetos qui s’est livré à l’exercice lors d’une interview à Ars Technica.

Un interlocuteur particulièrement qualifié pour parler d’Ingenuity, et pour cause : il est le responsable de l’équipe qui a produit ce petit bijou au Jet Propulsion Laboratory(JPL). Il s’agit du légendaire laboratoire de la NASA à qui l’on doit la plupart des formidables créations de l’agence — y compris le fameux James Webb Space Telescope. Et il a livré quelques informations savoureuses au sujet du petit hélicoptère.

Le vol sur mars, un immense casse-tête

Il était déjà évident qu’Ingenuity était un appareil formidable, comme en témoignent ses états de service et sa longévité, tout simplement époustouflants. On se doutait également que la conception avait dû être un énorme casse-tête pour bien des raisons. Ses créateurs ont dû jongler avec une montagne de contraintes quasiment irréconciliables.

Par exemple, il devait être à la fois suffisamment léger pour s’élever dans l’atmosphère martienne, environ 100 fois moins dense que celle de la Terre. Tout sauf évident, puisqu’il devait embarquer une quantité considérable d’instruments et surtout un rotor puissant, capable de tourner beaucoup plus vite que ceux des hélicoptères terrestres pour compenser la finesse de l’air.

Et c’est sans compter les panneaux solaires, les batteries, le système de communication et les différents éléments structuraux qui protégeaient ses entrailles délicates des assauts de la poussière martienne.

L’ordinateur de bord, un problème central

On peut donc se demander comment le JPL a pu résoudre cette équation en apparence insoluble. Car traditionnellement, la légèreté n’est pas vraiment la priorité des ingénieurs lorsqu’il s’agit de concevoir du matériel destiné aux engins spatiaux. C’est même tout le contraire. Pour des raisons évidentes, ils privilégient systématiquement la fiabilité aux dépens de la masse.

On le constate par exemple au niveau du RAD750, un ordinateur de bord qui est utilisé dans de nombreux véhicules spatiaux. On peut citer le rover martien Curiosity, le JWST, ou encore Perseverance, l’acolyte d’Ingenuity tout au long de son épopée sur la Planète rouge. Ce dispositif conçu par IBM embarque un CPU modeste par rapport aux ordinateurs grand public, avec 10,4 millions de transistors capables de traiter 266 millions d’opérations par seconde.

Mais ce qu’il perd en puissance de calcul brute, il le récupère en termes de robustesse. Il est capable d’encaisser environ 1000 grays de radiations, ce qui équivaut à environ 500 000 ans d’exposition au rayonnement de fond sur Terre. Il peut aussi fonctionner dans une large gamme de températures (-55 °C à 125 °C), le tout avec un budget énergétique d’à peine 10 W. Un véritable tank par rapport à votre ordinateur personnel.

Le problème, c’est que le RAD750 pèse environ 450 grammes. Négligeable pour un rover comme Perseverance ou un engin orbital comme le Webb… mais beaucoup trop lourd pour Ingenuity, dont le poids ne pouvait pas dépasser les 2 kg.

Une puissance de calcul record

Les collègues de Tzanetos ont donc été forcés d’improviser. Ils ont pris une décision rarissime dans l’aérospatiale : sacrifier ce matériel conçu spécifiquement pour l’espace, et se rabattre sur un processeur grand public. Leur choix s’est porté sur un Snapdragon 801, un CPU pour smartphone lancé par Qualcomm en 2015. Avec moins de 30 grammes sur la balance, il était déjà beaucoup plus approprié à la mission d’Ingenuity.

Forcément, l’équipe a été forcée de concevoir de nouveaux éléments structuraux pour protéger cet élément beaucoup plus exposé aux contraintes de l’espace. Mais le jeu en valait la chandelle, car ce parti-pris présentait aussi un avantage majeur. En effet, la puce de Qualcomm est beaucoup, beaucoup plus performante que celle du RAD750.

À tel point que selon Tzanetos, Ingenuity était tout simplement l’engin le plus puissant jamais déployé par le laboratoire, y compris le JWST qui est en train de révolutionner l’astrophysique — et de très loin ! « Le processeur d’Ingenuity est 100 fois plus puissant que ceux de tous les autres appareils que le JPL a envoyés dans l’espace profonde à ce jour… combinés », explique-t-il à Ars Technica.

Une nouvelle philosophie aux implications profondes

Ils ont également adopté une approche similaire au niveau d’autres composants comme les batteries. Et ce pari osé a plus que payé. Malgré ce matériel pas spécifiquement conçu pour l’espace, Ingenuty s’est montré exceptionnellement robuste. Avant son regrettable accident, il a eu le temps d’enchaîner 72 vols — près de quinze fois plus que ce que les ingénieurs en attendaient à l’origine !

Nous savions déjà que le grand succès du petit hélicoptère allait inspirer toute une nouvelle dynastie d’engins volants, ouvrant ainsi une nouvelle ère de l’exploration spatiale. Mais à la lumière de ces nouvelles informations, il apparaît désormais que son héritage pourrait aller encore plus loin.Cela va peut-être encourager la NASA à reconsidérer toutes les normes qui gouvernent la conception du hardware spatial.

À l’avenir, cette approche pourrait déboucher sur des engins encore plus légers et performants à absolument tous les niveaux, lançant ainsi une révolution technologique encore plus importante que prévu. Une preuve supplémentaire que ce petit engin qui ne payait pas de mine mérite largement sa place au Panthéon des sciences spatiales.

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