« Wings, Venus et Mars »

Début 1800, l'ingénieur anglais (et futur aviateur) George Cayley devinait un siècle avant les frères Wright que quatre forces dictent les conditions du vol d'un aéronef dans l'atmosphère : le poids, la poussée, la trainée et la portance. 

Mais ensuite, pour voler, encore faut-il trouver les moyens de combiner les effets de ces forces qui s'opposent, tout particulièrement les forces de gravité vis-à-vis de la portance induite par les ailes d'un aéronef en mouvement.

Sur Terre, le vol atmosphérique est devenu banal en cinquante ans d'histoire aéronautique et le vol spatial suit le même chemin. En revanche, le vol dans des atmosphères autres que celles de la Terre reste exceptionnel ; on a seulement en tête les vols d'exploration de quelques rares ballons ou ceux du petit hélicoptère Ingenuity sur Mars (2021-2023).

La forme de ce « drone hélicoptère » peut surprendre. Pourquoi ne pas avoir opté pour celle d'un avion, d'un planeur ou d'un ballon comme pour les premiers vols terrestres ?

Les caractéristiques atmosphériques de Mars rendent en réalité l'exercice compliqué. Elles sont peu favorables au vol globalement ; la densité et la pression de son atmosphère très fine, composée principalement de CO₂, sont significativement plus faibles que sur Terre (respectivement 60 et 160 fois plus faibles) et varient de plus significativement avec les saisons, l'altitude ou encore... l'heure de la journée. 

Dans ces conditions, un concept d'avion « terrestre » sur Mars devrait atteindre et conserver lors de ces évolutions une vitesse de vol horizontal très élevée pour y obtenir la portance nécessaire à un vol, ce qui handicaperait alors notablement sa pilotabilité. De même, les concepts de ballon d'exploration (outre la fragilité de leur enveloppe et leur faible pilotabilité) impliquent des volumes importants et d'assez grandes dimensions et doivent exploiter des phénomènes thermiques pour évoluer dans une atmosphère peu dense. 

Même pour un concept de drone hélicoptère, l'affaire n'est pas si simple : la vitesse du son sur Mars est inférieure à celle de la Terre - ce qui réduit la vitesse de rotation maximale possible pour les hélices et donc la portance par hélice...

Mais les hélicoptères ne traversent pas les océans

Ingenuity, tout comme Dragonfly, a été construit et testé dans le but d'étendre progressivement les zones explorées par les rovers. Le petit drone Ingenuity aura ainsi parcouru 17 km en un peu plus de 2 heures de vol, soit l'équivalent de la distance couverte par le rover Perseverance en 730 jours. Mais, au-delà d'un premier test, ce choix est peu compréhensible, puisque les hélicoptères sont gourmands en énergie. La raison d'être de ces voilures tournantes vient en effet surtout de leur capacité à manœuvrer en vol stationnaire et à décoller et atterrir verticalement ; mais pour la même énergie consommée, les avions à voilure fixe vont plus loin, plus haut et emportent plus de charge. 

Les deux capacités s'avèrent nécessaires dans certaines situations, et - cette approche est de mieux en mieux maîtrisée - de nombreuses conceptions hybrident désormais les technologies pour permettre à la fois la liberté du décollage-atterrissage vertical et l'efficacité en vol de la voilure fixe.

Sur Mars, où toute une planète reste à explorer sur de très longues distances, sans la moindre piste d'aérodrome... cette hybridation serait assez bienvenue.

Et... voilà MAGGIE !

Parmi les financements d’innovation de la NASA en 2024, se trouve un avion hybride de ce type, qui devrait terminer sous peu sa première phase d’étude : le projet MAGGIE...