La Nasa utilise sur Mars des technologies beaucoup plus « grand public » que ce vous pensez. Le rover Perseverance et son compagnon, l’hélicoptère Ingenuity, embarquent en effet des tas de composants technologiques « grand public ». Partons à leur rencontre.

Votre smartphone et le robot martien Perserverance ont plus en commun qu’on ne pourrait le croire. Contrairement à ce que l’on pourrait penser, l’astromobile de la Nasa arrivée le 18 février 2021 sur mars n’embarque en effet pas que des composants de pointe taillés sur mesure par l’agence spatiale américaine, certains viennent très littéralement du magasin électronique du coin.

Dans un entretien qui revient sur la genèse de l’hélicoptère Ingenuity, Timothy Canham (ingénieur sénior à la Nasa) explique que « dans certains cas, nous avons littéralement commandé des pièces chez SparkFun (un magasin d’électronique américain NDLR.) en nous disant ‘c’est du matériel commercial, mais on va le tester et si ça fonctionne on l’utilise. »

Un processeur de smartphone dans Ingenuity

L’anecdote peut faire sourire, mais elle n’est pas si étonnante. Des contraintes de coût et de temps obligent parfois la Nasa et ses partenaires à opter pour du matériel « grand public » plutôt que de développer ses propres composants. Ingenuity est ainsi équipé d’un processeur bien connu des technophiles : le Snapdragon 801 de Qualcomm. Cette puce sortie en 2014 se retrouve dans des téléphones tels que le LG G3 ou le OnePlus One. Pas un composant de première jeunesse, mais tout de même nettement plus puissant que l’antédiluvien PowerPC 750 que l’on retrouve dans le rover Perseverance.

« Nous disposons en fait de performances de calcul supérieures à ce qu’on trouve sur le rover, car nous en avons besoin » pointe Timothy Canham en précisant que le vol, la capture ainsi que l’analyse d’image demandent une puissance de calcul importante. La Nasa a donc opté pour le système de Qualcomm dédiée aux drones puisqu’il embarque « de puissantes fonctionnalités de vol autonome » indispensable à la mission d’Ingenuity.

Le système Qualcomm au sein d’Ingenuity // Source : NASA/JPL-Caltech

Mais le Snapdragon 801 n’est pas le seul composant commercial à être allé sur Mars. Le module SuperCam en charge de capturer les photos de la planète rouge, contient aussi des technologies grand public. Contribution française du CNES à la mission martienne, ce module est équipé de la caméra « Caspex » (pour CAmera for SPace EXploration) qui contient un capteur photo CMOS CMV 4000, commercialisé par l’entreprise AMS CMOSIS.

Le CMOS, c’est magique

« Le temps de développement a été extrêmement court pour SuperCam, on a donc eu recours à des produits commerciaux pour accélérer les choses », nous explique Pernelle Bernardi, ingénieure au Laboratoire d’études spatiales et d’instrumentation en astrophysique (Lesia) à l’Observatoire de Paris et femme en charge du développement de SuperCam. La fenêtre de tir pour aller sur Mars étant relativement réduite, le CNES a donc choisi un capteur CMOS de 4 Mpx disponible « sur étagère » plutôt que de développer une solution maison.

La caméra CASPEX développée par le CNES // Source : CNES / Cedic Virmontois

Les capteurs photo CMOS sont ceux employés dans tous nos smartphones actuels et grâce à l’industrie mobile cette technologie est devenue suffisamment performante et peu chère pour partir sur Mars. « Sur toutes nos nouvelles missions, on regarde de près ce qu’il y a sur étagère parce que ça nous coûte beaucoup moins cher. Ensuite, on qualifie nous-même les composants », ajoute Cédric Virmontois, un des experts du CNES qui a travaillé sur Caspex.

Mars, environnement hostile pour la technologie

« Qualifier » un composant, dans le langage de l’exploration spatiale, ça signifie le tester et valider son emploi pour une mission. « Quand on utilise des composants commerciaux, on en achète un lot venant de la même usine et du même fondeur, on en choisit un certain nombre qu’on va faire ‘souffrir’ [soumettre à des tests rigoureux, ndlr], et si tout se passe bien on considère que le lot est bon », détaille Pernelle Bernardi. Ce processus de « qualification par lot » est essentiel pour s’assurer que chaque composant survivra à l’impitoyable environnement martien. « Généralement, les composants sur étagère fonctionnent entre -20 et 100 degrés. Nos tests à nous sont effectués entre -55 et +125 degrés » pointe Cédric Virmontois.

« Nos instruments ne sont peut-être pas les plus performants, mais ce sont les plus robustes »

En plus des radiations et des problèmes de températures, il faut aussi prendre en compte les problématiques liées au décollage et à l’atterrissage de l’appareil qui provoquent des vibrations et des chocs « Il faut dimensionner l’instrument pour être sûr que rien ne se casse ou ne se désaligne », résume Pernelle Bernardi. Une fois sur Mars il est en effet impossible de réparer quoi que ce soit. « Nos instruments ne sont peut-être pas les plus performants, mais ce sont les plus robustes. Imaginez, vous faites un instrument ultra performant, mais après un mois ça tombe en panne. Votre mission est fichue », continue l’ingénieure responsable de SuperCam.

Les composants destinés à partir sur Mars doivent donc répondre à des critères stricts. « L’environnement martien peut créer des courts-circuits qui viennent griller les composants. On a donc mis une sorte de disjoncteur autour du capteur, qui permet de couper la consommation de courant en cas de problème », illustre Cédric Virmontois. Le capteur photo en lui-même n’a pas été modifié en revanche, il est structurellement identique en tout point à ceux que l’on utilise sur terre. D’ailleurs « les astronomes amateurs achètent ce type de capteur CMOS », s’amuse l’ingénieur.

15 dollars pour enregistrer du son sur Mars

Sur les 23 caméras utilisées pour la mission, 19 sont équipés de capteurs CMOS venant du commerce. « Il y a un seul capteur d’image maison, c’est celui qui regarde les étoiles », philosophe l’expert du CNES. « Ces caméras doivent tenir le coup pendant trois ans, voire plus, donc le niveau de qualification a été plus intense que celui pour les caméras d’atterrissage qui ont été allumées une grosse heure en tout. »

Il en va d’ailleurs de même pour les composants embarqués dans Ingenuity. La durée de mission de l’hélicoptère martien n’étant que de 30 sols (soit 31 jours terrestres), les processus de qualification ont été moins strictes.

La liste des composants commerciaux que l’on retrouve sur Mars ne s’arrête pas là. Le premier son jamais capté sur Mars ? Enregistré avec un micro EK-23132 venant de chez Knowles et vendu 15 dollars. « On a entendu Mars avec des micros commerciaux », glisse en souriant Pernelle Bernardi.

Et l’histoire n’est pas prête de s’arrêter là, le rover Rachid, que les Émirats arabes unis veulent envoyer sur la Lune en 2024, sera équipé du même capteur photo que son cousin martien. « Le CMOS et la Caspex ont une longue vie au sein des missions spatiales », prophétise la responsable de SuperCam.

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