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Participation d'étudiants canadiens à la NASA Academy 2010

Projets du Goddard Space Flight Center de la NASA

Projets de l'Ames Research Center de la NASA

Direction de l'ingénierie et de la gestion de projet, code P

Projet P1 : Développement d'engins spatiaux lunaires

Chercheurs principaux : Butler Hine et Will Marshall, code P

À la Division des petits engins spatiaux du Ames Center de la NASA, l'étudiant travaillera à un projet de conception et de développement d'un orbiteur ou d'un atterrisseur lunaire. L'étudiant peut contribuer à la conception et au développement d'un des sous-systèmes potentiels, y compris l'avionique, la structure, l'analyse de la trajectoire ou la propulsion. Il peut également rédiger des plans de mise à l'essai, faire l'inventaire des pièces et mettre à jour des dessins et des schémas.

L'étudiant travaillera sous la supervision d'un mentor qui discutera avec lui des méthodes et procédures à suivre, et qui l'orientera dans les tâches qu'il devra accomplir. Les tâches de l'étudiant sont vérifiées à l'occasion pendant l'exécution et elles font l'objet d'un examen de routine une fois qu'elles sont terminées.

Les activités ci-dessus s'inscrivent dans le cadre d'un projet au terme duquel des produits matériels doivent être livrés. L'étudiant travaillera avec des ingénieurs qui relèvent de nombreux défis en matière de développement.

Projet S2 : La poussière lunaire, ses propriétés de surface et sa toxicité potentielle

Chercheur principal : Friedemann T. Freund, San Jose State University, Physics Dept. et Carl Sagan Center, SETI Institute, code SGE

Lorsque des humains retourneront sur la Lune, une des principales préoccupations sera la poussière lunaire. Elle est facile à soulever et, vu la faible pesanteur à la surface de la Lune, elle met beaucoup de temps à se tasser. Ses micro et nanoparticules aux arêtes vives adhèrent à toutes les surfaces. Les plus petites d'entre elles peuvent traverser n'importe quel système de filtrage et pénétrer dans des espaces habités. Étant donné qu'elle est corrosive sous contrainte mécanique et chimiquement réactive, la poussière lunaire présente de nombreux défis.

Dans le cadre de ce projet, on vise à caractériser les centres de surface extrêmement réactifs et fortement oxydants qui découlent de la présence soupçonnée d'anions d'oxygène dans la valence 1- de la matière qui forme la surface lunaire. Ils peuvent être activés par contrainte mécanique ou par irradiation UV. On peut les étudier à l'aide de mesures électriques et spectroscopiques. On s'attend aussi à ce que les résultats de cette étude améliorent notre connaissance de la genèse des pierres de Lune il y a 4,5 milliards d'années.

Projet S4 : L'influence des facteurs associés au vol spatial sur les fonctions biologiques

Chercheur principal : Eduardo Almeida, code SLR

L'environnement spatial est un défi pour les organismes biologiques en raison des niveaux élevés de rayonnement et de la décharge mécanique des tissus en microgravité. Résultat, on peut observer de nombreux effets biologiques, même lors d'un vol spatial de courte durée, notamment l'atrophie des os et des tissus musculaires, des anomalies du système immunitaire, une morphogénèse altérée pendant le développement/la régénération des tissus, ainsi que des dommages causés à l'ADN et à d'autres molécules dans la cellule. La plupart de ces effets ont été observés en orbite basse terrestre (LEO), sous l'écran de protection contre le rayonnement de la magnétosphère terrestre, et ils seront probablement beaucoup plus graves dans l'espace lointain. Actuellement, on ne sait pas si des organismes vivants peuvent exister et s'épanouir pendant de longues périodes dans l'espace lointain et, si ce n'est pas possible, quelles sont les mesures précises de protection contre le rayonnement et de gravité artificielle ou de charge des tissus qui pourraient être utilisées pour atténuer les effets du rayonnement et de la microgravité.

Nos travaux de recherche visent à élucider la phénoménologie des effets du vol spatial sur la régénération des tissus et les mécanismes cellulaires/moléculaires en présence. Nos travaux en laboratoire comprennent deux volets particuliers : 1) des expériences au sol sur des souris afin de simuler les effets combinés du rayonnement spatial et de la microgravité modélisée par décharge mécanique des membres, et 2) des expériences dans l'espace (Foton M2 et M3) sur des tritons et des geckos pour étudier les processus de régénération et de dégénérescence des tissus dans l'espace.

Les candidats retenus auront l'occasion de participer à des analyses sur la prolifération cellulaire et la régénération des échantillons de tissus envoyés dans l'espace, ou de planifier et d'effectuer des expériences biologiques in vitro sur des cellules et des tissus pour tester l'implication de la voie de signalisation Intégrine/PI3Kinase/MDM2/p53 dans la perception des effets combinés du rayonnement spatial et de la microgravité.

À la conclusion du projet de la NASA Academy, le participant aura acquis de l'expérience dans les domaines du rayonnement et de la charge mécanique en biologie cellulaire, ainsi qu'une compréhension des problèmes reliés à la prolongation de la présence de la vie dans l'espace et des solutions possibles à ces derniers.

Projet S6 : Étude sur l'habitabilité de Mars et le potentiel de vie sur cette planète faisant appel à l'analyse de données de mission et à l'exploration de sites analogues terrestres

Projet no 1: Analyse de données de rovers d'exploration de Mars (MER)
Chercheurs principaux : Nathalie A. Cabrol et Edmond A. Grin, code SST

Les deux chercheurs principaux (CP) participent activement à la mission des rovers d'exploration de Mars (MER) à titre de membres de l'équipe scientifique. Le but général du projet est de caractériser la morphologie et la sédimentologie des roches et des sols le long du chemin parcouru par le rover dans le cratère Gusev et d'en établir la classification. Ce travail permettra d'obtenir des indices importants sur les processus aqueux, volcaniques, éoliens et autres qui ont formé et modifié ces roches et ces sols à différents temps géologiques, d'abord lorsque Mars pouvait abriter la vie telle que nous la connaissons, et plus tard, après la fin des conditions climatiques favorables (soit entre 3,7 et 3,2 milliards d'années).

L'étudiant aidera les CP à analyser les données transmises par le rover Spirit. Au cours de ce projet, il faudra analyser les ensembles de données des différentes caméras (Pancam, Navcam et Microscopic Imager [MI]), faire des travaux cartographiques et statistiques, et préparer des manuscrits en vue de leur publication. On peut trouver d'autres informations au sujet de la mission MER et des données connexes à l'adresse : http://marsrovers.jpl.nasa.gov/gallery/all/spirit.html (disponible en anglais seulement). On peut aussi consulter une introduction aux résultats de la mission et à la méthodologie associée à l'interprétation des données des différents instruments des rovers dans les numéros spéciaux de la revue Science sur les rovers Spirit et Opportunity : Science, août 2004, volume 305 no 5685, pp 737-900 : Spirit at Gusev crater; et Science, décembre 2004, volume 306 no 5702, pp 1633-1844 : Opportunity at Meridiani planum. Dans l'ensemble, les tâches confiées à l'étudiant de l'Astrobiology Academy comprennent des travaux d'observation et d'analyse, ainsi que du travail théorique. Les tâches peuvent inclure un ou plusieurs aspects de l'analyse et de l'interprétation des données obtenues par les rovers MER au cours de leur mission sur Mars. Une formation sera donnée au début du projet sur l'analyse morphologique, géologique et sédimentologique basée sur l'interprétation d'images et de données de télédétection. On exige des compétences en géologie et/ou en physique (une combinaison des deux serait préférable, mais pas obligatoire), un intérêt pour l'analyse statistique (préférée, mais pas obligatoire), ainsi qu'un vif intérêt pour l'astrobiologie, les missions sur des surfaces planétaires et l'exploration. Les candidats doivent savoir bien taper et avoir de l'expérience de l'utilisation des ordinateurs Macintosh, ainsi que de différents logiciels comme Word, Excel et Adobe Photoshop. Au besoin, une formation initiale sur l'application du NIH sera fournie. Notre équipe s'est souvent associée à long terme avec les étudiants de l'Astrobiology Academy qui, après leur stage, ont participé directement à la mission MER comme membres d'équipe à part entière.

Projet S7 : L'habitabilité de Mars dans le passé et au présent : la détection de cavernes, la géologie favorable à la formation de cavernes et abris souterrains sur Mars

Projet no 2 : Analyse des données de Mars dans la recherche d'un habitat propice à la vie
Chercheurs principaux : Nathalie A. Cabrol et Edmond A. Grin, code SST

Les résultats préliminaires d'études portant sur des cavernes terrestres ont démontré qu'elles peuvent être détectées grâce au rayonnement infrarouge thermique. On a déterminé les variations de température diurnes et saisonnières. Plus le contraste de température entre l'entrée d'une caverne et la surface environnante est grand, plus il est facile de détecter des cavernes. L'analyse d'images visuelles et thermiques révèle l'existence possible de structures semblables à des cavernes sur Mars, dont certaines présentent des caractéristiques thermiques similaires à celles de sites d'échantillonnage terrestres. Les étudiants aideront les deux CP à identifier la géologie favorable à la formation de cavernes sur Mars, des abris souterrains potentiels et des entrées possibles de cavernes en analysant les images visuelles et thermiques obtenues grâce aux sondes qui poursuivent leurs missions en orbite autour de Mars.

Les compétences exigées sont une formation en géologie et/ou en physique (une combinaison des deux serait préférable, mais pas obligatoire), et un vif intérêt pour l'astrobiologie, les missions sur des surfaces planétaires et l'exploration. Les candidats doivent savoir bien taper et avoir de l'expérience de l'utilisation des ordinateurs Macintosh, ainsi que de différents logiciels comme Word, Excel et Adobe Photoshop. Leurs efforts contribueront au succès d'un projet financé par la NASA.

Projet S8 : La vie sur Mars : le passé, le présent et le futur

Chercheur principal : Chris McKay, code SST

Notre enquête commence avec le passé humide et chaud de Mars et la possibilité qu'il ait pu y avoir de la vie sur cette planète. On peut étudier cette question ici sur Terre grâce à l'examen de sites analogues terrestres, notamment le pergélisol sibérien, les déserts polaires arctiques et les lacs qui sont couverts de glace en permanence. Les formes de vie que l'on retrouve dans des environnements extrêmes de ce genre peuvent nous donner une meilleure idée de ce que pourraient être les endroits sur Mars où la vie a été poussée dans ses derniers retranchements. Des calculs et des modèles de décomposition thermique, de transfert de chaleur et d'autres paramètres physiques ont été au cœur de ces travaux. Nous combinons la modélisation théorique, l'analyse de données d'engins spatiaux et des travaux in situ sur Terre pour mieux comprendre les conditions passées, présentes et futures sur Mars qui pourraient être favorables à la vie.

Projet S9 : Retracer l'histoire des premiers écosystèmes microbiens de la Terre

Chercheur principal : Dr Leslie Prufert-Bebout, code SXX

Les microorganismes sont les principaux moteurs de notre biosphère et ils jouent donc des rôles prépondérants dans les cycles biogéochimiques du carbone, de l'oxygène, de l'azote, du soufre et des métaux. L'organisation hiérarchique des écosystèmes microbiens détermine le rythme des processus qui façonnent l'environnement de la Terre, créent les signatures sédimentaires et atmosphériques (bio-signatures) de la vie et définissent le cadre dans lequel se sont produits les grands événements évolutifs. Pour apprendre comment les microbes jouent ces rôles sur Terre et, potentiellement, d'autres mondes, nous devons comprendre la structure et le fonctionnement des écosystèmes microbiens. Des tapis microbiens photosynthétiques jouent un rôle important depuis des milliards d'années. Ce sont des écosystèmes complets et stables dans lesquels l'énergie lumineuse absorbée au cours d'une partie d'un cycle diurne (24 heures) entraîne la synthèse d'une biomasse diversifiée et organisée spatialement. Donc, les tapis microbiens nous permettent d'étudier la façon dont les populations microbiennes s'associent pour contrôler les cycles biogéochimiques.

Ce projet comprend des expériences sur des tapis microbiens de cyanobactéries maintenus dans un environnement naturel simulé. Nous allons explorer différentes conditions qui représentent des étapes dans l'évolution à long terme (mesurée en milliards d'années) de l'environnement terrestre. On mesurera les effets de la composition de l'eau de mer, ainsi que de l'oxygène et du carbone inorganique dissous qu'elle contient sur des propriétés de l'écosystème, comme la taille des populations, le recyclage d'éléments et la production de gaz. Nous allons chercher à mieux comprendre la façon dont l'environnement influe sur les biosignatures comme les gaz atmosphériques, ainsi que les produits chimiques et les minéraux préservés dans des roches sédimentaires.

L'étudiant fera partie d'une équipe qui réalise des expériences sur des tapis microbiens. Il mesurera les taux de croissance et de migration, ainsi que la production et la consommation de différents composés chimiques clés au moyen de microélectrodes et de chromatographes. Ces mesures seront interprétées comme composants des processus écosystémiques qui peuvent varier en réponse à des changements environnementaux. L'étudiant contribuera ainsi à une meilleure compréhension de l'interaction des écosystèmes photosynthétiques anciens avec des changements environnementaux et la façon dont ces écosystèmes ont laissé des traces de leur existence.

No 1 La dynamique de l'écoulement dans les écosystèmes microbiens
Ce projet portera sur l'incidence de la dynamique de l'écoulement de l'eau sur l'intégrité physique et la structure des communautés microbiennes (tapis microbiens et stromatolithes). On accordera une attention particulière aux effets de la dynamique physique des fluides sur la sédimentation, la diffusion, la croissance microbienne et les flux gazeux dans des systèmes microbiens.

No 2 Les effets de l'environnement sur la croissance microbienne et la production de biomarqueurs
Dans le cadre de ce projet, on examinera les effets de différentes conditions de croissance (éclairement énergétique, éléments nutritifs, température, conditions d'écoulement) sur la motilité et la production de biomarqueurs dans des cyanobactéries.

Il est nécessaire d'avoir fait des travaux pratiques dans des cours de chimie et/ou de biologie, et d'avoir une bonne connaissance des logiciels de traitement de texte et de feuilles de calcul.

Projet S10 : La chimie et la physique d'un disque de poussière

Co-chercheurs principaux : Sanford Davis, NASA Ames et Denis Richard, San Jose State University

Avant de se former, les planètes, dans leur état primitif, sont un disque de poussière tourbillonnant. Pour notre projet, nous allons nous pencher sur l'évolution d'espèces chimiques dans un tel disque de poussière et sur la diffusion de la lumière solaire par les particules de poussière du disque.

Nous disposons d'un certain nombre de codes informatiques que nous utilisons pour prédire (1) l'évolution physique du disque proprement dit, y compris la température et la pression à différents points du disque, à partir de la source solaire jusqu'au rayon où les planètes froides se forment, loin du centre; (2) l'évolution chimique des atomes et des molécules binaires qui deviennent des précurseurs prébiotiques relativement complexes et l'emplacement de ces espèces par rapport au Soleil; et (3) la diffusion optique de la lumière solaire par des particules ayant des formes et des compositions diverses.

Ce projet exige un intérêt pour les mathématiques appliquées et la physique numérique, ainsi qu'une connaissance du codage FORTRAN.

Projet T1 : Études dans des environnements virtuels, Direction de la recherche sur le traitement cognitif de l'information

Chercheur principal : Stephen R. Ellis Ph. D., code THH

Projet T2 : Le projet Automatisation des opérations : Développement de prototypes de logiciels de pointe en vue de missions habitées

Chercheur principal : Jeremy Frank Ph. D., code TI

Il y a d'importants défis à relever dans la conception de logiciels pour les opérations de missions spatiales habitées et automatisées. Toutes les disciplines rattachées à l'exploitation des engins spatiaux ont besoin d'un soutien logiciel, que ce soit la thermorégulation, la gestion des systèmes d'alimentation, le contrôle d'attitude ou la planification scientifique. De plus, ces outils doivent être utilisés de façon autonome et combinée en cours de mission afin de bien gérer les objectifs changeants de l'exploitation, les imprévus et les informations nouvelles qui ont une incidence sur les plans de mission. Enfin, l'automatisation judicieuse de fonctions bien comprises peut accroître la sécurité d'une mission de façon rentable ou la productivité de l'équipe d'exploitation d'une mission, lorsque les circonstances le permettent.

Le projet Automatisation des opérations permet de développer des prototypes de logiciels de pointe en vue de l'exploitation de missions habitées. Ces prototypes comprennent des environnements logiciels pour l'élaboration, la vérification et la validation de procédures, des technologies d'automatisation de procédures, des systèmes de planification automatisés et des technologies d'interopérabilité de logiciels. Ce projet offre aux étudiants en informatique au niveau de la maîtrise et du doctorat de nombreuses occasions d'apprentissage et la chance de contribuer à la réalisation de ces outils. Ces occasions comprennent l'élaboration d'algorithmes d'automatisation et d'outils logiciels, l'analyse d'algorithmes empiriques et le développement d'infrastructures.

Projet T3 : Exploration robotique pour l'étude de la surface lunaire

Chercheur principal : Terry Fong, code TI

Le but de ce projet est d'étudier comment on peut utiliser des rovers robots comme éclaireurs déployés avant l'arrivée d'êtres humains afin d'accroître les bénéfices découlant de l'exploration de la surface lunaire.

Actuellement, la NASA prévoit envoyer de nouveau des humains sur la Lune vers 2020, dans le cadre d'un programme de missions périodiques sur la surface lunaire. Avant ces missions, on utilisera des engins spatiaux en orbite lunaire pour cartographier la surface de la Lune. Cependant, les données de télédétection ainsi obtenues n'auront peut-être pas la résolution voulue, ni l'angle de vision idéal pour permettre de planifier en détail les activités à la surface de la Lune, comme les traversées des équipages pour mener des études géologiques sur le terrain. Il sera donc important d'acquérir des données supplémentaires et complémentaires sur la surface lunaire. Une méthode permettant d'atteindre cet objectif est d'utiliser des éclaireurs robots, c.-à-d. d'utiliser un rover planétaire pour faire des sorties de reconnaissance avant l'arrivée des humains. Pendant ces sorties, des instruments montés sur les robots peuvent servir à examiner la surface à des résolutions et à partir de points de vue impossibles à obtenir en orbite. Plusieurs possibilités de recherche sont offertes pendant l'été, selon les intérêts et les antécédents du participant, soit étudier :

(1) les répercussions sur les missions Apollo 11 à 17 qu'aurait eu l'utilisation de sondes robots avant ou après ces missions, en intégrant des données historiques de mission à des analyses par simulation;

(2) le concept de missions d'éclaireurs robots, la sélection des sites et l'élaboration de scénarios sur la surface lunaire en vue de missions futures potentielles;

(3) le développement de logiciels pour l'analyse et la visualisation des données du rover K10 du Ames Center de la NASA utilisé lors d'essais terrestres sur le terrain.

Ce projet convient à un étudiant qui s'intéresse à la robotique et/ou à la géologie sur le terrain. Le projet est parrainé par la Direction de la technologie d'exploration, mais il est de nature interdisciplinaire et il exigera une interaction avec des scientifiques et avec des concepteurs de technologies.

Projet T4 : Systèmes d'interface d'engins spatiaux intelligents (ISIS)

Chercheur principal : Rob McCann, code TH

Le laboratoire des systèmes d'interface d'engins spatiaux intelligents (ISIS) du Ames Research Center de la NASA propose d'employer un étudiant pour l'été dans le cadre du programme de la NASA Academy au Ames Center pour l'exploration spatiale. Un des objectifs du laboratoire ISIS est d'enregistrer et de classifier les caractéristiques oculomotrices (c.-à-d. les mouvements des yeux) des opérateurs pendant qu'ils font l'acquisition d'informations encodées à partir d'affichages visuels dans la cabine pour appuyer l'exploitation d'engins spatiaux ciblés et qu'ils réagissent à ces informations. On utilise ces données pour créer un modèle de performance oculomotrice humaine (HOP pour Human Oculomotor Performance) du comportement d'extraction d'information visuelle qui saisit, simule et prédit la variabilité du comportement d'échantillonnage de l'information entre les observateurs (séquences et durées de fixation). Cet été, nous prévoyons étendre le modèle HOP pour simuler les répercussions sur la performance des niveaux de vibrations considérables qui peuvent se manifester lors du lancement d'Orion, le successeur de la navette spatiale. L'étudiant sera appelé à analyser et à comprendre les données perceptuelles et les données de performance recueillies auprès d'astronautes et de sujets du grand public soumis à différents niveaux de vibrations. Les données à analyser peuvent inclure des bandes vidéo des opérateurs, des fixations des yeux et des résultats de simulations du modèle HOP après des modifications de paramètres ciblés. Cette expérience donnera à l'étudiant la chance de comprendre les défis associés à une approche axée sur l'humain dans le développement des concepts opérationnels pour les engins spatiaux de prochaine génération.