MARS DIRECT, le vrai projet de la NASA pour aller sur MARS - Partie 2
On peut atteindre la planète rouge en seulement une décennie avec des engins relativement petits, lancés directement vers Mars avec des fusées de même technologie que celles qui ont envoyé l'homme sur la Lune il y a 25 ans. Pour réussir,il faut voyager léger et utiliser au maximum les ressources de l'endroit que l'on explore. Découvrez le Scénario Mars Direct
Topographie de Mars © Nasa
Des années 50 à nos jours, tous les projets d'exploration de Mars par l'homme prévoyaient d'énormes vaisseaux capables d'embarquer tout le carburant nécessaire à ce grand voyage d'une durée de 2 ou 3 ans.
La taille des vaisseaux était incompatible avec un lancement direct et nécessitait donc un assemblage en orbite Terrestre. De gigantesques stations spatiales devaient être envisagées pour stocker les énormes quantités de carburant et pour abriter les astronautes qui allaient assembler le vaisseau.
De tels scénarios étaient évidemment extrêmement coûteux et devaient être étalés sur plusieurs décennies. Un de ces projets, connus sous le nom "Rapport des 90 jours" a été développé à l'initiative du président Bush en 1989 dans le cadre de "l'initiative pour l'exploration spatiale (SEI)" et a été évalué à 450 milliards de dollars.
Vaisseau Galactica © Carter Emmart
Mais, pour envoyer l'homme sur Mars, ni vaisseaux futuristes type « Guerre des étoiles », ni nouvelles technologies miraculeuses ne sont nécessaires. On peut atteindre la planète rouge en seulement une décennie avec des engins relativement petits, lancés directement vers Mars avec des fusées de même technologie que celles qui ont envoyé l'homme sur la Lune il y a 25 ans. Pour réussir, nous devons tout simplement utiliser les recettes qui ont fait le succès des programmes d'exploration Terrestre : voyager léger et utiliser au maximum les ressources de l'endroit que l'on explore.
En partant de ce principe, Robert Zubrin, avec une équipe d'ingénieurs de Martin Marietta Astronautics (devenu depuis Lockheed Martin Astronautics), a entamé une nouvelle étude au printemps 1990, appelée Mars Direct. Ce plan évite les nombreux et coûteux détours. Pas besoin d'assembler un gigantesque vaisseau spatial en orbite basse. Pas besoin de "station-service spatiale". Pas besoin de grands hangars spatiaux ni de station spatiale surdimensionnée. Pas besoin de base lunaire pour aller sur Mars.
Éviter tous ces détours permet de gagner environ 20 ans sur les projets "traditionnels" et permet de réduire les coûts de manière significative. Le coût de développement du matériel nécessaire à Mars Direct peut être grossièrement estimé à 20 milliards de dollars, plus 2 milliards pour chaque expédition. Ces 20 milliards, répartis sur 10 ans, correspondent à 7% du budget spatial civil et militaire actuel des États-Unis.
- Janvier 2014 :
Le nouveau lanceur « Ares », réalisé à partir d'éléments existants, se dresse sur le pas de tir à Cape Canaveral. La fusée rappelle un peu la vieille Saturne V qui a permis à l'homme d'aller sur la Lune. « Ares » a environ la même capacité de mise en orbite, mais profite des progrès technologiques de ces 20 dernières années. Les 4 moteurs principaux et les 2 boosters sont directement issus de la navette spatiale.
Ares 1 © The Mars Society
Mise à feu des moteurs. « Ares 1 », en s'arrachant avec fracas dans un immense jeu de feu et de fumée, donne le signal de départ d'une nouvelle ère spatiale. Loin au dessus de l'atmosphère, l'allumage du moteur à hydrogène et oxygène liquide de l'étage supérieur expédie vers Mars les 45 tonnes du véhicule de retour sur Terre (ERV= Earth Return Vehicule). Cette première mission est inhabitée.
Ce premier module comporte également un petit générateur électronucléaire monté sur un rover, une centrale chimique de production de carburant à partir de l'atmosphère martienne, et quelques petits rovers scientifiques. La cabine de l'ERV est équipée de tout ce qui est nécessaire à un équipage de 4 membres pour un voyage de 8 mois vers la Terre. Le décollage de Mars et l'élancement vers la Terre consommeront 96 tonnes de méthane et d'oxygène alors que l'ERV n'amènera de Terre que 6 tonnes d'hydrogène liquide nécessaires à la production du carburant sur place.
- Septembre 2014 :
Voyageant à une vitesse moyenne de 27 km/s, l'ERV atteindra Mars après un voyage de 6 mois. Un freinage aérodynamique mettra le véhicule en orbite martienne. Cette phase de vol sera utilisée pour tester une dernière fois tous les équipements de bord et attendre une météo optimale pour un atterrissage dans les meilleures conditions.
Alors, à l'aube d'une belle journée sans nuage de poussière, avec des ombres au sol bien dessinées et un vent faible, l'entrée dans l'atmosphère sera commandée. L'ERV utilisera à nouveau son bouclier thermique jusqu'à ce que le véhicule atteigne une vitesse subsonique. A ce moment-là des parachutes seront déployés pour freiner la chute. A quelques mètres du sol l'allumage des rétrofusées permettra un atterrissage en douceur sur le sol rouge de Mars. La première mission de l'ERV peut alors commencer : remplir les réservoirs de carburant en utilisant l'air ténu de Mars.
Parachutes de freinage © Nasa
Les contrôleurs sur Terre vont tout d'abord installer le générateur électronucléaire à quelques centaines de mètres de l'ERV à l'aide du rover sur lequel il est monté. Ce générateur, d'une puissance de 100 Kilowatt, fournira alors l'énergie au module de production de carburant.
L'air martien est composé de 95% de dioxyde de carbone. En combinant ce dioxyde de carbone avec l'hydrogène amené de la Terre, le module produira du méthane et de l'eau. Cette réaction de "méthanation" est une réaction chimique simple, mise en œuvre dans l'industrie dès 1890. Lorsque l'hydrogène liquide amené de la Terre aura été complètement consommé, une seconde unité de l'installation permettra la séparation de l'eau produite par la "méthanation" en hydrogène et oxygène. L'oxygène sera stocké comme comburant alors que l'hydrogène réalimentera la réaction de "méthanation" pour produire plus de méthane et d'eau.
Afin d'obtenir le rapport idéal oxygène/méthane, une troisième unité extraira l'oxygène du dioxyde de carbone martien. Six mois plus tard, en utilisant la ressource martienne la plus facilement accessible, son air, le module de production de carburant aura transformé les 6 tonnes d'hydrogène liquide en 108 tonnes de méthane et d'oxygène. Cette quantité de carburant sera suffisante pour propulser le véhicule de retour vers la Terre et fournir 12 tonnes de carburant aux véhicules de prospection.
- Février 2016 :
Treize mois après son lancement, le véhicule de retour, réservoirs pleins, attend son premier équipage. Le deuxième volet de cette première mission consistera à repérer et préparer un terrain propice à l'atterrissage de la mission habitée. Dans ce but plusieurs petits robots équipés de caméras et de sismographes fourniront aux responsables sur Terre les données nécessaires au choix du site. L'endroit retenu sera équipé d'un transpondeur radar qui servira de balise de guidage pour un atterrissage en toute sécurité.
- Avril 2016 :
Le lanceur « Ares 3 », coiffé d'un vaisseau baptisé « Beagle », en hommage au bateau qui emmena Charles Darwin dans son périple historique, se dresse à Cape Canaveral. Il y a quelques semaines, une fusée « Ares 2 » s'élançait dans le ciel de Floride, emportant sous sa coiffe un ERV de secours similaire à celui « d'Ares 1 ». Alors que « Ares 2 » file dans l'espace vers Mars, une immense foule attend avec impatience le décollage du vaisseau qui emmènera les 4 premiers hommes sur Mars.
La partie principale de "Beagle" est le module d'habitation, qui ressemble à un gros tambour. Constitué de deux ponts de 2,50 m de haut et de 8 m de diamètre, il offre une surface habitable d'environ 100m², et permet l'hébergement confortable un équipage de 4 personnes. Le module est équipé d'un système de support vie qui recycle l'oxygène et l'eau (similaire à celui de la station spatiale ISS) et est approvisionné en nourriture pour un voyage de 3 ans. De grandes quantités de rations de secours déshydratées sont aussi prévues. « Ares 3 » emmènera également un véhicule d'exploration pressurisé, permettant de travailler en manches de chemise, équipé d'un moteur à combustion interne brûlant du méthane et de l'oxygène.
Complètement approvisionné, « Beagle » a une masse de 25 tonnes. L'équipage sera constitué d'un biogéochimiste, d'un géologue/planétologue, d'un ingénieur de vol/pilote, et d'un homme à tout faire. Ce dernier sera le commandant de bord et aura une formation initiale d'ingénieur de vol. Il pourra également administrer des traitements médicaux de base et aura des notions dans les domaines scientifiques poursuivis par la mission.
À bord de "Beagle", l'équipage se prépare au voyage qui les ramènera sur Terre dans 2 ans et demi. Cette durée correspond environ à celle qui était nécessaire aux grands explorateurs des siècles passés pour faire le tour du monde.
Mise à feu et décollage « d'Ares 3 ». Après quelques minutes de vol, séparation et allumage de l'étage supérieur qui propulsera le vaisseau sur sa trajectoire martienne. Quatre hommes sont en route vers Mars.
- Octobre 2016 :
Après 180 jours de vol, le module d'habitation atteindra Mars et commencera les manœuvres d'aérocapture pour se mettre en orbite. L'équipage aura pour objectif d'atterrir sur le site présélectionné près de l'ERV, qui est parti vers Mars en 2014. Si, à cause d'un événement imprévu, l'atterrissage ne pouvait avoir lieu à l'endroit prévu, trois options de secours seraient possibles. Premièrement, si l'atterrissage a lieu à moins de 1000 km du site prévu, l'équipage pourra simplement rejoindre l'ERV à bord du rover pressurisé qui a une autonomie de cet ordre. Dans le cas très improbable ou les astronautes manqueraient leur cible de plus de 1000 km, la deuxième option pourra être envisagée.
Module d'habitation © The Mars Society
Le deuxième ERV, lancé par « Ares 2 » sur une trajectoire plus lente que "Beagle", se placera en orbite martienne après l'atterrissage de ce dernier. Même si l'équipage avait atterri de l'autre coté de la planète, ce second ERV pourrait être manœuvré pour qu'il atterrisse près d'eux. Finalement, dans le pire des cas, une troisième solution pourrait être envisagée. Étant donné que des vivres pour 3 ans ont été embarqués dans « Beagle », l'équipage serait en mesure d'attendre l'envoi d'un autre ERV qui pourrait être lancé en 2018.
L'atterrissage réussi de "Beagle" permettra de poser l'ERV 2 comme prévu, à 800km de l'ERV 1, où il commencera à remplir ses réservoirs. Cette distance est assez élevée pour ouvrir un nouveau site d'exploration, mais également assez proche pour qu'il puisse servir de secours à l'équipage numéro 1. L'ERV2 sera utilisé par la deuxième expédition qui arrivera en 2019 accompagnée de l'ERV 3 pour ouvrir un troisième site.
L'équipage de « Beagle » restera 500 jours à la surface de Mars. Contrairement aux missions martiennes conventionnelles, basées sur un vaisseau mère en orbite et de petits modules d'atterrissage, Mars Direct place tout l'équipage à la surface de Mars, où les astronautes pourront explorer la planète et apprendre à vivre dans l'environnement martien. Personne ne sera laissé en orbite ou ils seraient exposés au rayonnement cosmique et à l'apesanteur. Un retour d'urgence anticipé n'est donc pas à envisager (en cas de problème, l'habitat martien est conçu comme un refuge, en attendant le secours de la mission suivante).
Sceranio d'habitation © The Mars Society
La durée de séjour permettra de s'atteler à des tâches qui augmenteront considérablement nos connaissances et prépareront les explorations futures et éventuellement la colonisation de la planète. Les études géologiques commenceront à lever le voile sur l'histoire climatique de Mars et révéleront peut-être quand et comment cette dernière a perdu son climat plus doux et humide. La prospection de minerais et d'autres ressources sera également entreprise. Mais avant tout les astronautes partiront à la recherche de dépôts de glace facilement extractibles ou, même mieux, de nappes d'eau géothermiques souterraines. On sait que Mars possède des océans d'eau gelée dans le sous-sol sous la forme de permafrost. Si l'on découvrait de l'eau facilement accessible, il ne serait plus nécessaire d'importer l'hydrogène pour la fabrication de carburant. Il serait également possible d'envisager l'agriculture sous serre lors de l'établissement d'une base permanente. Une serre gonflable expérimentale fera d'ailleurs partie de cette première mission.
Ressources © APM/R.Heidmann
Mais l'exploration qui retiendra le plus l'attention de la Terre sera certainement la recherche de vie martienne. Des photos de Mars prises en orbite montrent des lits de rivières asséchés, et indiquent ainsi que l'eau a coulé à la surface de la planète. Des indices portent à croire que cet épisode relativement doux et humide s'est déroulé durant le premier milliard d'années d'existence de la planète. Soit une durée considérablement supérieure à celle qui fut nécessaire à l'émergence de la vie sur Terre. Certaines théories actuelles suggèrent que l'évolution de la matière inerte vers le vivant est un processus qui se déclenche avec une grande probabilité lorsque les conditions y sont favorables. Si ceci est vrai, alors des chances que la vie ait évolué sur Mars existent.
© Nasa
La recherche de la vie sera intensive et sera orientée vers de nombreux sites. Les lits de rivières et les lacs asséchés auraient pu être les dernières oasis d'une biosphère décadente et pourraient contenir des fossiles. Les couches de glaces d'eau qui recouvrent le pôle nord pourraient contenir des organismes bien préservés. Des nappes d'eau souterraine, si elles existent, pourraient même aujourd'hui, héberger des organismes vivants.
Le rover pressurisé © Nasa
Pour trouver des ressources et des signes de vie, les explorateurs martiens devront parcourir de grandes distances. Le rover pressurisé et le carburant disponible permettront de parcourir environ 24000 km. De petits robots télécommandés pourront au passage être déposés sur des sites intéressants. Les personnes restées à la base, ou même ceux restés sur Terre, pourront ainsi continuer l'exploration de ces sites à distance.
- Mars 2018 :
Un an et demi après leur arrivée, les astronautes grimperont à bord de l'ERV et décolleront vers la Terre. Ils laisseront derrière eux Mars Base 1, avec un stock de méthane et d'oxygène qui pourra être utilisé par des missions futures, ainsi que tout leur appareillage scientifique.
- Janvier 2019 :
Peu de temps après le retour sur Terre du premier équipage, la deuxième expédition atteint Mars pour installer Mars Base 2. Cette seconde mission se posera à 800 km de Mars base 1 et explorera de nouveaux territoires. Elle pourra également rejoindre la base numéro 1 pour continuer des expériences qui n'auraient pas pu être achevées par le premier équipage.
Tous les 26 mois, deux fusées Ares seront mises à feu. Une pour emmener un nouvel équipage avec son module d'habitation, l'autre pour expédier un véhicule de retour pour préparer la mission suivante. Avec le temps, les connaissances recueillies durant ces expéditions permettront d'envisager l'établissement d'une base permanente et la colonisation de Mars.