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ALLER - RETOUR SUR MARS

(1/2 -préparation)

Les agences spatiales rêvent depuis longtemps d’envoyer des hommes sur la planète rouge. C’est, après la mission sur la Lune, le projet spatial le plus ambitieux et le plus médiatique. C’est aussi le plus controversé en raison de son coût exorbitant pour des résultats scientifiques modestes. S’il peut se faire, ce ne sera qu’avec  une forte motivation politique comme pour Apollo.
Comme aux agences gouvernementales plutôt réservées se sont joint des groupes et des entreprises privés qui communiquent beaucoup autour du projet, il est intéressant de détailler les solutions de voyage les plus crédibles pour en connaitre les difficultés et pourquoi pas, montrer les obstacles insurmontables avec la technologie et les moyens dont nous disposons.

 

FAISONS CONNAISSANCE AVEC MARS

Si Mars est une planète rocheuse comme la Terre, elle est loin de lui ressembler. C’est pourquoi nous allons débuter notre visite par un tableau de comparaison un peu rébarbatif mais bien utile pour imaginer la planète qui fait rêver tant d’humains.

 

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Propriété

Valeur martienne

Valeur terrestre (Mars en %Terre)

 Rayon moyen

3 397km 

6 378,0 km   (53,2 %) 

 Surface

144 798 500 km² 

510 072 000 km²  (28,4 %) 

 Volume

1,6318×1011 km3 

1,0832073×1012 km3  (15,1 %) 

 Masse

6,4185×1023 kg 

5,9736×1024 kg  (10,7 %) 

 Densité

3 933,5 ± 0,4 kg/m3 

5 515 kg/m3   (71,3 %) 

 Gravité de surface

3,711 m/ s2 

9,780327 m /s2   (37,9 %) 

 Vitesse de libération (équ)             

5 027 m/ s 

11 186 m /s   (44,9 %) 

 Durée du jour solaire

sol ≈ 1,027 jour 

   86 400 s   (102,75 %) 

 Inclinaison de l’axe

25,19°

23,44° 

 Demi-grand axe (orbite)

228 M.km (millions de km.)

  150 M.km   (152,4 %) 

 Excentricité

0,093

0,017   (558,4 %) 

 Période orbitale (année)

687 jours 

365,26 jours   (188,1 %) 

 Aphélie

249 M.km 

152  M.km   (163,8 %) 

 Périhélie

207 M.km 

147 M.km   (140,5 %) 

 Rayonnement solaire

492 à 715 W/m² 

1 321 à 1 413 W/m² 

 Température au sol

Moyenne   -63 °C 

14 °C 

 Température la plus élevée

-3 °C 

58 °C 

 Température la plus basse

-133 °C 

-89 °C 

 Atmosphère

Gaz Carbonique   CO²..

Azote    Oxygène  

 Pression atmosphérique

De 0,3 hPa à 11,5 hPa

  1013 hPa  niveau mer 

 Plus haut sommet

Olympus Mons # 21.000 m

Everest 8848 m 

Terre-Mars

Terre-Mars

Terre-Mars

 Distance min. Terre-Mars

56 M.km

0,37 U.A.

 Distance max. Terre-Mars

400 M.km

2,64 U.A.

 Oppositions en périhélies

22 mai 2016     92,5 M.km

27 juillet 2018     57,7 M.km

   (Distances Terre-Mars)

13 octobre 2020    62,7 M.km

8 décembre 2022     83,3 M.km

 

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Quelques remarques évidentes :

*Avec un diamètre moitié de celui de la Terre et une masse qui en est le dixième, Mars a une gravité d’un peu plus du tiers de celle que nous connaissons. Nos 60 kg sur Terre ne font que 23 kg sur Mars. [ g = (G.m).M/ r²  M et r masse et rayon de l’astre].
*Eloigné du soleil 1,5 fois plus que la Terre, Mars en subit les conséquences. On voit le soleil un tiers plus petit, son rayonnement est moitié de celui sur Terre. Les températures moyennes et extrêmes baissent considérablement.
*L’atmosphère de Mars est composée à 95% de dioxyde de carbone (gaz carbonique) et sa pression est environ 170 fois plus faible que celle mesurée sur Terre. Pas de nuages sur Mars, si ce n’est quelques trainées de cristaux de CO2. Par contre, selon les saisons, des tempêtes cycloniques soulèvent de fines poussières rouges créant un brouillard qui obscurcit la planète.

Dichotomie crustale martienne

Ce terme savant signifie que l’on distingue deux parties très différentes dans la croûte de la planète Mars. C’est évidemment important pour choisir les lieux où se poser et s’installer sur la planète. Une grande partie de l’hémisphère nord correspond à un plateau assez uniforme de croûte peu épaisse (3 à 10km) tandis que l’hémisphère sud est une ancienne zone volcanique tourmentée avec une croûte atteignant 90 km et des monts dépassant 20.000 m d’altitude.

 

PREPARONS LE VOYAGE

Nous connaissons un peu mieux Mars, alors poursuivons notre rêve comme si demain, ce voyage de près de 2 ans devenait une réalité.  Attention, ce n’est qu’un rêve !!
Il est donc temps de préparer  les astronautes en choisissant soigneusement l’entrainement, les bagages et programme du séjour. Il faudra choisir ensuite l’itinéraire  en retenant les périodes et les parcours les plus confortables.

Les saisons

L’axe de rotation de Mars est incliné comme celui de la Terre. Il y a donc des saisons mais très particulières puisque l’année martienne dure deux ans terrestres. L’orbite est plus elliptique que celle de la Terre et les saisons ont des durées différentes. L’hémisphère nord connait des saisons plus agréables que l’hémisphère sud, elles sont moins marquées et l’automne-hiver  est plus court que le printemps-été. Les hivers sont très froids dans l’hémisphère sud et on note des chaleurs relativement fortes dans le court été.

 

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Les conditions du séjour.

Elles sont sévères :
* une atmosphère voisine du vide où il n’y a rien à respirer, mais assez dense pour créer des tempêtes de poussière.
* un soleil lointain et pâlot qui réchauffe peu. La température  moyenne est de -60° avec des baisses extrêmes  en zones ombragées.
* moins visible, l’absence d’atmosphère dense et de champ magnétique laisse passer particules  et rayonnements nocifs qui viennent du soleil et de l’espace.
* pour une installation permanente, il ne faut pas oublier  la faible gravité (1/3), bien agréable pour se sentir plus léger, mais perturbatrice pour la circulation du sang, la musculature et les os.

Il faut donc tenir compte de tous ces facteurs contraignants pour l’équipement des visiteurs et la construction de la base-vie qui va les accueillir.

Les bagages.

Les voyageurs spatiaux auront peut-être  déjà fait un séjour précurseur dans la Station Internationale  ou sur la Lune, les bagages dont ils auront besoin pour leur périple seront peu différents de ceux qu’ils y ont emportés ou trouvés dans les stations. A part l’énergie affaiblie du soleil, l’environnement ne leur fournira rien  pour subsister. Ils auront des besoins en oxygène, nourriture, vêtements, hygiène et santé. Il leur faudra compter sur la base –vie comme sur le vaisseau spatial d’aller-retour pour avoir protection, logement, chaleur et distractions.
Comme ils veulent être mobiles sur Mars et faire de longues excursions, il faut ajouter à ces bagages les scaphandres et les véhicules pour se déplacer à l’extérieur de l’abri pressurisé et chauffé de la station.

 

LE TRANSPORT ET LE LOGEMENT

La technologie actuelle permet de construire les fusées adaptées au voyage vers Mars et de les équiper pour le transport sécurisé d’astronautes. La sécurité des passagers et le véhicule de retour influent lourdement sur le bilan de poids de la mission.

 

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Le transport.

Pour apprécier les moyens de transport nécessaires pour un séjour martien, rappelons qu’il faut dépenser de l’énergie (ergols ou autres) pour quitter l’orbite terrestre, faire un parcours de plusieurs mois et freiner pour se poser sur Mars. Il faut avoir en réserve le vaisseau et les ergols qui serviront au retour.
Avec les fusées réalisables actuellement (Ares V) qui pèsent 3.000 tonnes au décollage, ce ne sont que 10 à 12 tonnes qui atterriront sur Mars. Pour le plus bref séjour et la sécurité minimale des astronautes, il est  raisonnable d’envisager une mission transportant environ 100 tonnes  sur la planète rouge.
On devra  lancer pratiquement 30.000 t, soit trois fois le poids de la Tour Eiffel.
Des types de moteurs plus performants sont à l’étude, mais les plus réalistes utilisent la propulsion nucléaire et posent un important problème de sécurité en cas d’échec au lancement. Si nous souhaitons partir avant 2030, il faudra utiliser les moteurs classiques.

La fusée américaine ARES V

Pour ce voyage, plusieurs lanceurs ont fait l’objet d’études. Le projet le plus avancé est celui de la NASA dans le programme Constellation (Vision for Space Exploration-2004) où le vaisseau Orion et la famille de lanceurs Ares étaient développés pour des missions lunaires, visites d’astéroïdes et finalement martiennes après les années 2020. Il a été arrêté pour des raisons budgétaires par le Pt Obama en 2014.
Le lanceur ARES 5 pèserait 3.000t pour une hauteur de 116 met un diamètre de 10 m. Il s’inspire des composant du lanceur Delta IV avec 6 moteurs LOX-LH2 (oxygène, hydrogène liquides) et de la navette avec deux boosters à poudre. Le second étage est ré allumable pour les manœuvres en orbite et est conçu à partir des moteurs de Saturn V.

Les stations sur Mars

Pour un voyage où les poids sont calculés au plus juste, les astronautes doivent s’attendre  à des conditions de vie correctes mais spartiates. La première préoccupation est la sécurité. Les locaux sont pressurisés, climatisés et protégés le mieux possible contre les radiations. L'habitat doit avoir un sas pour s’équiper avant les sorties sur le sol martien. L’aménagement qui est défini après des essais de confinement sur Terre doit tenir compte d’un confort minimal et des besoins d’isolement et de contacts sociaux des astronautes. Chambre individuelle ou par deux avec une partie pour les affaires personnelles, locaux collectifs pour entretenir les liens sociaux et organisation précise du travail, des repos et des temps libres. L’équilibre psychologique pendant des périodes de confinement dépassant 500 jours est une préoccupation lourde de conséquences pour un tel voyage. Un soutien psychique est prévu depuis le centre de contrôle sur Terre et aussi, si possible par un membre formé de l’équipage.

 

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Les locaux sont en outre équipés de moyens techniques et de servitude pour les activités et la vie dans la base martienne et de zones de stockage pour les matières consommables, le matériel d’entretien et les pièces détachées. Disposer d’une énergie suffisante et fiable est la clé de tout séjour humain sur Mars.
Des panneaux solaires en fourniront une partie, mais des générateurs nucléaires fourniront l’essentiel. Pour les autres matières (nourriture, eau, oxygène, équipements, vêtements, médicaments, etc.), on peut prévoir un recyclage efficace, mais il faudra longtemps avant de pouvoir cultiver des légumes et exploiter les ressources de la planète.

Enfin pour les longs séjours, il faudra compenser les effets néfastes de la faible gravité par des exercices physiques réguliers. Une salle et des équipements adaptés seront installés dans la station.

 

BIENTÔT  LE DEPART !

Les principales données concernant ce qui attend les astronautes sont maintenant connues. Il est clair qu’il s’agit d’un périple dont les conditions et la complexité exceptionnelles n’ont jamais eu d’équivalent dans l’histoire humaine. Si les études et travaux faits à ce jour ont ouvert des pistes, ils n’ont pas été assez poussés pour garantir la faisabilité de ce voyage aller-retour sur Mars.
Pour compléter l’information,  la prochaine PdQ évoquera ce que pourrait être cette épopée. Il faut parler du  choix des routes possibles, des plans et calendriers de lancement, des techniques de descente sur Mars. Ne pas négliger les longs mois d’un voyage éprouvant, imaginer  un long séjour sur cette planète aride et peu hospitalière. Et surtout, organiser le retour.

Enfin, savoir « qui » propose ces voyages et évaluer la crédibilité des projets de ces “tour operators”!

 

Textes : Jack Muller - Illustrations: Internet

crédits image: http://hubblesite.org/gallery http://www.esa.int/