Projet : MARS ONE

Mars One est un projet visant à installer une colonie humaine sur la planète Mars et l'occuper dès 2024. Le projet a été lancé par l'ingénieur néerlandais Bas Lansdorp, le credo des fondateurs du projet est qu'une mission spatiale habitée vers Mars, projet envisagé mais régulièrement repoussé par la NASA pour des raisons de coût et de faisabilité technique, est réalisable dès aujourd'hui à des coûts relativement modérés (6 milliards de dollars américains pour la première phase1) en utilisant des techniques existantes et des composants déjà développés notamment par la société SpaceX. Une particularité du projet est qu'il est prévu qu'il soit financé grâce à une exploitation médiatique de l'expédition, sur le modèle de la téléréalité.

Les responsables du projet ne fournissent actuellement[Quand ?] pas de détails crédibles sur la manière dont seraient résolues les contraintes techniques et financières qui ont jusqu'ici empêché la réalisation d'un projet de ce type.

Le projet controversé Mars One prévoit d’envoyer des colons sur Mars pour une mission sans retour. Plus de 200 000 candidats s’étaient portés volontaires pour partir coloniser la planète rouge. Suite aux sélections, il en reste actuellement 100 pour 24 places. Ensuite ils seront divisés entre 3 et 6 groupes pour entamer une formation d’astronaute et de colons martiens. Cette étape devrait être diffusée sous la forme d’une télé-réalité pour contribuer au financement. Mars One a eu le mérite de lancer le débat du voyage spatial sans retour et elle a vraiment contribué à l’intérêt du grand public pour envoyer l’homme sur Mars. L’effet médiatique est retombé pour Mars One qui s’est plutôt fait discrète en 2016. Actuellement les programmes de la NASA ou encore de SpaceX semblent mieux partis pour aboutir. Toutefois rien n’a été abandonné, le projet est toujours en cours avec un rachat par une société Suisse et une nouvelle feuille de route.


Techniques

Mars One indique s'appuyer sur des technologies existantes, cependant :

   du fait du caractère très ténu de l'atmosphère martienne, il n'existe pas de technique opérationnelle permettant de faire atterrir un vaisseau de plus d'une tonne sur Mars. Or le poids à vide d'une capsule SpaceX Dragon est de 4,2 tonnes. Des technologies permettant de s'affranchir de cette contrainte sont à l'étude comme le bouclier thermique gonflable, qui permet d’accroître le freinage durant la rentrée atmosphérique en augmentant la surface du bouclier, ou la propulsion à vitesse supersonique (moteur-fusée), qui permet de démarrer les rétrofusées à haute altitude. Mais ces technologies n'ont fait l'objet, au mieux, que de tests à échelle réduite (bouclier gonflable) dans des conditions ne reproduisant pas les conditions martiennes. Leur arrivée à maturité nécessite des investissements et des moyens financiers importants et beaucoup de temps (sans doute pas moins d'une décennie) pour garantir leur fonctionnement avec une probabilité de succès compatible avec l'emport d'équipage ;
   avec les méthodes les plus sophistiquées existantes (grue volante de Mars Science Laboratory), les vaisseaux qui atterrissent sont dispersés dans un rayon de plusieurs kilomètres et peuvent se poser sur des sites ne permettant pas leur déplacement ultérieur ;
   les systèmes de production de carburant et d'oxygène in situ (ISRU) n'en sont qu'au stade expérimental. Au milieu des années 2000 dans le cadre du programme Constellation de la NASA, un échéancier des travaux de recherche à mener et des tests à réaliser avait fixé à 2019 l'utilisation sur la Lune de tels systèmes et une décennie plus tard pour sa mise en œuvre sur Mars. Peu d'avancées ont été réalisées depuis ;
   les systèmes de production de nourriture in situ n'en sont qu'au stade expérimental sur Terre et demandent des installations de très grande dimension. Une tentative relativement réaliste comme Biosphère II, qui imposerait des coûts gigantesques s'il fallait la transposer sur Mars (masse énorme), a été un échec total. Au 65e congrès d'aéronautique à Toronto, cinq étudiants du MIT ayant très sérieusement étudié toutes les données du projet Mars One, rendent un rapport selon lequel les astronautes mourront environ 68 jours après leur atterrissage sur Mars. Le projet prévoit la culture de nombreuses plantes pour s'alimenter, ce qui créerait une grosse quantité d'oxygène en milieu fermé, très toxique pour les astronautes. Bas Lansdorp, le responsable du projet, a rétorqué qu'il mettrait au point un système de ventilation permettant d'évacuer l'oxygène vers l'extérieur et d'éviter ainsi la mort des astronautes, tout en reconnaissant lui-même qu'un tel système n'existe pas à ce jour.


Humaines

L'expérience acquise par les astronautes dans les stations spatiales a démontré que la santé mentale et physique d'équipages pourtant triés sur le volet est affectée par les séjours de longue durée dans l'espace :

   les séjours dans une capsule de la taille de la capsule Dragon n'ont jamais excédé une dizaine de jours. Les séjours de longue durée dans des stations spatiales (Station spatiale internationale, Mir) d'équipages sélectionnés notamment pour leur aptitude à rester rationnel dans un monde clos, isolé et stressant ont permis de constater que tous sont affectés au bout de quelques mois par la situation. Plusieurs missions ont été interrompues ou certains équipages ont connu des situations très éprouvantes sur le plan psychologique malgré l'existence de liaisons en temps réel avec des équipes de soutien psychologique et médical au sol. Mêmes les sujets les plus solides se replient sur eux-mêmes au bout de quelques mois ce qui affecte la capacité opérationnelle de l'équipage. Les futurs spationautes de Mars One vont affronter des situations psychologiques beaucoup plus éprouvantes. Les équipages des stations spatiales disposent en effet d'un espace habitable nettement plus important que ce qui est envisagé pour les équipages de Mars One. Les communications en temps réel depuis Mars sont impossibles (un véritable dialogue est impossible avec un délai de communication de plusieurs dizaines de minutes). Les équipages des stations spatiales peuvent revenir dans un délai de quelques jours sur Terre alors que le délai atteint plusieurs années depuis Mars et que le retour n'est pas prévu du tout dans le cadre du projet Mars One. Le stress lié au risque est sans commune mesure avec celui des équipages tournant en orbite basse ;
   le trajet vers Mars durera 7 mois. Grâce à l'expérience des séjours de longue durée des équipages de la station spatiale internationale, nous savons que les astronautes qui retrouvent la gravité après un tel délai sont fortement handicapés sur le plan physique durant plusieurs semaines ;
   en se fondant sur les mesures effectuées durant le trajet de la sonde spatiale Mars Science Laboratory entre la Terre et Mars, une étude NASA/SwRI estime le niveau de radiations reçues durant un tel trajet à 1.8 milliSievert/jour 10,11 soit 378 milliSieverts pour un trajet de 7 mois (dans l'industrie nucléaire la dose maximale est fixée à 20 milliSieverts/an aux États-Unis et à 12 mSv en Europe). Le projet de nanosatellite "Mars Flyby Cubesat" dirigé par l'ESEP et l'université nationale Cheng Kung de Taïwan a pour mission de relever la quantité de radiation sur la gamme 50 MeV - 500 MeV afin de vérifier la faisabilité de vols habités vers Mars12. Le projet est actuellement[Quand ?] en phase B ;
   les conséquences à long terme sur l'organisme d'une gravité de 0,38 g ne peuvent qu'être extrapolées à partir des données des astronautes de l'ISS.

Une nouvelle feuille de route  (MAJ septembre 2017)

Le 7 décembre 2016 on apprenait que Mars One avait levé 10 millions de dollars à la bourse de Franckort pour la sélection des 24 candidats et pour commencer à développer de nouvelles technologies. Avec cette s’annonce une nouvelle feuille de route a été dévoilée. Elle est plus réaliste que la précédente au vu l’état d’avancement du projet. Initialement une mission habitée devait partir en 2026, elle est repoussée en 2031. Cette année sera consacrée à la sélection des 24 derniers colons potentiels. A partir de 2018, ils seront embauchés par Mars One pour devenir les premiers habitants de Mars. La télé-réalité devrait montrer la formation et la préparation de ces pionniers.

Les grandes lignes du projet Mars One

Citation :

2022: Mission de démonstration sans pilote. Mars One utilisera la même conception de plate-forme que pour la mission de la NASA Phoenix de 2007, et elle prévoit de travailler avec le même fournisseur (Lockheed Martin).

2024: Envoi d’un satellite de communication.

2026: Envoi d’un Rover qui sélectionnera l’emplacement de la base habitée. Envoie d’un second satellite de communication.

2029: Envoi de matériel et d’un second rover. Les deux rovers prépareront ensemble l’arrivée de l’équipage. Les systèmes de survies (eau, oxygène…) devront être opérationnels avant le départ des premiers astronautes.

2031: Le premier équipage de quatre astronautes sera envoyé vers Mars. Le voyage devrait durer sept mois.

2032: Atterrissage historique sur Mars du premier équipage humain et du matériel pour le  suivant.

2034: Atterrissage de la deuxième équipe et du matériel pour la troisième.

Mission habitée vers Mars

Quelques équipements d'une mission sur Mars : véhicule pressurisé, habitat et vaisseau de retour (scénario NASA).
Le vaisseau utilisé par l'équipage pour se diriger vers Mars (scénario NASA 2009).



La réalisation d'une mission spatiale habitée vers Mars constitue un des objectifs à long terme fixés à l'astronautique depuis ses débuts. Initialement thème de science-fiction, il est devenu pour certains, à la suite du débarquement de l'homme sur la Lune en 1969, la prochaine étape de la conquête spatiale. Mais la réussite de ce projet demande des moyens financiers encore bien supérieurs à ceux du programme Apollo, lui-même lancé grâce à un concours de circonstances particulièrement favorable (guerre froide, embellie économique). Un vol habité vers Mars est également un défi technique et humain sans commune mesure avec une expédition lunaire : taille des vaisseaux, système de support de vie fonctionnant en circuit fermé sur de longues durées (900 jours), fiabilité des équipements qui ne peuvent être réparés ou dont la redondance ne peut être systématiquement assurée, problèmes psychologiques d'un équipage confiné dans un espace restreint dans un contexte particulièrement stressant, problèmes physiologiques découlant de l'absence de gravité sur des périodes prolongées ainsi que l'effet des rayonnements sur l'organisme.

Depuis le début des années 1960, différentes études sur le sujet ont été réalisées et ont exploré les scénarios et les solutions techniques. Plusieurs points sont particulièrement débattus : trajectoire en opposition ou en conjonction, recours à la propulsion nucléaire, taille de l'équipage, utilisation de l'aérocapture pour se freiner à l'arrivée sur Mars, méthode d'atterrissage sur Mars, production du carburant du voyage de retour in situ, nombre et tonnage des engins spatiaux à lancer. Les avant-projets les plus aboutis émanent de la NASA, forte de son rôle de pionnier et agence spatiale civile la mieux dotée, qui affine une solution lourde (Mars Design Reference Architecture) nécessitant de placer entre 850 et 1 250 tonnes en orbite terrestre basse via une dizaine de lancements, mais également de groupes de passionnés regroupés dans des associations comme la Mars Society qui préconisent une solution moins coûteuse, "Mars Direct", ou "Mars Semi-Direct" ne nécessitant que deux, trois ou quatre lancements selon les versions. Tous ces scénarios nécessitent que des technologies clés soient développées et testées notamment l'aérocapture, la dépose de masses élevées sur le sol martien et l'extraction des ressources à partir de l'atmosphère ou du sol martiens.

Il existe par ailleurs un débat de fond sur la justification d'un tel projet qui, selon les uns, est une formidable aventure humaine s'inscrivant dans l'Histoire de l'humanité, de la vie et des civilisations, mais qui, selon les autres, doit mobiliser des ressources financières énormes et présente des risques importants alors que des missions robotisées ont démontré une réelle efficacité.

Durée du séjour sur Mars : scénarios de conjonction ou d'opposition

La trajectoire retenue a un impact direct sur la durée de la mission, sur le système de propulsion interplanétaire et sur la quantité de carburant emportée. Ce choix répond à plusieurs contraintes économiques et scientifiques :

   il est nécessaire de consommer le moins de carburant possible pour effectuer le trajet Terre-Mars. Selon la trajectoire retenue, l'impact peut être considérable sur la quantité à emporter et sur la taille du vaisseau ;
   le séjour de l'équipage dans l'espace interplanétaire doit être minimisé : un séjour prolongé augmente les risques d'exposition aux radiations. Si le vaisseau ne comporte pas de dispositif de gravité artificielle, la décalcification peut poser problème ;
   la durée de séjour sur le sol martien doit être suffisante pour que des travaux scientifiques approfondis puissent être réalisés ;
   la durée totale de la mission a un impact sur la quantité de ravitaillement à emporter.

Le choix de la trajectoire est contraint par les règles de la mécanique spatiale :

   Mars se déplace sur une orbite située à l'extérieur de celle de la Terre et sur le même plan que celle-ci. Sa distance avec la Terre varie fortement : lorsqu'elle se situe derrière le Soleil vu de la Terre, elle se trouve à 400 millions de km (plus de mille fois la distance Terre-Lune parcourue en 3 jours par les astronautes du programme Apollo), tandis qu'elle n'est éloignée que de 56 millions de km lorsqu'elle occupe la position relative opposée ;
   les deux planètes se déplacent à des vitesses considérables sur leur orbite (près de 30 km/s pour la Terre, 21 km/s pour Mars). Cette vitesse est communiquée au vaisseau lorsqu'il décolle de la Terre. Ceci rend impossible avec les capacités des fusées actuelles d'effectuer une route directe vers Mars qui nécessiteraient d'annuler en partie l'énorme vitesse acquise au départ ;
   en première approximation, la trajectoire qui consomme le moins de carburant consiste à lancer le vaisseau sur une orbite elliptique qui tangente l'orbite terrienne au départ et l'orbite martienne à son arrivée (orbite de Hohmann). Cette trajectoire ne peut être parcourue dans un temps raisonnable que lorsque les positions relatives de la Terre et de Mars sont dans une configuration particulière. Il s'écoule près de 2 ans entre deux configurations favorables. Le temps mis par un vaisseau pour parcourir le trajet Terre-Mars dans la configuration la plus favorable tout en réduisant la consommation de carburant au minimum est de 258 jours. En dépensant beaucoup de carburant, mais dans des limites raisonnables, on peut réduire cette durée à 180 jours.





Compte tenu de toutes ces contraintes, il existe deux scénarios de mission :

Le scénario de conjonction

   L'équipage décolle au moment le plus favorable et atterrit sur la planète Mars au bout de 180 jours de voyage. Il séjourne 550 jours sur le sol martien jusqu'à l'ouverture de la fenêtre de lancement la plus favorable. Le trajet de retour dure également 180 jours. La durée totale de la mission est de 910 jours.

Le scénario d'opposition

   Le trajet aller se déroule dans les mêmes conditions que l'autre scénario. La durée du séjour sur Mars est minimisée tout en restant compatible avec l'atteinte d'objectifs scientifiques soit environ 30 jours. Le trajet de retour s'effectue dans une configuration beaucoup plus défavorable : il dure 430 jours et nécessite de bénéficier de l'assistance gravitationnelle de Vénus. Le seul avantage de cette mission est de réduire sa durée totale à 640 jours ce qui limite dans l'esprit de ses auteurs le temps d'exposition aux rayonnements.

Le scénario de conjonction a largement la préférence des scientifiques. Le scénario d'opposition qui ne permet qu'un séjour d'environ 30 jours sur le sol martien ne permet pas de réaliser l'exploration de l'ensemble de la zone pouvant être atteinte grâce aux systèmes de mobilité mise à disposition de l'équipage. Ce scénario limite la possibilité de recueillir des échantillons de sol prélevés à grande profondeur grâce à la foreuse. La brièveté du séjour ne permet pas de réorienter les recherches en fonction des découvertes ou d'optimiser de manière itérative les échantillons de sol et de roche collectés. À l'opposé les deux seuls inconvénients sont une exposition plus longue des astronautes aux rayons cosmiques et un coût légèrement supérieur

Les systèmes de propulsion

La capacité d'un vaisseau dans l'espace à modifier sa trajectoire est conditionnée par la masse d'ergols qu'il emporte et qui est utilisée par ses moteurs-fusées à chaque fois qu'il faut accélérer mais également décélérer. Les changements de vitesse requis pour une mission sur Mars avec retour de l'équipage sur Terre sont très importants. Or avec une propulsion chimique classique il faut sacrifier pratiquement 50 % de la masse sous forme d'ergols pour modifier la vitesse de 2 km/s. Les scénarios développés dans les différentes études de mission spatiale vers Mars proposent différents systèmes de propulsion et des options pour réduire la masse d'ergols à embarquer :

   utilisation de la propulsion chimique (cas du scénario de Space X). L'avantage est une poussée forte et efficace. En augmentant un peu la quantité d'ergols par rapport au minimum requis pour aller vers Mars, on montre que la durée du voyage peut être réduite de 8 mois à 5 ou 6 mois. Au-delà, la pénalité de masse devient très importante ;
   utilisation de la propulsion nucléaire thermique pour les phases d'accélération/décélération entre la Terre et Mars qui permet de bénéficier d'une impulsion spécifique pratiquement doublée (910 secondes au lieu de 455 s avec un moteur dérivé de la technologie du NERVA). La masse du réacteur nucléaire et les panneaux de protection contre les radiations qui en émanent constituent cependant un handicap ;
   utilisation des propulseurs ioniques alimentés par une centrale électrique (panneaux solaires ou petit réacteur nucléaire). L'avantage est de réduire la masse d'ergols à embarquer, mais au détriment de la durée du voyage ou de la complexité du scénario, avec par exemple un rendez-vous en orbite haute terrestre entre le vaisseau interplanétaire et une capsule amenant les astronautes, ceci pour éviter la longue montée en orbite du vaisseau à propulsion ionique ;
   production sur le sol martien à partir de l'atmosphère d'une partie des ergols nécessaires pour remonter en orbite.

Aérocapture et aérofreinage

Le recours à la technique de l'aérocapture est une alternative à l'utilisation des moteurs qui consomment un carburant précieux : quand il arrive à proximité de Mars, le vaisseau longe la planète à une altitude suffisamment basse pour que la densité de l'atmosphère martienne exerce une pression aérodynamique qui le ralentisse suffisamment pour le placer en orbite autour de la planète. C'est une technique très délicate qui nécessite une navigation très précise pour ne pas soumettre le vaisseau à une agression thermique trop importante, qui pourrait entraîner la perte du vaisseau ou au contraire ne pas ralentir suffisamment ce qui renverrait le vaisseau sur une trajectoire de retour ou une orbite de très grande excentricité. Une contrainte supplémentaire est que la décélération doit être supportable par l'équipage (limite fixée à 5 g par la NASA).

L'aérofreinage est une option intermédiaire qui consiste à passer plus haut dans l'atmosphère martienne, ce qui conduit à une orbite allongée en sortie et nécessite un freinage propulsif complémentaire et plusieurs autres passages pour atteindre l'orbite finale recherchée.

Utilisation des ressources martiennes

Banc d'essai d'une mini-usine de production d'oxygène et d'eau à partir d'hydrogène et de CO² (NASA).
Prototype de réacteur nucléaire en test à la NASA en 2018 fournissant 1 kW d'électricité. La chaleur, produite par la fission d'uranium-235, est transportée par du sodium puis convertie en énergie par des moteurs Stirling.

Le dernier scénario de la NASA comme celui de la Mars Society prévoient la production de consommables à partir des ressources disponibles sur Mars. L'utilisation des ressources in situ (en anglais ISRU) permet de réduire de manière importante la masse à déposer sur Mars. Les produits fabriqués seraient en premier lieu une partie de l'eau et de l'oxygène consommés par les astronautes et en second lieu le carburant utilisé pour remonter de la surface de Mars jusqu'à l'orbite basse. Selon R. Zubrin, en utilisant la réaction de Sabatier (CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O) suivie d'une électrolyse (2H2O → 2H2 + O2) permettrait en utilisant 6 tonnes d'hydrogène emporté sur place avec du dioxyde de carbone de l'atmosphère de Mars de créer sur une durée de 10 mois jusqu'à 112 tonnes d'un mélange de méthane et d'oxygène utilisé comme ergols par le moteur-fusée. Les équipements produisant ces consommables seraient prépositionnés plusieurs mois avant l'arrivée de l'équipage à la fois pour permettre de s'assurer de leur bon fonctionnement et produire à l'avance les consommables nécessaires

Taille et composition de l'équipage

Le facteur psychologique est un risque important dans une mission martienne :

   le stress est intense :
       les risques sont très importants et presque permanents (panne d'un système vital),
       une fois que le vaisseau a quitté l'orbite terrestre, l'équipage est livré à lui-même : si l'expédition n'est pas sur le chemin du retour, un abandon en cours de mission ne permettrait de revenir dans le cas le plus favorable (expédition en orbite martienne ou au sol au moment le plus favorable des positions Terre-Mars) qu'au bout de 6 mois (avec transit accéléré) et dans le cas le plus défavorable qu'au bout de 3 ans ;
   le dialogue avec des interlocuteurs sur Terre en temps réel devient impossible : le délai de communication est de 3 à 20 minutes selon les positions respectives de la Terre et de Mars4, et toute communication devient même impossible (phénomène de blackout) lorsque le Soleil s'interpose entre les deux planètes (sauf à disposer d'un coûteux réseau de télécommunications par satellite) ;
   l'équipage est confiné pour une période exceptionnellement longue (910 jours dans le scénario de conjonction) dans un espace très restreint.

Les membres d'équipage doivent être très soigneusement sélectionnés à la fois en fonction de leur aptitude à résoudre des problèmes, mais aussi à adopter le bon comportement en situation critique ou conflictuelle. L'expérience des missions de longue durée à bord des stations spatiales a démontré que, malgré le recours à des critères psychologiques pour la sélection des astronautes, des conflits pouvaient survenir. Les critères de sélection pour une mission martienne restent difficiles à établir. Il y a par ailleurs débat sur la nécessité ou non de sélectionner un équipage mixte et multiculturel (russe/américain par exemple).

Un dépistage approfondi de problèmes médicaux potentiels, pouvant aller jusqu'à un examen génétique, est réalisé car le risque d'apparition d'une maladie est élevé compte tenu de la longueur de la mission.





Selon les scénarios résultant des études connues, l'équipage comporte de 3 à 6 personnes (4 pour Zubrin, 6 pour le scénario de référence de la NASA). La limite supérieure est déterminée par le surcroît de masse que nécessite un équipier supplémentaire. Le nombre minimum découle de la gestion des risques (double redondance), de la somme des tâches à réaliser et des spécialités à maîtriser. Compte tenu du nombre de paramètres de la mission aujourd'hui non définis, ces chiffres sont purement indicatifs. Selon la NASA, les spécialités suivantes devront être maîtrisées par au moins une personne et constituer une spécialisation secondaire pour d'autres personnes : chirurgien/médecin, géologue, biologiste, mécanicien, électricien/électronicien, commandement. Zubrin recommande un équipage de 2 mécaniciens (la survie de la mission dépend de la capacité de l'équipage à venir à bout des pannes), un géologue et un biogéochimiste. Zubrin fait l'impasse sur des spécialistes pratiquant exclusivement la médecine, le pilotage ou uniquement dédiée au commandement de l'expédition

Exposition à l'impesanteur


Durant le trajet aller-retour Terre-Mars, la pesanteur est par défaut nulle dans le vaisseau transportant l'équipage. L'impesanteur sur des périodes prolongées provoque des décalcifications qui rendent les os fragiles et une atrophie des muscles y compris ceux du cœur. D'après l'expérience acquise grâce aux séjours prolongés d'astronautes dans les stations spatiales, ceux-ci ne récupèrent pas immédiatement après leur retour sur Terre. Ce phénomène peut être éliminé en créant une gravité artificielle.

Pour créer celle-ci, la solution la plus simple consiste à embarquer une petite centrifugeuse à bras court (solution préconisée par l'ESA et le CNES) et à obliger les astronautes à une exploitation régulière.

Une autre solution consiste à mettre le vaisseau en rotation autour de son axe principal (les parois latérales deviennent alors le plancher). L'inconvénient de cette solution est que le faible diamètre de la station engendre des effets très perturbants : différence de gravité entre la tête et les pieds (gradient de gravité), force de Coriolis rendant les déplacements difficiles11. R Zubrin, entre autres, propose dans Mars Direct de tirer un câble entre un étage de fusée vide et l'habitat et de mettre l'ensemble en rotation lente recréant une gravité artificielle dans le vaisseau par le biais de la force centrifuge générée.

La création d'une gravité artificielle engendre une complexité accrue du système de transport entre la Terre et Mars dès lors que l'on souhaite créer un champ de gravité non perturbant. Les expériences accumulées grâce aux stations spatiales montrent que l'homme semble s'accommoder de l'absence de pesanteur sur de longues périodes même si cela suscite des dommages irréparables. La NASA, compte tenu de la relative brièveté du transit Terre-Mars n'a pas prévu de créer un champ de gravité artificiel

Le trajet Terre-Mars

Le transit entre la Terre et Mars
Le transit entre la Terre et Mars consomme beaucoup de carburant pour accélérer et décélérer à l'aller les vaisseaux nécessaires à l'expédition et lancer le vaisseau de retour jusqu'à l'orbite terrestre. La recherche d'une propulsion plus efficace peut faire gagner des centaines de tonnes sur la masse à placer en orbite basse terrestre. Parmi les technologies envisagées la propulsion nucléaire thermique permet théoriquement un gain important tout en étant relativement réaliste. Cette technologie est celle retenue dans le scénario de référence de la NASA ("DRA 5.0"). L'impulsion spécifique de ce type de propulsion (900 s.) est le double des meilleurs systèmes chimiques de propulsion utilisés aujourd'hui (couple hydrogène/oxygène) ce qui signifie que si la masse à vide est identique pour les 2 types de propulsion, il faut embarquer 2 fois moins de carburant pour produire la même poussée. Des expériences ont été menées dans les années 1960-1970 autour du moteur NERVA, qui démontre la faisabilité, mais il existe cependant des inconvénients majeurs : la masse du moteur est pénalisante, les réservoirs d'hydrogène, très volumineux, complexifient une éventuelle aérocapture, il faut augmenter la protection contre les radiations et enfin il faut démarrer le réacteur nucléaire à plus haute altitude pour des raisons de sécurité. D'autres techniques prometteuses sont en cours d'étude, comme le propulseur VASIMR, mais leur mise en œuvre sur des étages de grande taille n'est envisageable qu'à très long terme.

Le vaisseau utilisé pour le transit de l'équipage entre la Terre et Mars

Le vaisseau utilisé par l'équipage pour le transit entre la Terre et Mars (module MTH ou 'Mars Transit Habitat pour la NASA) doit permettre la survie de celui-ci sur une longue période (jusqu'à 900 jours en cas de problème à l'arrivée en orbite martienne dans certains scénarios) en toute autonomie. Deux architectures peuvent être envisagées :

   cet habitat peut être utilisé pour transporter l'équipage entre la Terre et Mars puis comme habitat sur le sol martien ;
   il peut uniquement assurer le transit entre la Terre et Mars dans les deux sens.

Le premier scénario retenu par le projet Mars Direct permet d'économiser théoriquement sur la masse lancée en orbite et simplifier le transport des équipements à destination de Mars. Dans ce cas, l'habitat utilisé pour le retour est lancé par la fusée qui décolle du sol martien. Ce scénario a toutefois plusieurs conséquences difficiles à gérer. Les équipements de l'habitat devront être conçus à la fois pour fonctionner en gravité nulle et martienne : cette contrainte complexifie la conception des systèmes de support de vie, des toilettes et de tous les équipements ayant recours à des fluides. Par ailleurs, la masse d'un habitat à usage mixte est nettement plus élevée que celle d'un habitat spécialisé. Elle pourrait dépasser ce qu'on est capable d'injecter vers Mars ou de faire atterrir sur le sol martien. Enfin, l'équipage n'a pas les mêmes attentes vis-à-vis d'un habitat en gravité nulle et martienne : sur Mars, le besoin porte sur la surface de plancher disponible alors que dans l'espace c'est le volume qui est privilégié. Une solution pourrait consister à monter les aménagements intérieurs sur des glissières qui permettraient leur déplacement pour faciliter leur accès une fois au sol et modifier la surface de plancher

Le scénario de référence de la NASA préconise le recours à un habitat spécialisé assurant la navette Terre-Mars aller-retour. Pour une mission d'une durée de 1000 jours avec un équipage de 6 personnes, ses principales caractéristiques seraient les suivantes :

   dimension : cylindre de 7,2 mètres de diamètre et 8 mètres de long avec 4 hublots de 50 cm de diamètre ;
   masse totale de 57,37 tonnes dont 3,7 tonnes d'ergols et 19 tonnes de consommables ;
   volume habitable : 25 m3 par personne (volume total pressurisé 290,4 m3 et habitable 141,9 m3) ;
   3 ports d'amarrage et un sas ;
   système de contrôle d'orientation fournissant un delta-V de 250 m/s ;
   recyclage partiel de l'eau (85 %) et de l'oxygène (100 %) ;
   pression interne : 703 hPa (70 % de la pression atmosphérique au sol) ;
   consommables : nourriture 8,9 tonnes, oxygène : 1,37 tonne, vêtements, 236 kg, hygiène 1,47 tonne ;
   pièces de rechange : 1 tonne + 500 kg par année de séjour dans l'espace ;
   3 combinaisons spatiales pour les sorties extravéhiculaires dont une de rechange ;
   énergie électrique : panneaux solaires fournissant 22 kW (fin de vie) avec batteries d'une capacité de 41 kWh ;
   protection d'une partie de l'habitat contre les rayons cosmiques assurée par une cloison creuse de 5,8 cm d'épaisseur remplie d'eau.

Différentes pistes sont étudiées pour réduire la masse : réduction du volume habitable de 25 à 23 m3 par personne, suppression des sorties extravéhiculaires (risqué sauf à disposer de robots très sophistiqués dont la technique reste à développer), externalisation du module de propulsion, réduction des consommables





L'atterrissage sur Mars

L'atterrissage sur Mars (Entry, Descent and Landing EDL) est une phase cruciale. Les solutions techniques qui pourront être mises en œuvre ont des répercussions majeures sur les capacités et le coût d'une mission martienne. Quel que soit le scénario, il est nécessaire de faire atterrir des vaisseaux dont la masse est comprise entre 30 et 100 tonnes (de 20 à 50 fois celle du plus gros robot ayant atterri sur Mars jusqu'à présent) avec, dans le scénario de la NASA, une précision de quelques dizaines de mètres (précision plusieurs centaines de fois supérieure à celle atteinte jusqu'à présent).

Descendre sur le sol nécessite de faire tomber à 0 la vitesse horizontale du vaisseau. À l'arrivée sur Mars (lorsque le vaisseau s'est mis en orbite basse), cette vitesse est d'environ 4,1 km/s (1,6 km/s pour la Lune et 8 km/s pour la Terre). Pour annuler cette vitesse, il existe deux méthodes : utiliser les forces de trainée comme pour l'aérocapture c'est-à-dire le frottement de l'atmosphère. C'est ce que font les vaisseaux habités qui reviennent sur Terre en décélérant légèrement ce qui fait décroître leur orbite de manière à entamer le processus. L'atmosphère fait alors tout le travail et la seule pénalité en poids est constituée par la masse du bouclier thermique qui protège le vaisseau de l'élévation de température très forte durant la phase de freinage (la masse de ce bouclier peut être néanmoins significative). Lorsqu'une planète est dépourvue d'atmosphère comme sur la Lune, on annule la vitesse en ayant recours à la poussée de moteurs-fusées. Mais cette solution est extrêmement coûteuse car elle nécessite de consacrer une grande partie de la masse du vaisseau au carburant utilisé. La masse qui doit être sacrifiée est proportionnelle à la gravité de la planète : poser sur la Lune le module Apollo sacrifie ainsi la moitié du poids du vaisseau au profit du carburant avec une vitesse à annuler 3 fois plus faible que sur Mars.

La densité très faible de l'atmosphère de Mars (1 % de celle de la Terre) la place, pour le scénario de descente, dans une situation intermédiaire entre la Terre et la Lune. Le robot Mars Science Laboratory, qui a atterri sur Mars en 2012, fut obligé de recourir à des moteurs pour se freiner à partir de l'altitude de 1 500 mètres. Le problème devient d'autant plus aigu que la charge à poser est lourde or les vaisseaux martiens du scénario de référence de la NASA ont une masse comprise entre 45 et 65 tonnes. Le deuxième problème soulevé par la faiblesse de la trainée atmosphérique sur Mars est que la vitesse ne devient inférieure à Mach 1 que lorsque le vaisseau est très près du sol : le vaisseau et son équipage disposent de très peu de temps pour modifier le site d'atterrissage si la trajectoire du vaisseau l'amène sur une zone parsemée d'obstacles ou le conduit à une trop grande distance du lieu visé. De plus, cette contrainte interdit l'atterrissage sur des zones situées à des altitudes trop élevées (soit près de 50 % de la superficie de Mars).

Des recherches sont menées à la NASA pour améliorer l'efficacité du freinage dans une atmosphère peu dense. Différentes techniques sont à l'étude :

   bouclier thermique gonflable offrant une surface de freinage beaucoup plus importante dans la phase haute de la descente ;
   structure en forme d'anneau gonflable en remorque du vaisseau à la manière d'une ancre flottante durant la phase haute du vol ;
   ballute (croisement entre un parachute et un ballon) déployé avant l'entrée dans l'atmosphère martienne et travaillant également à la manière d'une ancre flottante ;
   parachute de très grande dimension (près de 90 mètres de diamètre pour un module pesant 50 tonnes) déployé alors que le vaisseau est à vitesse hypersonique ;

Durant la phase finale, un étage grue à la manière du robot Mars Science Laboratory peut être utilisé pour obtenir une vitesse verticale quasi nulle à l'atterrissage.

Si on a recours à la méthode coûteuse consistant à utiliser des moteurs-fusées sur une partie significative du vol (pour produire une décélération comprise entre 0,9 et 1,4 km/s, 20 à 30 % de la masse du vaisseau est sacrifiée au profit du carburant selon l'étude de Braun et Manning), sa mise en œuvre est difficile car, à vitesse hypersonique, l'éjection des gaz des moteurs perturbe l'écoulement aérodynamique

Le séjour sur Mars

Le site est choisi en fonction de son intérêt géologique tout en permettant un atterrissage facile.


Les conditions de vie sur Mars

L'équipage doit s'accommoder de conditions naturelles hostiles pour l'homme :

   la pression atmosphérique est égale à 1 % de celle de la Terre et nécessite que l'astronaute soit revêtu d'une combinaison spatiale pressurisée sous peine d'une mort quasi instantanée par décompression. L'atmosphère ténue est composée à hauteur de 98 % de dioxyde de carbone (CO2) ;
   la température au plus fort de l'été martien est de 10 °C en début d'après-midi et de −80 °C la nuit ;
   la faiblesse du champ magnétique et la faible densité de l'atmosphère laissent passer une grande partie des rayons cosmiques et des particules émises par les éruptions solaires ;
   Il y a des tempêtes de poussières qui balaient périodiquement la surface de la planète.

La gravité sur Mars est égale à 37,5 % de celle de la Terre, ce qui permet de soulever des charges relativement massives, mais nécessite d'alléger les combinaisons spatiales existantes qui sur la Lune étaient acceptables avec une gravité égale à ~1/6e de g.


L'habitat

L'habitat comporte un sas pour les sorties sur le sol martien. Dans certains scénarios, dont celui de la NASA, une annexe gonflable (donc légère à transporter) permet d'accroître le volume disponible. L'habitat doit disposer de ravitaillement, de l'eau et de l'oxygène nécessaires pour un séjour de 500 jours. Il n'est pas envisageable à ce stade de produire des fruits ou des légumes sur place. Le rapport de la NASA recommande que chaque membre de l'équipage dispose d'un espace personnel qui comprenne outre son lit un espace qu'il peut personnaliser, un bureau, un ordinateur ainsi qu'une armoire de rangement des affaires personnelles. L'espace doit être aménagé non seulement de manière à ce qu'il puisse se reposer mais également se détendre et mener des activités personnelles. Pour permettre à chaque astronaute de disposer d'un espace d'intimité tout en limitant le risque d'une tendance à l'isolement, le rapport préconise des chambres pour 2 dotées d'une cloison amovible permettant de couper à la demande la pièce en 223. On connait mal l'effet de la gravité réduite de Mars (0,38 g) sur de longues périodes et les recherches dans ce domaine doivent être poursuivies. Il est certain que l'habitat devra fournir à l'équipage des équipements d'exercice physique permettant de combattre les effets de la faible pesanteur. Tirant les leçons des installations dans la station spatiale, la NASA recommande que ces équipements comportent un côté ludique pour ne pas entrainer de lassitude et qu'ils soient installés dans une pièce bien aérée et à l'écart des principaux axes de circulation de l'habitat




Le retour sur Terre

Pour revenir sur Terre, l'équipage doit s'arracher à la pesanteur martienne puis être injecté sur une trajectoire de retour vers notre planète. Plusieurs scénarios sont possibles. Dans le scénario dit "direct", le vaisseau qui décolle de la surface de Mars est également utilisé pour le retour vers la Terre. Cela impose d'une part un vaisseau équipé pour permettre le séjour de l'équipage durant les 6 mois du voyage de retour et capable d'effectuer une rentrée atmosphérique à grande vitesse dans l'atmosphère terrestre et d'autre part un lanceur suffisamment puissant pour propulser ce vaisseau en échappant à l'attraction de Mars. Ce scénario est celui de Mars Direct mais son manque de réalisme (la masse à lancer était trop importante) l'a généralement fait abandonner au profit du scénario Mars Semi-direct. Dans celui-ci qui est aussi celui préconisé par la NASA, le vaisseau lancé depuis la surface de Mars joue uniquement un rôle de taxi et vient s'amarrer au vaisseau placé en orbite autour de Mars et chargé de ramener l'équipage sur Terre. Dans le scénario de référence de la NASA, il s'agit d'un vaisseau ayant effectué le trajet aller tandis que dans le scénario semi-direct, il s'agit d'un vaisseau lancé uniquement pour assurer le retour de l'équipage. Le rendez-vous entre les deux vaisseaux constitue une des phases les plus risquées de la mission.

Dans les deux scénarios évoqués plus haut, la fusée qui décolle de Mars utilise des ergols en partie produits sur place grâce à à la petite usine chimique extrayant l'oxygène de l'atmosphère martienne depuis l'atterrissage de l'engin sur Mars soit pratiquement 4 ans. La NASA a étudié plusieurs architectures :

   fusée mono étage/bi étages plus performante mais plus risquée (largage) ;
   rendez-vous en orbite basse (500 × 500 km) / haute (250 x 33 793 km) ;
   combinaison d'ergols utilisés : Oxygène/Méthane, Oxygène/Hydrogène, Monométhylhydrazine/Peroxyde d'azote.

Bien avant le projet solide de Space X pour envoyer des hommes sur Mars, il y avait Mars One, un projet mêlant exploration spatiale et télé-réalité qui souhaitait envoyer des personnes sur la planète rouge d’ici 2026. Mais aujourd’hui, le projet prend du retard.


Un délai de cinq ans

Mars One a en effet revu sa feuille de route et a décalé son premier voyage de cinq ans. Celui-ci devrait donc avoir lieu en 2031, soit sept ans après l’arrivée théorique de Space X sur place. Un second voyage est prévu pour 2034. Notons qu’en 2017, une première étape sera déjà franchie, avec l’établissement d’équipes composées des 100 candidats au voyage et le début de l’entraînement.

Pourquoi un tel retard ? Tout simplement par manque de moyens. Comme l’explique Mars One, la société a besoin d’un peu plus de temps pour réunir les fonds nécessaires (très importants) pour constituer un voyage. La feuille de route est consultable sur le site de Mars One.
Un projet voué à l’échec ?

Mars One part d’un bon sentiment et propose surtout un concept intéressant : filmer 24 heures sur 24 les colons, comme dans une télé-réalité. Projet néerlandais, Mars One n’est ni affilié avec la NASA, ni avec une société privée comme Space X ou Virgin. Lancée en 2012, l’aventure a été la cible de moult attaques, beaucoup s’étant interrogé sur le sérieux de la société.

Le MIT, tout d’abord, a dénoncé une mission suicide, les moyens de Mars One ne permettant aux colons de survivre 68 jours au mieux. Pire, la mission a été attaquée par un ex-candidat au départ, qui a dénoncé une énorme arnaque ainsi qu’une organisation quasi-sectaire. Mais même après ces nombreuses critiques, Mars One a toujours pour ambition de conquérir la planète rouge.

juin 2018

Le cofondateur du projet Mars One, Bas Lansdorp, a promis que le premier équipage humain atterrirait sur la planète rouge en 2032 pour y rester à jamais.

Les premiers colonisateurs débarqueront sur Mars en 2032, a déclaré Bas Lansdorp, cofondateur du projet Mars One visant à installer une colonie humaine sur la planète rouge.

«En 2012, nous avions espéré que les premiers hommes attendraient Mars en 2022. Or, le retard est considérable, notamment en raison de problèmes de financement. Mais maintenant tout est résolu. Nous sommes prêts à entamer une nouvelle étape», a indiqué l'ingénieur dans un entretien accordé au journal émirati Khaleej Times.

Au total, près de 200.000 candidats de plus de 140 pays du monde ont postulé pour devenir les premiers colons terriens sur Mars. Cent candidats ont été présélectionnés et ils devront passer des épreuves pour une troisième phase de sélection.

En 2031, un premier équipage formé de quatre personnes devra quitter la Terre pour arriver sur Mars en 2032 après sept mois de voyage spatial. Un deuxième équipage partira en 2033 et préparera l'arrivée d'un troisième. Le projet ne prévoit pas le retour de ses participants sur Terre.

Les premiers colons auront notamment pour mission de lancer l'exploitation agricole de la planète rouge afin de pouvoir assurer leur approvisionnement en nourriture.

Le coût total du projet est provisoirement estimé à 6 milliards de dollars. Pour une partie de son financement, Mars One compte sur des émissions de télé-réalité portant sur l'entraînement et les expéditions des futurs colons.

Du jamais vu !

Vous vous rappelez du projet Mars One ? La start-up qui ambitionnait de financer une mission avec équipage sur Mars via une chaîne de télé-réalité a fait faillite. En témoignent de récents documents financiers publiés en ligne.



Un projet trop ambitieux
Quitter la Terre pour de nouveaux horizons, vous en rêviez ? Ce sera peut-être bientôt le cas. C’est du moins ce que proposait il y quatre ans le très ambitieux projet Mars One. C’est le néerlandais Bas Landscorp, ingénieur en mécanique, qui en a été à l’origine. L’objectif de la mission était alors d’envoyer 24 Terriens sur Mars en 2022, afin d’y installer la toute première colonie humaine permanente. Un voyage sans retour, financé par une chaîne de télé-réalité. Le projet était certes ambitieux, mais il l’était trop. Rien ne s’est passé comme prévu, et Mars One vient Il y a quelques mois, la start-up avait déjà été scindée en deux sociétés. La Mars One Foundation à but non lucratif d’un côté, et la Mars One Ventures à but lucratif de l’autre. C’est cette seconde branche qui vient de faire faillite. La nouvelle a d’abord été dévoilée sur le site Reddit, où un utilisateur a posté un lien vers des documents financiers suisses attestant que la société était sur le point d’être liquidée. Mars One, qui aurait déjà préparé sa première mission non habitée en 2018, n’arrivera donc jamais au terme de son objectif.

De nombreux défis à relever
Pour la planète rouge, il va donc falloir encore patienter quelques années supplémentaires. S’il n’aura échappé à personne que l’avenir de l’Homme pourrait se jouer sur Mars, il faut bien se rappeler que celle qui fut autrefois habitable n’est aujourd’hui pas franchement une “terre d’accueil”. Sur place l’environnement est froid, sec, la gravité n’est pas la même et la surface est bombardée de rayons cosmiques. Notre corps a évolué sur Terre, avec les conditions terrestres. Déplacer ce véritable fruit de l’évolution sur un monde aussi hostile n’est donc pas une mince affaire. Et de nombreux défis vont encore devoir être relevés.

Il va effectivement falloir se poser les bonnes questions. Et parmi elles : poser le pied sur Mars est-il réellement nécessaire ? Selon David Weintraub, astronome à l’Université Vanderbilt, aux États-Unis, les principales agences concernées devront s’assurer de la présence ou non d’une vie extraterrestre sur la planète rouge avant toute mission. C’est capital. Car une fois le premier pied posé, la planète sera contaminée.

source : [Vous devez être inscrit et connecté pour voir ce lien]

Futurs martiens: qui sont les Mars100 ?

Pour la plupart des gens, la perspective de laisser derrière eux famille et amis pour s'aventurer dans l'inconnu inciterait à la panique et à la peur. Pourquoi, alors, plus de 200 000 personnes ont-elles répondu à l'appel de Mars One de quitter la Terre pour toujours? Qu'est-ce qui motive une personne à s'éloigner du seul monde qu'elle ait jamais connu? Quel genre de personne voudrait appeler Mars chez lui? Telles sont les questions auxquelles Future Martians cherche à répondre. Le podcast de 12 épisodes, développé, produit et hébergé par les candidats Mars100 Dianne McGrath et Josh Richards , explore les motivations, les antécédents et les efforts continus de quelques-uns des candidats au troisième tour de Mars One.

Le Mars100 est composé de 50 hommes et 50 femmes originaires de dizaines de pays à travers le monde et représentant un large éventail d'âges. Bien qu'ils proviennent de différents horizons, ces candidats astronautes de troisième tour ont été sélectionnés parce qu'ils illustrent quelques traits clés, notamment la résilience, l'adaptabilité, la curiosité, la fiabilité, la volonté de faire confiance, la créativité et l'ingéniosité. Nous savons donc que les Mars100 ont beaucoup en commun, mais qu'est-ce qui les inspirerait exactement pour s'inscrire à une mission à sens unique vers Mars?

Pour célébrer la National Science Week 2018 en Australie , Dianne et Josh ont décidé d'aller au fond de ce mystère et d'en savoir un peu plus sur ce qui fait vibrer ces «futurs martiens». Que vous envisagiez de vous inscrire vous-même à la prochaine session de Mars One ou que vous soyez simplement curieux de savoir ce qui pourrait éventuellement motiver quelqu'un à se porter volontaire pour un tel voyage, Future Martians aide à répondre à cette question brûlante: pourquoi?

Vous pouvez écouter les huit premiers épisodes de Future Martians aujourd'hui, avec de nouveaux épisodes diffusés tous les mercredis et vendredis pendant la première semaine de septembre. Future Martians est disponible sur SoundCloud , iTunes ou votre plateforme de podcast préférée. Écoutez le premier épisode ci-dessous et apprenez-en plus sur les hommes et les femmes stellaires derrière Mars One.

VID2O episode 1

RENSEIGNEMENTS COMPLEMENTAIRES


FEUILLE DE ROUTE

2011 Fondation de l'association MArs One
2013 commencer la séléction des candidats
2018 Début de la formation des candidats
2022 Mission de demonstration
2024 Mission comsat
2026 Mission rover et Satellite
2029 Mission de fret
2030 avant post opérationnel
2031 Depart du premier équipage
2032
2033 Départ de l'équipage Crew TWO