Le plan Mars Direct

Le 3 février 2012 · 0 Commentaire

Robert Zubrin décrit en détails le programme Mars Direct dans son livre « The case for Mars ». Mars Direct permettrait à l’homme d’atteindre la planète Mars, en moins de 10 ans, pour un coût financier très raisonnable et en utilisant la technologie déjà existante.


Présentation du livre « The Case for Mars » :

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Le plan Mars Direct, en résumé :

« Comme Robert Zubrin l’a expliqué dans son livre « Cap sur Mars », les Etats Unis disposent déjà de la capacité et de la technologie nécessaires pour lancer un programme agressif et soutenu d’explorationhumaine de Mars. La première mission habitée pourrait atteindre la planète rouge en moins d’une décennie après le lancement du programme. Pour aller sur Mars, inutile de construire des vaisseaux spatiaux géants avec des technologies futuristes. Nous pouvons atteindre la planète rouge avec des vaisseaux spatiaux relativement petits, envoyés directement vers Mars par des lanceurs de la même technologie que celle qui a permis aux astronautes  d’atteindre la Lune, il y a près de 40 ans.

La clé du succès, c’est une philosophie « voyager léger et de vivre sur le terrain » similaire à celle qui a si bien réussi aux explorateurs terrestres au cours des siècles.

Le plan de mission qui permettrait d’atteindre la planète rouge de cette façon s’appelle « Mars Direct ». Le déroulement du plan est le suivant…

=> Envoi du 1er ERV, « presque à vide » :

Lors d’une prochaine occasion de lancement, un lanceur lourd unique de capacité égale à celle de Saturne V (utilisé pendant le programme Apollo) décolle de Cap Canaveral. Son étage supérieur envoie vers Mars une charge utile inhabitée de 40 tonnes. A son arrivée sur Mars, huit mois plus tard, le vaisseau spatial utilise l’effet de friction entre son bouclier thermique et l’atmosphere de Mars pour ralentir et s’insérer sur orbite martienne, puis attérir à l’aide d’un parachute. Cette charge utile est le véhicule de retour sur Terre (Earth Return Vehicle). Quand il s’envole vers Mars, ses 2 réservoirs de carburant et de comburant sont vides. Il emporte aussi une cargaison constituée de 6 tonnes d’hydrogène liquide, d’un réacteur nucléaire de 100 kilo-watts monté sur un véhicule léger entraîné par le couple méthane/oxygène, d’un petit ensemble de comprésseurs et de centrales chimiques automatisées, et de quelques petits rovers scientifiques.

=> Une fois sur Mars :

On génère de l’oxygène et du carburant pour le voyage retour, sur place, à partir de l’atmosphère martienne
Dès que le vaisseau a effectué son attérissage, son véhicule léger se déplace, télécommandé depuis la terre, jusqu’à quelques centaines de mètres du site d’attérissage, et son réacteur nucléaire est mis en service. Il peut alors fournir aux compresseurs et aux centrales chimiques automatiséees l’énergie qui leur est nécessaire.
Puis on fait rapidement réagir l’hydrogène apporté depuis la Terre avec l’atmosphère martienne constituée de 95% de CO2, pour synthétiser du méthane et de l’eau, en évitant ainsi l’inconvénient de stocker de l’hydrogène cryogénique pendant une longue durée sur la surface planétaire. Le méthane ainsi produit est liquéfié et stocké, tandis que l’eau est électrolysée pour produire de l’oxygène, qui est récupéré, et de l’hydrogène, qui est recyclé dans le méthanisateur. Ces 2 réactions (méthanisation et électrolyse de l’eau) permettent en fin de compte de synthétiser 24 tonnes de méthane et 48 tonnes d’oxygène. Comme cette quantité d’oxygène n’est pas suffisante pour brûler le méthane dans un ratio optimal, on produit 36 tonnes supplémentaires d’oxygène par dissociation directe du CO2 martien. Tout ce processus dure 10 mois, à l’issu desquels seront produites 108 tonnes de bipropergol méthane/oxygène. Cela représente un rapport de 18 à 1 entre le propergol martien produit et l’hydrogène apporté de la Terre. Ensuite 96 tonnes de bipropergol seront utilisées pour faire le plein de l’ERV, 12 tonnes sont ainsi rendues disponibles pour des véhicules roulants d’exploration, à long rayon d’action, entraînés par des moteurs chimiques.
On peut constituer de grandes réserves supplémentaires d’oxygène, tant pour la respiration que pour en faire de l’eau, en le combinant à l’hydrogène apporté depuis la Terre. Comme l’oxygène représente 89% de l’eau (en masse), et comme la plus grande partie des produits alimentaires est constituée d’eau, voilà qui permet une réduction considérable de la quantité de consommables qu’il faut amener depuis la Terre.

=> Envoi du module d’habitation qui amène 5 membres, et du 2ème ERV (et ainsi de suite…)

 Dès l’achèvement de la phase de prodution de propergol, 2 nouveaux lanceurs décollent de Cap Canaveral et envoient vers Mars leurs charges utiles de 40 tonnes. L’une des charges utiles est un ensemble ERV inhabité/centrale chimique de production de propergol comme celle qui fût lancée précédemment, l’autre est un module d’habitation qui emporte 5 membes d’équipage, un stock d’aliments entiers et déshydratés pour 3 ans et un rover de surface préssurisé entraîné par le couple méthane/oxygène. Au cours du voyage, on peut fournir à l’équipage une gravité artificielle en reliant par un câble l’habitat et l’étage supérieur du lanceur et en mettant cet ensemble en rotation (un peu comme les aiguilles d’une montres).

 => 1 an et demi pour explorer, trouver de l’eau, des signes de vie passées ou présentes, trouver des matières premières, des ressources naturelles, etc.

A l’arrivée, le vaisseau habité se débarasse de son câble, exécute sa manoeuvre d’aérofreinage et se pose sur le lieu de débarquement, où l’attendent un ERV (Earth Return Vehicle) plein de propergol et un site d’attérrissage bien balisé. De telles aides à la navigation permettent à l’équipage d’attérrir précisément à l’endroit voulu ; mais même s’il devait se poser à plusieurs dizaines ou centaines de kilomètres du site en question, il pourrait encore effectuer son rendez-vous de surface grâce au rover. S’il devait se poser à plusieurs milliers de km, le 2ème ERV pourrait lui porter secours. Mais si l’équipage débarque comme prévu sur le 1er site, alors le 2ème ERV se posera à quelques centaines de km de là, pour démarrer sa synthèse de propergol pour la mission suivante, qui s’envolera à son tour, de concert avec un ERV supplémentaire, pour ouvrir un 3ème site d’attérrissage.
On envoie donc 2 lanceurs lourds tous les 26 mois, le 1er avec un équipage, le 2ème pour préparer le site de la mission suivante. Un programme continu d’exploration martienne habité ne représente donc en moyenne qu’un tir de lanceur lourd par an, c’est à dire environ 10% de l’actuelle capacité de lancement des USA, un rythme très raisonnable…

De fait, cette approche de « vie sur le terrain » sort enfin les missions martiennes habitées du domaine de la science fiction pour en faire une tâche d’une difficulté pratiquement comparable à celle des missions lunaires Apollo. L’équipage restera sur place pendant 1 an et demi. Il profitera de la mobilité qui lui confèrent ses puissants véhicules de surface à propulsion chimique pour effectuer de nombreuses missions d’exploration. Le stock de 12 tonnes de carburant qui lui est alloué procure à leur rover une autonomie de plus de 24 000 km. Ils disposent donc de la mobilité nécessaire pour mener à bien avant leur départ un vaste programme de recherche d’indices de vie, passée ou présente, sur Mars ; recherches cruciales qui permettront de réveler si la vie est unique et propre à la Terre, ou si c’est un phénomène universel. Personne n’a été laissé sur orbite, tout l’équipage bénéficera naturelle et de la protection contre les rayons cosmiques et le rayonnement solaire offertes par l’environnement martien. Il n’y aura donc pas cette puissante incitation à un retour précipité sur Terre qui pénalise lourdement les plans de missions martiennes alternatifs, avec leurs vaisseaux mères sur orbite martienne et leur petite équipe en surface. A la fin de son séjour, l’équipe revient sur Terre à bord de l’ERV directement depuis la surface martienne. Au fur et à mesure du déroulemment du programme, toute une série de petites bases sont érigées peu à peu sur la surface martienne, ouvrant ainsi de vastes territoires à l’exploration humaine.

 => Coût du plan Mars Direct :

Il s’agit là de la version d’origine du plan Mars Direct. En 1990, quand il fut proposé la 1ère fois par une équipe de Martin Marietta dirigée par Robert Zubrin, il fut considéré trop radical par la NASA pour être vraiment envisagé, mais au cours des années suivantes, le groupe d’études du JSC, chargé de concevoir les futures missions martiennes habitées, décida de l’étudier très sérieusement. Ils rédigèrent une étude détaillée d’une mission de référence basée sur le plan Mars Direct, mais augmentèrent la taille de l’expédition d’un facteur 2 environ par rapport au concept d’origine. Ils évaluèrent le coût d’un tel programme ; montant : 50 milliards de dollars. Cette estimation fut effectuée par le même groupe de chiffrage qui avait estimé à 400 milliards de dollars le coût de la lourde approche traditionnelle d’exploration martienne habitée telle que prévue dans le « rapport des 90 jours » publié par la NASA en 1989. Si l’on restait au pur plan Mars Direct d’origine, décrit précédemment, le programme pourrait probablement être réalisé pour 20 milliards dollars. C’est un budget que les Etats Unis, l’Europe ou le Japon peuvent facilement débloquer. Un petite prix pour un nouveau monde… (à titre de comparaison, 40 milliards, c’est la dépense engagée par la compagnie BP pour stopper la marée noire de 2010 dans le Golfe du Mexique)

=> Conclusion :

 …C’est essentiellement en mettant à profit la ressource locale la plus largement disponible sur Mars ; son atmosphère ; que ce plan nous permet d’effectuer une mission martienne habitée avec un système de transport de la taille de la taille de celui d’une mission lunaire. Ce plan peut réduire par 10 le coût des missions martiennes habitées et avancer d’une génération le programme d’exploration humaine de Mars.

L’exploration de Mars n’exige ni nouvelles technologie miracle, ni ports spatiaux, ni gigantesques croiseurs interplanétaires type « guerre des étoiles ». Ces affirmations sont des excuses pour retarder l’exploration martienne. C’est un peu comme si quelqu’un vous disait « Oui je vais escalader à mains nues l’Empire State Building à New York et me rendre tout en haut de la tour… Dès que la téléportation existera ! » En vérité, nous pouvons établir notre 1er petit avant poste sur Mars en moins d’une décennie. C’est à nous et non à une génération future, que peut échoir l’honneur éternel d’être les premiers pionniers de ce nouveau monde pour l’humanité. Tout ce qu’il nous faut, c’est la technologie actuelle, un peu de chimie industrielle du XIXème siècle, une solide dose de bon sens et un peu de courage… »

 

 


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