Colonisation de Mars - Colonization of Mars

Conception d'un artiste d'un habitat humain sur Mars, avec un dôme imprimé en 3D fait de glace d' eau , un sas et un rover martien pressurisé
Une conception d'artiste d'une base humaine sur Mars, avec une coupe révélant une zone horticole intérieure

La colonisation hypothétique de Mars a suscité l'intérêt des agences spatiales publiques et des sociétés privées, et a fait l'objet d'un traitement approfondi dans l'écriture, le cinéma et l'art de science-fiction.

Des organisations ont proposé des plans pour une mission humaine sur Mars , première étape de tout effort de colonisation , mais personne n'a mis le pied sur la planète. Cependant, les atterrisseurs et les rovers ont exploré avec succès la surface de la planète et fourni des informations sur les conditions au sol.

Les raisons de la colonisation de Mars incluent la curiosité, le potentiel pour les humains de fournir des recherches d'observation plus approfondies que les rovers sans pilote, l'intérêt économique pour ses ressources et la possibilité que la colonisation d'autres planètes puisse réduire la probabilité d' extinction humaine . Les difficultés et les dangers comprennent l'exposition aux rayonnements lors d'un voyage vers Mars et à sa surface, un sol toxique , une faible gravité , l'isolement qui accompagne la distance de Mars à la Terre, un manque d'eau et des températures froides.

Les engagements les plus récents en matière de recherche d'installations permanentes incluent ceux des agences spatiales publiques — NASA , ESA , Roscosmos , ISRO , la CNSA et les Émirats arabes unis — et des organisations privées — SpaceX , Lockheed Martin et Boeing .

Concepts et échéanciers de la mission

Vue d'artiste de divers composants d'une mission humaine à la surface de Mars

Depuis le 20e siècle, plusieurs missions humaines sur Mars ont été proposées par des agences gouvernementales et des entreprises privées.

La plupart des concepts de mission humaine tels qu'ils sont actuellement conçus par les programmes spatiaux gouvernementaux nationaux ne seraient pas des précurseurs directs de la colonisation. Des programmes tels que ceux qui sont provisoirement planifiés par la NASA , Roscosmos et l' ESA sont uniquement conçus comme des missions d'exploration, l'établissement d'une base permanente étant possible mais pas encore l'objectif principal.

La colonisation nécessite l'établissement d'habitats permanents qui ont le potentiel d'auto-expansion et d'autosuffisance. Deux premières propositions pour la construction d'habitats sur Mars sont les concepts Mars Direct et Semi-Direct , préconisés par Robert Zubrin , un défenseur de la colonisation de Mars.

Lors du Sommet mondial des gouvernements de février 2017, les Émirats arabes unis ont annoncé un plan visant à établir une colonie sur Mars d'ici 2117, dirigé par le Centre spatial Mohammed bin Rashid .

SpaceX a proposé le développement de l' infrastructure de transport de Mars afin de faciliter la colonisation éventuelle de Mars. La mission l' architecture comprend entièrement réutilisables véhicules de lancement , coté humain vaisseau spatial , sur orbite citernes de gaz propulseur ,-redressement rapide lancement / mounts d'atterrissage , et la production locale de carburant de fusée sur Mars via in situ l' utilisation des ressources (ISRU). L'objectif ambitieux de SpaceX en 2017 était de faire atterrir leurs vaisseaux cargo sur Mars d'ici 2024 et les 2 premiers vaisseaux avec équipage d'ici 2026.

Comparaisons entre la Terre et Mars

Comparaison de la pression atmosphérique
Emplacement Pression
Sommet de l' Olympe Mons 72  Pa (0,0104  psi ) (0,0007 atm )
Mars moyenne 610 Pa (0,088 psi) (0,006 atm)
Fond Hellas Planitia 1,16 kPa (0,168 psi) (0,0114 atm)
Limite Armstrong 6,25 kPa (0,906 psi) (0,0617 atm)
Sommet du mont Everest 33,7 kPa (4,89 psi) (0,3326 atm)
Niveau de la mer Terre 101,3 kPa (14,69 psi) (1 atm)

Gravité et taille

La gravité à la surface de Mars n'est que de 38 % de celle de la Terre. Bien que la microgravité soit connue pour causer des problèmes de santé tels que la perte musculaire et la déminéralisation osseuse , on ne sait pas si la gravité martienne aurait un effet similaire. Le Mars Gravity Biosatellite était un projet proposé conçu pour en savoir plus sur l'effet que la gravité de la surface inférieure de Mars aurait sur les humains, mais il a été annulé en raison d'un manque de financement.

Mars a une superficie de 28,4 % de celle de la Terre, ce qui n'est que légèrement inférieur à la quantité de terres sèches sur Terre (qui représente 29,2 % de la surface de la Terre). Mars a la moitié du rayon de la Terre et seulement un dixième de la masse. Cela signifie qu'il a un volume plus petit (~ 15%) et une densité moyenne inférieure à celle de la Terre.

Magnétosphère

En raison de l'absence de magnétosphère , les événements de particules solaires et les rayons cosmiques peuvent facilement atteindre la surface martienne.

L'atmosphère

La pression atmosphérique sur Mars est bien inférieure à la limite d'Armstrong à laquelle les gens peuvent survivre sans combinaisons pressurisées . Étant donné que la terraformation ne peut être envisagée comme solution à court terme, les structures habitables sur Mars devraient être construites avec des récipients sous pression similaires aux engins spatiaux, capables de contenir une pression comprise entre 30 et 100 kPa. L'atmosphère est également toxique car la majeure partie est constituée de dioxyde de carbone (95 %  de dioxyde de carbone , 3 % d'azote, 1,6 % d'argon, et des traces totalisant moins de 0,4 % d'autres gaz dont l'oxygène).

Cette fine atmosphère ne filtre pas les ultraviolets du soleil , ce qui provoque une instabilité des liaisons moléculaires entre les atomes. Par exemple, l'ammoniac (NH 3 ) n'est pas stable dans l'atmosphère martienne et se décompose au bout de quelques heures. En raison également de la minceur de l'atmosphère, la différence de température entre le jour et la nuit est beaucoup plus importante que sur Terre, généralement autour de 70 °C (125 °F). Cependant, la variation de température jour/nuit est beaucoup plus faible pendant les tempêtes de poussière lorsque très peu de lumière parvient à la surface même pendant la journée, et réchauffe plutôt l'atmosphère moyenne.

Eau et climat

L'eau sur Mars est rare, les rovers Spirit et Opportunity en trouvant moins que dans le désert le plus sec de la Terre.

Le climat est beaucoup plus froid que celui de la Terre, avec des températures moyennes de surface comprises entre 186 et 268 K (-87 et -5 °C ; -125 et 23 °F) (selon la saison et la latitude). La température la plus basse jamais enregistrée sur Terre était de 184 K (−89,2 °C, −128,6 °F) en Antarctique .

Parce que Mars est environ 52% plus éloignée du Soleil , la quantité d' énergie solaire entrant dans sa haute atmosphère par unité de surface (la constante solaire ) n'est que d'environ 43,3% de ce qui atteint la haute atmosphère terrestre. Cependant, en raison de l'atmosphère beaucoup plus mince, une fraction plus élevée de l'énergie solaire atteint la surface. L'irradiance solaire maximale sur Mars est d'environ 590 W/m 2 contre environ 1000 W/m 2 à la surface de la Terre ; les conditions optimales sur l'équateur martien peuvent être comparées à celles de l' île Devon dans l'Arctique canadien en juin.

Les tempêtes de poussière mondiales sont courantes tout au long de l'année et peuvent couvrir toute la planète pendant des semaines, empêchant la lumière du soleil d'atteindre la surface. Cela a été observé pour provoquer des baisses de température de 4 °C (7 °F) pendant plusieurs mois après la tempête. En revanche, les seuls événements comparables sur Terre sont de grandes éruptions volcaniques peu fréquentes telles que le Krakatoa qui a jeté de grandes quantités de cendres dans l'atmosphère en 1883, provoquant une baisse de la température mondiale d'environ 1 °C (2 °F). Peut-être plus important encore, ces tempêtes affectent la production d'électricité à partir de panneaux solaires pendant de longues périodes, tout en interférant avec les communications avec la Terre.

Mars n'a pas de pluie et pratiquement pas de nuages, donc bien que froide, elle est ensoleillée en permanence (sauf pendant les tempêtes de poussière ). Cela signifie que les panneaux solaires peuvent toujours fonctionner avec une efficacité maximale les jours sans poussière. Et l'orbite de Mars est plus excentrique que celle de la Terre, augmentant les variations de température et de constante solaire au cours de l'année martienne.

Température et saisons

Mars a une inclinaison axiale de 25,19°, similaire aux 23,44° de la Terre. En conséquence, Mars a des saisons similaires à celles de la Terre, bien qu'elles durent en moyenne presque deux fois plus longtemps, car l'année martienne est d'environ 1,88 année terrestre. Le régime de température de Mars est plus similaire à celui de la Terre que toutes les autres planètes du système solaire. Bien que généralement plus froide que la Terre, Mars peut avoir des températures semblables à celles de la Terre dans certaines régions et à certains moments.

Sol

Le sol martien est toxique en raison de concentrations relativement élevées de chlore et de composés associés qui sont dangereux pour toutes les formes de vie connues.

Survivabilité

Les plantes et les animaux ne peuvent pas survivre aux conditions ambiantes à la surface de Mars. Cependant, certains organismes extrêmophiles qui survivent dans des conditions hostiles sur Terre ont subi des périodes d'exposition à des environnements qui se rapprochent de certaines des conditions trouvées sur Mars.

Durée du jour

Le jour (ou sol ) martien est très proche en durée de celui de la Terre. Un jour solaire sur Mars est de 24 heures, 39 minutes et 35,244 secondes.

Conditions d'habitation humaine

Une mission avec équipage de style expédition opérerait en surface, mais pour une durée limitée
La poussière est une préoccupation pour les missions sur Mars

Les conditions à la surface de Mars sont plus proches des conditions sur Terre en termes de température et d'ensoleillement que sur n'importe quelle autre planète ou lune, à l'exception du sommet des nuages ​​de Vénus . Cependant, la surface n'est pas hospitalière pour les humains ou la plupart des formes de vie connues en raison du rayonnement, d'une pression atmosphérique considérablement réduite et d'une atmosphère contenant seulement 0,16 % d'oxygène.

En 2012, il a été rapporté que certains lichens et cyanobactéries ont survécu et ont montré une capacité d'adaptation remarquable pour la photosynthèse après 34 jours dans des conditions martiennes simulées dans le Mars Simulation Laboratory (MSL) maintenu par le Centre aérospatial allemand (DLR). Certains scientifiques pensent que les cyanobactéries pourraient jouer un rôle dans le développement d'avant-postes autonomes en équipage sur Mars. Ils proposent que les cyanobactéries puissent être utilisées directement pour diverses applications, y compris la production d'aliments, de carburant et d'oxygène, mais aussi indirectement : les produits de leur culture pourraient favoriser la croissance d'autres organismes, ouvrant la voie à un large éventail de facteurs biologiques de survie. processus basés sur les ressources martiennes.

Les humains ont exploré des parties de la Terre qui correspondent à certaines conditions sur Mars. D'après les données du rover de la NASA, les températures sur Mars (aux basses latitudes) sont similaires à celles de l' Antarctique . La pression atmosphérique aux plus hautes altitudes atteintes par les ascensions en ballon piloté (35 km (114 000 pieds) en 1961, 38 km en 2012) est similaire à celle à la surface de Mars. Cependant, les pilotes n'étaient pas exposés à la pression extrêmement basse, car cela les aurait tués, mais assis dans une capsule pressurisée.

La survie humaine sur Mars nécessiterait de vivre dans des habitats artificiels martiens dotés de systèmes de survie complexes. Un aspect clé de ceci serait les systèmes de traitement de l'eau. Étant constitué principalement d'eau, un être humain mourrait en quelques jours sans elle. Même une diminution de 5 à 8 % de l'eau corporelle totale provoque de la fatigue et des étourdissements et une diminution de 10 % des déficiences physiques et mentales (voir Déshydratation ). Une personne au Royaume - Uni utilise en moyenne 70 à 140 litres d'eau par jour. Grâce à l'expérience et à la formation, les astronautes de l'ISS ont montré qu'il est possible d'utiliser beaucoup moins et qu'environ 70 % de ce qui est utilisé peut être recyclé à l'aide des systèmes de récupération d'eau de l' ISS . La moitié de toute l'eau est utilisée pendant les douches. Des systèmes similaires seraient nécessaires sur Mars mais devraient être beaucoup plus efficaces, car les livraisons robotiques régulières d'eau sur Mars seraient d'un coût prohibitif (l'ISS est alimentée en eau quatre fois par an). L'accès potentiel à l'eau in-situ (gelée ou non) via le forage a été étudié par la NASA.

Effets sur la santé humaine

Mars présente un environnement hostile à l'habitation humaine. Différentes technologies ont été développées pour faciliter l'exploration spatiale à long terme et peuvent être adaptées pour une habitation sur Mars. Le record existant pour le plus long vol spatial consécutif est de 438 jours par le cosmonaute Valeri Polyakov , et le temps le plus accumulé dans l' espace est de 878 jours par Gennady Padalka . Le temps le plus long passé en dehors de la protection de la ceinture de radiation de Van Allen de la Terre est d'environ 12 jours pour l' alunissage d' Apollo 17 . Ceci est mineur par rapport au voyage de 1100 jours prévu par la NASA dès l'année 2028. Les scientifiques ont également émis l'hypothèse que de nombreuses fonctions biologiques différentes peuvent être affectées négativement par l'environnement des colonies de Mars. En raison des niveaux plus élevés de rayonnement, il existe une multitude d'effets secondaires physiques qui doivent être atténués. De plus, le sol martien contient des niveaux élevés de toxines qui sont dangereuses pour la santé humaine.

Effets physiques

La différence de gravité peut nuire à la santé humaine en affaiblissant les os et les muscles . Il existe également un risque d' ostéoporose et de problèmes cardiovasculaires . Les rotations actuelles sur la Station spatiale internationale mettent les astronautes en apesanteur pendant six mois, une durée comparable à un aller simple vers Mars. Cela donne aux chercheurs la possibilité de mieux comprendre l'état physique dans lequel arriveraient les astronautes se rendant sur Mars. Une fois sur Mars, la gravité à la surface n'est que de 38 % de celle de la Terre. La microgravité affecte les systèmes cardiovasculaire, musculo-squelettique et neurovestibulaire (nerf central). Les effets cardiovasculaires sont complexes. Sur terre, le sang dans le corps reste à 70% sous le cœur, et en microgravité, ce n'est pas le cas car rien ne tire le sang vers le bas. Cela peut avoir plusieurs effets négatifs. Une fois entré en microgravité, la pression artérielle dans le bas du corps et les jambes est considérablement réduite. Cela affaiblit les jambes en raison de la perte de masse musculaire et osseuse. Les astronautes montrent des signes d'un visage bouffi et du syndrome des cuisses de poulet. Après le premier jour de retour sur terre, les échantillons de sang ont montré une perte de 17 % de plasma sanguin, ce qui a contribué à une baisse de la sécrétion d'érythropoïétine. Sur le système squelettique qui est important pour soutenir la posture de notre corps, les longs vols spatiaux et l'exposition à la microgravité provoquent une déminéralisation et une atrophie des muscles. Au cours de la réacclimatation, les astronautes présentaient une myriade de symptômes, notamment des sueurs froides, des nausées, des vomissements et le mal des transports. Les astronautes de retour se sont également sentis désorientés. Les voyages vers et depuis Mars étant de six mois, c'est le temps moyen passé à l'ISS. Une fois sur Mars avec sa gravité de surface moindre (38 % de celle de la Terre), ces effets sur la santé seraient une grave préoccupation. À son retour sur Terre, la récupération de la perte osseuse et de l'atrophie est un long processus et les effets de la microgravité peuvent ne jamais s'inverser complètement.

Radiation

Mars a une magnétosphère globale plus faible que la Terre car elle a perdu sa dynamo interne, ce qui a considérablement affaibli la magnétosphère - la cause de tant de rayonnement atteignant la surface, malgré sa grande distance du Soleil par rapport à la Terre. Combiné à une atmosphère mince, cela permet à une quantité importante de rayonnement ionisant d'atteindre la surface martienne. Il existe deux principaux types de risques radiologiques liés aux voyages en dehors de la protection de l'atmosphère et de la magnétosphère terrestres : les rayons cosmiques galactiques (GCR) et les particules énergétiques solaires (SEP). La magnétosphère terrestre protège des particules chargées du Soleil et l'atmosphère protège des GCR non chargés et hautement énergétiques. Il existe des moyens d'atténuer le rayonnement solaire, mais sans beaucoup d'atmosphère, la seule solution au flux GCR est un blindage lourd d'environ 15 centimètres d'acier, 1 mètre de roche ou 3 mètres d'eau, limitant les colons humains à vivre sous terre la plupart du temps.

Le vaisseau spatial Mars Odyssey transporte un instrument, le Mars Radiation Environment Experiment (MARIE), pour mesurer le rayonnement. MARIE a découvert que les niveaux de rayonnement en orbite au-dessus de Mars sont 2,5 fois plus élevés qu'à la Station spatiale internationale . La dose quotidienne moyenne était d'environ 220 μGy (22 mrad), soit 0,08 Gy par an. Une exposition de trois ans à de tels niveaux dépasserait les limites de sécurité actuellement adoptées par la NASA, et le risque de développer un cancer dû à une exposition aux rayonnements après une mission sur Mars pourrait être deux fois plus élevé que ce que les scientifiques pensaient auparavant. Les événements occasionnels de protons solaires (SPE) produisent des doses beaucoup plus élevées, comme cela a été observé en septembre 2017, lorsque la NASA a signalé que les niveaux de rayonnement à la surface de Mars avaient temporairement doublé et étaient associés à une aurore 25 fois plus lumineuse que tout ce qui avait été observé auparavant, en raison d'un tempête solaire massive et inattendue . Construire des quartiers d'habitation sous terre (éventuellement dans des tubes de lave martienne ) réduirait considérablement l'exposition des colons aux radiations.

Comparaison des doses de rayonnement - comprend la quantité détectée lors du voyage de la Terre à Mars par le RAD sur le MSL (2011-2013).

Il reste beaucoup à apprendre sur le rayonnement spatial. En 2003, le Lyndon B. Johnson Space Center de la NASA a ouvert une installation, le NASA Space Radiation Laboratory , au Brookhaven National Laboratory , qui utilise des accélérateurs de particules pour simuler le rayonnement spatial. L'installation étudie ses effets sur les organismes vivants et expérimente des techniques de blindage. Initialement, il y avait des preuves que ce type de rayonnement chronique de faible intensité n'est pas aussi dangereux qu'on le pensait autrefois ; et que l'hormèse de rayonnement se produit. Cependant, les résultats d'une étude de 2006 ont indiqué que les protons du rayonnement cosmique peuvent causer deux fois plus de dommages graves à l' ADN qu'on ne l'avait estimé précédemment, exposant les astronautes à un risque accru de cancer et d'autres maladies. En raison du rayonnement plus élevé dans l'environnement martien, le rapport de synthèse du comité d'examen des plans de vols spatiaux habités des États-Unis publié en 2009 a indiqué que « Mars n'est pas un endroit facile à visiter avec la technologie existante et sans un investissement substantiel de ressources. " La NASA explore une variété de techniques et de technologies alternatives telles que les boucliers déflecteurs de plasma pour protéger les astronautes et les engins spatiaux des radiations.

Effets psychologiques

En raison des retards de communication, de nouveaux protocoles doivent être élaborés afin d'évaluer la santé psychologique des membres d'équipage. Les chercheurs ont développé une simulation martienne appelée HI-SEAS (Hawaii Space Exploration Analog and Simulation) qui place les scientifiques dans un laboratoire martien simulé pour étudier les effets psychologiques de l'isolement, des tâches répétitives et de la vie en étroite collaboration avec d'autres scientifiques pendant un maximum année à la fois. Des programmes informatiques sont en cours de développement pour aider les équipages avec des problèmes personnels et interpersonnels en l'absence de communication directe avec les professionnels sur Terre. Les suggestions actuelles pour l'exploration et la colonisation de Mars sont de sélectionner des individus qui ont passé des tests psychologiques . Des séances psychosociales pour le retour à domicile sont également proposées afin de réorienter les personnes vers la société.

Terraformation

Conception d'artiste du processus de terraformation de Mars tel que discuté dans certains ouvrages de science-fiction

Diverses œuvres de fiction ont avancé l'idée de terraformer Mars pour permettre à une grande variété de formes de vie, y compris les humains, de survivre sans aide à la surface de Mars. Certaines idées de technologies possibles qui pourraient contribuer à la terraformation de Mars ont été conjecturées, mais aucune ne serait en mesure d'amener la planète entière dans l'habitat semblable à la Terre illustré dans la science-fiction.

Transport

Vol spatial interplanétaire

Rendezvous, une scène interplanétaire et une scène d'atterrisseur se rejoignent sur Mars
Mars ( Viking 1 , 1980)

Mars nécessite moins d'énergie par unité de masse ( delta V ) pour atteindre de la Terre que n'importe quelle planète à l'exception de Vénus . En utilisant une orbite de transfert Hohmann , un voyage vers Mars nécessite environ neuf mois dans l'espace. Des trajectoires de transfert modifiées qui réduisent le temps de voyage à quatre à sept mois dans l'espace sont possibles avec des quantités d'énergie et de carburant de plus en plus élevées par rapport à une orbite de transfert Hohmann, et sont utilisées de manière standard pour les missions robotiques sur Mars. Raccourcir le temps de trajet en dessous d'environ six mois nécessite un delta-v plus élevé et une quantité croissante de carburant, et est difficile avec les fusées chimiques . Cela pourrait être réalisable avec des technologies avancées de propulsion d'engins spatiaux , dont certaines ont déjà été testées à différents niveaux, telles que la fusée à magnétoplasme à impulsion spécifique variable et les fusées nucléaires . Dans le premier cas, un temps de trajet de quarante jours peut être atteint, et dans le second, un temps de trajet jusqu'à environ deux semaines. En 2016, un scientifique de l'Université de Californie à Santa Barbara a déclaré qu'il pourrait encore réduire le temps de trajet d'une petite sonde robotique vers Mars à "aussi peu que 72 heures" avec l'utilisation d'un système de voile propulsée par laser (propulsion photonique dirigée) au lieu de le système de propulsion de fusée à base de carburant.

Pendant le voyage les astronautes seraient soumis à des radiations , ce qui nécessiterait un moyen de les protéger. Le rayonnement cosmique et le vent solaire causent des dommages à l'ADN, ce qui augmente considérablement le risque de cancer. L'effet des voyages à long terme dans l'espace interplanétaire est inconnu, mais les scientifiques estiment un risque supplémentaire compris entre 1% et 19% (une estimation est de 3,4%) pour les hommes de mourir d'un cancer à cause des radiations pendant le voyage vers Mars et retour. vers la terre. Pour les femelles, la probabilité est plus élevée en raison des tissus glandulaires généralement plus gros.

Atterrissage sur Mars

Peinture d'un atterrissage sur Mars (1986)

Mars a une gravité de surface 0,38 fois celle de la Terre, et la densité de son atmosphère est d'environ 0,6% de celle de la Terre. La gravité relativement forte et la présence d'effets aérodynamiques rendent difficile l'atterrissage d'engins spatiaux lourds en équipage avec des propulseurs uniquement, comme cela a été fait avec les atterrissages d'Apollo Moon , mais l'atmosphère est trop mince pour que les effets aérodynamiques soient d'une grande aide pour l' aérofreinage et l'atterrissage. un gros véhicule. L'atterrissage de missions pilotées sur Mars nécessiterait des systèmes de freinage et d'atterrissage différents de tout ce qui est utilisé pour faire atterrir des engins spatiaux avec équipage sur la Lune ou des missions robotiques sur Mars.

Si l'on suppose qu'un matériau de construction à base de nanotubes de carbone sera disponible avec une résistance de 130 GPa (19 000 000 psi), un ascenseur spatial pourrait être construit pour faire atterrir des personnes et du matériel sur Mars. Un ascenseur spatial sur Phobos (une lune martienne) a également été proposé.

Matériel nécessaire à la colonisation

La colonisation de Mars nécessiterait une grande variété d'équipements - à la fois des équipements pour fournir directement des services aux humains et des équipements de production utilisés pour produire de la nourriture, du propulseur, de l'eau, de l'énergie et de l'oxygène respirable - afin de soutenir les efforts de colonisation humaine. L'équipement requis comprendra :

Les serres de Mars sont présentes dans de nombreux modèles de colonisation, en particulier pour la production alimentaire et à d'autres fins
Diverses technologies et dispositifs pour Mars sont montrés dans l'illustration d'une base martienne

Utilitaires de base

Afin de fonctionner du tout, la colonie aurait besoin des utilitaires de base pour soutenir la civilisation humaine. Ceux-ci devraient être conçus pour gérer le rude environnement martien et devraient soit être utilisables tout en portant une combinaison EVA, soit logés dans un environnement humain habitable. Par exemple, si les systèmes de production d'électricité reposent sur l'énergie solaire, de grandes installations de stockage d'énergie seront également nécessaires pour couvrir les périodes pendant lesquelles les tempêtes de poussière bloquent le soleil, et des systèmes de dépoussiérage automatique peuvent être nécessaires pour éviter l'exposition humaine aux conditions de surface. Si la colonie doit s'étendre au-delà de quelques personnes, les systèmes devront également maximiser l'utilisation des ressources locales pour réduire le besoin de réapprovisionnement depuis la Terre, par exemple en recyclant l'eau et l'oxygène et en s'adaptant pour pouvoir utiliser toute eau trouvée sur Mars. , quelle que soit sa forme.

Communication avec la Terre

Les communications avec la Terre sont relativement simples pendant le demi- sol lorsque la Terre est au-dessus de l'horizon martien. La NASA et l'ESA ont inclus des équipements de relais de communication dans plusieurs des orbiteurs martiens, de sorte que Mars possède déjà des satellites de communication . Bien que ceux-ci finiront par s'user, des orbiteurs supplémentaires dotés d'une capacité de relais de communication seront probablement lancés avant le lancement de toute expédition de colonisation.

Le délai de communication unidirectionnel dû à la vitesse de la lumière varie d'environ 3 minutes à l'approche la plus proche (approximative par le périhélie de Mars moins l'aphélie de la Terre) à 22 minutes à la plus grande conjonction supérieure possible (approchée par l'aphélie de Mars plus l'aphélie de la Terre ). La communication en temps réel, telle que les conversations téléphoniques ou le chat par relais Internet , entre la Terre et Mars serait très peu pratique en raison des longs délais impliqués. La NASA a découvert que la communication directe peut être bloquée pendant environ deux semaines à chaque période synodique , à peu près au moment de la conjonction supérieure lorsque le Soleil est directement entre Mars et la Terre, bien que la durée réelle de la panne de communication varie d'une mission à l'autre en fonction de divers facteurs. — comme la quantité de marge de liaison conçue dans le système de communication et le débit de données minimum qui est acceptable du point de vue de la mission. En réalité, la plupart des missions sur Mars ont connu des périodes d'interruption des communications de l'ordre d'un mois.

Un satellite au point Lagrangien Terre-Soleil L 4 ou L 5 pourrait servir de relais pendant cette période pour résoudre le problème ; même une constellation de satellites de communication représenterait une dépense mineure dans le contexte d'un programme de colonisation complet. Cependant, la taille et la puissance des équipements nécessaires pour ces distances rendent les emplacements L4 et L5 irréalistes pour les stations relais, et la stabilité inhérente de ces régions, bien que bénéfique en termes de maintien en station, attire également la poussière et les astéroïdes, ce qui pourrait poser un risque. Malgré cette préoccupation, les sondes STEREO ont traversé les régions L4 et L5 sans dommage fin 2009.

Des travaux récents du Laboratoire de concepts spatiaux avancés de l' Université de Strathclyde , en collaboration avec l' Agence spatiale européenne , ont suggéré une architecture de relais alternative basée sur des orbites hautement non képlériennes . Il s'agit d'un type particulier d'orbite produite lorsqu'une propulsion continue à faible poussée, telle que celle produite à partir d'un moteur ionique ou d' une voile solaire , modifie la trajectoire naturelle d'un engin spatial. Une telle orbite permettrait des communications continues pendant la conjonction solaire en permettant à un vaisseau spatial relais de « survoler » au-dessus de Mars, hors du plan orbital des deux planètes. Un tel relais évite les problèmes des satellites stationnés à L4 ou L5 en étant significativement plus proches de la surface de Mars tout en maintenant une communication continue entre les deux planètes.

Précurseurs robotiques

Des astronautes s'approchent de la sonde d'atterrissage Viking 2

Le chemin vers une colonie humaine pourrait être préparé par des systèmes robotiques tels que Mars Exploration Rovers Spirit , Opportunity , Curiosity et Perseverance . Ces systèmes pourraient aider à localiser des ressources, telles que les eaux souterraines ou la glace, qui aideraient une colonie à se développer et à prospérer. La durée de vie de ces systèmes serait de plusieurs années, voire des décennies, et comme l' ont montré les récents développements dans les vols spatiaux commerciaux , il se peut que ces systèmes impliquent la propriété privée ainsi que la propriété du gouvernement. Ces systèmes robotiques ont également un coût réduit par rapport aux premières opérations en équipage et présentent moins de risques politiques.

Les systèmes câblés pourraient jeter les bases des premiers atterrissages et bases en équipage, en produisant divers consommables, notamment du carburant, des oxydants, de l'eau et des matériaux de construction. L'établissement des bases de l'électricité, des communications, des abris, du chauffage et de la fabrication peut commencer par des systèmes robotiques, ne serait-ce que comme prélude aux opérations en équipage.

Mars Surveyor 2001 Lander MIP (Mars ISPP Precursor) devait démontrer la fabrication d'oxygène à partir de l' atmosphère de Mars et tester les technologies des cellules solaires et les méthodes d'atténuation de l'effet de la poussière martienne sur les systèmes électriques.

Avant que des personnes ne soient transportées vers Mars sur l' infrastructure de transport théorique de Mars des années 2020 envisagée par SpaceX , un certain nombre de missions de fret robotique seraient d'abord entreprises afin de transporter l' équipement , les habitats et les fournitures nécessaires. L'équipement qui serait nécessaire comprendrait "des machines pour produire des engrais, du méthane et de l'oxygène à partir de l'azote et du dioxyde de carbone atmosphériques de Mars et de la glace d'eau souterraine de la planète", ainsi que des matériaux de construction pour construire des dômes transparents pour les zones agricoles initiales.

Économie

Météorite fer-nickel trouvée à la surface de Mars ( Heat Shield Rock )

Comme pour les premières colonies du Nouveau Monde , l'économie serait un aspect crucial du succès d'une colonie. Le puits à gravité réduite de Mars et sa position dans le système solaire peuvent faciliter le commerce Mars-Terre et peuvent fournir une justification économique pour la poursuite de la colonisation de la planète. Compte tenu de sa taille et de ses ressources, cela pourrait éventuellement être un endroit pour cultiver de la nourriture et produire de l'équipement pour exploiter la ceinture d'astéroïdes .

Certaines premières colonies de Mars pourraient se spécialiser dans le développement de ressources locales pour la consommation martienne, telles que l'eau et/ou la glace. Les ressources locales peuvent également être utilisées dans la construction d'infrastructures. Une source de minerai martien actuellement connue pour être disponible est le fer métallique sous forme de météorites nickel-fer . Le fer sous cette forme est plus facilement extrait que des oxydes de fer qui recouvrent la planète.

Un autre produit commercial important entre les martiens au début de la colonisation pourrait être le fumier. En supposant que la vie n'existe pas sur Mars, le sol va être très pauvre pour la croissance des plantes, donc le fumier et les autres engrais seront très appréciés dans toute civilisation martienne jusqu'à ce que la planète change suffisamment chimiquement pour soutenir la croissance de la végétation par elle-même.

L'énergie solaire est un candidat pour le pouvoir d'une colonie martienne. L'insolation solaire (la quantité de rayonnement solaire qui atteint Mars) est d'environ 42 % de celle de la Terre, puisque Mars est environ 52 % plus éloignée du Soleil et l'insolation diminue comme le carré de la distance . Mais la mince atmosphère permettrait à la quasi-totalité de cette énergie d'atteindre la surface par rapport à la Terre, où l'atmosphère absorbe environ un quart du rayonnement solaire. La lumière du soleil à la surface de Mars ressemblerait beaucoup à un jour modérément nuageux sur Terre.

Moteurs économiques

On peut dire à peu près que la colonisation spatiale sur Mars est possible lorsque les méthodes nécessaires de colonisation spatiale deviennent suffisamment bon marché (comme l'accès à l'espace par des systèmes de lancement moins chers) pour couvrir les fonds cumulés qui ont été réunis à cet effet.

Bien qu'il n'y ait aucune perspective immédiate de disponibilité des sommes importantes nécessaires à toute colonisation spatiale compte tenu des coûts de lancement traditionnels, il existe une perspective de réduction radicale des coûts de lancement dans les années 2020, ce qui réduirait par conséquent le coût de tout effort de cette direction. Avec un prix publié de 62 millions de dollars US par lancement d'une charge utile pouvant atteindre 22 800 kg (50 300 lb) en orbite terrestre basse ou 4 020 kg (8 860 lb) vers Mars, les fusées SpaceX Falcon 9 sont déjà les "moins chères de l'industrie". Les plans réutilisables de SpaceX incluent Falcon Heavy et les futurs lanceurs à base de méthane , y compris le Starship . Si SpaceX réussit à développer la technologie réutilisable, cela devrait "avoir un impact majeur sur le coût d'accès à l'espace" et changer le marché de plus en plus concurrentiel des services de lancement spatial.

D'autres approches de financement pourraient inclure la création de prix d'incitation . Par exemple, la Commission présidentielle de 2004 sur la mise en œuvre de la politique d'exploration spatiale des États-Unis a suggéré qu'un concours de prix d'incitation devrait être organisé, peut-être par le gouvernement, pour la réalisation de la colonisation spatiale. Un exemple fourni consistait à offrir un prix à la première organisation à placer des humains sur la Lune et à les soutenir pendant une période déterminée avant leur retour sur Terre.

Emplacements possibles pour les colonies

Version recadrée d'une image HiRISE d'une entrée de puits de lumière en tube de lave sur le volcan martien Pavonis Mons .

Régions équatoriales

Mars Odyssey a trouvé ce qui semble être des grottes naturelles près du volcan Arsia Mons . Il a été supposé que les colons pourraient bénéficier de l'abri que ces structures ou des structures similaires pourraient fournir contre les radiations et les micrométéoroïdes. La géothermie est également suspectée dans les régions équatoriales.

Tubes de lave

Plusieurs puits de lumière en tube de lave martien ont été localisés sur les flancs d'Arsia Mons. Des exemples terrestres indiquent que certains devraient avoir de longs passages offrant une protection complète contre les rayonnements et être relativement faciles à sceller à l'aide de matériaux sur place, en particulier dans les petites sous-sections.

Hellas Planitia

Hellas Planitia est la plaine la plus basse située sous le datum géodésique martien . La pression atmosphérique est relativement plus élevée à cet endroit par rapport au reste de Mars.

Protection planétaire

Les engins spatiaux robotiques vers Mars doivent être stérilisés, avoir au plus 300 000 spores à l'extérieur de l'engin - et plus complètement stérilisés s'ils entrent en contact avec des "régions spéciales" contenant de l'eau, sinon il y a un risque de contaminer non seulement la détection de la vie expériences mais peut-être la planète elle-même.

Il est impossible de stériliser les missions humaines à ce niveau, car les humains hébergent généralement cent mille milliards de micro - organismes de milliers d'espèces du microbiome humain , et ceux-ci ne peuvent pas être éliminés tout en préservant la vie de l'humain. Le confinement semble la seule option, mais c'est un défi majeur en cas d'atterrissage brutal (c'est-à-dire crash). Il y a eu plusieurs ateliers planétaires sur cette question, mais sans aucune ligne directrice définitive pour aller de l'avant. Les explorateurs humains seraient également vulnérables à une rétro-contamination de la Terre s'ils devenaient porteurs de micro-organismes si Mars avait la vie.

Défis éthiques, politiques et juridiques

On ne sait pas comment le premier atterrissage humain sur Mars changera les politiques actuelles concernant l'exploration de l'espace et l'occupation des corps célestes. Dans le Traité des Nations Unies sur l'espace extra-atmosphérique de 1967 , il a été déterminé qu'aucun pays ne peut revendiquer l'espace ou ses habitants. Étant donné que la planète Mars offre un environnement difficile et des obstacles dangereux à surmonter pour les humains, les lois et la culture de la planète seront très probablement très différentes de celles de la Terre. Avec Elon Musk annonçant ses plans de voyage vers Mars, on ne sait pas comment la dynamique d'une entreprise privée pouvant être la première à envoyer un humain sur Mars se déroulera à l'échelle nationale et mondiale. La NASA a dû faire face à plusieurs coupures de financement. Pendant la présidence de Barack Obama , l'objectif pour la NASA d'atteindre Mars a été relégué au second plan. En 2017, le président Donald Trump a promis de renvoyer les humains sur la Lune et éventuellement sur Mars, prenant effectivement des mesures en augmentant le budget de la NASA de 1,1 milliard de dollars, et se concentrant principalement sur le développement du nouveau système de lancement spatial .

Colonialisme

La colonisation spatiale en général a été discutée comme la continuation de l' impérialisme et du colonialisme , en particulier en ce qui concerne la prise de décision coloniale sur Mars et les raisons du travail colonial et de l'exploitation des terres ont été remises en question avec une critique postcoloniale . Voyant la nécessité d'une participation et d'une mise en œuvre inclusives et démocratiques de toute exploration, infrastructure ou colonisation de l'espace et de Mars, beaucoup ont appelé à des réformes sociologiques dramatiques et à des garanties pour prévenir le racisme, le sexisme et d'autres formes de préjugés et de fanatisme.

Le récit de l'exploration spatiale en tant que « Nouvelle Frontière » a été critiqué comme la continuation irréfléchie du colonialisme de peuplement et du destin manifeste , continuant le récit de l'exploration coloniale en tant que fondement de la nature humaine supposée .

La perspective prédominante de la colonisation territoriale dans l'espace a été qualifiée de surfacisme , en particulier en comparant le plaidoyer pour la colonisation de Mars à celui de Vénus .

Le logo et le nom de la Lunar Gateway font référence à la St. Louis Gateway Arch , associant Mars à la frontière américaine .

Dangers pour la grossesse

Un éventuel défi éthique auquel les voyageurs spatiaux pourraient être confrontés est celui de la grossesse pendant le voyage. Selon les politiques de la NASA, il est interdit aux membres de l'équipage d'avoir des relations sexuelles dans l'espace . La NASA souhaite que ses membres d'équipage se traitent comme des collègues le feraient dans un environnement professionnel. Un membre enceinte à bord d'un vaisseau spatial est dangereux pour tous ceux qui se trouvent à bord. La femme enceinte et l'enfant auraient besoin d'une nutrition supplémentaire provenant des rations à bord, ainsi que d'un traitement et de soins spéciaux. La grossesse entraverait les fonctions et les capacités du membre d'équipage enceinte. On ne sait toujours pas exactement comment l'environnement dans un vaisseau spatial affecterait le développement d'un enfant à bord. On sait cependant qu'un enfant à naître dans l'espace serait plus sensible au rayonnement solaire, ce qui aurait probablement un effet négatif sur ses cellules et sa génétique. Lors d'un long voyage sur Mars, il est probable que les membres de l'embarcation se livrent à des relations sexuelles en raison de leur environnement stressant et isolé.

Plaidoyer

Buzz Aldrin , l' astronaute d' Apollo 11 et deuxième personne à avoir posé le pied sur la Lune, a recommandé des missions humaines sur Mars

La colonisation de Mars est prônée par plusieurs groupes non gouvernementaux pour diverses raisons et avec des propositions variées. L'un des groupes les plus anciens est la Mars Society qui promeut un programme de la NASA pour accomplir l'exploration humaine de Mars et a mis en place des stations de recherche analogiques sur Mars au Canada et aux États-Unis. Mars to Stay préconise le recyclage des véhicules de retour d'urgence dans des colonies permanentes dès que les premiers explorateurs déterminent qu'une habitation permanente est possible.

Elon Musk a fondé SpaceX avec l'objectif à long terme de développer les technologies qui permettront une colonie humaine autonome sur Mars. Richard Branson , de son vivant, est "déterminé à faire partie du démarrage d'une population sur Mars. Je pense que c'est absolument réaliste. Cela arrivera... Je pense qu'au cours des 20 prochaines années," [à partir de 2012] "nous emmener littéralement des centaines de milliers de personnes dans l'espace et cela nous donnera les ressources financières pour faire des choses encore plus grandes".

En juin 2013, Buzz Aldrin , ingénieur américain et ancien astronaute , et deuxième personne à avoir marché sur la Lune , a écrit un avis, publié dans le New York Times , soutenant une mission humaine vers Mars et considérant la Lune « non comme une destination mais plus un point de départ, celui qui place l'humanité sur une trajectoire vers Mars et devenir une espèce à deux planètes". En août 2015, Aldrin, en association avec le Florida Institute of Technology , a présenté un "plan directeur", à l'attention de la NASA, pour les astronautes, avec un "tour de service de dix ans", pour coloniser Mars avant l'an 2040.

Dans la fiction

Quelques exemples dans la fiction fournissent des descriptions détaillées de la colonisation de Mars. Ils comprennent:

Carte interactive de Mars

Acheron Fossae Acidalia Planitia Alba Mons Amazonis Planitia Aonia Planitia Arabia Terra Arcadia Planitia Argentea Planum Argyre Planitia Chryse Planitia Claritas Fossae Cydonia Mensae Daedalia Planum Elysium Mons Elysium Planitia Gale crater Hadriaca Patera Hellas Montes Hellas Planitia Hesperia Planum Holden crater Icaria Planum Isidis Planitia Jezero crater Lomonosov crater Lucus Planum Lycus Sulci Lyot crater Lunae Planum Malea Planum Maraldi crater Mareotis Fossae Mareotis Tempe Margaritifer Terra Mie crater Milankovič crater Nepenthes Mensae Nereidum Montes Nilosyrtis Mensae Noachis Terra Olympica Fossae Olympus Mons Planum Australe Promethei Terra Protonilus Mensae Sirenum Sisyphi Planum Solis Planum Syria Planum Tantalus Fossae Tempe Terra Terra Cimmeria Terra Sabaea Terra Sirenum Tharsis Montes Tractus Catena Tyrrhen Terra Ulysses Patera Uranius Patera Utopia Planitia Valles Marineris Vastitas Borealis Xanthe TerraCarte de Mars
L'image ci-dessus contient des liens cliquablesCarte-image interactive de la topographie globale de Mars . Passez votre souris sur l'image pour voir les noms de plus de 60 entités géographiques importantes, et cliquez pour créer un lien vers elles. La coloration de la carte de base indique les élévations relatives , sur la base des données de l' altimètre laser Mars Orbiter sur le Mars Global Surveyor de la NASA . Les blancs et les bruns indiquent les altitudes les plus élevées (+12 à +8 km ) ; suivis des roses et des rouges (+8 à +3 km ) ; le jaune est0 km ; les verts et les bleus sont des altitudes inférieures (jusqu'à−8 km ). Les axes sont la latitude et la longitude ; Les régions polaires sont notées.
(Voir aussi : la carte Mars Rovers et la carte Mars Memorial ) ( voirdiscuter )


Voir également

Les références

Lectures complémentaires

Liens externes

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