Mars Direct - Mars Direct

Mars Direct est une proposition de mission humaine vers Mars qui se veut à la fois rentable et possible avec la technologie actuelle. Il a été détaillé à l'origine dans un document de recherche des ingénieurs de Martin Marietta , Robert Zubrin et David Baker, en 1990, puis développé plus tard dans le livre de Zubrin, The Case for Mars , en 1996 . Il sert maintenant de base aux allocutions et au plaidoyer général de Zubrin en tant que chef de la Mars Society , une organisation consacrée à la colonisation de Mars .

Représentation artistique de l'Unité Habitat et du Véhicule de retour de la Terre sur Mars.

Histoire

Initiative d'exploration spatiale

Le 20 juillet 1989, le président américain George HW Bush a annoncé des plans pour ce qui allait être connu sous le nom de Space Exploration Initiative (SEI). Dans un discours sur les marches du Musée national de l'air et de l'espace, il a décrit des plans à long terme qui aboutiraient à une mission humaine à la surface de Mars.

En décembre 1990, une étude d'estimation du coût du projet déterminait que les dépenses à long terme totaliseraient environ 450 milliards de dollars répartis sur 20 à 30 ans. L'« étude des 90 jours », comme on l'a connue, a suscité une réaction hostile du Congrès à l'égard de la SEI étant donné qu'elle aurait nécessité la plus grosse dépense gouvernementale depuis la Seconde Guerre mondiale . En moins d'un an, toutes les demandes de financement pour le SEI ont été refusées.

Dan Goldin est devenu administrateur de la NASA le 1er avril 1992, abandonnant officiellement les plans d'exploration humaine à court terme au-delà de l'orbite terrestre avec le passage à une stratégie "plus rapide, meilleure et moins chère" pour l'exploration robotique.

Développement

Alors qu'il travaillait chez Martin Marietta pour concevoir des architectures de missions interplanétaires, Robert Zubrin a perçu une faille fondamentale dans le programme SEI. Zubrin a fini par comprendre que si le plan de la NASA était d'utiliser pleinement autant de technologies que possible pour soutenir l'envoi de la mission sur Mars, cela deviendrait politiquement intenable. Dans ses propres mots :

L'exact opposé de la bonne façon de faire de l'ingénierie.

L'alternative de Zubrin à cette stratégie de mission "Battlestar Galactica" (surnommée ainsi par ses détracteurs pour les grands vaisseaux spatiaux à propulsion nucléaire qui ressemblaient soi-disant au vaisseau spatial de science-fiction du même nom ) impliquait un séjour en surface plus long, une trajectoire de vol plus rapide sous la forme d'une mission de classe conjonction, d'une utilisation des ressources in situ et d'un vaisseau lancé directement de la surface de la Terre vers Mars au lieu d'être assemblés en orbite ou par une cale sèche spatiale . Après avoir reçu l'approbation de la direction de Marietta, une équipe de 12 personnes au sein de l'entreprise a commencé à élaborer les détails de la mission. Alors qu'ils se concentraient principalement sur des architectures de mission plus traditionnelles, Zubrin a commencé à collaborer avec la stratégie extrêmement simple, épurée et robuste de son collègue David Baker . Leur objectif « d'utiliser les ressources locales, de voyager léger et de vivre de la terre » est devenu la marque de fabrique de Mars Direct.

Scénario de mission

Premier lancement

Le premier vol de la fusée Ares (à ne pas confondre avec la fusée du même nom du désormais défunt programme Constellation ) emmènerait un véhicule de retour de la Terre sans équipage vers Mars après une phase de croisière de 6 mois, avec un approvisionnement en hydrogène, une usine chimique et un petit réacteur nucléaire . Une fois sur place, une série de réactions chimiques (la réaction de Sabatier couplée à l' électrolyse ) serait utilisée pour combiner une petite quantité d'hydrogène (8 tonnes) transportée par le Earth Return Vehicle avec le dioxyde de carbone de l'atmosphère martienne pour créer jusqu'à 112 tonnes de méthane et d'oxygène. Cette procédure de génie chimique relativement simple était utilisée régulièrement aux XIXe et XXe siècles et garantirait que seulement 7 % du propergol de retour aurait besoin d'être transporté à la surface de Mars.

96 tonnes de méthane et d'oxygène seraient nécessaires pour envoyer le Earth Return Vehicle sur une trajectoire de retour à la fin du séjour en surface ; le reste serait disponible pour les rovers martiens. Le processus de production de carburant devrait prendre environ dix mois.

Deuxième lancement

Quelque 26 mois après le lancement initial du Earth Return Vehicle depuis la Terre, un deuxième véhicule, la Mars Habitat Unit , serait lancé sur une trajectoire de transfert à basse énergie de 6 mois vers Mars, et transporterait un équipage de quatre astronautes (le nombre minimum requis pour que l'équipe puisse être scindée en deux sans laisser personne seul). L'Unité Habitat ne serait pas lancée tant que l'usine automatisée à bord de l'ERV n'aurait pas signalé le succès de la production de produits chimiques nécessaires à son fonctionnement sur la planète et au voyage de retour sur Terre. Pendant le voyage, une gravité artificielle serait générée en attachant l'unité d'habitat à l'étage supérieur épuisé du booster et en les faisant tourner autour d'un axe commun. Cette rotation produirait un environnement de travail confortable de 1  g pour les astronautes, les libérant des effets débilitants d'une exposition à long terme à l' apesanteur .

Opérations d'atterrissage et de surface

En atteignant Mars, l'étage supérieur serait largué, l'Unité Habitat aérofreinant en orbite martienne avant d'atterrir en douceur à proximité du véhicule de retour de la Terre . L'atterrissage précis serait soutenu par une balise radar déclenchée par le premier atterrisseur. Une fois sur Mars, l'équipage passerait 18 mois à la surface, effectuant une série de recherches scientifiques, aidé par un petit véhicule rover transporté à bord de leur unité d'habitat de Mars, et alimenté par le méthane produit par le Earth Return Vehicle.

Missions de retour et de suivi

Pour revenir, l'équipage utiliserait le Earth Return Vehicle , laissant l'unité d'habitat de Mars à l'usage éventuel des explorateurs suivants. Lors du voyage de retour vers la Terre, l'étage de propulsion du Earth Return Vehicle serait utilisé comme contrepoids pour générer une gravité artificielle pour le voyage de retour.

Des missions de suivi seraient envoyées à des intervalles de 2 ans sur Mars pour s'assurer qu'un ERV redondant serait à la surface à tout moment, attendant d'être utilisé par la prochaine mission avec équipage ou par l'équipage actuel en cas d'urgence. Dans un tel scénario d'urgence, l'équipage parcourrait des centaines de kilomètres jusqu'à l'autre VRE dans son véhicule longue portée.

Composants

La proposition Mars Direct comprend un volet pour un lanceur "Ares", un Earth Return Vehicle (ERV) et une Mars Habitat Unit (MHU).

Véhicule de lancement

Le plan implique plusieurs lancements utilisant des propulseurs lourds de taille similaire au Saturn V utilisé pour les missions Apollo , qui seraient potentiellement dérivés des composants de la navette spatiale . Cette fusée proposée est surnommée "Ares", qui utiliserait la navette spatiale Advanced Solid Rocket Boosters , un réservoir externe de navette modifié et un nouveau troisième étage Lox/LH2 pour l' injection trans-marsienne de la charge utile. Ares mettrait 121 tonnes sur une orbite circulaire de 300 km et propulserait 47 tonnes vers Mars.

Véhicule de retour de la Terre

Le Earth Return Vehicle est un véhicule à deux étages. L'étage supérieur comprend le logement de l'équipage pendant son voyage de retour de six mois vers la Terre depuis Mars. L'étage inférieur contient les moteurs-fusées du véhicule et une petite usine de production chimique.

Unité Habitat de Mars

L'unité Mars Habitat est un véhicule à 2 ou 3 ponts offrant un environnement de vie et de travail complet pour un équipage de Mars. En plus des dortoirs individuels qui offrent un certain degré d'intimité à chacun des membres d'équipage et un endroit pour les effets personnels, l'unité d'habitat de Mars comprend un espace de vie commun, une petite cuisine, une aire d'exercice et des installations d'hygiène avec purification de l'eau en cycle fermé. . Le pont inférieur de l'unité d'habitat de Mars fournit l'espace de travail principal pour l'équipage : de petites zones de laboratoire pour effectuer des recherches en géologie et en sciences de la vie ; un espace de stockage pour les échantillons, des sas pour atteindre la surface de Mars et une zone d'habillage où les membres d'équipage se préparent aux opérations de surface. La protection contre les radiations nocives dans l'espace et à la surface de Mars (par exemple contre les éruptions solaires ) serait assurée par un "abri anti-tempête" dédié au cœur du véhicule.

L'unité d'habitat de Mars comprendrait également un petit rover pressurisé qui est stocké dans la zone du pont inférieur et assemblé à la surface de Mars. Propulsé par un moteur au méthane, il est conçu pour étendre la portée sur laquelle les astronautes peuvent explorer la surface de Mars jusqu'à 320 km.

Depuis qu'elle a été proposée pour la première fois dans le cadre de Mars Direct, la Mars Habitat Unit a été adoptée par la NASA dans le cadre de sa mission Mars Design Reference Mission, qui utilise deux Mars Habitat Units - dont l'une vole vers Mars sans équipage, fournissant un laboratoire dédié sur Mars, ainsi que la capacité de transporter un véhicule rover plus grand. La deuxième Mars Habitat Unit vole vers Mars avec l'équipage, son intérieur étant entièrement consacré à l'espace de vie et de stockage.

Pour prouver la viabilité de l'unité Mars Habitat, la Mars Society a mis en œuvre le programme Mars Analogue Research Station (MARS), qui a mis en place un certain nombre de prototypes d'unités Mars Habitat dans le monde.

accueil

Baker a lancé Mars Direct au Marshall Spaceflight Center en avril 1990, où la réception a été très positive. Les ingénieurs ont survolé le pays pour présenter leur plan, qui a suscité un vif intérêt. Lorsque leur tournée a culminé avec une démonstration à la National Space Society, ils ont reçu une ovation debout. Le plan a rapidement attiré l'attention des médias peu de temps après.

La résistance au plan est venue des équipes de la NASA travaillant sur la Station spatiale et des concepts de propulsion avancés. L'administration de la NASA a rejeté Mars Direct. Zubrin est resté attaché à la stratégie et, après s'être séparé de David Baker, a tenté de convaincre la nouvelle administration de la NASA des mérites de Mars Direct en 1992.

Après avoir obtenu un petit fonds de recherche chez Martin Marietta, Zubrin et ses collègues ont réussi à démontrer un générateur de propergol in situ qui a atteint un rendement de 94 %. Aucun ingénieur chimiste n'a participé au développement du matériel de démonstration. Après avoir montré les résultats positifs au Johnson Space Center , l'administration de la NASA avait encore plusieurs réserves sur le plan.

En novembre 2003, Zubrin a été invité à s'exprimer devant le comité du Sénat américain sur l'avenir de l'exploration spatiale. Deux mois plus tard, l' administration Bush a annoncé la création du programme Constellation, une initiative de vol spatial habité dans le but d'envoyer des humains sur la Lune d'ici 2020. Bien qu'une mission sur Mars n'ait pas été spécifiquement détaillée, un plan pour atteindre Mars basé sur l'utilisation du vaisseau spatial Orion a été provisoirement élaboré pour être mis en œuvre dans les années 2030. En 2009, l'administration Obama a entamé une révision du programme Constellation, et après des problèmes budgétaires, le programme a été annulé en 2010.

Il existe une variété de problèmes psychologiques et sociologiques qui pourraient affecter les missions spatiales expéditionnaires de longue durée. Certains s'attendent à ce que les premières missions de vols spatiaux habités vers Mars aient d'importants problèmes psychosociaux à surmonter et fournissent des données considérables pour affiner la conception de la mission, la planification de la mission et la sélection de l'équipage pour les missions futures.

Révisions

Depuis que Mars Direct a été initialement conçu, il a fait l'objet d'examens et de développements réguliers par Zubrin lui-même, la Mars Society , la NASA , l'Université de Stanford et d'autres.

Mars Semi-Direct

Rendu d'artiste de Mars Semi-Direct/DRA 1.0 : L'unité habitée est "amarrée" à côté d'un habitat pré-placé qui a été envoyé avant le véhicule de retour de la Terre.

Zubrin et Weaver ont développé une version modifiée de Mars Direct, appelée Mars Semi-Direct, en réponse à certaines critiques spécifiques. Cette mission se compose de trois engins spatiaux et comprend un "Mars Ascent Vehicle" (MAV). L'ERV reste en orbite martienne pour le voyage de retour, tandis que le MAV sans équipage atterrit et fabrique des propulseurs pour la remontée vers l'orbite martienne. L'architecture semi-directe de Mars a été utilisée comme base d'un certain nombre d'études, y compris les missions de référence de conception de la NASA.

Soumis à la même analyse des coûts que le rapport sur 90 jours , Mars Semi-Direct devait coûter 55 milliards de dollars sur 10 ans, capable de s'intégrer dans le budget existant de la NASA.

Mars Semi-Direct est devenu la base de la Design Reference Mission 1.0 de la NASA, remplaçant la Space Exploration Initiative .

Mission de référence de conception

Le modèle de la NASA, appelé Design Reference Mission , sur la version 5.0 au 1er septembre 2012, demande une mise à niveau importante du matériel (au moins trois lancements par mission, plutôt que deux), et envoie l'ERV sur Mars entièrement alimenté. , le garer en orbite au-dessus de la planète pour un rendez-vous ultérieur avec le MAV.

Mars Direct et SpaceX

Avec l'avènement potentiellement imminent d'une capacité de transport de charges lourdes à faible coût , Zubrin a proposé une mission humaine sur Mars à moindre coût en utilisant du matériel développé par la société de transport spatial SpaceX . Dans ce plan plus simple, un équipage de deux personnes serait envoyé sur Mars par un seul lancement Falcon Heavy , le vaisseau spatial Dragon agissant comme leur habitat de croisière interplanétaire. Un espace de vie supplémentaire pour le voyage serait rendu possible grâce à l'utilisation de modules d'extension gonflables si nécessaire. Les problèmes liés à l'apesanteur à long terme seraient traités de la même manière que le plan de référence Mars Direct, une attache entre l'habitat du Dragon et l'étage TMI (Trans-Mars Injection) agissant pour permettre la rotation de l'engin.

Les caractéristiques du bouclier thermique du Dragon pourraient permettre une descente en toute sécurité si des fusées d'atterrissage d'une puissance suffisante étaient disponibles. Des recherches au centre de recherche Ames de la NASA ont démontré qu'un dragon robotique serait capable d'un atterrissage entièrement propulsif sur la surface martienne. En surface, l'équipage aurait à sa disposition deux engins spatiaux Dragon avec des modules gonflables comme habitats, deux ERV, deux véhicules d'ascension de Mars et 8 tonnes de fret.

Autres études

Les études de la Mars Society et de Stanford conservent le profil de mission original à deux véhicules de Mars Direct, mais augmentent la taille de l'équipage à six.

Mars Society Australia a développé sa propre mission de référence Mars Oz à quatre personnes , basée sur Mars Semi-Direct. Cette étude utilise des modules biconiques courbés à atterrissage horizontal et repose sur l'énergie solaire et la propulsion chimique partout, où Mars Direct et les DRM ont utilisé des réacteurs nucléaires pour l'énergie de surface et, dans le cas des DRM pour la propulsion également. La mission de référence Mars Oz diffère également en supposant, sur la base de l'expérience de la station spatiale, que la gravité de rotation ne sera pas nécessaire.

Stations de recherche analogiques sur Mars

La Mars Society a fait valoir la viabilité du concept de l'unité d'habitat de Mars par le biais de son programme Mars Analogue Research Station . Ce sont des cylindres verticaux à deux ou trois ponts d'environ 8 m de diamètre et 8 m de haut. Mars Society Australia envisage de construire sa propre station basée sur la conception de Mars Oz. La conception de Mars Oz comporte un cylindre horizontal de 4,7 m de diamètre et 18 m de long, avec un nez effilé. Un deuxième module similaire fonctionnera comme un garage et un module d'alimentation et de logistique.

Mars Direct a été présenté sur un Discovery Channel programmes Mars: La prochaine étape dont les questions ont été discutées entourant le financement du projet de la NASA, et sur Mars métro , où le plan est discuté plus en profondeur.

Alternatives

Les propositions " Mars to Stay " impliquent de ne pas renvoyer les premiers immigrants/explorateurs immédiatement, voire jamais. Il a été suggéré que le coût d'envoi d'une équipe de quatre ou six personnes pourrait représenter un cinquième à un dixième du coût du retour de cette même équipe de quatre ou six personnes. Selon l'approche précise adoptée, un laboratoire assez complet pourrait être envoyé et atterri pour moins que le coût de renvoi même de 50 kilos de roches martiennes. Vingt personnes ou plus pourraient être envoyées pour les frais de retour de quatre.

Dans la fiction

Voir également

Les références

Lectures complémentaires

Liens externes