Evolution de l’aménagement des lunes Deimos et Phobos
Première partie
Nous avons vu la semaine dernière le rôle respectif que devaient avoir Deimos et Phobos par rapport à l’établissement humain permanent qui pourrait se développer dans le monde martien avec habitat stable en orbite aréostationnaire. A Deimos, le service à l’arrivée de la Terre ; à Phobos, la liaison avec la surface de Mars ; aux deux, les stockages, les réunions, les concertations et les rencontres. Il résulte du développement de ces rôles, un besoin d’évolution.
xxxx
1. Le besoin d’évolution
Nous avons vu que la grande station rotative ancrée, Deimos-II, construite tout au début de l’aventure martienne, pour permettre l’assemblage de la première station rotative libre Eagle-One, et pour servir de point d’arrivée dans le monde martien, s’usera assez vite (15 à 20 ans). En effet elle sera très massive (rayon de 80 mètres et protection anti-radiations) afin d’assurer à ses occupants pendant au moins 18 mois et ensuite une ou plusieurs périodes synodiques de 26 mois, en tournant à 2,80 tpm. Cela permettra de créer dans le tore une gravité minimum (0,7g) sans souffrir d’un gradient tête pied trop élevé (2,3%), d’un coefficient de Coriolis trop fort (0,13), d’un taux de rotation absolu trop élevé (les 2,80 tpm), tous ces chiffres étant sous les seuils de confort reconnus. Cependant, l’importance de la masse en rotation aggravera les tensions et les frictions qui ne manqueront pas de se produire malgré les roulements, ces frictions étant par ailleurs aggravées par l’environnement poussiéreux.
En raison de cette usure, mais aussi en raison de l’évolution et donc du changement du contexte (introduction des Eagles — station(s) aréostationnaire(s) libre(s) en orbite) et, en conséquence, de l’évolution du rôle de Deimos, il faudra remplacer la première station rotative ancrée par une nouvelle, Deimos III, plus adaptée. Parallèlement Phobos jouera un rôle également important vis-à-vis de la surface de Mars et ce rôle justifiera des aménagements complémentaires sur Phobos, en particulier une station rotative ancrée Phobos-II analogue à la station Deimos-III. Cette station remplacera aussi vite que possible l’abri enterré rudimentaire situé dès le début près des installations du cratère Stickney (où les séjours auront été très brefs).
Par ailleurs, dès le début également, on aura disposé sur Deimos d’une tour et d’une grue pour l’assemblage de la première station. A noter que cette tour sera plus petite que la tour Mechazilla utilisée par SpaceX pour son Starship, 40 m seulement au lieu des 145 m car la tour de Deimos ne devra accueillir que la partie basse de l’axe de l’Eagle ; par contre la grue devra être aussi haute que le sommet de la partie supérieure de l’axe de la station et devra donc atteindre 90 m avec un bras de 100 m (le tore est distant de 80 m de l’axe). Mais ces équipements (tour et grue) ne suffiront pas pour la suite du développement de l’activité sur Deimos et la diversification des fonctions de la lune aussi bien que celles de Phobos. NB : les dimensions peuvent sembler trop importantes, compte tenu des masses en jeu, mais il ne faut pas oublier que ces équipements évolueront quasiment en apesanteur.
De son côté, Phobos, ne sera pas le lieu où seront assemblés les Eagles de la couronne de stations mais elle aura un rôle de gare de transit vers Mars. Cela imposera aussi des tours d’amarrage pour les Starships faisant la navette avec la surface. Ces tours ayant pour objet, aussi bien l’ancrage des vaisseaux (Starships et Lyobas*) comme jadis on le faisait sur Terre pour les dirigeables, que leur chargement et déchargement, leur révision et réparation, et leur largage pour repartir de telle sorte que leurs flux propulsifs ne soient pas orientés vers la surface de la lune (ils y provoqueraient la diffusion de nuages de poussière). Ces tours se multiplieront avec le temps et l’augmentation du trafic vers Mars.
*les Lyobas sont les convoyeurs de haute altitude de la startup suisse Pave Space.
2. Deimos III
Deimos-III, la nouvelle station rotative ancrée, pourra être adaptée à des séjours plus courts sur Deimos qu’avant le lancement des premières stations rotatives libres où vivront les résidents martiens. En effet, ces séjours n’excéderont pas 15 jours ou 3 semaines maximum entre l’arrivée pour et le départ à la fin des réunions, ou quelques jours seulement pour les transits vers et de la Terre. Les réunions seront le motif qui demandera le plus de temps puisque non seulement les représentants des différents Eagles ne pourront arriver en même temps sur place en raison des contraintes astronautiques (voir article précédent), mais encore parce qu’il faudra bien une semaine d’échanges continus pour justifier une réunion physique qui demande une dépense en énergie et en temps, non négligeables.
La construction d’autres Eagles ou la réparation des anciens, de même que l’accueil des Lyobas venant des Eagles ou de Phobos et des Starships vaisseaux venant de la Terre justifieront de nouvelles tours et grues. Il faudra prévoir « grand », aussi bien pour les Lyobas (en cas de réunion organisées pour les représentants de tous les Eagles ensemble) que pour les Starships venant de la Terre et attendant l’ouverture de la fenêtre synodique de retour. Cela implique « en première ligne » autant de tours qu’il pourra y avoir de vaisseaux ou convoyeurs en même temps sur Deimos ; en deuxième ligne, une capacité importante de stockage des ergols* venant de Mars via Phobos, et plusieurs stations de remplissage des réservoirs ; en troisième ligne une capacité d’hospitalité pour les personnes en séjour ou en transit. Pour cette dernière raison, l’opérationnalité d’au moins deux stations rotatives ancrées en même temps semblerait raisonnable (redondance = sécurité).
*méthane et oxygène pour les starships mais aussi argon utilisé par les Eagles pour régulariser leur rotation, et autre gaz pour les lyobas.
3. Rotation
La conséquence de la courte durée des séjours est que, a priori, il ne serait pas nécessaire que la rotation de la station « donne plus » que la gravité martienne, c’est-à-dire 0,38g, au lieu des 0,7 g restituée dans les Eagles. Cependant l’a priori est trompeur et 0,50g sera somme toute préférable. Voici pourquoi (pour une station rotative de 50 m de rayon) :
0,70g => rotation 3,54 tpm, vitesse tangentielle 18,53 m/s, nombre de Coriolis (Nc) 10,8%
0,50g => rotation 2,99 tpm, vitesse tangentielle 15,66 m/s, nombre de Coriolis (Nc) 12,8%
0,38g => rotation 2,61 tpm, vitesse tangentielle 13,65 m/s, nombre de Coriolis (Nc) 14,7%
Pour les trois options ci-dessus, le gradient tête pieds de 3,6% est identique car il ne dépend que du rayon. Il est très confortable : le seuil habituellement retenu dans la littérature est de l’ordre de 10 à 15 % maximum tolérable (idéalement <10 %). Avec un rayon de 50 m, le gradient reste donc largement dans la zone sans conséquence physiologique notable (pas de sensation de « tête plus légère que les pieds »).
Pour ce qui est du rapport de la force de Coriolis à la pesanteur locale, les seuils généralement cités sont les suivants : < 7–10 % : effet négligeable, quasiment imperceptible ; 10–30 % : effet perceptible, nécessitant une phase d’adaptation vestibulaire (désorientation lors de mouvements rapides de la tête, notamment en se levant ou en changeant brusquement de direction radiale) ; 30 % : gênant pour une fraction importante des occupants, mal de l’espace fréquent même après adaptation.
Le vrai désavantage, c’est un taux de rotation absolu élevé. Les critères de Hall/Gilruth* sur l’adaptation vestibulaire portent sur les tr/min, non sur le Nc — parce que « l’illusion de Coriolis croisée (cross-coupled illusion)** », déclenchée par un mouvement de tête pendant la rotation, dépend directement de la vitesse angulaire ω et non du rapport à g. Un mouvement de tête (se pencher, se retourner) génère un moment perçu proportionnel à ce taux, quel que soit le niveau de gravité artificielle produit. À 3,54 tr/min, on reste sous le seuil de 4 tr/min généralement cité comme « adaptation complète pour la majorité des occupants », mais on s’en approche : la période d’accoutumance s’allonge, et les mouvements de tête rapides (se pencher pour un objet, se retourner brusquement) deviennent plus sensiblement perceptibles que dans les configurations à 0,38–0,5 g. Ce n’est pas rédhibitoire, mais c’est la marge de confort qui se réduit. Il semble donc qu’en demi-mesure, les 0,5g à 2,99 tpm, serait préférable aux autres solutions, d’autant que ces 0,5g seraient une gravité intermédiaire entre les 0,7 g de la station Eagle de résidence et les 0,38g de la surface martienne.
* Les critères de Hall et Gilruth font référence aux limites physiologiques et géométriques établies pour concevoir des environnements de gravité artificielle par rotation. L’objectif principal de ces critères est de permettre une adaptation vestibulaire optimale (travaux de Robert Gilruth, NACA, et de G Warren Hall, NASA).
** l’une des illusions sensorielles (vestibulaires) les plus dangereuses et déstabilisantes. Elle repose sur le fonctionnement des canaux semi-circulaires de l’oreille interne, qui détectent les accélérations angulaires (les rotations) dans les trois plans de l’espace.
Pour ne pas être trop long, je traiterai dans mon prochain article de l’amélioration de l’aménagement des tores, de la circulation sur les lunes, de l’aménagement de Phobos et de la redondance en général.
Illustration de titre (et ci-dessus): station rotative ancrée Deimos-III. Conception Pierre Brisson, réalisation claude.ai. Crédit Pierre Brisson
Copyright Pierre Brisson
Si vous aimez ce blog, abonnez-vous!
