1. Au commencement étaient le désert et la solitude !
Lorsque le premier vol, robotique, arrivera sur Mars, il n’y aura aucune structure d’accueil, seulement des ressources à l’état brut. Et il faudra non seulement se poser (voir l’article « Descendre sur Mars ») mais repartir (cet article et le précédent). Et on ne pourra le faire qu’après avoir fait le plein d’ergols. On ne sera pas tout à fait dans la situation de « la poule et l’œuf » car on aura notre fusée avec des équipements utiles à bord. Le retour sera néanmoins très délicat. Décrivons-en les différentes étapes dans cet article et le suivant (énergie).
Préambule :
En amont du premier vol habité, il faudra deux vols cargo robotiques précurseurs. Un premier cargo fera escale à Phobos pour larguer en bordure du cratère Stickney le système d’ancrage — câbles, pitons forés*, ancrages bec de canard — qui servira plus tard à amarrer les cargos et à fonder le dépôt d’ergols et d’équipements. L’escale coûtera certes la circularisation puis la désorbitation (coût à prévoir dans les pleins du départ terrestre). Mais ce n’est pas cela qui consommera le plus d’ergols, ç’aura été le départ de la Terre et l’injection sur la trajectoire interplanétaire.
* unpiton foré (appelé également cheville à expansion, goujon ou spit — en escalade) est un point d’ancrage métallique permanent. On l’installe dans un trou préalablement percé dans la roche ou un mur pour fixer une charge, s’assurer en montagne ou accrocher un équipement.
De toute façon, il faudra ensuite descendre en surface de Mars car les ergols restant seraient totalement insuffisants pour revenir sur Terre et il n’y aura pas sur Phobos les ressources nécessaires pour produire ce qu’il faudrait.
Déchargement
Après l’atterrissage (présenté dans l’article « Descendre sur Mars »), il faudra descendre de la soute du navire tous les équipements nécessaires pour préparer le retour. C’est une question de masses à manipuler, de leur déplacement contrôlé à l’intérieur du vaisseau jusqu’à les sécuriser sur la plateforme de descente au sol, de contrôler leur descente au sol, de les conduire hors de la plateforme jusqu’au site d’exploitation/utilisation. C’est complexe et délicat.
La plateforme ascenseur a été étudiée par SpaceX pour la Lune (pour les vols du Starship HLS). Elle sera « un peu limite » pour certaines masses et volumes importants : les 2 réacteurs Megapower et les réservoirs de stockage). Il faudra « faire avec » !
Les déplacements devront être accompagnés par des robots humanoïdes de type Optimus (mobilité) contrôlant l’application des plans (ordre des déchargements) et intervenant pour les corrections d’erreurs ou les adaptations aux situations imprévues (en fonction des finalités). Le problème sera la latence temporelle (voir-ci-dessous).
Mise en route des équipements de production et de rechargement des ergols
Après le positionnement sur site, il faudra effectuer les branchements, aussi bien de l’électricité que de la plomberie. Et les équipements seront complexes : les réacteurs nucléaires déjà mentionnés ; le dispositif d’extraction de la glace d’eau du gisement repéré depuis l’orbite, et celui de la protection de la glace extraite contre la sublimation (jusqu’au stockage) ; les appareils pour extraire l’hydrogène et l’oxygène par électrolyse de cette glace d’eau et pour stocker ces gaz à bonne température et sous bonne pression* ; l’unité de Sabatier pour la production de méthane, CH4 à partir du dioxyde de carbone de l’atmosphère et de l’hydrogène de l’eau ; mais aussi la captation et le filtrage de l’atmosphère utilisée et donc le changement des filtres.
* L’hydrogène, dont le stockage de longue durée est très difficile — cryogénie profonde à 20 K —, sera consommé au fil de sa production et ne sera conservé qu’en petites quantités tampon.
Préparation du terrain pour l’atterrissage suivant.
Parallèlement à la production d’ergols, d’autres robots rechercheront à côté du lieu d’atterrissage qui viendra d’être utilisé (peut-être endommagé de ce fait), un autre endroit qui semblera propice pour y accueillir le second atterrissage robotique également, afin qu’il soit moins risqué que le premier. Il s’agira de sonder la densité du sol, de déblayer la surface de pierres éventuelles, de la damer et de la renforcer. Pour ce faire, on peut envisager de répandre de l’eau sur le sol ultra-sec pour le transformer en duricrete (le régolithe mouillé devient dur comme du ciment). On peut aussi prévoir de déployer une surface métallique (un damier de polygones d’acier clipsés puis soudés ?), avant de pouvoir installer une plateforme-enclume surmontant un carneau pour évacuer les flammes.
Autres
Les mêmes robots pourront commencer à rechercher la butte ou simplement la surface au sol qui pourra être creusée et aménagée en habitat pour le premier vol habité. Il n’y aura probablement pas encore les équipements nécessaires pour le creuser mais il pourra y avoir repérage et tests sur la résistance et la cohésion de la roche.
D’autres robots (y compris un drone hélicoptère) feront l’inspection générale du vaisseau pour réparer d’éventuelles avaries avec les moyens du bord (et donc dans la mesure du possible). Si la réparation n’est pas possible et que l’avarie n’empêche pas le décollage, elle pourra être faite plus tard, avant de plonger dans l’atmosphère terrestre, à la station orbitant la Terre autour du point de Lagrange L1-TL L1 du système Terre-Lune. Si c’est impossible, le retour jusqu’à la surface de la Terre ne se fera pas et le bilan technique du voyage sera tiré en L1-TL par les observations et examens qu’on pourra effectuer en L1-TL (en téléopération ou avec des techniciens envoyés sur place). Il est bon de rappeler qu’en raison de la gravité basse et de la pression atmosphérique très faible de la planète Mars, MaxQ est beaucoup plus bas quand on quitte cette planète que lorsqu’on quitte la Terre.
Il y aura enfin remplissage des réservoirs du Starship.
L’assistance des humanoïdes.
La plupart de ces actions requerront l’intervention d’humanoïdes, type Optimus. Sans leur agilité et leur adaptabilité aux situations les plus variées, la préparation au retour, dans son ensemble, serait impossible. Une difficulté majeure viendra de ce qu’ils devront être commandés depuis la Terre puisque le vol sera robotique, et que, comme toute commande de robots depuis cette distance, la téléopération sera contrainte par une latence temporelle de 3 à 22 minutes dans un seul sens. Il n’y a pas de réponse à ce problème de latence temporelle sauf un développement de l’IA nous amenant beaucoup plus loin qu’aujourd’hui en termes d’autonomie robotiques. Le désavantage de ne pouvoir agir sur Mars avec une totale fluidité justifie d’ailleurs pleinement les missions habitées sur cette planète (incidemment, le même raisonnement invalide totalement le besoin de présence physique humaine sur la Lune).
Lors du départ, on laissera au sol tous les robots ouvriers, sauf un ou deux pour examen sur Terre afin de savoir comment ils ont été usés par leur travail et la poussière. Ceux qui resteront serviront à maintenir en fonctionnement les générateurs électriques, diverses sondes et appareils de contact avec la Terre, et la continuité de la production et du stockage d’ergols.
Second vol
Le second départ du sol de Mars, ne pourra être que celui d’un second véhicule robotique. En effet, compte tenu des fenêtres synodiques, le départ de Mars du premier vaisseau (vers le mois 22 ou 23 après son départ de la Terre, pour une trajectoire de conjonction avec séjour d’environ 500 jours sur Mars) ne précédera que de deux à trois mois la fenêtre de départ du second depuis la Terre (vers le mois 26). On aura donc pu vérifier le redécollage et le début de la croisière de retour, mais ni l’arrivée dans l’environnement terrestre (vers le mois 30), ni l’état du vaisseau après le premier voyage interplanétaire (le retour sur Terre). Il ne serait donc pas raisonnable d’exposer aux risques du voyage des vies humaines sans attendre ce retour.
Le second vol (donc robotique) fera comme le premier, une escale sur une lune de Mars mais cette fois-ci ce sera sur Deimos car il faut également équiper aussitôt que possible, cette lune des ancrages qui seront nécessaires pour débarquer les éléments permettant de s’y installer.
On pourrait profiter de ce second vol pour travailler davantage à la plateforme d’atterrissage et décollage en surface de Mars : Par analogie avec la Terre, on pourrait penser à la nécessité d’un déluge d’eau. Heureusement ce ne sera pas nécessaire : le Super Heavy décolle avec ~74 MN de poussée, notre vaisseau martien avec ~8,5–10 MN au maximum (cas d’un vaisseau chargé à 150 t ce qui, on le verra plus tard, est nettement supérieure à ce que l’on peut remporter en direct de la surface de Mars), et ~4 MN seulement pour un vaisseau vide comme le seront les premiers retours (notamment celui dont on parle ici), soit sept à près de vingt fois moins — au plus comparable à ce dont a besoin un Falcon 9 (~7,6 MN). Une enclume en acier avec carneau (flame trench) restera très utile sinon indispensable, mais le déluge, ne le sera pas. On n’aura donc pas à utiliser l’énorme quantité d’eau liquide du déluge (2 450 000 litres/minute pour le Starship) dont le besoin est incontournable sur Terre.
On entreprendra surtout le creusement du premier habitat et si possible un commencement de sa viabilisation (isolation des planchers, plafonds et parois ; pose d’une canalisation pour apporter l’eau de la mine de glace ; pose d’une ligne électrique pour le relier aux générateurs).
On reportera à plus tard la construction d’une tour de service type « Mechazilla », en raison de la masse que représentent les éléments nécessaires à la construction (et compte tenu des autres charges qu’on aura eu à transporter). On pourrait toutefois entreprendre l’ancrage au sol et l’assemblage de la base de cette tour. Ce sera sur des dimensions et des masses différentes de celles de la tour terrestre puisque (1) la tour martienne sera beaucoup plus petite (il n’y aura pas de lanceur sous le vaisseau) et le besoin de portance sera moindre (en raison d’une gravité réduite à 0,38g). Pour remplacer autant que possible la tour, à ce stade, on reposera sur la plateforme-ascenseur intégrée au sas de la fusée, et sur une inspection par drone-hélicoptère pour la partie inaccessible par l’ascenseur. En cas de problème sur une protection thermique, les robots, comme dit ci-dessus, informeront la Terre pour qu’elle prévoie une réparation dans la station spatiale en L1-TL.
Après les deux premiers vols robotiques, le premier vol habité et un certain nombre de vols suivants (jusqu’à l’achèvement de la première station rotative ancrée dans le sol de Deimos et l’implantation des réservoirs d’ergols sur Phobos et Deimos) descendront encore jusqu’à la surface de Mars (NB : on sera encore dans la situation des « premiers retours »). Ces vols, habités et cargos, s’arrêteront dans une des deux lunes de Mars pour y livrer les équipements nécessaires à l’équipement des deux lunes, et pour les assembler. Mais ils n’y séjourneront pas car les conditions de vie (notamment la gravité très faible) seraient pires qu’en surface de Mars. Ce sera l’occasion de mieux étudier les effets de la gravité réduite de la surface de cette planète (0,38 g) sur le corps humain — la question fondatrice de toute cette réflexion.
Copyright Pierre Brisson.
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Illustration de titre: Le premier vol de Starship arrivant sur ou repartant de Mars. Crédit SpaceX
NB: La semaine prochaine, la seconde partie traitera de l’énergie.
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3 réponses
Bonjour Pierre : c est bien mais fastidieux après l atterrissage; de mon côté j ai préféré arriver avec tout sous la main quitte à utiliser des vaisseaux énormes avec juste 2 décollages « titanesques » depuis la Terre en zone désertique et a 4000 mètres d altitude.le pas de tir étant conservé prêt a re-servir après remise en état assez légère si nécessaire.
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Et 2 Starship étant utilisés depuis l un des vaisseaux reste en orbite.
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celui en orbite est en acier assemble par blocs (40) et construit en chantier naval par mecanosoudure : il assure le voyage de l equipage 40 personnes avec tout le necessaire de vie dont 600 litres d eau recyclee en permanence par personne et participant a la protection partielle antiradiations. il tourne sur lui meme assuarnt une gracite artificielle de 0.6 g.il transporte sous sa coiffe 2 Starship permettant le transfert de charge utile et d equipage sur MARS . Il decolle sous forme squelette et recoit en orbite son bouclier PHED et subit les pleins d ergols liquides non cryogeniques ; des modules type SSRB peuvent venir s accoupler a lui pour participer a l injection MARTIENNE.
L autre a la meme forme et dimensions mais est realise en AL /LI ; il part en meme temps sans tourner sur lui meme sans equipage mais transporte charge utile (dont 30 robots terrasseurs etc) eau et logements tournants une fois pose sur MARS: il constitue la vraie base martienne de travail; une fois l equipage arrive sur Mars par transfert avec les STARSHIPS le travail commence immediatement dans les conditions de confort adequates.
VOILA cela date de 6 mois mais maintenant nous developpons un autre systeme pour remplacer le premier vaisseau acier beaucoup plus « judicieux ».
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le module AL / LI qui se pose sur MARS emmene en son sein des serres hydroponiques en fonctionnement dont l entretien (tailles etc) est assure par un robot pendant le vol vers MARS.
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Ce module restera definitivement sur MARS . L electricite est produite dans les 2 vaisseaux par des SMR.
Bonjour
Lorsque Perseverance a atterri il a largue 2 lests de tungstene de 77 kg et son etage de croisiere 540 kg qui sont impacte le sol selon une incidence de 10 degres et a une vitesse parfaitement connue formant 5 crateres ; l etude de ceux ci montre une cohesion du sol de 7 kilopascals soit la cohesion d un sable mou et humide; donc les pieds de nos vaisseaux vont s enfoncer de pas mal de decimetres et si la chaleur des moteurs vitrifie le sol on va avoir des difficultes pour decoller! c est un peu ennuyeux!
Il me semble normal que la densité du sol soit en moyenne moins élevée que sur la Terre puisque la gravité de la planète est plus faible.
Ce qu’avait prévu Space X et je ne sais si le projet a été maintenu, c’est de créer une ceinture de rétrojets sous la porte du sas du vaisseau (donc au dessus des réservoirs). Ces rétrojets devaient alléger le poids du vaisseau HLS au dernier moment avant l’atterrissage, après un dernier freinage massif des réacteurs. Comme cette couronne est située à quelques 30 mètres de hauteur, il n’y aurait pas de dégât au sol.