EXPLORATION SPATIALE - LE BLOG DE PIERRE BRISSON

Le 6 avril à Boca-Chica, Sud-Texas, Elon Musk a fait le point sur le développement de son Starship dans la perspective de la colonisation de Mars. On a pu constater que sa détermination et sa confiance dans les capacités ingénieuriales de ses équipes sont restées intactes. Le développement doit se dérouler sur une vingtaine d’années. Nul doute qu’il y aura des ajustements et peut-être quelques retards. Comme chacun sait maintenant, les ajustements font partie intégrante de la méthode itérative d’Elon Musk pour progresser et si les dates proches ne veulent dirent que « bientôt », les sceptiques feraient bien de s’abstenir de crier à l’impossible. Elon Musk a déjà prouvé que son audace était fondée et payante.

Objectif Mars, capture d’écran présentation Elon Musk

Elon Musk a mis son projet en perspective, en partant de la situation actuelle.

SpaceX a déjà réussi 327 lancements, 291 récupérations, 261 réutilisations de lanceurs. Aucune autre société au monde n’a atteint une telle performance, sauf la société russe Soyouz pour les lancements (mais bien sûr ni pour les récupérations ni les réutilisations). Mais les 1068 lancements de Soyouz ont commencé en 1966 ; ceux de SpaceX quarante ans plus tard, en 2006. Depuis 1996 la fusée Ariane, dans ses différentes versions, n’a été lancée que 117 fois. Pour exprimer cette suprématie sous une autre forme, on peut dire que 90% des masses portées en orbite cette année 2024 le seront par SpaceX (la Chine, avec 6%, vient en seconde place).

SpaceX dispose(ra) d’une gamme complète de lanceurs, depuis le Falcon 1, jusqu’au Starship en passant par le Falcon 9 et le Falcon Heavy. Le Falcon 1 peut placer une demi-tonne de charge utile en orbite ; le Falcon 9, peut y placer 23 tonnes (comme la future Ariane 6) ; le Falcon Heavy, 64 tonnes et le Starship entre 100 et 200+ tonnes (ce dernier chiffre pour la future version « V3 »).

Le Starship est le véhicule qui doit permettre l’exploration de la Lune (mission Artemis 3 avec sa version « HLS » Human Landing System) et surtout l’installation de l’homme sur Mars. Elon insiste pour dire que c’est le seul véhicule au monde qui aura cette capacité.

Après le 3ème test de vol orbital (OFT-3) qui a démontré la faisabilité de la mise en orbite du vaisseau puis l’amorçage de sa descente, la prochaine étape, tentée par OFT-4, sera la descente contrôlée du vaisseau jusqu’à l’Océan (Indien ou Pacifique). Il s’agira donc surtout de maîtriser le contrôle d’attitude dont la défaillance a marqué la fin du test OFT-3. L’amerrissage en rétropropulsion du vaisseau d’OFT-4 sera suivi « virtuellement » comme un atterrissage réel. Pour éviter les dégâts au sol, il faudra attendre que le vaisseau ait réussi deux amerrissages virtuels avant de tenter l’atterrissage sur Terre dans les « bras » d’une mechazilla (la tour de service de SpaceX équipée d’une pince gigantesque). Pour le lanceur, les derniers mètres du retour au sol devront se conclure de la même façon (par sa prise en charge par une mechazilla virtuelle puis réelle). OFT-4 sera effectué « in a month or so ». Si la récupération virtuelle du lanceur est satisfaisante, SpaceX tentera une récupération réelle (avec mechazilla) dès OFT-5. D’après Elon, la probabilité qu’elle soit réussie cette année s’élève entre 80% et 90%. Pour le vaisseau, ce sera un peu plus long. Elon l’espère pour l’an prochain.

L’an prochain, il s’agira également de démontrer la faisabilité des transferts d’ergols en orbite. Cette étape est essentielle puisque du fait de sa masse sèche (100 tonnes pour la version V2 hors charge utile de 100 tonnes également), le vaisseau sera livré en orbite presqu’à sec et pour aller sur une orbite interplanétaire ou pour un atterrissage sur la Lune, il aura besoin de plus de 1000 tonnes d’ergols (capacité 1200 tonnes dont 15% pour le retour au sol). Elon Musk envisage 5 ou 6 remplissages par « starship-tankers » c’est-à-dire des vaisseaux-starships dont la seule charge utile sera constituée d’ergols (méthane et oxygène).

Parallèlement SpaceX travaille sur des moteurs (Raptor) plus puissants et plus robustes. Actuellement elle utilise un « Raptor-2 » qui a une poussée de 230 tonne-force (« tf ») dans sa version atmosphérique (Sea-Level, « R-SL ») et 258 tf dans sa version Vacuum (« R-VAC »), utilisée lorsque l’atmosphère devient trop ténue pour contenir les gaz de propulsion à la sortie de la tuyère. Le Raptor-2 a succédé le 18 Nov 2023 au Raptor-1 (185 tf en version R-SL et 200+ tf en version R-VAC) et on évolue maintenant vers le Raptor-3 (en période de tests) qui aura une poussée de 280 tf en version R-SL et 306 tf en version R-VAC. En même temps, la masse du moteur diminue et la robustesse augmente par simplification de plusieurs éléments de « plomberie » ou leur intégration en amont dans des endroits moins vulnérables. La confiance en la robustesse est telle qu’on a prévu de le faire fonctionner sans protection thermique (ce qui est aussi un gain de masse).

Le Starship lui-même évolue. Après le vol OFT-3 qui a utilisé le vaisseau SN28, on va passer (avec le SN32) de la version « V1 » qui pourra mettre 50 tonnes en orbite, à la version « V2 », un tout petit peu plus grand (52,1 mètres au lieu de 50,3 mètres) et plus puissant puisqu’il pourra mettre 100 tonnes en orbite. Mais SpaceX a dans ses cartons le V3 (susmentionné) qui fera 69,8 mètres de haut sur un lanceur de 80,2 mètres et qui pourra mettre 200+ tonnes de charge utile en orbite. C’est celui-ci qui ira sur Mars. Le V3 aura une poussée au décollage de 10.000 tf contre 8240 pour le V2 et 7130 pour le V1. On l’équipera avec 9 moteurs Raptor (R3) au lieu de 6, dont 6 VAC (3 de plus). Ceci dit la capacité en ergols passera de 1200 t pour la V1 à 2000 pour la V3 et je ne vois pas comment on pourra monter cette masse et ce volume avec seulement « 5 ou 6 » starship-tankers portant chacun 200 tonnes.

Sur Mars, il faudra bien choisir le lieu de l’atterrissage. Les critères sont les suivants : (1) près de l’équateur, pour ne pas avoir trop froid et bénéficier d’un maximum de rayonnement solaire pour consommer moins d’énergie (Elon Musk en tire l’expression très parlante de « lower is better ») ; (2) en altitude basse, moins 2 km sous le datum (pour bénéficier au maximum du freinage atmosphérique)…« lower is better too » ; (3) près d’un gisement de glace d’eau (parce que l’eau est un élément essentiel pour notre vie – y compris l’oxygène – et pour notre activité productive (en tant que telle pour faire pousser des végétaux, des algues, élever des crevettes, mais aussi décomposée par électrolyse pour obtenir avec l’oxygène et l’hydrogène, des ergols et des molécules organiques) ; (4) un terrain plan, stable et le moins poussiéreux possible (cela va de soi !).

Après le ou les premiers tests robotiques jusqu’à Mars (et retour ?), l’utilisation de la flotte des starships sera intensive car il s’agit de créer une colonie d’un million d’habitants en 20 ans et de bénéficier au maximum d’économies d’échelle pour pouvoir réduire les coûts unitaires donc les prix (Elon prévoit que lorsque le Starship sera opérationnel, plus de 99% des montées de masses en orbite seront effectuées par SpaceX). Le vol d’un Starship V3 devrait coûter moins que le vol d’un Falcon 1. En d’autres termes, l’objectif est de 2 à 3 millions de dollars par vol au lieu des 65 millions actuels pour un Falcon 9, car il s’agit de pouvoir rendre le voyage accessible à « tout le monde » (« pull down the price to such a level that almost anybody can afford it »). C’est ce nombre de « un million », à première vue déraisonnable, qui selon Elon sera nécessaire pour que la base habitée puisse être autonome, compte tenu des exigences de production et de consommation d’une communauté humaine moderne vivant en milieu extrême*. Par ailleurs, surtout au début, les voyages interplanétaires seront aussi en partie financés par une activité en orbite terrestre, dont Starlink, (nécessaire puisque les fenêtres de lancement sont rares et étroites – un mois tous les 26 mois) qui outre les profits générés contribuera également à l’abaissement du coût unitaire du vol. Pour atteindre les tonnages nécessaires Elon prévoit d’effectuer tous les jours 10 lancements, chacun portant 200+ tonnes en LEO et, tous les 26 mois d’envoyer les 1,5 millions de tonnes accumulés en LEO vers Mars, soit à l’arrivée 250.000 tonnes en surface de Mars, pour atteindre 1 millions de tonnes utilisables sur Mars en 8 ans (et 2,5 millions en 20 ans).

*ce nombre me semble néanmoins beaucoup trop élevé compte tenu du milieu particulièrement « extrême » de Mars et de l’impossibilité de vivre dans des conditions précaires en l’attente de la réalisation d’abris viabilisés vivables. Pour moi, il y aura peut-être un jour un million d’habitants sur Mars mais certainement pas dans 20 ans et je vois plutôt à l’horizon un maximum de quelques 300.000 personnes, comme en Islande aujourd’hui (ce qui en même temps permettrait un rythme de lancements plus réaliste). Je ne pense pas non plus qu’une telle colonie ne puisse être autonome.

Elon nous dit pourquoi il est nécessaire de créer cette Colonie et qu’elle puisse subvenir à ses besoins. Et je suis tout à fait d’accord sur ce « pourquoi ». La Terre est un habitat fragile considérant les dangers de l’Espace mais aussi les dangers même d’une cohabitation de tant d’êtres humains disposant d’opportunités de frictions, de disputes et de capacités de nuire qui pourraient être de plus en plus catastrophiques pour tous. Une planète Mars peuplée par un tout petit pourcentage de l’Humanité commune serait un gage de survie de notre Civilisation en cas de catastrophe. Nous le devons à nous-mêmes et aussi à ce que nous représentons dans l’Univers, la vie intelligente et peut-être simplement la Vie. D’autant qu’après quelques décennies de recherche, nous pouvons constater que nous ne sommes vraiment pas nombreux, sinon (probablement) complètement seuls dans l’Univers.

Ce projet de colonisation me convient donc parfaitement (sauf la partie qui concerne le réchauffement de Mars en tant que planète, qui est aussi abordée et que je ne crois pas possible, et bien sûr l’importance de la Colonie comme dit ci-dessus). Et je vois venir « Noctis Landing », au pied du volcan Noctis, à côté du dépôt glaciaire enterré (« inlandsis ») nommé « Relict » par son découvreur Pascal Lee, comme le site de la première Base « Alpha » (petit bémol pour l’altitude du site qui n’atteint peut-être pas le seuil de -2km en-dessous du datum souhaité par Elon). Reste tout de même quelques questions importantes : (1) Pourra-t-on survivre en conditions acceptables aux radiations reçues pendant le voyage ? (2) Pourquoi ne pas du tout parler de gravité artificielle pendant ce même voyage puisque cela paraît très important pour arriver sur Mars en bonne conditions physiques et en bonne santé ? (3) Quelle va être la source d’énergie utilisée pendant le voyage pour faire fonctionner le vaisseau et permettre aux hommes embarqués de survivre ? Elon pense-t-il vraiment que l’énergie solaire puisse être suffisante pour faire face aux besoins de fonctionnement du vaisseau et de support-vie des passagers ? Sans-doute Elon nous le dira-t-il bientôt mais j’aimerais bien avoir rapidement les réponses ou connaître les pistes qu’il entend suivre. En attendant il est vrai que l’on pourra mener des missions d’explorations sur la Lune avec le HLS sans qu’il soit répondu à ces interrogations et que cela fera progresser la fiabilité du Starship donc la faisabilité des expéditions vers Mars.

Illustration de titre : architecture d’une mission martienne. Capture d’écran de la présentation faite par Elon Musk le 06 avril.

Lien:

https://twitter.com/SpaceX/status/1776669097490776563

#SpaceX #StarshipV3 #ColonisationMars #ElonMusk

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15 réponses

  1. Les « quelques » questions posées en fin d’article sont en effet très pertinentes, … et absolument fondamentales et cruciales. J’attends toujours en particulier d’avoir un minimum d’indications sur comment sera assurée l’alimentation en énergie du Starship martien pendant son transfert vers, et en retour de, Mars. Même si l’idée est de recourir à l’énergie solaire, j’ai calculé que cela demanderait des surfaces de captage difficilement « incorporables » à un engin monolithique comme le Starship. Et ces surface devraient être repliables lors de l’arrivée sur Mars puisque le vaisseau en entier ira s’y poser et que ces « ailes » de panneaux PV ne supporteraient évidemment pas la traversée de l’atmosphère martienne; panneaux qui devront ensuite être redéployés pour le transfert de retour sur Terre … et à nouveau repliés pour rentrer dans l’atmosphère terrestre. Et bien, si tout cela se déroule sans problème, je commencerai à croire que SpaceX est effectivement capable de miracles!
    En ce qui concerne la question 1), elle est d’autant plus pertinente quand on voit les dessins du Starship martien présentés par Elon Musk, avec une immense verrière et de nombreux hublots périphériques! La question 2) est aussi très importante (nous en avons souvent déjà souvent parlé ici) et, franchement, je ne vois pas trop comment incorporer une quelconque « centrifugeuse » avec la conception du Starship telle qu’elle est (et la solution de coupler deux Starship pose de nombreux problèmes que j’ai déjà évoqués).

  2. le projet est superbe mais oui radiations /energie/pesanteur artificielle sont des questions importantes; pour l energie peut etre pile a combustibles ( ? ) pas sur qu une pile a combustible soit fiable sur un si long periple…pile nucleaire comme sur les sondes voyager mais la le probleme est la radioactivite…
    pour l exposition aux radiations de l espace (rayons cosmiques ou activite solaire ou rayons gamma):pas de solutions miracles.
    pour la pesanteur artificielle: la c est « mal plie ».
    Reste encore la medecine spatiale: la ce n est pas si simple…
    Donc attendons des nouvelles sur ces sujets.

    1. « Piles à combustible »? Avez-vous calculé la quantité de combustible, précisément, qui devrait être embarquée pour assurer le fonctionnement de tels systèmes à la puissance nécessaire pendant les environ 6 mois de voyage?! Quant aux générateurs isotopiques que vous évoquez, ils n’ont de très loin pas la puissance nécessaire. Reste l’option de réacteurs nucléaires, mais là encore la conception du Starship s’y prêterait mal (surface des radiateurs nécessaires entre autres, qui poserait les mêmes problèmes que pour les panneaux PV) et on voit difficilement alors un vaisseau ainsi équipé revenir ensuite se poser « tranquillement » sur Terre! Je suis vraiment curieux de savoir quelle solution la firme d’Elon Musk a en tête, … si elle en a une! 🙂

  3. Quel est l’intérêt d’avoir ce système de pinces géantes (« mechazilla ») plutôt que simplement des jambes d’atterrissage ?

    1. Bonjour Bob.
      La pince permet d’éviter la déstabilisation au contact du sol (le centre de gravité du vaisseau comme du lanceur est assez haut). Par ailleurs la pince permet de déplacer l’objet pour le déposer sur un véhicule qui permet de le transporter dans un atelier pour revision, réparationet réutilisation…puis de recevoir un autre objet.

      1. « La pince permet d’éviter la déstabilisation au contact du sol (le centre de gravité du vaisseau comme du lanceur est assez haut). », … mais il n’y aura pas de « pince » sur Mars pour la réception (et en outre le sol sera beaucoup moins égal et plat que sur la base de Boca Chica)! Ce système me paraît très hasardeux; quelle est la tolérance de positionnement au retour sur la base qu’il peut tolérer? La solution chinoise du « filet de câbles » me paraît plus sûre. Je me pose juste la question de ce qui est prévu s’il se trouve que la base de la fusée se présente en raison d’un écart alignée juste sur un câble au lieu que ce soit dans un espace entre ceux-ci (?).

        1. SpaceX a réussi 291 récupération sur 327 lancements. Ces chiffres montrent que la récupération n’est pas si difficile bien que cela semble improbable.
          Donc je ne suis pas trop inquiet bien que je suis d’accord sur le fait que le filet chinois semble plus prudent puisque le périmètre de récupération est plus important.
          Pour ce qui est de l’atterrissage sur Mars, il est vrai que puisque, au début du moins, il n’y aura ni mechazilla, ni filet, le risque de déstabilisation et de détérioration de la fusée sera élevé. Il faudra bien choisir le site d’atterrissage. Cela implique une exploration robotique préalable avec un véhicule « classique » et la possibilité lors de l’arrivée du Starship, d’hésiter (ce qui est prévu avec une réserve d’ergols embarquée).

  4. Comme les précédentes, ces déclarations très médiatisées d’Elon Musk sur la colonisation de Mars sont riches en promesses et en PowerPoint mais pauvres en démonstrations. Et ce n’est pas dénigrer que de le constater.

    Les progrès sur le Starship sont remarquables, mais rien ne le montre compatible avec des vols habités vers Mars. Donc hors sujet. Jusqu’à preuve du contraire, il faudra d’autres vaisseaux. Et il n’y a pas que la technique. On ne sait toujours pas non plus sur quoi reposent les affirmations de prix très bas, ni quel Etat donnera les autorisations de tir (nécessaires, étant une obligation de l’ONU), et encore moins dans quel cadre légal s’effectuera l’appropriation de ressources martiennes. Bref, toutes les questions fondamentales continuent à être esquivées. La réussite industrielle de Space X n’y change rien. Le fait qu’il ait eu raison en son temps contre les experts sur la Falcon 9, non plus.

    Elon Musk est le plus grand industriel spatial de son temps. Mais sur la question spécifique de la colonisation de Mars, depuis 23 ans qu’il en parle, il n’a pas avancé d’un pas. Il aurait pu faire cette présentation en 2001. Espérons donc qu’il donne « bientôt » ces réponses. Car aussi longtemps qu’il ne fera pas, la réalité est qu’il est – hélas – difficile d’y voir autre chose que de l’agitation médiatique. Quitte à froisser.

  5. Vous posez ici les bonnes questions: radiations, apesanteur, énergie. Elon Musk aurait-il déjà ses « petites idées » sur leur solution? A l’état d’hypothèses multiples, peut-être. Il y a une course au gigantisme donc pourquoi pas un réacteur nucléaire de grande taille sur le principe de ceux qui ont fait leurs preuves avec les voyagers, lesquels me remplissent toujours d’admiration? Une possibilité serait que Mars soit fortement préparé à l’arrivée d’humains: pipelines amenant l’eau même de très loin, détection de ressources minérales, routes installées par des robots, repérage de zones facilement aménageables (sol meuble ou non) et … cavernes naturelles ou artificielles pouvant servir de refuge en cas de pics de radiations, de pluie de météorites. Ces travaux de préparation donnerait le temps de trouver quelques réponses aux problèmes ardus. C’est vrai que la médecine spatiale n’est pas simple. Ne pourrait-on pas dire que nos connaissances en médecine de façon générale sont bien insuffisantes? Mettre en œuvre des logiciels de diagnostic aux urgences des hôpitaux qui seraient en partie des salles avec ordinateurs où des personnels moins formés que des médecins aideraient les patients à répondre au logiciel, au minimum pour ceux des malades qui le pourraient. Le travail des urgentistes serait alors pré-mâché. Cela permettrait de tourner vers la recherche un certain nombre de diplômés. Reste à financer, ce qui est une question de choix. Monsieur Brisson met l’accent sur le fait que « La Terre est un habitat fragile ». Cela s’accentue encore plus avec la bombe, laquelle semble beaucoup taquiner certains ces temps-ci. Cela me rappelle un épisode où, reçu à Moscou, De Gaulle avait répondu « nous mourrons ensemble ». Ajoutons qu’il y a une compétition pour la conquête de Mars et les Chinois, les Japonais, les Indous, les Arabes… pourraient contraindre Musk à avancer d’un grand pas. Rappelez-vous spoutnik.

    1. « donc pourquoi pas un réacteur nucléaire de grande taille », je pense que vous n’avez pas lu mon commentaire plus haut, c’est complètement exclu avec la conception actuelle du Starship, entre autres (sans parler de problèmes techniques d’intégration que j’ai déjà plusieurs fois évoqués ici) parce qu’un engin spatial ayant à bord un réacteur nucléaire ayant fonctionné ne serait jamais autorisé à revenir sur Terre (en raison de son inventaire en produits de fission, qui pourraient être dispersés dans l’atmosphère dans le cas d’un accident toujours possible, voir celui de la navette Columbia, mission STS-107)!

  6. A Mr Haldi: Bien sûr qu’il y a des problèmes pour un réacteur nucléaire de grande taille mais soyez positif. On peut le construire en plusieurs parties, l’assembler en orbite avant le grand voyage. Le starship ou ses successeurs seront certainement améliorés voire totalement remplacés. Qu’on ne le ramène jamais sur terre pourquoi pas, pourvu qu’il soit utilisable le temps nécessaire. Sur Mars un autre réacteur pourrait être construit avec des métaux martiens pour les besoins locaux ou pour le retour vers la terre puis envoyé vers le soleil ou l’espace lointain comme ceux des voyagers après transfert des cosmonautes à bord de la station spatiale ou d’une fusée de retour. « Quiconque cherche trouve »

    1. De nouveau, lisez bien les commentaires précédents des autres intervenants avant d’en rédiger un nouveau. Où ai-je dis que le problème d’un réacteur nucléaire était dans sa taille?! Un réacteur ayant la puissance nécessaire pour assurer l’alimentation en énergie d’un Starship en transit vers Mars ne serait pas de tellement grande taille et, sur ce point, tiendrait aisément dans un Starship. Du moins, pour ce qui est du réacteur lui-même, reste le problème du blindage et des radiateurs en particulier. J’ai aussi bien précisé dans mes commentaires que l’on discutait pour le moment du Starship DANS SA CONCEPTION ACTUELLE et avec le schéma de mission prévu qui suppose un retour sur Terre et une réutilisation du vaisseau. Si tout cela change, alors ce ne sera plus un Starship et on en reparlera quand on connaîtra les caractéristiques du nouveau concept! J’ai d’ailleurs fait sur ce blog des propositions concrètes d’un concept différent de vaisseau martien, que j’estime beaucoup plus réaliste.
      Une petite motion d’ordre pour terminer, lorsque vous répondez à un commentaire, merci d’utiliser le bouton « réponse » sous celui-ci, pour un bon suivi des débats!

      1. Oui Pierre Andre Haldi : je pense en effet que le vaisseau martien sera tres different du vaisseau actuel.

        1. et deja Elon Musk annonce une fusee d une hauteur de 150 metres de moteurs Raptor beaucoup plus puissants (300 tonnes de poussee) et du starship plus long de 30 metres et pousse non plus par 6 Raptors mais par 9…..on voit que cela commence a « bouger »

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À propos de ce blog

Pierre Brisson, président de la Mars Society Switzerland, membre du comité directeur de l’Association Planète Mars (France), économiste de formation (University of Virginia), ancien banquier d’entreprises de profession, planétologue depuis toujours

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