EXPLORATION SPATIALE - LE BLOG DE PIERRE BRISSON

Le 29 mai, à l’occasion de l’IFT9 (9^ème Integral Flight Test) de son Starship, Elon Musk a fait part de ses motivations concernant la conception de ce vaisseau. Très clairement, il doit être le moyen de réaliser son rêve d’installation sur Mars d’une communauté humaine autonome. Les étapes pour y parvenir sont décrites les unes après les autres ainsi que ses ambitions quant aux délais. Le discours est clair, la parole est forte et tranquille. Le rêve est grandiose. Même si on peut douter de la réalisation du programme dans toute son ampleur et dans les délais annoncés, nous nous dirigeons à coup sûr vers des premières étapes qui, dans leur principe, sont réalistes.

La première étape consiste en deux séries de vols robotiques.

La première comprendra cinq vols lors de l’ouverture de la prochaine fenêtre de tirs vers Mars, en décembre 2026/janvier 2027. Chacun portera 10 tonnes d’équipements. La multiplicité est justifiée par l’incertitude du succès (on est toujours dans la philosophie des tests). L’objet est (1) prouver que l’on peut aller sur Mars ; (2) envoyer un minimum de véhicules fonctionnels avec le but de maximiser le retour d’informations utiles ; (3) faire la démonstration des technologies clefs dont on aura besoin pour le voyage et l’atterrissage. Elon Musk rappelle à cette occasion la contrainte incontournable de ces fenêtres qui ne s’ouvrent, du fait de la mécanique céleste, qu’un seul mois tous les 26 mois.

Pour y parvenir, SpaceX veut démontrer dans deux ou trois mois, la possibilité de récupérer le vaisseau dans les ‘baguettes’ de Mechazilla. Elle démontrera également dans ce délai la possibilité de livrer une cargaison de satellites Starlink dans l’espace. Ce point n’est pas négligeable car Starlink a été conçu pour financer l’aventure martienne, comme en témoigne d’ailleurs son logo qui montre la trajectoire (Hohmann) que les fusées doivent suivre pour rejoindre Mars depuis la Terre.

Un autre objectif qu’il faudra remplir pour entreprendre la première étape est le remplissage des réservoirs du vaisseau en orbite (80% oxygène, 20% méthane). Ceci est prévu pour l’année prochaine.

La deuxième série de vols partiront en mars 2029 (première fenêtre suivant celle de 2026/27). Ils consisteront en 20 vaisseaux portant chacun 75 tonnes de charge utile. Il s’agira de : (1) débarquer l’infrastructure initiale nécessaire pour la mission habitée ; (2) confirmer la disponibilité des ressources locales nécessaires au fonctionnement de la base ; (3) préparer les surfaces d’atterrissage ; (4) livrer les équipements nécessaires à la vie humaine.

Les vols robotiques seront équipés, entre autres ‘instruments’, de robots humanoïdes Optimus ‘Gen-2’ de la Sté Tesla. Ils iront à leur limite de capacité pour réaliser tout ce que des premiers hommes auraient dû faire (à leur place) s’ils n’avaient pas été conçus et produits. On voit bien là l’importance (et la raison principale) de cette nouvelle industrie dans l’esprit d’Elon Musk.

La deuxième étape sera celle des premiers vols habités. Ils pourraient avoir lieu dès 2031, à moins que les conclusions des missions robotiques 2027 et 2029 justifient de les reporter à 2033. Ils comprendront 100 vaisseaux, chacun portant 150 tonnes de charge utile. Le nombre de personnes n’est pas mentionné et, pour être clair, il n’est pas dit qu’ils partiront en 2031 ou 2033. De toute façon celles qui partiront en 2031 seront peu nombreuses car il n’y aura pas encore de capacités d’accueil en dehors des vaisseaux spatiaux eux-mêmes. Ces personnes opéreront toujours avec des humanoïdes mais pourront les commander en direct. Il s’agira dans cette étape de : (1) générer les ressources minières nécessaires au fonctionnement de la base habitée, et de produire les ergols de retour avec les ressources locales ; (2) construire des plateformes d’atterrissage et de lancements, et des routes ; (3) construire des habitats ; (4) augmenter la capacité de génération et de conservation d’énergie.

Pendant ces deux premières phases, il faudra travailler sur plusieurs améliorations du Starship :

Avant l’envoi des hommes la première attention devra être portée au bouclier thermique réutilisable. Il est en effet indispensable de sécuriser ce bouclier contre les effets résultant de la pénétration à haute vitesse du vaisseau dans l’atmosphère. Il n’y aura pas de stocks de tuiles thermiques sur Mars en dehors de celles qu’on aura apportées. Le problème est autant à la descente sur Mars qu’à la descente sur Terre, car sur Mars, le CO₂ se transformant en plasma du fait de la vitesse de rentrée, libèrera beaucoup d’oxygène libre (sans doute le double de ce qu’on trouve dans l’atmosphère terrestre) ce qui activera les combustions. Il faut trouver le bon alliage pour le bouclier. C’est difficile mais théoriquement faisable. La société y travaille depuis plusieurs années. Ce sera sans doute un composite à matrice céramique – CMC- incluant verre, aluminium, composite carbone-carbone. Et il faudra le tester de nombreuses fois dans l’environnement terrestre (Elon Musk dit une centaine de fois). Il s’agit aussi de passer d’une multitude de tuiles à une surface unie et mieux incorporée à l’ensemble de la surface du vaisseau (sans dénivellation entre le bouclier et la surface non protégée).

La deuxième priorité sera l’inter-étages. Il faut renforcer les jambes de force des issues par lesquelles les flammes et la chaleur sont évacuées pour permettre un maximum de poussée lors de la libération du vaisseau. Par ailleurs cet inter-étages doit devenir récupérable.

La troisième sera l’utilisation de la version 3 du moteur Raptor. Un des intérêts de ce moteur, outre sa simplicité donc sa robustesse, c’est le fait qu’il n’a pas besoin de tablier de protection thermique comme les deux premières versions. Cela permettra de réduire la masse de l’ensemble du Starship mais surtout d’éviter qu’en cas de fuite, des ergols restent confinés près des moteurs et risquent de s’enflammer donc de provoquer une explosion.

La quatrième sera l’augmentation de la taille des vaisseaux et donc des lanceurs et donc du nombre de moteurs. L’augmentation en capacité d’emport a pour but de réduire le coût de la tonne embarquée. Actuellement, nous sommes à 123 mètres au total dont 52 pour le vaisseau et 71 pour le lanceur (y compris 2 pour l’inter-étages). Mais à la fin de cette année nous passerons à 124,4 mètres dont 52,1 et 72,3 (Starship « version 3 »). L’objectif est de parvenir à 142 mètres (61+81). Le nombre de moteurs passera à 42 dont 33 pour le lanceur (inchangé) et 9 pour le vaisseau (au lieu de 6). Ces modifications doivent permettre de faire monter la charge utile à 200 tonnes (deux fois celle de la fusée Saturn V). La poussée au décollage du lanceur version 3, passera à 8240 tonnes (aujourd’hui 7590) avec un objectif à long terme de 10.000 tonnes. Pour y parvenir, il faudra une capacité des réservoirs d’ergols de 3650 tonnes (aujourd’hui 3400) avec un objectif de 4000 tonnes. Pour le vaisseau, la capacité des réservoirs est de 1550 t et la poussée de 1600 t. La poussée et la quantité d’ergols embarqués devront être augmentées en conséquence de l’augmentation de taille et de capacité d’emport, même si l’efficacité du Raptor 3 permettra une réduction du besoin, par tonne à arracher à la gravité terrestre.

La troisième étape consistera à profiter de chacune des fenêtres de lancements suivantes pour envoyer sur Mars toutes les charges utiles nécessaires pour que l’implantation humaine devienne le plus vite possible autonome (‘self sustainable’). Il y va de la sécurité des hommes qui se trouveront sur Mars et qui n’auront pas la possibilité de communiquer physiquement avec la Terre en dehors des fenêtres de lancements. Plus précisément il s’agit de : (1) développer l’indépendance de la Terre ; (2) miner et transformer les ressources martiennes ; (3) développer la mobilité planétaire ; (4) développer les communications planétaires. Cette étape commencera en 2033 (mais peut-être sera-ce 2035 ?) et SpaceX enverra 500 vaisseaux pendant cette seule fenêtre, chacun portant une charge utile de 300 tonnes.

Pour atteindre ces objectifs, il faut travailler à la réutilisabilité des lanceurs et des starships-tankers, et à la capacité de lancements.

Les capacités de lancements doivent être portées à 500 vaisseaux par fenêtre de lancements dès 2033 (comme dit ci-dessus) et, plus tard, à 1000 ou 2000 avec une charge utile de 300 tonnes par vaisseau. La raison est que l’autonomie de la colonie martienne requerra au moins 1.000.000 de tonnes, sinon 10.000.000, en espérant que ce ne soit pas 100.000.000 (dixit Elon Musk). C’est pour cela que, très rapidement (2035 ?), il faudra pouvoir lancer au moins 250.000 tonnes vers Mars par fenêtre (soit 1.500.000 tonnes en LEO -Low Earth Orbit).

Pour y parvenir, les lanceurs doivent pouvoir être réutilisés en une heure ou deux, y compris leurs 5 à 6 minutes de vol. Ce seront ce qu’Elon Musk appelle des « rapidly reusable reliable rockets » (‘4R’). Cette rapidité de rotation concernera également les vaisseaux-tankers (contrôle plus long des vaisseaux après récupération).  Elon envisage en « mode croisière », trois lancements de Starships complets par jour (1000/an). C’est cette rapidité donc ce nombre qui permettront un coût acceptable pour le voyage martien (et ne l’oublions pas, pour le remplissage des réservoirs en orbite). Le Starship doit devenir comme un avion Boeing ou Airbus, pour des utilisations aussi bien orbitales que vers la Lune et vers Mars (avec des astroports au Texas et en Floride). Et, bien sûr, la facilité d’accès de l’orbite terrestre et de la Lune compensera l’espacement des fenêtres de lancements vers Mars. Elon envisage ainsi de lancer 10.000 satellites Starlink par an et de relier en continu la Terre à la base lunaire « Alpha » parallèlement aux lancements périodiques des vaisseaux martiens. Evidemment cela implique de très nombreuses plateformes de lancements (qui seront comparables aux pistes de décollage/atterrissage d’aujourd’hui).

Pour faire face à ces besoins, la production des vaisseaux doit augmenter d’une unité en deux à trois semaines (sauf upgrade dans la conception), à trois par jour (1000 par an).

Grâce à cette expansion, la population sur Mars pourrait atteindre des centaines de milliers sinon un million de personnes.

Localisation idéale de la première base.

Ce serait quelque part dans la région d’Arcadia Planitia en raison (1) des gisements de glace d’eau qui y sont très nombreux, (2) de sa basse altitude (-3km sous datum) et (3) de sa planitude. Il faut en effet une altitude basse pour pouvoir se freiner plus efficacement avec l’atmosphère et ne pas prendre le risque d’un terrain escarpé.

Dès que possible la colonie martienne devra pouvoir porter la civilisation terrienne. Il ne faut pas en effet négliger l’éventualité d’une catastrophe qui la détruirait. Pour « plus tard », Elon envisage la terraformation de Mars afin qu’elle devienne vraiment une seconde Terre.

Mes remarques sur ce programme grandiose.

Le calendrier technique me convient. J’avais moi-même envisagé la fourchette 2031/2035 pour les premiers vols habités après au moins deux vols robotiques.

Les robots humanoïdes dont on parle depuis quelques temps changent les perspectives de la vie humaine sur Mars et notamment de la phase de préparation par des missions robotiques (‘étape 1’). On pourra faire beaucoup avec eux mais il ne faut pas oublier que leur commande à distance en temps réel sera impossible en raison de la distance et de la vitesse de la lumière. L’intelligence artificielle permettra une autonomie certaine mais qui restera quand même limitée compte tenu des incidences imprévues possibles.

Le raisonnement économique fondé sur l’économie d’échelle me semble tout à fait valable. Plus il y aura des vols et plus il y aura des réutilisations de lanceurs et vaisseaux, plus le coût des voyages baissera.

La nécessité d’une autonomie locale me semble une évidente nécessité compte tenu du risque vital de ne pas disposer sur place de tout ce dont on aura besoin pour survivre en dehors des dates d’arrivée des vaisseaux terrestres.

Par contre, je suis étonné par l’absence de considérations sur le retour sur Terre d’un vol robotique avant de tenter la première mission habitée et je ne suis pas d’accord sur les nombres.

Pour moi le test du retour de Mars, qui implique le redécollage de Mars et l’atterrissage sur Terre me semble indispensable avant de tenter le premier vol habité.

Les nombres m’effraient un peu. Dans le cadre des vols robotiques, lancer 5 vaisseaux lors de la première fenêtre et 20 lors de la seconde me semble disproportionné par rapport aux besoins qui sont surtout des besoins d’études de faisabilité. De même pour ce qui est des objectifs de population humaine sur Mars. Mon objectif serait plutôt, dans un premier temps, mille personnes (ce serait un ‘test’ déjà important). Puis lorsqu’il s’avérera qu’on peut vivre sur Mars, quelques milliers puis quelques dizaines de milliers. Une centaine de milliers me semble un maximum envisageable à long terme.

Aracadia planitia, malgré l’évocation des Jardins d’Arcadie, ne me semble pas l’endroit le plus adéquat pour une implantation. La région s’étend de 39°N à 64°N. Elle est trop au Nord ce qui implique un ensoleillement réduit donc une dépense d’énergie accrue sur la durée (d’autant qu’Elon Musk envisage d’utiliser l’énergie solaire). Non, pour moi, il faut se rapprocher de l’équateur, pour aller s’installer soit dans valles Marineris soit dans la région de Medusa Fossae, où l’altitude est basse et les gisements de glace d’eau également nombreux.

Je ne crois pas à la terraformation mais je ne discuterais pas ce thème car Elon Musk l’évoque comme une éventualité lointaine.

En conclusion, malgré une certaine démesure il ne faut pas a priori considérer l’exposé d’Elon Musk comme celui d’un fou dépourvu du sens des réalités. Dans ce cadre, il nous livre son rêve et sa détermination mais il n’écarte pas les difficultés qui restent à surmonter et admet les incertitudes quant aux solutions qui doivent apporter les bonnes réponses (encore une fois, plus au niveau quantitatif que qualitatif). Il fera tout ce qu’il est possible de faire et il adaptera sa trajectoire aux murs qui pourront se présenter. Avec lui, le Projet Mars est plus que jamais crédible.

Lien : discours d’Elon Musk du 29 mai : https://www.youtube.com/watch?v=0nMfW7T3rx4

Illustration de titre : « Demandez le programme ! ». Capture d’écran SpaceX, discours du 29 mai. Il est intéressant de noter que dans le cartouche du haut de l’image, nous avons non seulement les départs depuis la Terre (traits bleus) mais aussi les retours de Mars (traits rouges). On constate que les retours de Mars parviendront bien sur Terre après le départ des vols suivants, même si l’écart tendra à se réduire.

Illustration ci-dessous : La seconde mission robotique (départ Mars 2029…et non 28!). Capture d’écran SpaceX, discours du 29 mai 2025.

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