Vivre dans l’environnement martien ? Méthodologie de l’approche
Nous avons vu sur ce blog, le danger que pourrait représenter sur le long terme la vie sous une gravité réduite de niveau martien (0,38g). On a constaté qu’au niveau zéro g (ISS) ce risque n’était pas acceptable en raison de l’intensité du syndrome SANS (Spaceflight Associated Neuro-ocular Syndrome) induit par un gradient hydrostatique interne au corps humain réduit de 100% par rapport à celui qu’on a sur Terre. Faut-il pour autant renoncer à aller physiquement sur Mars (gradient hydrostatique réduit de 62%) ? Certainement pas. Mais y vivre indéfiniment est un autre problème qu’il convient d’étudier sérieusement avant de faire des plans peut-être irréalisables.
Essai de vie sur Mars
La première étape est de préparer et mener une mission sur Mars, « habitée » (avec des hommes y participant). Nous savons que lorsque nous irons, (1) il nous faudra au moins 6 mois de voyage (cela pourrait être plus long mais prenons cette hypothèse), (2) que le séjour ne pourra pas être de moins de 18 mois car il faut que Mars se retrouve en position favorable par rapport à la Terre pour en repartir, (3) que le voyage de retour devra durer au moins 7,5 mois afin de ne pas arriver près de la Terre à une vitesse qui rendrait le freinage avant l’entrée dans l’atmosphère, insupportable.
Cette mission pourrait raisonnablement partir à l’été 2033 si un Starship robotisé est prêt pour être lancé dans la fenêtre de 2029. Il faut en effet « préparer le terrain » et deux missions robotisée ne seront pas de trop. Préparer le terrain veut dire : aménager une aire d’atterrissage convenable en s’assurant de la résistance du sol et en l’aplanissant au mieux, creuser à proximité un abri suffisant pour protéger les hommes contre les radiations, sécuriser un approvisionnement en glace d’eau. Une seconde mission devrait partir en 2031 pour préparer la viabilisation de l’abri, apporter une source d’énergie (réacteur nucléaire), préparer un poste de télécommunication (avec relai en orbite géostationnaire), commencer la production d’ergols en utilisant les ressources locales (ISPP), et bien sûr des réservoirs pour leur stockage. Ce second vol robotique devrait apporter sur Mars quelques robots humanoïdes Optimus pour les manœuvres délicates nécessaires, notamment finaliser divers poses (filtres aux pompes de CO2 atmosphérique) et raccordements (des équipements de production d’ergols aux réservoirs).
La mission habitée elle-même partirait donc en 2033 avec un équipage suffisant pour opérer les divers équipements mais également aussi réduit que possible pour limiter les risques. L’idéal serait sans doute six personnes dont quatre médecins. Il s’agit en effet de savoir au plus vite quelles sont les conséquences réelles d’un séjour sur Mars pour le corps humain et quelles solutions il faut envisager pour y séjourner et éventuellement pour y vivre plusieurs cycles synodiques de 26 mois. Il faut aussi des ingénieurs-techniciens pour faire en sorte que les divers équipements nécessaires à la vie sur Mars et au retour sur Terre puissent fonctionner comme prévu.
Il faut être clair, le but de cette première mission habitée ne pourra pas être de préparer la construction d’une ville sur Mars mais de savoir si vivre sur Mars peut être sérieusement envisagée en dehors du séjour de 18 mois de quelques personnes (nombre maximum correspondant aux passagers pouvant être embarqués dans un Starship et réembarqués pour la Terre). Ce n’est pas la peine d’investir davantage dans la perspective d’une vie sédentaire sur cette planète si elle s’avère impossible et, actuellement, aucune « cité » martienne ne peut être envisagée (d’autant moins une colonie d’un million d’habitants comme celle dont parle Elon Musk).
Une nouvelle station spatiale en L1 du système Terre-Lune
Comme développé dans d’autres articles de ce blog, mettre au point une station spatiale rotative recréant une pseudo-gravité de 0,5 g, en produire les éléments, les assembler, et placer cette station autour du point de Lagrange L1 du système Terre-Lune serait une suite logique à l’ISS qui arrive en fin de vie. Cette station présenterait les avantages suivants : (1) être située au-dessus des Ceintures de Van Allen (il faut être au-dessous ou au-dessus pour ne pas souffrir trop des radiations et la stabilité de la station sera meilleure au-dessus) ; (2) permettre un accès rapide et relativement facile aussi bien à la Terre qu’à la Lune ; (3) permettre d’intervenir sur la Lune en téléopération, sans latence temporelle sensible ; (4) pouvoir servir d’escale au retour de Mars ou même de la Lune pour vérifier et réparer le vaisseau et permettre aux astronautes de « récupérer » dans une gravité plus élevée que sur la Lune ou Mars (et à distance de médecins terrestres permettant des interventions sans latence temporelle sensible) afin d’affronter l’épreuve de l’EDL sur Terre dans les meilleures conditions possibles ; (5) « last but not least », pour préparer la suite de la première mission habitée, tester l’effet d’une gravité à 0,5g sur les fluides internes du corps, leur circulation et la capacité d’adaptation du muscle cardiaque.
Une station spatiale rotative en orbite martienne
Après avoir mis en place une nouvelle station spatiale, rotative, à proximité de la Terre, on pourra commencer à en construire une autre, en orbite de Mars. Il est plus que probable qu’un long séjour en gravité réduite (les 0,38g martiens) ne sera pas « bon pour la santé ». Une station spatiale rotative restituant une gravité satisfaisante, bien enveloppée de régolithe (environ 3 mètres) pour faire écran aux radiations, sera très probablement nécessaire pour que les résidents humains sur Mars puisse récupérer une bonne forme physique, ou pour que les femmes puissent accoucher et que les enfants puissent passer les premières années de leur vie (jusqu’à la fin de l’adolescence) dans des conditions physiologiques quasi terrestres.
Le problème est de savoir quel nombre de « g » (1g exprimant l’intensité de la pesanteur sur Terre) il faudra dans cette station. Il faudra prendre en compte le besoin de g dont l’homme aura besoin pour le bon fonctionnement de ses fluides et de son cœur pour éviter un syndrome de SANS, mais aussi limiter autant que possible la différence avec les 0,38g martiens (parce qu’il faudra aller et venir entre le sol et la station et éviter les périodes trop longues ou pénibles de réadaptation). Grace à la nouvelle station en orbite autour de L1 système Terre Lune (voir ci-dessus), on saura si 0,5g suffisent mais il faudra peut-être monter plus haut. 0,7g serait l’idéal car les poids portés par les corps humains ne seraient pas trop lourds. On pourrait ainsi porter à l’intérieur de la station une protection AstroRad (22 à 27 kg pour le gilet + 1 kg pour le bonnet). On ne peut rien préconiser de définitif aujourd’hui puisque l’étude scientifique sur la gradation des effets n’a pas été faite !
Sur le plan de l’ingénierie, les contraintes sont connues. Un nombre inférieur à 1g éviterait d’avoir à construire une station spatiale trop grande. Plus la gravité nécessaire sera faible, moins le diamètre de la station sera grand, plus il sera résistant aux stress mécaniques et moins il sera difficile à construire. Il faut choisir entre le diamètre et le nombre de rotations, en n’approchant pas trop le minimum pour le diamètre et le maximum pour le nombre de rotations, afin d’éviter un gradient tête/pieds trop élevée ou une force de Coriolis trop désorientante. Bien sûr, un « Stanford Torus » comme celui de « 2001 Odyssée de l’espace » (diamètre 1,8 km ; circonférence 5,6 km ; diamètre du tore 130 mètres ; rotation 1 tour par minute ; gravité 1g) serait plus confortable qu’une petite station comme celle que je recommande pour L1 mais la masse est énorme (10 millions de tonnes). Il est donc tout à fait irréaliste d’envisager sa construction maintenant. Comme on aura eu l’expérience de la nouvelle station en L1, on pourra la dupliquer en orbite martienne. On pourra éventuellement accélérer la rotation (par exemple de 2,73 tpm à 3 tpm) ou la construire avec un diamètre plus grand (70 m au lieu de 60) de sorte d’atteindre une gravité interne au torus de l’ordre de 0,7g.
La station pourrait être située en orbite géostationnaire, au-dessus d’une base située au sol de Mars de façon à garder un contact constant avec les personnes qui y seront descendues pour une période courte, ou les robots qui y opéreront. Elle pourrait aussi être constituée de modules (construits sur Terre dans un premier temps) assemblés sur place. NB : il ne serait pas plus difficile de faire l’assemblage à cet endroit qu’en L1 du système Terre Lune. La seule contrainte (non négligeable) serait l’obligation de respecter les fenêtres de lancements depuis la Terre qui ne s’ouvrent que tous les 26 mois. La matière nécessaire au bouclier anti-radiations pourrait venir de Phobos ou de Deimos (très faible consommation d’énergie).
Après demain
Cette première station serait une première étape pour des stations plus importantes qui pourront devenir la résidence d’une population nombreuse. Selon les études faites sur le sujet, 10.000 personnes pourraient vivre dans un Stanford Torus. Après le Stanford Torus, on pourrait construire un « World Ship » qui serait un empilement de 4 Stanford Torus l’un au-dessus de l’autre. Pour plus tard, on peut rêver d’un couple de cylindres « Island 3 » (Gerard O’Neill. Mais étant donné les dimensions des cylindres : 3,2 km de diamètre, 32 km de long, 10 milliards de tonnes (NB Deimos ne fait que 15x12x10,4 km de diamètre mais il est un peu plus massif puisqu’il est « plein » : 1,4815kg), ce n’est pas pour demain !
Mars sera un endroit où l’on pourra séjourner et agir (zone industrielle ou terrain d’exploration, d’études ou de loisirs) mais où l’on ne pourra pas vivre indéfiniment. On rejoint là la vision exprimée par Jeff Bezos pour coloniser l’espace, le 9 mai 2019 à l’occasion d’une conférence sur son Blue Moon Lunar Lander. Et on s’éloigne de celle d’Elon Musk!
Copyright Pierre Brisson
https://en.wikipedia.org/wiki/Stanford_torus
https://en.wikipedia.org/wiki/O%27Neill_cylinder
illustration de titre: A l’intérieur d’un Stanford Taurus. Credit Mark Garlick / Science Photo Library.
Pour (re)trouver dans ce blog un autre article sur un sujet qui vous intéresse, cliquez sur :
Index L’appel de Mars 26 02 06Télécharger
xxxx
Et, si vous appréciez ce blog, abonnez-vous !
xxxx
La première édition sur papier de mon livre « Franchir sur Mars les Portes de l’Espace » est épuisée. Il m’en reste quelques exemplaires. Si vous en voulez un, je peux vous l’envoyer pour 22 Euros ou 20 CH, plus frais de port. Ecrivez-moi à l’adresse mars.society.switz@gmail.com
22 réponses
Peut-on imaginer de construire une centrifugeuse sur Mars, dans laquelle tous les colons vivant sur cette planète devraient obligatoirement passer quelques heures par mois ? Cela atténuerait les effets néfastes du manque de gravité.
Le problème de la centrifugeuse c’est que si elle tourne vite et si les personnes à l’intérieur se tiennent debout (il le faut), il va y avoir une différence de gravité entre la tête et les pieds (le gradient dont je parle dans mon article) qui va être très préjudiciable à la circulation des fluides dans le corps. La différence sera d’autant plus importante que le rayon de la centrifugeuse sera petit (c’est pour cela que je recommande 60 mètres pour 0,5g). Ce n’est donc absolument pas une solution.
Bonjour Piere Brisson : un point important des la premiere mission forer pour voir s il y a vraiment de l eau !( au niveau du site d installation choisi). Sinon c est « fichu »!
Bonjour Robert. C’est pour cela que j’écris dans mon article qu’il faudra sécuriser un approvisionnement en glace d’eau. Ceci dit, des études faites sur des données recueillies par des radars, ont montré d’assez nombreux endroits où il doit en y avoir (très forte probabilité), protégés par des couches de régolithe plus ou moins épaisses. Il y a un site particulièrement intéressant car d’altitude basse et sur l’Equateur, c’est Medusae Fossae. De toute façon, la première mission robotique devra s’assurer de la présence et de l’accessibilité de cette glace.
je vous engage a regarder cette bacterie :chroococcidiopis gigantae ! alors nous pourrons commencer a rever de terraformation!
Effectivement. Mais attendons d’avoir procédé à plusieurs études approfondies du sol et sous-sol de Mars, avant d’ouvrir la porte à cet envahisseur.
Lien:
oui bien sur! c est egalement interressant pour la composition de l atmosphere dans un vaisseau spatial (diminution do co2) et sur MARS on pourra peut etre « enfermer » une atmosphere correcte sous des domes ? parce que la terraformation « totale » est impossible !
On pourra sûrement enfermer une atmosphère correcte sous des dômes. Le seul problème sera la taille de ces dômes à cause du différentiel de pression intérieur/extérieur. Dans cet esprit, il faudra sans doute rechercher une pression plus basse que sur Terre (0,5 bars avec 42% d’oxygène?).
Je corrige:
En effet, je suis sceptique sur les dômes car ils sont fragiles (variation de pression, météorite, explosion). je préférerais des habitats troglodytes qui donneraient une protection plus solide. De toute façon, si on suppose que l’essentiel de la vie se passera dans une station orbitale, on n’aura pas besoin sur Mars de volumes immenses en surface de Mars.
oui mais dans cette optique la colonisation de MARS n est plus l objectif et en poussant l idee plus loin a quoi cela sert il d aller vers MARS finalement : autant continuer a y envoyer des sondes
Aller près de Mars serait quasiment comme aller sur Mars et beaucoup mieux que rester sur Terre. En effet, en orbite géostationnaire, on pourrait agir sur Mars sans latence temporelle (les 3 à 22 minutes de décalage, dans un seul sens, quand on est sur Terre). C’est d’ailleurs à cause de la quasi absence de latence temporelle qu’aller physiquement sur la Lune est inutile puisqu’on peut y envoyer des robots et les téléopérer en direct.
Pour les êtres humains résidant dans les stations en orbite, Mars sera aussi la source de tous les matériaux nécessaires pour entretenir leur station, produire les ergols nécessaires pour voyager, extraire la glace d’eau essentielle à la vie (toutes choses impossibles sur Vénus ou Mercure).
Il leur sera également possible d’aller sur Mars quand ils le voudront et aussi souvent qu’ils le voudront puisqu’ils ne devront pas attendre 26 mois pour faire un voyage depuis la Terre (et aussi parce que ce voyage sera très rapide).
Enfin, les résidents de la station ne seront pas exposés à la poussière martienne (on peut prévoir un sas efficace pour les personnes qui auront séjourné un temps sur le sol de Mars). Ils seront également moins exposés aux micrométéorites, la station n’étant pas au centre du puits de gravité comme la planète). Enfin, de la station on pourra repartir vers la Terre avec moins d’énergie que du sol de la planète (on peut faire des stocks d’ergols à proximité de la station pour utilisation en cas d’urgence).
Quand à la colonisation, on verra plus tard. En tout cas, elle serait possible si on construisait des Stanford Torus, comme des villages autour de la planète. Vivre « tout autour » plutôt que « sur », c’est aussi coloniser. Tout dépend du nombre. Mais une communauté humaine de plusieurs milliers de personnes peut être autonome si elle dispose du technologie adéquate. Même sur le plan génétique ce n’est pas rédhibitoire, si on gère correctement le risque de consanguinité.
oui c est clair qu il existe des avantages incontestablement ! POUR CE QUI EST DE LA COLONISATION je pense en effet que cela va attendre le nombre d infrastructures a installer etant enorme !
mais tout de meme je ne me vois pas travailler a Poitiers et prendre tous le soirs Starship pour renter diner chez moi !en orbite!
Mais il n’est absolument pas question dans mon projet de descendre tous les jours sur Mars. Il y aura des séjours au sol quand ils seront nécessaires mais la plupart des actions seront effectuées par robots interposés, commandés ou téléopérés en temps réel à partir de la station.
Bonjour Pierre Brisson : comment imaginez vous la premiere mission vers Mars ?
Me concernant, la question est vaste. J’y ai répondu dans quelques centaines d’articles sur ce blog et dans mon livre. Quel aspect vous intéresse en particulier?
Pour résumer je dirais que la première mission habitée (il y aura eu des missions robotiques auparavant), devra transporter des médecins qui devront étudier sur eux-mêmes et sur les autres, l’effet des conditions martiennes sur la vie humaine et les moyens de protection les plus efficaces contre les risques constatés, identifiés et quantifiés.
ET BIEN moi je vois disons 2 a 3 missions robotiques qui » preparent le terrain » et en particulier qui valident l utilisation de l eau Martienne et si c est bon je vois alors d emblee la mega-mission avec des mega-vaisseaux prevus pour (0.7 g —-atmosphere correcte etc) l un des vaisseaux restant en orbite et l autre se posant
Avant vos méga-vaisseaux il y aura, je pense, des missions avec starships.
.
Comme je vous l’ai déjà écrit, je pense que votre méga-vaisseau est trop massif pour être réalisable. On peut difficilement imaginer une force suffisante pour le faire sortir du puits de gravité terrestre.
Je crois avoir noté que votre méga-vaisseau serait porté par plusieurs starships à la fois. Cela pourrait donner la poussée suffisante mais cela suppose une coordination extraordinaire (et non réaliste) dans les décollages et dans le vol et aussi des stress mécaniques énormes sur la structure du vaisseau pendant la sortie du puits.
Personnellement, je pense que les structures de taille supérieure au starship, doivent être assemblées dans l’espace. En tout cas, pour le moment, il est plus raisonnable de n’envisager que les starships comme transporteurs et de ne les utiliser que séparément (ce sera déjà assez difficile).
.
Désolé Robert!
Avez vous un ou des plans de vaisseau a nous proposer ?
Pour moi, le seul vaisseau possible est le Starship (ou assimilé). C’est le seul vaisseau capable d’emporter en orbite ou jusqu’à Mars, des volumes et des masses susceptibles de permettre dans des conditions économiques et dans un temps raisonnable, le montage dans l’espace d’une station spatiale plus grande que l’iSS (et de préférence rotative). Donc le plan, c’est celui de la soute du Starship que l’on peut aménager sous le poste de pilotage du vaisseau.
Mais pourquoi donc chercher a construire un truc tarabiscote dans l espace dans des efforts enormes QUAND l on peut faire cela tranquillement sur Terre ?
C’est à cause du stress mécanique lors de la montée de votre véhicule. Ce stress du à l’inertie des masses et à la pression atmosphérique, casserait ce vaisseau en mille morceaux. Souvenez vous qu’au décollage du Starship, un des problèmes majeurs affrontés est le franchissement de ce qu’on appelle le MaxQ. Une très bonne cohérence et résistance de la structure est nécessaire mais aussi un aérodynamisme parfait.
Bonjour Pierre Brisson : pas du tout SARATOGA decolle croix compacte repliee non gonflee et elle est protegee par une coiffe aerodynamique et le moyeux central est en acier et l ensemble est protege par un calage polymere; au total cela ressemble a un Starship ;