Comment aller de la Terre à Mars et en revenir en toute sécurité

Il y a beaucoup de choses que l’humanité doit surmonter avant que tout voyage de retour sur Mars ne soit lancé.

Les deux principaux acteurs sont la NASA et SpaceX, qui travaillent en étroite collaboration sur des missions vers la Station spatiale internationale mais ont des idées concurrentes sur ce à quoi ressemblerait une mission sur Mars en équipage.

Questions de taille

Le plus grand défi (ou contrainte) est la masse de la charge utile (vaisseau spatial, personnes, carburant, fournitures, etc.) nécessaire pour effectuer le voyage.

On parle toujours de lancer quelque chose dans l’espace, c’est comme lancer son poids en or.

La masse de la charge utile n’est généralement qu’un petit pourcentage de la masse totale du lanceur.

Par exemple, la fusée Saturn V qui a lancé Apollo 11 sur la Lune pesait 3000 tonnes.

Mais il ne pourrait lancer que 140 tonnes (5% de sa masse de lancement initiale) en orbite terrestre basse et 50 tonnes (moins de 2% de sa masse de lancement initiale) sur la Lune.

La masse limite la taille d’un vaisseau spatial sur Mars et ce qu’il peut faire dans l’espace. Chaque manœuvre coûte du carburant pour tirer des moteurs de fusée, et ce carburant doit actuellement être transporté dans l’espace sur le vaisseau spatial.

Le plan de SpaceX est que son véhicule Starship avec équipage soit ravitaillé dans l’espace par un camion-citerne à carburant lancé séparément. Cela signifie que beaucoup plus de carburant peut être transporté en orbite que lors d’un seul lancement.

Art conceptuel de l'atterrissage du dragon de SpaceX sur Mars

Le temps compte

Un autre défi, intimement lié au carburant, est le temps.

Les missions qui envoient des engins spatiaux sans équipage vers les planètes extérieures empruntent souvent des trajectoires complexes autour du Soleil. Ils utilisent ce qu’on appelle des manœuvres d’assistance par gravité pour lancer efficacement autour de différentes planètes afin de gagner suffisamment d’élan pour atteindre leur cible.

Cela économise beaucoup de carburant mais peut entraîner des missions qui prennent des années pour atteindre leurs destinations. De toute évidence, c’est quelque chose que les humains ne voudraient pas faire.

La Terre et Mars ont des orbites (presque) circulaires et une manœuvre connue sous le nom de transfert de Hohmann est le moyen le plus économe en carburant de voyager entre deux planètes. Fondamentalement, sans entrer dans les détails, c’est là qu’un vaisseau spatial effectue une seule brûlure sur une orbite de transfert elliptique d’une planète à l’autre.

Un transfert Hohmann entre la Terre et Mars prend environ 259 jours (entre huit et neuf mois) et n’est possible qu’environ tous les deux ans en raison des différentes orbites autour du Soleil de la Terre et de Mars.

Un vaisseau spatial pourrait atteindre Mars en moins de temps (SpaceX revendique six mois) mais – vous l’avez deviné – cela coûterait plus de carburant pour le faire de cette façon.

Mars et la Terre ont peu de similitudes

Atterrissage en toute sécurité

Supposons que notre vaisseau spatial et notre équipage arrivent sur Mars. Le prochain défi est l’atterrissage.

Un vaisseau spatial pénétrant sur Terre peut utiliser la traînée générée par l’interaction avec l’atmosphère pour ralentir. Cela permet à l’engin d’atterrir en toute sécurité sur la surface de la Terre (à condition qu’il puisse survivre à l’échauffement associé).

Mais l’atmosphère sur Mars est environ 100 fois plus mince que celle de la Terre. Cela signifie moins de potentiel de traînée, il n’est donc pas possible d’atterrir en toute sécurité sans une sorte d’aide.

Certaines missions ont atterri sur des airbags (comme la mission Pathfinder de la NASA) tandis que d’autres ont utilisé des propulseurs (mission Phoenix de la NASA). Ce dernier, encore une fois, nécessite plus de carburant.

Un propulseur atterrissant sur Mars.

Phoenix Mars Lander: 7 minutes of Terror

Vie sur Mars

Un jour martien dure 24 heures et 37 minutes mais les similitudes avec la Terre s’arrêtent là.

La mince atmosphère sur Mars signifie qu’elle ne peut pas retenir la chaleur aussi bien que la Terre, donc la vie sur Mars est caractérisée par de grandes températures extrêmes pendant le cycle jour / nuit.

Mars a une température maximale de 30 ℃, ce qui semble assez agréable, mais sa température minimale est de -140 ℃ et sa température moyenne est de -63 ℃. La température hivernale moyenne au pôle sud de la Terre est d’environ -49 ℃.

Nous devons donc être très sélectifs sur l’endroit où nous choisissons de vivre sur Mars et comment nous gérons la température pendant la nuit.

La gravité sur Mars est de 38% de celle de la Terre (vous vous sentirez donc plus léger) mais l’air est principalement composé de dioxyde de carbone (CO₂) avec plusieurs pour cent d’azote, il est donc complètement irrespirable. Nous aurions besoin de construire un endroit à température contrôlée juste pour y vivre.

SpaceX prévoit de lancer plusieurs vols de fret, y compris des infrastructures essentielles telles que des serres, des panneaux solaires et – vous l’avez deviné – une installation de production de carburant pour les missions de retour sur Terre.

La vie sur Mars serait possible et plusieurs essais de simulation ont déjà été réalisés sur Terre pour voir comment les gens pourraient faire face à une telle existence.

Retour sur Terre

Le dernier défi est le voyage de retour et le retour des gens sur Terre en toute sécurité.

Apollo 11 est entré dans l’atmosphère terrestre à environ 40000 km / h, ce qui est juste en dessous de la vitesse requise pour sortir de l’orbite terrestre.

Les engins spatiaux revenant de Mars auront des vitesses de rentrée de 47 000 km / h à 54 000 km / h, en fonction de l’orbite qu’ils utilisent pour arriver sur Terre.

Ils pourraient ralentir en orbite basse autour de la Terre à environ 28 800 km / h avant d’entrer dans notre atmosphère, mais – vous l’avez deviné – ils auraient besoin de carburant supplémentaire pour ce faire.

S’ils ne font que pénétrer dans l’atmosphère, cela fera toute la décélération à leur place. Nous devons simplement nous assurer de ne pas tuer les astronautes avec des forces G ou de les brûler à cause d’un chauffage excessif.

Ce ne sont là que quelques-uns des défis auxquels une mission sur Mars est confrontée et tous les éléments technologiques pour y parvenir sont là. Nous avons juste besoin de dépenser du temps et de l’argent et de tout rassembler.

Et nous devons ramener les gens en toute sécurité sur Terre, mission accomplie.NASA

Cet article a été initialement publié sur The Conversation par Chris James de l’Université du Queensland. Lisez l’article original ici.