Comment coloniser Mars à partir de ses ressources ?

montmein69 a écrit: ...
Si les ressources sont facilement accessibles dans un poste polaire .... rien n'interdira une exploitation robotique. Découper des cubes de glace, les placer dans des containers isolants, les charger dans une soute  ... cela reste des opérations simples.
Reste à transporter vers la base équatoriale en n'usant pas trop de carburant ... et en préservant la "durée de vie" du transporteur (pensons à l'usure, à la quantité de carburant pour un transport routier sans route) . Un transport avec des dirigeables parait une bonne solution ... d'autant qu'on devrait savoir faire cela en vol auto-guidé ...

Le déplacement de charges lourdes par transport aérien  au moyen de ballons dirigeables est effectivement une option à envisager  en soi  – quelque soit  par ailleurs la localisation des premières colonies - car les transports fluviaux et maritimes à qui ce rôle est dévolu sur la planète Terre (qui dans ce cas est plutôt une planète Eau) ne sont pas envisageables … sauf si on remet en état les canaux martiens       

Je vous propose dans les posts suivants  que nous étudions  ensemble les avantages et les inconvénients  d’un tel type de transport pour Mars par rapport à la Terre.

Le transport par voie aérienne supposerait une maitrise de l'aérostat dans les épisodes venteux qui, certes sous faible pression mais vitesse
monstrueuses, rendrait le trajet aléatoire. Par contre l'aspect désertique de la planète lèverait l'inconvénient de survol des zones habitées.

Je suis moi aussi convaincu du bien fondé de ce moyen de transport dans l'environnement martien, alors qu'il ne l'a jamais été sur Terre
malgré les régulières tentatives de réhabilitation et expériences. C'est vrai que sur Terre on a des idées mais aussi du pétrole.

Par contre je crois de même que pour le transport de fluides, le pipeline est a considérer ; ceux que l'on a construit sur Terre sont souvent
de longueur de plusieurs milliers de km, ce qui fait sur Mars des distances significatives. Quoique d'un pôle à un autre il y a une dizaine
de millier de km ce n'est pas rien. Bon et puis, y a t il de quoi construire des tuyaux (sans réhabiliter les fameux canaux que nous rappelle giwa) ?

Astro-notes a écrit:Le transport par voie aérienne supposerait une maitrise de l'aérostat dans les épisodes venteux qui, certes sous faible pression mais vitesse
monstrueuses, rendrait le trajet aléatoire. Par contre l'aspect désertique de la planète lèverait l'inconvénient de survol des zones habitées.

Je suis moi aussi convaincu du bien fondé de ce moyen de transport dans l'environnement martien, alors qu'il ne l'a jamais été sur Terre
malgré les régulières tentatives de réhabilitation et expériences. C'est vrai que sur Terre on a des idées mais aussi du pétrole.

Par contre je crois de même que pour le transport de fluides, le pipeline est a considérer ; ceux que l'on a construit sur Terre sont souvent
de longueur de plusieurs milliers de km, ce qui fait sur Mars des distances significatives. Quoique d'un pôle à un autre il y a une dizaine
de millier de km ce n'est pas rien. Bon et puis, y a t il de quoi construire des tuyaux (sans réhabiliter les fameux canaux que nous rappelle giwa) ?

Les deux points que tu soulèves , méritent  discussion : courants aériens martiens  - qui peuvent se déplacer sous faible pression, mais à grande vitesse  (les vents ou jetstreams) - et ces pipelines pour l'eau ... donc des aqueducs tubulaires qui auront intérêt à être bien isolés thermiquement et réchauffés ... ou alors il faudra transporter l'eau après électrolyse sous forme de dihydrogène et dioxygène avec recombinaison au terminal en récupérant une partie de l'énergie nécessaire à l'électrolyse au moyen de piles à combustible (avec bien sûr des pertes)
Mais pour ne pas se disperser parlons tout d'abord du premier point... mais garantie plus tard nous parlerons du second... notre sujet est à long terme. ;) 

Où ce sont établies certaines de  nos civilisations sur notre Terre ? Réponses : le long des fleuves  ... pensons au beau Danube Bleu ... enfin bleu , c'est à voir !

Pourquoi  sur Mars les colonies ne s'établiraient pas le long de couloirs de vents favorables pour les déplacements ?

Que ce soient des pipe-line calorifugés et chauffés ..... ou des autoroutes pour du transport terrestre .... on serait clairement dans une phase industrielle.
Les moyens dont disposeront les premiers martionautes, seront bien plus réduits et essentiellement importés de la Terre.
Si j'ai bien compris Giwa c'est bien cette phase initiale qu'il faut étudier .... choix d'une zone d'implantation ... et comment y apporter les fluides essentiels pour survivre. Si on ne sait pas faire cela avec ces moyens (outillage, véhicules, transformation par ISRU ... le tout ayant été apporté par des vols cargo depuis la Terre) il est illusoire de penser qu'on pourra accéder à des phases plus élaborées.

montmein69 a écrit:Que ce soient des pipe-line calorifugés et chauffés ..... ou des autoroutes pour du transport terrestre .... on serait clairement dans une phase industrielle.
Les moyens dont disposeront les premiers martionautes, seront bien plus réduits et essentiellement importés de la Terre.
Si j'ai bien compris Giwa c'est bien cette phase initiale qu'il faut étudier .... choix d'une zone d'implantation ... et comment y apporter les fluides essentiels pour survivre. Si on ne sait pas faire cela avec ces moyens (outillage, véhicules, transformation par ISRU ... le tout ayant été apporté par des vols cargo depuis la Terre) il est illusoire de penser qu'on pourra accéder à des phases plus élaborées.

Effectivement ! Raison de plus pour étudier de plus près en premier ce que tu proposes : le transport aérien par dirigeables robotisées qui permet un système de transport à moins grande échelle que des pipe-lines ou des autoroutes.
En effet dans cette colonisation, c'est la phase initiale qui est la plus cruciale où il faudra importer depuis la Terre les outils pour l'exploitation des ISRU ... après avec le développement industriel qui suivrait, les moyens nécessaires pourront être fabriqués sur place.

Bon, commençons par l'aérostat OK.

Quid de la carte des vents martiens ? Peut être MAVEN nous aidera sur cette question. Bonne idée, si des mouvements de terrain traçaient
une route géologique en gros Nord Sud ce serait une chance. Il faudrait toute fois viser des segments qui bout à bout feraient ~10.000 km
sans trop s'écarter de l'axe N.S.

Quid de l'altitude, si je regarde le volume d'un ballon nécessaire à monter une petite "gondole" de 0 à 40.000 m sur terre pour un ou deux
aéronautes j'ai du mal à imaginer la taille d'un ballon pour porter des tonnes sur les grandes distances martiennes (?).

Quid de la force de poussée d'Archimède pour garder l'altitude nécessaire à franchir les hauts sommets martiens. Avec cette faible pression
naturelle, avons nous de quoi hisser un ballon assez haut sur Mars ?

Si on a pas eu de problème de physique fondamentale pour déployer des ballons sur Vénus, on est pas dans le même cas de figure ici (?).

Bien commençons par ce qui devrait poser le moins de problème  et être à l'avantage de Mars par rapport à la Terre : le gaz de sustentation . A l'évidence l'emploi du dihydrogène qui pose des problèmes de sécurité sur Terre ne devrait pas en poser sur Mars où une fuite dans l’atmosphère martienne ne devrait pas conduire à une déflagration  ... et puis avec une bonne politique d'urbanisme et de délivrances des permis  de construction  on devrait laisser libre les couloirs de circulation  de ces engins.   
Donc pas besoin comme sur Terre d'avoir recours à un gaz rare et onéreux : l'hélium .

S'il n'y a pas d'objection on passera à la suite du débat où il y aura  plus de difficultés à résoudre.

Astro-notes a écrit:j'ai du mal à imaginer la taille d'un ballon pour porter des tonnes sur les grandes distances martiennes  (?).

Une noria de ballons de moindre taille pourrait aussi se concevoir.
Avec limitation des risques de perte de la cargaison en cas de pépin. La perte d'un véhicule serait aussi moins pénalisante.

Mettre en place une station polaire avec assemblage de ballons, une installation ISRU de production d'hydrogène, et le déploiement de robots qui pourraient - ensuite - en autonomie procéder aux opérations de conditionnement de cubes de glace et à l'envoi, nécessitera une expédition humaine dédiée.
Ils devront rester sur place pendant un bon moment avant soit de rejoindre la base principale équatoriale, soit la Terre.
Tout cela est forcément complexe.

Maintenant regardons l'influence du champ de pesanteur g sur l'état aérostatique du ballon.

Deux forces régissent cet équilibre : le poids de l'ensemble P, vertical et vers le bas, et la poussée d'Archimède P', verticale et vers le haut dont la valeur est égale au poids de la masse d'air m' ayant été déplacée par la présence de l'aérostat.

Si je note par m, la masse de cet ensemble et par m', celle de la masse d'air déplacée, on va constater que l'état d'équilibre n'est pas modifié par la valeur du champ du champ de pesanteur.

En effet à l’équilibre: P = P'   ou m.g = m'. g  soit m = m'

Cela signifie que que quelque soit la valeur du champ de pesanteur, il y a équilibre aérostatique lorsque la masse d'air déplacée m' est égale à la masse m de l'ensemble de l'aérostat.

Finalement la valeur du champ de pesanteur n'a pas d'influence directe sur cet état (direct car nous verrons dans les posts qui suivront  que ce champ de pesanteur influence la composition et la masse volumique de l’atmosphère)

Donc le fait que le champ de pesanteur sur Mars n'est que le tiers de celui de la Terre ne confère aucun avantage pour un aérostat.  :|

Certes giwa je suis bien d'accord avec ce que tu dis ; mais en fait je faisais allusion au fonctionnement d'un tel aérostat dans la raréfaction
de l'atmosphère martienne et de ce fait de pouvoir réaliser la poussée d'Archimède avec des valeurs raisonnables (mécaniques). En un mot, est-ce
qu'un ballon ou dirigeable pourrait s'élever assez haut dans cette atmosphère raréfiée pour franchir les montagnes sans être obligé d'avoir une
(ou des - comme le rappelait montmein69) épaisseurs d'enveloppes qui engendreraient une masse considérable.

En fait je n'ai jamais vu sur Terre de ballon s'élever à plus de 40/50 km d'altitude avec la structure mécanique que l'on sait, qu'en serait-il sur Mars ?

Astro-notes a écrit:Certes giwa je suis bien d'accord avec ce que tu dis ; mais en fait je faisais allusion au fonctionnement d'un tel aérostat dans la raréfaction
de l'atmosphère martienne et de ce fait de pouvoir réaliser la poussée d'Archimède avec des valeurs raisonnables (mécaniques). En un mot, est-ce
qu'un ballon ou dirigeable pourrait s'élever assez haut dans cette atmosphère raréfiée pour franchir les montagnes sans être obligé d'avoir une
(ou des - comme le rappelait montmein69) épaisseurs d'enveloppes qui engendreraient une masse considérable.

En fait je n'ai jamais vu sur Terre de ballon s'élever à plus de 40/50 km d'altitude avec la structure mécanique que l'on sait, qu'en serait-il sur Mars ?

Voilà la difficulté à surmonter !... je voulais attendre demain ... ou après-demain pour en discuter ...

Bon, prenons notre courage à deux mains et allons-y !
Effectivement comme tu le dis  sur Terre ou plutôt dans son atmosphère l'altitude maximale pour un ballon inhabité est de 53 km. et d'un peu plus de 39 km pour celui habité par Félix Baumgartner.
Or la pression atmosphérique au sol sur Mars correspondrait à celle d'un plateau fictif sur la Terre qui serait situé à environ 30 km d’altitude : Il y a donc encore de la marge, même si une étude plus approfondie va montrer que ce ne sera pas facile.
Voir wiki: la pression équivaut à celle que l'on rencontre sur notre planète à 30 000 mètres d'altitude

Passons au quantitatif:
La masse volumique de l'air martien au niveau du sol est en moyenne approximativement de 0,020 kg/m³
Pour soulever une tonne soit 1000 kg, il faudra déplacer un volume d'air martien de 1000/0,020  m³ soit 50 000 m³
Cela peut paraitre démoralisant ... toutefois, n'oublions pas que les volumes varient en fonction du cube des dimensions.
Quelle est l'arête du cube imaginaire qui correspond à ce volume ? 50 000 ^1/3 # 37 m... un peu plus à taille humaine ... enfin plutôt celle  des baleines !
La suite au prochain post. :) 

Qu'en conclure? Que ce n'est pas irréalisable, mais qu'il faut s'en donner les moyens ... mais que ces moyens sont quand même à une plus petite échelle qu'un réseau de pipe-lines et d'autoroutes.

Quant au Mons Olympus, il vaudra mieux passer à côté... donc bien étudier son itinéraire en fonction du relief et des vents.

Une bonne étude préalable au moyen de ballon-sondes  ;)  pour bien connaitre la météorologie de Mars serait tout à fait à préconiser

Préconisons, préconisons. Restons encore un peu sur l'aérostation et voyons l'enveloppe d'un 50000 m3 que tu avances. Je sais qu'il y a eu
des ballons à près du double de volume sur Terre, mais de dimension une fois totalement déployé énorme à la limite du claquage mécanique.
Cela risquerait d'être monstrueux sur Mars (?).

Comme tu le dis giwa, évitons les plateaux trop élevés, et avec une bonne connaissance de la météorologie locale ce dirigeable mu
par l'électricité (solaire) pourrait traverser les deux hémisphères...

Vivement une ligne TGV ou une auto route 4 voies avec aires de stationnement et jeux pour enfants. Ce sera une autre question avant d'en
revenir au bon vieux pneumatique/pipe line.

 

Quand  montmein69  a proposé cette possibilité de transport au moyen de dirigeables,

montmein69 a écrit:
..  Un transport avec des dirigeables parait une bonne solution ... d'autant qu'on devrait savoir faire cela en vol auto-guidé.

Clairement la survie des martionautes (et leur capacité à faire autre chose que survivre) c'est de disposer d'un environnement robotique bien pensé et efficace.

que je n'avais pas envisagé en pensant à la ténuité  de l'air martien - après quelques hésitations je me suis dit qu'il fallait voir çà de plus près car notre sujet consiste justement à envisager le plus possible de moyens pour cette colonisation en évitant les a priori  et puis j'ai pensé à l'exploit de Bertrand Piccard avec le Breitling Orbiter 3

Certes ce ballon n'était qu'à une altitude de 12 000 m, mais s'est déplacé sur une distance plus de huit fois supérieure à celle qu'il faudrait pour se rendre d'un pôle à l'équateur sur Mars ( 5300 km ... disons 6000 km si on ne peut pas suivre un arc de grand  cercle )  et de plus il fallait assurer la survie d'un équipage , ce qui n'est pas le cas si l'engin est auto-guidé.
c'est d'ailleurs pour çà que j'ai laissé la dernière phrase de montmein69  à propos de l'environnement robotique

D'accord mettre au point de tels dirigeables serait un défi technologique, mais cela reste tout de même du domaine du possible sans faire appel à une nouvelle physique comme les vaisseaux spatiaux à vitesse supraluminique  ;) 

Laissons décanter le sujet et il nous faudra reprendre plus tard sur les modes de propulsion possibles pour de tels engins.

/HS

Au fait giwa tu as lu le bon mot qu'a commis notre collègue montmein69 dans le fil sur un pb de réfrigérant de l'ISS.

Cela concerne le rebranchement d'un machin électrique et il conclu par : Plug and Pray .
Mais ou va-t-il chercher tout ça ?  :megalol:

/end HS

Astro-notes a écrit:/HS

Au fait giwa tu as lu le bon mot qu'a commis notre collègue montmein69 dans le fil sur un pb de réfrigérant de l'ISS.

Cela concerne le rebranchement d'un machin électrique et il conclu par : Plug and Pray .
Mais ou va-t-il chercher tout ça ?  :megalol:

/end HS

Bien sûr !  :)

... mais maintenant je me branche sur Morpheus ... because beyond... Mars !  ;)

Je précise que je n'ai pas, loin s'en faut, la paternité de cette plaisanterie.
Elle a suivi l'évolution de l'informatique. Notamment la parution de certaines versions de Windows ... censées simplifier la vie des utilisateurs.
C'est une déformation du "Plug and play" (on branche et çà marche)

Concernant les dirigeables, on a fait quelques progrès depuis le temps des antiques Zeppelin.
Même si la poussée d'Archimède est un peu faiblarde (sur Mars par exemple...), on peut bien voler en étant un peu plus lourd que l'air, mais quand même plus léger qu'un avion. En fait, ça présente même des avantages en manoeuvrabilité.
Le P-791 expérimental de l'USAF vole depuis quelques années...
http://www.military.com/video/aircraft/military-aircraft/the-p-791-hybrid-air-vehicle/1236061231001/

lambda0 a écrit:Concernant les dirigeables, on a fait quelques progrès depuis le temps des antiques Zeppelin.
Même si la poussée d'Archimède est un peu faiblarde (sur Mars par exemple...), on peut bien voler en étant un peu plus lourd que l'air, mais quand même plus léger qu'un avion. En fait, ça présente même des avantages en manoeuvrabilité.
Le P-791 expérimental de l'USAF vole depuis quelques années...
http://www.military.com/video/aircraft/military-aircraft/the-p-791-hybrid-air-vehicle/1236061231001/

Très intéressant surtout que si l'on tire aucun avantage de la faible gravité de Mars côté aérostatique puisque la poussée d'Archimède se réduit d'autant que le poids , ce n'est pas le cas de la portance aérodynamique qui reste indépendante de la gravité... donc en mode avion à proximité du sol martien on vole mieux qu'à 30 km d’altitude ( pression équivalente ) au dessus de la Terre.

Un hybride pourrait être un mariage encore plus fructueux sur Mars que sur la Terre.

J’avais déjà vu un hybride expérimental italien à ce sujet le Métaplano
Metaplane
Nimbus

En tout cas merci de cette information à propos du P-791 qui est   

et qui nous permet de défricher le terrain pour la suite !

En fait, dans les deux cas, portance aérostatique ou engins hybrides, à défaut d'avoir vu des calculs de dimensionnement au 1er ordre, je doute assez qu'on puisse voler en transportant des charges importantes sur Mars. Je rejoins les réserves d'astro-notes à ce sujet.
Des 1000 kg soulevés par un ballon de 50000 m3 en statique sur Mars, il faudrait soustraire la masse du ballon lui même et de sa structure, le système de propulsion, la réserve d'énergie
=> il ne doit plus rester grand chose en charge utile.
Par exemple, je lis ici que pour emporter une CU de 250 g à 28400 m (sur Terre), il faut une enveloppe de 500 g.
http://www.radiosonde.eu/RS09/RS09C02.html
Même si c'est un cas défavorable, peut-être pas directement comparable (ces enveloppes doivent résister à la dilatation, et de plus, le rapport CU/masse enveloppe devrait s'améliorer pour les grandes enveloppes), c'est un point qu'on doit pouvoir vérifier en ordres de grandeur, sans calculs très compliqués.
Un ballon sphérique de 50000 m3 a une surface de 6563 m2.
Ca laisse un budget masse de quelques dizaines de g/m² si on veut qu'il reste un peu de charge utile, et il faut que ça ait quand même un peu de résistance.

Mais je ne suis pas non plus persuadé qu'un hybride fasse mieux, les hélices nécessaires pour se sustenter un peu devraient être assez impressionnantes, et massives en conséquence.

Sur Terre, à part les fusées, il n'y a quand même pas grand chose qui vole à 30 km d'altitude en emportant des charges importantes.
Mais bon, le transport dans ces conditions n'a peut-être pas été beaucoup étudié parce que l'intérêt était limité sur Terre.
Donc, question ouverte : je suivrais avec intérêt vos réflexions chiffrées sur le sujet  :)

lambda0 a écrit:...
Mais je ne suis pas non plus persuadé qu'un hybride fasse mieux, les hélices nécessaires pour se sustenter un peu devraient être assez impressionnantes, et massives en conséquence.

Sur Terre, à part les fusées, il n'y a quand même pas grand chose qui vole à 30 km d'altitude en emportant des charges importantes.
Mais bon, le transport dans ces conditions n'a peut-être pas été beaucoup étudié parce que l'intérêt était limité sur Terre.
Donc, question ouverte : je suivrais avec intérêt vos réflexions chiffrées sur le sujet  :)

Effectivement le système de propulsion a étudier - pouvant servir aussi en appoint au décollage en sustentation-, est aussi crucial que le système de sustentation et avec la période des fêtes qui se profile, je comptais relancer le sujet ... en 2014 !
Quelques pistes: utilisation de moteur -fusées pour le décollage au Lméthane et au LOX  ... mais il y a d'autres possibilités... en utilisant le CO₂ ... qui n'est pas si inerte que çà : les torches au magnésium y brûlent très bien !
... Hybride ternaire Métaplane / Ekranoplane (Avion à effet de sol), etc.  ;) 

L'emploi du dihydrogène, gaz dont la masse molaire est la moitié de celle de l'hélium permet aussi d'envisager de rigidifier la structure avec une pression double sans perte de poids supplémentaire ... il y a pas mal d'idées à creuser... mais en attendant je m'en remets au spécialiste incontestable des régions polaires : le Père Noël qui au fin fond de la Laponie pourrait nous prêter un traineau et des rennes pour le transport des blocs de glace . 

A l’approche de ces fêtes de fin d’année  et de leurs festins soyez original et préparez notre colonisation de Mars : mangez des insectes… même si vous serez encore dans l’illégalité en Europe....  sauf en Belgique !
Vu sur Futura-Sciences :
  Dix insectes autorisés pour la consommation humaine en Belgique

Grâce à l’expérience acquise les premiers colons martiens seront-ils Belges ?
Voir nos posts sur la question  page 17

Giwa a écrit:A l’approche de ces fêtes de fin d’année  et de leurs festins soyez original et préparez notre colonisation de Mars : mangez des insectes… même si vous serez encore dans l’illégalité en Europe....  sauf en Belgique !
Vu sur Futura-Sciences :
  Dix insectes autorisés pour la consommation humaine en Belgique

Grâce à l’expérience acquise les premiers colons martiens seront-ils Belges ?
Voir nos posts sur la question  page 17

Il se cache derrière cette décision, probablement, un lobbyisme commercial, dans le but de faire du profit (comme avec Halloween).

Sur les deux derniers millénaires, on n'a jamais mangé d'insectes en Europe (et pourtant, on aurait pu, surtout durant les disettes), preuve que c'est inutile, voir carrément nuisible.

Cette "mode" venue surtout d'une zone à l'opposée de la notre sur le globe ne prendra jamais chez nous.

Akwa a écrit:Il se cache derrière cette décision, probablement, un lobbyisme commercial, dans le but de faire du profit (comme avec Halloween).

Sur les deux derniers millénaires, on n'a jamais mangé d'insectes en Europe (et pourtant, on aurait pu, surtout durant les disettes), preuve que c'est inutile, voir carrément nuisible.

Cette "mode" venue surtout d'une zone à l'opposée de la notre sur le globe ne prendra jamais chez nous.

Un lobbyisme commercial, c'est effectivement possible. Mais il n'empêche que la question de se nourrir d'insectes, dans une optique de diversification de nos alimentations, se pose légitimement, selon moi. Encore plus pour le spatial : la "viande" est polluante à produire, (bonne) chère, correspond à de mauvais "rendements" alimentaires et écologiques, et dans un vaisseau spatial, il serait difficile de faire de l'élevage au sens conventionnel du terme. Avec des insectes, moyennant un pas en avant psychologique (ou du talent culinaire !), on peut tirer partie de quelques avantages.

A un niveau plus "terre-à-terre", il n'est pas impossible que les insectes fassent recette. L'argument historique concernant la consommation est certes très valable actuellement, mais il n'est pas certain, selon moi, que ce soit toujours le cas à moyen terme...