Publication dans Acta Astronautica

Bonjour,

Il y a quelques années, sur ce forum, nous discutions de la possibilité d'une mission habitée vers Mars avec 2 ou 4 astronautes. Ca s'appelait le concept all-in-one, puis 2-4-2. J'avais dit à ce moment là qu'il faudrait que j'essaie de publier quelque chose là-dessus. Après de longues heures de travail et quelques années plus tard, j'ai fini par écrire cet article. Il a été accepté récemment pour une publication dans la revue Acta Astronautica, après quelques modifications et corrections proposées par des spécialistes. Titre de la publication :
"Simplified Scenario for Manned Mars Missions"
Il existait déjà sur mon site une présentation du concept, mais elle datait un peu. Je viens de la mettre à jour.
C'est ici : http://salotti.pagesperso-orange.fr/concept242.htm
Plus simple, moins risqué, moins cher que le concept NASA, tel pourrait être le slogan. C'est prétentieux, mais c'est pourtant ce dont je suis convaincu. Je vous laisse en juger.

Cordialement,
Argyre

Je ne sais pas ce que tu as prévu comme lanceur, mais Zubrin a produit récemment un scénario à base de Falcon Heavy (capacité LEO=53 tonnes).

lambda0 a écrit:
Je ne sais pas ce que tu as prévu comme lanceur, mais Zubrin a produit récemment un scénario à base de Falcon Heavy (capacité LEO=53 tonnes).

Oui, j'ai lu, mais il suggère un habitat rikiki et ne donne pas de détails sur un certain nombre de choses ...
J'ai peur qu'il se décrédibilise.

A+,
Argyre

Réellement très intéressant, mais la problématique des rayonnements cosmique n’apparaît pas, la masse a vide du vaisseau comprend t-elle une protection ou alors la répartitions des différents systèmes dans le vaisseau joue t-elle le rôle de bouclier?

Merlin a écrit:Réellement très intéressant, mais la problématique des rayonnements cosmique n’apparaît pas, la masse a vide du vaisseau comprend t-elle une protection ou alors la répartitions des différents systèmes dans le vaisseau joue t-elle le rôle de bouclier?

Pour ce qui concerne les radiations, je pars du principe que les systèmes, les consommables, les outils et les affaires sont situés en priorité tout autour de l'habitat, ce qui augmente la protection contre le flux protonique provenant d'éventuels éruptions solaires. Le risque se limite alors à une exposition faible mais longue, ce qui n'entraine aucune lésion immédiate et augmente seulement de 3 à 4 % la probabilité d'avoir un cancer 10 à 15 ans plus tard, comme je l'explique sur mon site : http://salotti.pagesperso-orange.fr/docradiations.htm . Le risque est donc aux limites de l'acceptable. Etre aux limites des seuils peut poser des problèmes de conscience, mais d'un point de vue pragmatique, cela me parait acceptable. La NASA elle-même ne préconise pas de système particulier pour réduire l'exposition aux radiations, si ce n'est une trajectoire légèrement accélérée pour aller vers Mars en 6 mois au lieu de 8. Un tel gain me parait toutefois marginal. Si on accepte un voyage de 6 mois, on doit accepter un voyage de 8 mois. D'ailleurs le voyage dure effectivement 8 mois dans la configuration Terre Mars la plus défavorable ...

Est-il aussi prévu un moyen de lutter contre la baisse de densité osseuse lié à l'apesanteur prolongé? une mini centrifugeuse embarqué ou alors une pesanteur artificielle par rotation comme dans le scénario Mars Direct?

Merlin a écrit:Est-il aussi prévu un moyen de lutter contre la baisse de densité osseuse lié à l'apesanteur prolongé? une mini centrifugeuse embarqué ou alors une pesanteur artificielle par rotation comme dans le scénario Mars Direct?

Personnellement, je préfère la mini-centrifugeuse, car il ne faudrait pas que la vie tienne à un fil :D . Et si la centrifugeuse pouvait être équipée d'un pédalier pour faire du vélo en même temps, ce serait idéal.

A+,
Argyre

Argyre a écrit:

Merlin a écrit:Est-il aussi prévu un moyen de lutter contre la baisse de densité osseuse lié à l'apesanteur prolongé? une mini centrifugeuse embarqué ou alors une pesanteur artificielle par rotation comme dans le scénario Mars Direct?

Personnellement, je préfère la mini-centrifugeuse, car il ne faudrait pas que la vie tienne à un fil :D . Et si la centrifugeuse pouvait être équipée d'un pédalier pour faire du vélo en même temps, ce serait idéal.

A+,
Argyre

D'après ce que j'ai pu lire (M. Barrat, S. Pool, Principles of clinical medicine for space flight), pour résumer, on a fait des bons progrès ces dernières années dans le matériel utilisé pour faire travailler le système musculosquelettique, permettant de bien réduire la perte osseuse que connaissaient les cosmonautes sur Mir. En outre, une étude a actuellement lieu avec les équipages de l'ISS, étudiant l'efficacité de certains médicaments (bisphophonates pour être précis) dans cette optique (pour plus d'infos : http://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/experiments/Bisphosphonates.html).

Argyre a écrit:

lambda0 a écrit:
Je ne sais pas ce que tu as prévu comme lanceur, mais Zubrin a produit récemment un scénario à base de Falcon Heavy (capacité LEO=53 tonnes).

Oui, j'ai lu, mais il suggère un habitat rikiki et ne donne pas de détails sur un certain nombre de choses ...
J'ai peur qu'il se décrédibilise.
A+,
Argyre

Le sens de ma remarque était que ton scénario parait requérir un lanceur d'une capacité de presque 250 tonnes, soit l'équivalent de plus de 2 Saturn V.
Il parait simple, sans RDV/assemblage en orbite terrestre, en partie parce qu'il suppose la disponibilité d'un lanceur gigantesque.
Le coût de développement correspondant est-il inclu dans ton budget de 40 G$ ?

A+

lambda0 a écrit:

Argyre a écrit:

lambda0 a écrit:
Je ne sais pas ce que tu as prévu comme lanceur, mais Zubrin a produit récemment un scénario à base de Falcon Heavy (capacité LEO=53 tonnes).

Oui, j'ai lu, mais il suggère un habitat rikiki et ne donne pas de détails sur un certain nombre de choses ...
J'ai peur qu'il se décrédibilise.
A+,
Argyre

Le sens de ma remarque était que ton scénario parait requérir un lanceur d'une capacité de presque 250 tonnes, soit l'équivalent de plus de 2 Saturn V.
Il parait simple, sans RDV/assemblage en orbite terrestre, en partie parce qu'il suppose la disponibilité d'un lanceur gigantesque.
Le coût de développement correspondant est-il inclu dans ton budget de 40 G$ ?

A+

Non, j'ai abandonné l'idée d'1 seul lanceur, il faudra un assemblage en LEO. En fait, dans l'article, je suggère que la partie propulsive et la partie charge utile soient lancées séparément et assemblées ensuite.

Ah, Ok. Je me basais sur le paragraphe suivant de ta page web (donc à mettre à jour) :

Synthèse :
...
Masse totale pour 1 fusée : 246,5 tonnes
Masse totale IMLEO 2 fusées : 493 tonnes (c'est plus de 800 tonnes pour la mission NASA DRA 5.0)

lambda0 a écrit:
Ah, Ok. Je me basais sur le paragraphe suivant de ta page web (donc à mettre à jour) :

Synthèse :
...
Masse totale pour 1 fusée : 246,5 tonnes
Masse totale IMLEO 2 fusées : 493 tonnes (c'est plus de 800 tonnes pour la mission NASA DRA 5.0)

Effectivement, cela prête à confusion. En fait, il y a bien une fusée de 246,5 tonnes ... mais après assemblage en LEO de la partie propulsive et de la partie charge utile. Je vais modifier un peu le texte du site ... (merci de la remarque)

Est-ce que le scénario "2-4-2" pourrait être décliné en "3-6-3" sans modifier l'architecture globale (c'est à dire, même nombre de tirs, mêmes étapes, etc.), en disposant d'un lanceur de capacité un peu plus importante mais néanmoins ne dépassant pas 130 tonnes LEO ?
Une telle variante permettrait de mieux apprécier le gain intrinsèque à l'architecture par rapport à la DRM NASA qui prévoit 6 astronautes.

lambda0 a écrit:Est-ce que le scénario "2-4-2" pourrait être décliné en "3-6-3" sans modifier l'architecture globale (c'est à dire, même nombre de tirs, mêmes étapes, etc.), en disposant d'un lanceur de capacité un peu plus importante mais néanmoins ne dépassant pas 130 tonnes LEO ?
Une telle variante permettrait de mieux apprécier le gain intrinsèque à l'architecture par rapport à la DRM NASA qui prévoit 6 astronautes.

Théoriquement, on peut proposer 3-6-3, mais on y perd beaucoup, car on doit pouvoir rentrer à 6 dans le même vaisseau en cas de problème. Donc concrètement, en passant de 4 à 6, on fait plus que multiplier par 1,5 les consommables.
Mais plus important encore, dans le nouveau scénario 2-4-2, on a des atterrisseurs de moins de 34 tonnes qui autorisent des formes biconiques simples qui permettent un gain substantiel au niveau du bouclier thermique. Si on passe à 3, on est carrément obligé de changer la forme du vaisseau ou la technologie de freinage car le coef. balistique est bien plus élevé. De plus, il faut faire remonter un vaisseau plus lourd et là, c'est même dramatique, car il faut pouvoir remonter 6 personnes, avec un impact sur l'ISRU qui à son tour alourdit l'atterrisseur ...
Néanmoins, il y a une autre logique. Au lieu de 3-6-3, il faudrait envisager plutôt 2-6-2, avec 3 vaisseaux habitats et toujours 2 astronautes par vaisseau.
Dans ce cas, on doit pouvoir faire la comparaison. C'est même très intéressant. En fait, il est plus logique d'en rester à 2-4-2, mais pour avoir une comparaison pertinente, c'est effectivement une très bonne idée. Et la comparaison est immédiate. Pour l'IMLEO, il faut multiplier par 1,5 :
550*1.5 = 825 tonnes, on retombe finalement sur le même ordre de grandeur que pour la mission de la NASA avec NTR.
Dans l'article que j'ai soumis dernièrement, j'ai essayé de trouver où sont les gains. Voici quelques points importants :
- Aérocapture pour les vaisseaux habitats, gain entre 50 et 100 tonnes. En fait, ce gain est pour le scénario 2-4-2, mais ce n'est pas autant pour la NASA car la NTR consomme moins pour un même freinage. Dit autrement, la NASA a choisi la NTR pour gagner des ergols, mais en tout chimique avec aérocapture, on arrive presque au même gain ...
- Gain au niveau EDL, notamment les boucliers thermiques : 21% de la masse de l'atterrisseur dans le scénario NASA, seulement 12% dans 2-4-2 grâce à la forme de type capsule (12%, c'est ce que j'ai trouvé dans un article spécialisé sur une évaluation des technologies EDL). Ces gains sont cumulatifs avec d'autres, car, par exemple, les 34 tonnes de l'atterrisseur permettent d'envisager des parachutes, qui, à leur tour, réduise les besoins en ergols pour la descente et donc la taille du vaisseaun et donc la masse du bouclier thermique. Et évidemment, chaque tonne envoyée vers Mars nécessite des ergols en LEO (un facteur 5 je crois).
- Ensuite, il y a un biais pas facile à trouver dans le scénario NASA : comme les consommables prévus pour Mars sont dans l'habitat atterrisseur, il y a une duplication des consommables dans le vaisseau de transit, au cas où il ne serait pas possible d'atterrir sur Mars. Ces consommables de backup sont carrément éjectés du vaisseau avant le retour si tout se passe bien. Dans 2-4-2, ce surplus de consommables n'existe pas car l'habitat de transit est aussi l'habitat sur Mars. Bien entendu, le pb de 2-4-2, c'est qu'il faut dupliquer les consommables, au cas où. Néanmoins, cette duplication inclut une partie du backup qui est de toute façon nécessaire en mission non dupliquée.
Bilan : au niveau IMLEO, si on compare à 2-6-2, c'est du même ordre. Mais il n'y a plus besoin de grands vaisseaux à assembler en LEO et surtout, les technologies EDL sont simplifiées. Et puis au niveau R&D, il n'y a pas de grands travaux non plus du style NTR ou EDL complexe. Donc les coûts sont réduits.

A+,
Argyre

merci de te donner tout ce mal à nous faire encore rêver un peut.

finalement ce qu'il manque c'est plus une volonté politique et un financement, ou niveau technologique c'est encore trop juste ?

c'est juste ton avis personnel qui m'intéresse car pour moi ça fait des années que l'ont à déjà le savoir nécessaire à un tel voyage.

Argyre a écrit:
...
Néanmoins, il y a une autre logique. Au lieu de 3-6-3, il faudrait envisager plutôt 2-6-2, avec 3 vaisseaux habitats et toujours 2 astronautes par vaisseau.
Dans ce cas, on doit pouvoir faire la comparaison. C'est même très intéressant. En fait, il est plus logique d'en rester à 2-4-2, mais pour avoir une comparaison pertinente, c'est effectivement une très bonne idée. Et la comparaison est immédiate. Pour l'IMLEO, il faut multiplier par 1,5 :
550*1.5 = 825 tonnes, on retombe finalement sur le même ordre de grandeur que pour la mission de la NASA avec NTR.
...
Bilan : au niveau IMLEO, si on compare à 2-6-2, c'est du même ordre. Mais il n'y a plus besoin de grands vaisseaux à assembler en LEO et surtout, les technologies EDL sont simplifiées. Et puis au niveau R&D, il n'y a pas de grands travaux non plus du style NTR ou EDL complexe. Donc les coûts sont réduits.

A+,
Argyre

En effet, l'extrapolation parait plus simple comme ça, en 2-6-2.
Pour ce qui est de la pertinence d'expéditions de 4 plutôt que 6, je pense que c'est toujours sujet à controverses, compte tenu de la durée du séjour sur Mars et des spécialités requises, d'où l'intérêt d'envisager des variantes qui ne remettent pas en cause toute l'architecture pour répondre aux critiques à ce sujet.

A+