Phobos et Deimos comme avant-postes de l’exploration de Mars

Suite à nos discussions à ce propos sur le sujet concernant Curiosity, j’ouvre ce sujet.
Comme nous le verrons, l’idée n’est pas nouvelle, mais est de nouveau d’actualité, en particulier s’il s’avère nécessaire de prendre des précautions pour l’étude  d’éventuelles traces de vie ou au moins d’une chimie pré biotique sur Mars.

Tout d’abord, calculons le delta-v pour se rendre sur Phobos d’après ceci
On trouve un total de 14961 m/s,disons 15 km/s au lieu d’environ 19 km/s pour Mars.
D’accord ce sont des grandeurs approximatives qui ne tiennent pas compte en particulier des approches et de descente sur Mars par aérofreinage. Mais bon, il sera toujours temps d’affiner ces données.

On peut remarquer aussi que le delta-v pour se rendre sur Phobos est légèrement inférieur à celui pour se rendre su la Lune de 15070km/s
Ceci est intéressant pour des voyages de vaisseaux cargos inhabités, surtout qu’en plus il est alors possible d’utiliser la propulsion ionique pour environ 4km/s de delta-v, ce qui n’est pas possible pour la Lune.

Certes pour les vaisseaux habités, il y a la durée du voyage, les réserves vitales à emporter et les boucliers de protection contre les radiations et la Lune redevient plus avantageuse que Phobos.
L’installation sur Phobos devra donc se faire avec des vaisseaux cargos et des robots pour préparer ensuite l’arrivée des humains

Sincèrement, je ne vois pas l'intérêt des lunes de Mars en tant qu'avant poste de l'exploration.
Y faire un peu d'exploration et des analyses, OK mais s'y implanter ... Si c'est par crainte de se poser sur Mars, autant rester en orbite dans un vaisseau et faire de l'exploration et des expériences en téléopération. De plus, comme la gravité y est très faible, 1262 fois moins que sur Terre, c'est comme si les astronautes étaient en apesanteur.
Bref, quand on décidera enfin d'aller sur mars, en ayant ou non validé les équipements sur la Lune, il faudra y aller pour de vrai et non faire encore une étape couteuse en chemin.

Pour revenir à la carte de John D. Cook, il faut un dV de 13,7 km/s pour atteindre Mars. Ensuite, comme le freinage atmosphérique est possible, les 5,2 km/s restants peuvent ne couter qu'un minimum de carburant. C'est encore plus vrai pour les vaisseaux cargos avec lesquels on peu prendre plus de risques et qui supportent des accélérations plus importantes que les être humains. Pour Phobos ou Deimos, le freinage atmosphérique est impossible, à moins de frôler Mars avant de les atteindre, ce qui revient au même que s'y poser.

Image pleine résolution
J'ai inséré la carte des vélocités pour plus de clarté.

Effectivement GNH Hope, cela se discute et je n’ai ouvert ce sujet que vu la tournure que prenait la discussion sur les découvertes de Curiosity.
En effet si on doit rester longtemps en orbite martienne avant de s’y poser, les satellites naturels de Mars auraient des avantages par rapport à un vaisseau habité : offrir une protection importante contre les radiations surtout si après des travaux de terrassement on y enfouit des habitats gonflables dans des creux.
On pourrait aussi se fournir en oxygène par extraction des roches par la même méthode envisagée sur la Lune par pyrolyse au cas comme sur la Lune,on n’y découvre pas de la glace d’eau qui, par électrolyse , permettrait d’obtenir aussi bien l’élément hydrogène que l’élément oxygène .
A remarquer toutefois que si ce n’est pas le cas, se fournir en élément oxygène est quand même le plus important puisque de la propulsion par les propergols 2 H2 /O2 demandent 8 fois plus de dihydrogène que de dioxygène en masse.Donc l’élément le plus onéreux à transporter depuis la Terre est le dioxygène.
En tout cas le débat est ouvert et nous avons le temps d’y réfléchir.

Comme je le disais , dommage que Phobos Grunt se solda par un échec et qu’un projet en collaboration avec le Japon a été abandonné. Au moins des sondes vers Phobos et Deimos seraient utiles pour y voir plus clair.

GNU Hope a écrit: Pour Phobos ou Deimos, le freinage atmosphérique est impossible, à moins de frôler Mars avant de les atteindre, ce qui revient au même que s'y poser.

Se poser sur Mars est quand même plutôt compliqué. On peut imaginer qu'il serait plus simple de déposer toute l'infrastructure sur les satellites plutôt que prévoir leur atterrissage sur le sol. Par ailleurs, dans le cas où le vaisseau interplanétaire serait une structure relativement fragile (type ISS plutôt que type BFS), il serait possible de le ravitailler directement à proximité du satellite.

Si l'on considère un vaisseau cargo ou habité utilisable pour de nombreuses missions Terre-Mars, on pourrait imaginer qu'il ne soit ravitaillé que sur Phobos / Deimos, a minima pour l'oxygène comme indiqué par Giwa : on s'épargnerait le lancement depuis le sol terrien / martien / lunaire. Le bilan global nécessaire pour répondre à la question semble toutefois quelque peu compliqué :scratch:  :D .

Si on doit choisir entre la surface de Phobos et la surface de Mars , le mieux sa reste Venus  et un peu après Mars , mais bon c'est compliqué.


Par contre s'il faut choisir entre l'orbite martien et phobos, pour moi c'est phobos. Pour être rigoureux on vas commencer par les points negatif

1) il faut un DV supplémentairement (il faut que je le calcule avec aérofreinage)

2) les période d'obscurité solaire seront plus longue que pour une station en orbite, surtout  si l'orbite est haute mais il y a des contres argument
    2 a) pendant les période d’obscurité, la base sera face a la face éclairé de mars qui renverra une partie de sont énergie alors qu'une station orbital serait dans l'obscurité total en passent dans l'ombre de mars
     2 b) on peut utilisé un réacteur nucléaire enterré pour se protégé des radiation alors qu'un réacteur dans un station spatial demanderait un lourd blindage.

 3) idem que pour le soleil , mais pour les communications terrestee
      3 a) le reseau de communication martien est bien étoffé et permet en passent par des relais d'avoir des communication permanente. 


par contre les points positif sont

 a) il y a de l’oxygène et très probablement de l'eau , se qui permet de faire le plein pour le retour se qui doit être comparé au point 1). par contre pour être honnête il y a un contre argument.
  a 1) il est possible d'envoyer des sondes robotique extraire de l'eau sur phobos et la ramené sur la station orbitale
          a 1 a) c'est compliqué et les robots ne pourrait pas être soutenu par des humains en cas de problème

   b) protection anti-radiation, en s’enterrant un peu, sa doit être vivable et évité un lourds blindage

    c) Même s'ils restent enfermé dans une base , il sont entouré d'un environement qu'il peuvent exploré au cours d'EVA se qui devrait diminuer l'impression d'enfermement et donc diminué la pression psychologique sur l’équipage.

     d) pour le grand publique, marche sur un astre meme petit faisant des rond autour de mars est mieux que juste faire des ronds autour de mars. en suite l'interes du publique peut etre transformé en volonté politique et donc en financement.

     e) il y a evidament de la science a faire sur phobos.
            e 1) on peut aussi la faire avec des robot piloté depuis la station orbital


Je vous laisse compléter de vos arguments, contre arguments, contre contre arguments.

Phobos finira par s'écraser sur Mars, ce qui ne manquera pas de provoquer quelques dégats ...

Aramis a écrit:Phobos finira par s'écraser sur Mars, ce qui ne manquera pas de provoquer quelques dégats ...

Dans plusieurs dizaines de millions d'années... on a le temps

L'atterrissage sur Mars implique un bouclier thermique, bien entendu, mais si on procède à l'insertion en orbite martienne par aérocapture, il faut déjà un bouclier, même si ce n'est pas tout à fait les mêmes besoins en terme de taille.
Quoi qu'il en soit, si on va sur Mars, le DeltaV restant après freinage atmosphérique est faible. Mieux, si on veut remonter en orbite, on peut exploiter les ressources locales pour constituer le carburant du véhicule de remontée (H2, O2 et CO2 extraits respectivement de l'eau et du gaz carbonique atmosphérique pour constituer CH4+O2).
Mieux, on peut exploiter H20 et CO2 pour les besoins de l'habitat, pour les plantes si on en a et pour le carburant des véhicules de surface.
De manière logique, plus on reste longtemps sur Mars, plus ça vaut le coup d'y aller, parce que la masse des ressources locales exploitées pour les besoins de vie finit par excéder le poids du bouclier thermique (ou de la partie supplémentaire) et des systèmes de propulsion pour la descente et remontée qui ne sont pas nécessaires pour accéder à Phobos. La question fondamentale est : quelle est la charge supplémentaire à amener de la Terre si on va à la surface de Mars et quellle est la charge en moins par jour et par personne si on exploite les ressources de Mars pour les besoins de vie. Evidemment, c'est plus compliqué si on considère qu'on peut aussi exploiter l'O2 des roches de Phobos, voire plus, mais ce serait tout de même un ordre de grandeur plus compliqué et moins efficace. On peut même aller encore plus loin et se poser la question de l'éthique d'un processus d'excavation de ce satellite de seulement 11 km de diamètre, car pour récupérer quelques dizaines de tonnes d'O2 et réaliser des habitations troglodytes pour se protéger des radiations, j'imagine qu'il faudrait lui infliger quelques balafres.

Et au fait, à la question fondamentale précédente, même si c'est pour 10 ans et 10 personnes que ça devient rentable d'aller sur Mars, la différence n'étant pas si importante en termes de masse à envoyer vers Mars, l'idée d'aller sur Phobos comme étape préliminaire ne me parait pas vraiment pertinente. C'est un peu comme si on conseillait à Samuel de Champlain de s'établir à Saint-Pierre et Miquelon plutôt qu'à Québec ...

Phobos manque bien sûr d'éléments de base pour un système-vie et donc pour une base habitée : au moins carbone, hydrogène, ...

Toutefois si l'on se limite uniquement à un rôle de station-service (pour des trajets Terre-Mars, ou pour d'autres destinations du système solaire), mettons pour fournir uniquement du LOX (éventuellement de l'eau ou du H2 si l'exploration révèle qu'en profondeur nos deux lunes ne sont pas totalement sèches), la question pourrait être : est-il plus économique de placer une usine de fabrication de LOX sur Phobos/Deimos qu'à la surface de Mars ?

Si l'on se réfère au schéma fourni par GNU Hope, on économise 3 km/s de delta-V au moins du trajet surface de Mars => orbite basse de Mars (et pour le retour, pour schématiser, soit le bouclier thermique pour atterrissage soit du dV aussi). A quel point cette économie pourrait être déterminante :
1/ au démarrage d'une implantation sur Mars ?
2/ dans un contexte dans lequel le trafic Terre-Mars (ou Mars vers ailleurs) serait plus étendu ?

Au 1/ une architecture type BFR semble plus simple (et la maintenance au sol sur Terre ou Mars considérablement moins coûteuse) que de prévoir un vaisseau interplanétaire 100% spatial, des atterrisseurs martiens et terriens, et de l'autre une usine de production de LOX 100% spatiale. En objection au 2/ on peut imaginer que le LOX ne soit pas vraiment utile à une propulsion "évoluée" (ionique, nucléaire thermique, ...) ou supposer qu'un ascenseur spatial martien ait été construit*, ce qui tendrait à annuler l'avantage en delta-V de Phobos/Deimos.

Pas simple  :scratch:

* pour rappel un ascenseur spatial martien serait en principe réalisable avec des matériaux existants type kevlar : pas besoins de futuristes super nanotubes de carbone à 100 GPa.

On suppose que Phobos possède une couche de régolithe d’environ 100m d’épaisseur, de quoi alimenter une unité d’extraction d’oxygène , comme cela est aussi envisagé sur notre Lune, au cas on n’y trouve pas la glace d’eau . Le cratère Limtoc à l’intérieur du cratère géant Stickney serait à envisager pour l’installation d’une base.
Pour  le fret à apporter pour  les installations, on pourrait envisager un vaisseau cargo navette entre une orbite terrestre et Phobos n’utilisant que la propulsion ionique, sauf des petits moteurs verniers pour l’accostage de Phobos.

En tout cas la mission MMX de la JAXA devrait nous apporter beaucoup d’informations.
Le lancement est prévu pour septembre 2024 et le retour d’échantillons sur Terre pour Juillet 2029.

Bonjour , je met le lien de mon ancien fil sur Phobos , espérant y trouver des trucs utiles https://astronautique.actifforum.com/t16914-l-exploration-de-phobos?highlight=phobos

noureddine2 a écrit:Bonjour , je met le lien de mon ancien fil sur Phobos , espérant y trouver des trucs utiles https://astronautique.actifforum.com/t16914-l-exploration-de-phobos?highlight=phobos

Merci noureddine2! Effectivement il faudra le re consulter.

Le sujet redevient d’actualité avec la découverte de matières organiques qui peut-être nous obligerait. à différer un voyage direct vers Mars. Bien sûr tout ça est quand même au conditionnel, mais mieux vaut s’y préparer au cas où ?

Excellent article de la Planetary Society à propos de la mission MMX de la JAXA
http://www.planetary.org/blogs/jason-davis/2018/20180610-meet-mmx.html

Je pense (ou plutot je suppute) que le projet NASA (de 2015) de faire une mission exploratoire vers Phobos en amont de faire atterrir une mission sur Mars, répondrait (en même temps que les arguments déjà cités .... notamment la préservation de Mars de contamination) a un objectif d'investissement progressif du système martien par des missions humaines.
On n'y resterait pas forcément longtemps (mission courte), on peut télécommander des rovers, des robots et même les télé-dépanner vu la faible distance, la mission peut apporter son système vie, son carburant de retour (auto-suffisance) . Donc une infrastructure plus légère et moins couteuse (bon .... tout est relatif !)

Mais comme déjà dit .... le retour lunaire acté ... repousse un tel projet pour dans - au moins - 30 ans.

Bon je concède aux inconditionnels ..... qu'avec le BFR/BFS ..... Elon va me démentir ..... Wait and see.

Les derniers progrès dans l'extraction de l'oxygène de la régolithe et de la production associée d'alliages métalliques réactualisent l'idée de se servir de Phobos ou de Déimos  comme station service.
https://www.esa.int/spaceinimages/Images/2019/10/Oxygen_and_metal_from_lunar_regolith