Comment faire pour se préparer à atterrir sur la Lune (ou alunir)?

Il semble que les pôles, voire le pôle sud de la Lune, soient les endroits  préférés pour un retour sur la Lune (pour des tas  de raisons) !

Ca signifie que des modules vont souvent se poser au même endroit....

Or la Lune recèle un piège diabolique : sa poussière  :evil: 

Chaque fois qu'un engin se pose, des cailloux et des nuages de poussières sont soulevés sur de très longues distances, faible gravité et vide obligent!! (En fait, les cailloux ne vont pas aussi loin que la poussière - le contraire de la Terre )...
Comment faire pour protéger les instruments, les antennes, les structures, voire la base déjà installées ?
Ce sera sans doute la première tâche à effectuer, peut-être même avant toute arrivée d'astronautes! 
Concevoir une piste d'atterrissage en forme de carré ou de cercle de 100 m de diamètre, à 500 m des instruments ? 
Comment dévier le souffle (plus puissant que le LM d'antan) pour ne pas affecter la base ?
Du travail pour des robots du village lunaire de l'ESA ? 
On peut imaginer une procédure d'arrivée en inclinant le module de sorte que le souffle soit dirigé dans la direction opposée à la base ? 
Ca voudrait dire que le module passerait d'abord au-dessus de la base, puis tanguerait vers l'avant et freinerait ? 
On cogite.

Une piste d'alunissage circulaire me semble préférable à une piste carrée puis qu’aucune direction ne sera privilégiée pour les trajectoires balistiques des poussières .
 Sur la bordure de cette piste, un butte arrondie de régolite devra être déposé pour éliminer les poussières aux trajectoire les plus tendues et de plus longues portées pouvant atteindre le matériel de la base . Si des poussières frappent cette butte et rebondissent, elles prendront de nouvelles trajectoires balistiques toujours en s'éloignant, donc sans risque d'endommager la fusée, avec des trajectoires plus hautes, mais de portées plus réduites ne pouvant atteindre la base lunaire.

On dirait pas comme ça, mais c'est un problème d'optique ;)
Il faudrait que la piste soit encerclée par une bordure dont la section est un arc de parabole dont le foyer est le point d'atterrissage : les poussières rapides sont réfléchies verticalement, après avoir déjà perdu une bonne partie de leur énergie cinétique par un choc inélastique. Lorsque les poussières retombent, nouvelle absorption sur la même bordure (et donc ça ne va pas se refocaliser  sur la fusée !).
Les poussières initialement lentes suivent des trajectoires un peu différentes (elles sont plus affectées par la gravité même sur des faibles distances) mais sont moins problématiques.

Fin juillet 2019, Space X a été sélectionné dans un programme de recherche sur les problématiques des atterrissages :

https://www.nasa.gov/press-release/nasa-announces-us-industry-partnerships-to-advance-moon-mars-technology a écrit:SpaceX of Hawthorne, California, will work with NASA’s Kennedy Space Center in Florida to advance their technology to vertically land large rockets on the Moon. This includes advancing models to assess engine plume interaction with lunar regolith.

Si c'est le Starship lunaire qui doit servir à cette étude .... il va falloir attendre un peu.

lambda0 a écrit:On dirait pas comme ça, mais c'est un problème d'optique ;)
Il faudrait que la piste soit encerclée par une bordure dont la section est un arc de parabole dont le foyer est le point d'atterrissage : les poussières rapides sont réfléchies verticalement, après avoir déjà perdu une bonne partie de leur énergie cinétique par un choc inélastique. Lorsque les poussières retombent, nouvelle absorption sur la même bordure (et donc ça ne va pas se refocaliser  sur la fusée !).
Les poussières initialement lentes suivent des trajectoires un peu différentes (elles sont plus affectées par la gravité même sur des faibles distances) mais sont moins problématiques.

Très intéressant ! :ven:

Les idées de Giwa et de Lambda0 sont très intéressantes !
Cette bordure devrait être construite aussi vite que possible dès le premier alunissage! La poussière et les cailloux pourraient-ils être déviés de sorte qu'ils s'accumulent pour hausser la bordure et ainsi renforcer 
la protection? On peut peut-être simuler le vide dans des chambres spéciales sur Terre, mais pas le pesanteur lunaire (et ça compte!).

lambda0 a écrit:On dirait pas comme ça, mais c'est un problème d'optique ;)
Il faudrait que la piste soit encerclée par une bordure dont la section est un arc de parabole dont le foyer est le point d'atterrissage : les poussières rapides sont réfléchies verticalement, après avoir déjà perdu une bonne partie de leur énergie cinétique par un choc inélastique..

L'analogie avec les propriétés d'écrans paraboliques est-elle pertinente ?

Les propriétés sont bien établies pour des ondes électro-magnétiques et des ondes mécaniques comme le son.
En tirer les mêmes propriétés pour un "écran" en régolite plus ou moins amalgamé percuté par des particules solides volantes de formes aléatoires et de tailles allant de microscopiques poussières aux graviers plus ou moins gros *.... a-t-il un fondement ?
Les vitesses de départ sont différentes au sein du nuage et il y aura des interactions dans le nuage avant d'arriver à la ceinture bordant la piste.**

* si on a une piste "lisse" résistante à l'abrasion .... et "balayée/aspirée" avant chaque arrivée par des robots d'entretien... on limite la taille
** avec un seul moteur éjectant un panache de gaz .... ce ne doit déjà pas être simple .... s'il y en a trois, çà se complique encore un peu.

Je ne sais pas s'il y a déjà eu des recherches effectuées dans ce domaine. mais il y aura des postes de doctorants (au moins aux USA) si "Boots on the Moon" a une suite.

Une étude sérieuse implique évidemment des simulations avec des modèles plus raffinés de transport de particules...
La forme simple basée sur des hypothèses simplificatrices, c'est ce qu'on aurait fait dans l'ancien temps comme premier essai pour une optimisation empirique, quand on ne disposait pas de moyens de calcul.

Fraser Cain a invité Scott Manley sur sa chaine YouTube et Scott revient sur l'étude des effets à l'alunissage…..Eh bien, le Starship produirait un souffle 100 fois plus puissant que le LM de l'époque d'Apollo, s'il devait un jour se poser sur la Lune !!!!
l faut absolument étudier cela avant de lancer un projet de grande envergure! Il me semble que disposer d'un petit alunisseur permet 5: choses: d'abord moins de masse à emporter pour alunir et redécoller; ensuite une échelle moins grande pour descendre sur la surface; ensuite moins de poussière éjectée à l'alunissage et au décollage ; ensuite, ça prendra moins de temps à construire qu'un bazar gigantesque; ensuite, ça abaisse le centre de gravité, permettant de se poser sur une pente.
Starship sur la Lune après avoir nécessité l'intervention de x tankers en LEO pour le ravitailler?

Il y a justement une étude NIAC en cours à ce sujet.

https://www.nasa.gov/directorates/spacetech/niac/2020_Phase_I_Phase_II/Instant_Landing_Pads_for_Artemis_Lunar_Missions

La proposition est de former le site au moment de la descente en éjectant un matériau.

Un spray qui se mélange au carburant, pour durcir le régolite sur lequel il va se poser juste après?  Ca a l'air ingénieux! Et ça pourrait servir sur d'autres corps!  

Il est suggéré dans l'article que des "petits" landers des sociétés sélectionnées par la NASA* pour déposer des charges scientifiques sur la Lune puissent etre habilités à tester des essais de ce système original pour "construire leur piste".

https://www.nasa.gov/directorates/spacetech/niac/2020_Phase_I_Phase_II/Instant_Landing_Pads_for_Artemis_Lunar_Missions a écrit: Small landers in the ~1-5mT range, such as those expected to fly on upcoming NASA Commercial Lunar Payload Service (CLPS) missions, are also at risk from ejecta plumes, albeit a smaller risk than the large landers. In all cases, scientific payloads could be damaged due to abrasion from high-velocity regolith ejecta.

Cela suppose sans doute de créer pour le "spray" une formule chimique adaptée à la température du jet (et donc aux ergols utilisés). Faudra-t-il prévoir d'uniformiser les moteurs utilisés ou tenter une personnalisation pour chaque type de moteur d'atterrisseur ?
Il faudra aussi effectuer des "essais" virtuels (ou réels ?) donc risquer (ou pas ?) une CU de valeur pour fiabiliser la technique. (voir au début)

* pour rappel

https://www.nasa.gov/press-release/nasa-selects-first-commercial-moon-landing-services-for-artemis-program a écrit:The selections are:

• Astrobotic of Pittsburgh has been awarded $79.5 million and has proposed to fly as many as 14 payloads to Lacus Mortis, a large crater on the near side of the Moon, by July 2021.
  
  
• Intuitive Machines of Houston has been awarded $77 million. The company has proposed to fly as many as five payloads to Oceanus Procellarum, a scientifically intriguing dark spot on the Moon, by July 2021.
  
  
• Orbit Beyond of Edison, New Jersey, has been awarded $97 million and has proposed to fly as many as four payloads to Mare Imbrium, a lava plain in one of the Moon’s craters, by September 2020.
  

Si les recherches pour mettre au point Masten in-Flight Alumina Spray Technique (FAST) aboutissent à un système efficace ... la vieille maxime "là où Attila et les Huns sont passés l'herbe ne repousse pas" ....
pourra être remplacée par " là où le lander lunaire s'approche, la piste se matérialise".  

Ca semble une bonne idée! Mais quand il s'agira de poser des CU bien plus importantes....? C'est vrai que du moment où il y a une présence même seulement robotique, on peut déjà songer à une piste définitive capable d'encaisser les alunissages plus massifs! Là, Kubrick avait été trop optimiste dans 2001!

L'un des soucis, c'est savoir si les endroits pressentis pour déposer des charges scientifiques NASA : Lacus Mortis,  Oceanus Procellarum,  Mare Imbrium, permettront une compatibilité entre les substances pulvérisées pour réaliser la piste et les expériences envisagées ?

Pour des CU plus importantes ... on ne sait même pas si ce sont les mêmes endroits (et donc leur piste) qui seront ré-utilisés.
Donc tout est à bien étudier.

Si l'endroit préféré pour une base lunaire est le pôle sud, il faudra faire très attention à ne pas chauffer la zone avec les moteurs de descente...Tout un calcul de trajectoire, de position des tuyères, de quantité et rapidité ! Peut-être faudrait-il accepter une distance de sécurité !

L'article que tu cites va au-delà d'une réflexion "technique" sur les atterrissages et comment les gérer.

https://www.space.com/moon-ice-mining-contamination-concerns.html a écrit:Last month, NASA rolled out an interim directive titled "Planetary Protection Categorization for Robotic and Crewed Missions to the Earth's Moon."
The document defines NASA's implementation of obligations to avoid harmful contamination under the United Nations' Outer Space Treaty, which came into effect in 1967.

La NASA est dans son rôle de poser des questions sur les risques inhérents à un accroissement des activités humaines sur la Lune.
Il y a références au traité de 1967, même si au niveau des politiques US, les nouvelles tendances tiraient la couverture vers un assouplissement des contraintes.

On va voir ce qui se concrétisera.

Les scientifiques plaident eux, pour préserver ..... le plus possible l'existant, mais ..... bien sûr "business is business"

The directive does not apply to other countries or private sector firms if their missions do not involve NASA. If ISRU becomes a reality on the moon and polar craters are indeed mined for their water ice, could a scientific bonanza be wiped out?

L’idée de mélanger un spray avec le carburant est une idée intéressante mais est ce que ça va être assez efficace pour poser des vaisseaux de plus en plus lourds et massifs (dans l’optique de la création d’une base demi-permanenté, car dans l’optique de simples explorations ça fait sens en effet).
Pour moi le futur est l’impression 3d pour faire une piste assez résistante pour les les fortes chaleurs dégagées par les moteurs. 
Certains projets sont déjà assez avancés comme l’a montré le concours de la NASA vidant à élaborer les premiers habitats sur mars (voir le fil  : https://www.forum-conquete-spatiale.fr/t20555-projet-de-base-martienne-les-1ers-elements )

Il faudrait pour cela arriver à amener sur la lune les machines nécessaires à récolter le regolithe et la machine à impression.
Elles sont déjà prévues pour créer un « plancher » pour les habitats martiens en biopolymeres à partir de fibre de basalte que l’on trouve dans le regolithe. 
Voici une petite vidéo du gagnant du concours pour montrer la construction d’un habitat 

https://www.youtube.com/watch?v=axnuLepJufs&feature=youtu.be
Et une vidéo promotionnelle détaillant la résistance du matériau 

https://www.youtube.com/watch?v=C_KxqCL5L5Q&feature=youtu.be&app=desktop#dialog

Est ce que le matériau utilisé pour cette habitat protège des rayonnements solaires ?

N'oublions pas qu'il existe aussi la solution de l'atterrissage à l'horizontale qui permet de limiter la zone à traiter.

BBspace a écrit:N'oublions pas qu'il existe aussi la solution de l'atterrissage à l'horizontale qui permet de limiter la zone à traiter.

Méthode d'ailleurs envisagée depuis pas mal de temps...

Projet de 1961

[img][/img]

Lunarjojo a écrit:

BBspace a écrit:N'oublions pas qu'il existe aussi la solution de l'atterrissage à l'horizontale qui permet de limiter la zone à traiter.

Méthode d'ailleurs envisagée depuis pas mal de temps...

Projet de 1961

[img]

Attention ; dans ce cas le décollage était horizontal mais l'atterrissage était réalisé avec des tuyères orientées verticalement.

TeraTak a écrit:Est ce que le matériau utilisé pour cette habitat protège des rayonnements solaires ?

les rayonnement solaire sont pas les plus dangereux (hors SPE, mais c'est un autre sujet), le soleil étant plutôt petit comparé au monstre qu'on trouve dans le cosmos. de plus c'est unidirectionnel donc avec une seul plaque mobile (qui suit le soleil)  ou un arc de protection c'est bon.
se qui est dangereux c'est le rayonnement cosmique, se sont des rayon a haute énergie provenant de supernova, environ de troue noir, pulsar et autre joyeuserie. Même s'il sont rare et lointaine, l'univers et tellement immense qu'on reçoit un flux constant de se type de rayonnement.  le problème c'est que les sources sont repartie sur tout le fond diffus cosmologique.  donc au lieu d'arrivé que d'un point (dans quel cas une ombrelle suffit) sa provient de toute les direction et demande donc un blindage intégrale.
est ce que se matériau protège des rayonnements cosmique? en faite on s'en fout ou plutôt oui tout protège des rayonnements cosmique. il y a certain matériau (ce riche en hydrogène de mémoire donc l'eau et certain plastique) qui protège un peu mieux que les autres mais en faite se qui arrêté vraiment les rayonnements c'est la masse. d'ailleurs on exprime souvent (toujours?) la protection en kg/m² c'est a dire la masse de matériau par mètre carré entre nous et la source. donc le simple fait d'etre posé a la surface d'un astre divise par deux les rayonnements reçu car on ne reçoit plus de rayonnement par en dessous ( hors rayonnement interagissent peu avec la matière et donc non dangereux). reste donc se qui arrive par le dessus, donc pour avoir de la masse au dessus de la tète soit on s'enterre (ou s'enlune ) soit on pose de la regolite sur l'habitat. généralement pour des missions de plusieurs mois (en dessous d'un mois , pas d'impact sur la santé) on tourne autour des 2t/m² donc 50cm a 1m de regolite.

Apres il y a le cas cool de l’atmosphère. sur terre (et a 50km d'altitude sur venus) on a 10 tonnes d'air par mètre carré au dessus de la tete. donc on a cette protection contre les rayon qui tombe a la vertical, mais plus les rayon s'eloigne de la vertical plus il on de distance et donc de masse a traversé.

BBspace a écrit:Attention ; dans ce cas le décollage était horizontal mais l'atterrissage était réalisé avec des tuyères orientées verticalement.

C'est en effet ce que montre le dessin du haut. Je me suis toujours demandé comment les ingénieurs comptaient maitriser l'atterrissage, surtout en 1961. Car quand on pense à la position du centre de gravité...

Justement, le moteur d'atterrissage était bien au centre de gravité de l'ensemble, avec l'étage de freinage sur la droite presque vide.

A noter sur ce dessin, qui compare les deux méthodes de "direct ascent" (atterrissage à l'horizontale ou à la verticale), le module de service qui comporte plusieurs moteurs à propergol solide pour les différentes phases du vol, car c'était la première configuration envisagée avant que le gros moteur à liquide soit choisi.

Comment faire pour se préparer à atterrir sur la Lune (et y vivre) ?
Tout simplement en s'entrainant sur Terre :