voyage vers Mars: mauvaise nouvelle?

Patrick RR, alias Papy a écrit:La question est de savoir si ce serait une pesanteur artificielle permanente ou temporaire, car, d'un point de vue technique, la réalisation pratique ne serait pas du tout du même ordre. Et la question se pose de savoir si des séances épisodiques de mise en pesanteur serait salutaire sur le plan physiologique ?

il me semble qu'un système de pesanteur artificiel "individuel" , donc que l'on pourrait loger dans un coin du vaisseau est à l'étude et même devait être embarqué sur l'ISS avant l'accident de la navette.
j'essaye de retrouver çà.

sur :

http://www.astronautix.com/articles/aststics.htm

on peut voir, malgré tout, l'expérience que l'on a des vols de très longues durées

dominique M. a écrit:
il me semble qu'un système de pesanteur artificiel "individuel" , donc que l'on pourrait loger dans un coin du vaisseau est à l'étude et même devait être embarqué sur l'ISS avant l'accident de la navette.
j'essaye de retrouver çà.

Il me semble que c'était les japonais qui devaient le réaliser ?
Mais avec la réduction du nombre de vols de navettes, il me semble également que c'est abandonné (tout comme l'envoi le "Cuppola")

doublemexpress a écrit:Je pense aussi à une pesanteur artificielle pendant le voyage par la mise en rotation d'une partie du vaisseau (style "2001, odyssée ...")

Robert Zubrin avait proposé comme solution de relier l'étage "d'injection trans-martienne" au module d'habitation avec un cable d'un kilomètre de long et de mettre l'ensemble en rotation lente.
Ca serait plus facile à mettre en oeuvre qu'une partie rotative sur un vaisseau, avec les problème de rotation plus rapide à mettre en oeuvre et les gradients de gravité ressentis.

Pour ma part, ça fait un certain temps que je suis arrivé à la conclusion qu'un vol habité vers Mars est impossible tant qu'on ne dispose pas de la technologie de propulsion permettant de boucler la mission en 6 à 8 mois au maximum.
Avec les systèmes classiques, il ne faut pas raisonner sur 6 mois, durée du voyage dans chaque sens, mais sur la durée totale de la mission, qui est de presque 3 ans, avec un séjour sur place de plus de 500 jours, le temps que les planètes reviennent en bonne position pour le retour.
Cette durée de 1000 jours pour une mission excède de loin l'expérience qu'on peut avoir. Apesanteur, radiations, psychologie... Même en tenant compte d'un peu de récupération sur Mars, les astronautes sont soustrait de la gravité terrestre pendant presque 3 ans, et Zubrin ne fait que supposer que la gravité martienne est suffisante pour éviter des effets à long terme.
On ne connait pas non plus les effets des radiations cosmiques sur l'être humain, les observations sur la psychologie ne semblent pas non plus très encourageantes : l'apesanteur n'est qu'un problème parmi beaucoup d'autres.

A+

par curiosité voici un exemple de trajectoire equitemporelle qui permettrait, dans un premier, de survoler simplement Mars pour un voyage qui durerait seulement 142 jours et qui permettrait de se familiariser avec les voyages interplanétaires:
source : "Victoire sur l'espace" A. Ducrocq

je suis vraiment d'accord avec vous et il est vrai que l'on entend parler nulle part d'un voyage vers Mars sansatterrissage.

un des éléments majeur dans la réussite du programme Apollo a été le fait de procéder par étape successive en ne passant à la suivante que lorsque les objectifs précédents avaient été globalement remplis.

pourquoi ne pas procéder de même:
- on maîtrise le vol semi-prolongé (~1 an) en orbite terrestre
- l'étape suivante serait de mettre au point les nouvelles techniques envisagées grace à un programme lunaire, non pas programme ayant une finalité en soi, mais vraiment en tant que programme plus global
- puis envoyer une mission de survol (type Apollo VIII)
- puis une ou des missions d'expérimentation en orbite martienne avec simulation d'atterrissage (type Apollo X)
- et seulement après la dépose d'homme sur le sol martien

On est de toutes façons dans du très long terme (30 ans?)
Cette approche est-elle trop simpliste?

A première vue, ils ne sont pas du tout dans cette optique comme l'indique l'info à l'origine de ce sujet

Rep Papy:
Cette orbite peut bien présenter un intérêt, en permettant de piloter à distance, pratiquement en temps réel, des rovers martiens, pendant les une ou deux semaines où le vaisseau se trouve dans les parages de la planète.
Au fait, quel delta(V) total ? A quelle vitesse passe-t-on à côté de Mars ?

Rep DominiqueM:
Il me semble qu'il y a déjà eu des projets de mission (Russes je crois) sans débarquement sur Mars mais en se posant sur le satellite Phobos. Mais celà ne raccourcit pas la durée totale de la mission, qui reste d'environ 1000 jours.
Phobos peut aussi être une position intéressante pour séjourner en attendant la fenêtre de retour : le satellite présente toujours la même face vers Mars, donc en s'installant sur cette face, on est totalement isolé des radiations cosmiques, masquées d'un côté par la planète, de l'autre par le satellite.
Globalement, une telle mission serait beaucoup moins coûteuse que le débarquement sur Mars.

A+

lambda0 a écrit:
Cette orbite peut bien présenter un intérêt, en permettant de piloter à distance, pratiquement en temps réel, des rovers martiens, pendant les une ou deux semaines où le vaisseau se trouve dans les parages de la planète.
Au fait, quel delta(V) total ? A quelle vitesse passe-t-on à côté de Mars ?

je cite : " ... ce qui exige la création d'une composante de vitesse de 14 km/s selon la per pendiculaire de l'orbite de la Terre. Une telle trajectoire ...//... pèche parce qu'elle exige au départ une vitesse de lancement ...//... se chiffrant aux environs de 18 km/s. "

Aie, ça fait un peu beaucoup, si on tient compte du fait que ces valeurs sont à multiplier par deux : il faut freiner d'autant au moment du retour sur Terre.
Cette orbite est bien irréalisable en propulsion chimique.
Dures lois de la mécanique céleste...

A+

lambda0 a écrit:Aie, ça fait un peu beaucoup, si on tient compte du fait que ces valeurs sont à multiplier par deux : il faut freiner d'autant au moment du retour sur Terre.
Cette orbite est bien irréalisable en propulsion chimique.
Dures lois de la mécanique céleste...

A+

ou d'accepter un bel étage cryogénique supplémentaire et assembler le vaisseau martien avec un plus grand nombre de vols

dominique M. a écrit:

pourquoi ne pas procéder de même:

- l'étape suivante serait de mettre au point les nouvelles techniques envisagées grace à un programme lunaire, non pas programme ayant une finalité en soi, mais vraiment en tant que programme plus global
- puis envoyer une mission de survol (type Apollo VIII)
- puis une ou des missions d'expérimentation en orbite martienne avec simulation d'atterrissage (type Apollo X)
- et seulement après la dépose d'homme sur le sol martien

Bien evidemment tout scenario est envisageable ....
mais après il faut aligner les sous ..... c'est un premier ecueil (d'autant qu'aucun politique ne saurait s'engager sur un financement si long)



D'autre part il me parait difficile de prevoir qu'un astronaute va aller "effleurer" Mars sans y toucher (vu la duree et la difficulte du voyage)
Je ne sais pas ce qu'on avait prevu lors des premieres missions Apollo mais les pionniers (d'Apollo 8 à Apollo 10) devaient avoir une bonne chance d'y retourner "pour de vrai" avant la fin de leur carriere (la fin prematuree du programme n'etant a ce moment pas envisagée). :cyclops:

Je pense en effet beaucoup plus réaliste des répétitions proches de la Terre, à l'aide de l'ISS par exemple ou des tests de manoeuvre sur des TLI, plutot qu'un voyage réel vers Mars de 2 ans aller/retour.
Tant un voyage interplanétaire d'essai de 8 mois avec un passage non loin de Mars me parait tout juste acceptable pour un gouvernement lancé dans ce genre de programme, tant un voyage qui consiste à aller autour de Mars sans s'y poser me semble assez absurde, non au niveau de la sécurité, mais au niveau de l'échelle de temps que tout celà requiert.

Pour avoir en tête quelques contraintes physiques :

Pour cette orbite de survol de 142 jours, un delta(V) total de 30 km/s (2*14 km/s + quelques manoeuvres) donne un rapport (charge utile)/IMLEO inférieur à 0,1% en cryogénique LH2/LOX. Ce simple survol nécessiterait donc un vaisseau de plusieurs milliers de tonnes au départ en orbite basse : en disposant d'un lanceur lourd capable de lancer des réservoirs de 100t, il faudrait plusieurs dizaines de tirs pour assembler le vaisseau.
La seule mission possible en propulsion chimique est pratiquement l'orbite d'énergie minimale de Hohman (dite de conjonction), qui correspond à une durée de mission d'environ 1000 jours, avec un peu plus de 500 jours sur Mars. On peut éventuellement tricher un peu avec du freinage atmosphérique, mais ça ne change pas les ordres de grandeur.

Par contre, avec un étage nucléothermique Pheobus, on doit pouvoir arriver à un rapport de masse de 4 à 5%, ce qui rendrait cette mission de survol possible. Cet étage permet également une orbite (dite d'opposition) passant par Vénus, d'une durée totale d'environ 500 jours, avec 30 jours sur Mars.

Dans l'idéal, ce serait évidemment très bien de commencer par une mission de survol, mais il y a bien plus de contraintes que pour la Lune, des contraintes liées à la mécanique céleste, et à la propulsion disponible.

A+

lambda0 a écrit:Pour avoir en tête quelques contraintes physiques :

Ce simple survol nécessiterait donc un vaisseau de plusieurs milliers de tonnes au départ en orbite basse : en disposant d'un lanceur lourd capable de lancer des réservoirs de 100t, il faudrait plusieurs dizaines de tirs pour assembler le vaisseau.

Ce qui pour ce seul "premier essai d'approcher la planète rouge par un humain" représente un coût inacceptable (en l'état actuel des budgets).

La seule mission possible en propulsion chimique est pratiquement l'orbite d'énergie minimale de Hohman (dite de conjonction), qui correspond à une durée de mission d'environ 1000 jours, avec un peu plus de 500 jours sur Mars.

Un objectif effectivement "possible" mais il faut apporter le fret pour la survie de l'équipage et le carburant pour le retour.

Ou on envisage une mission "suicide" pour des "volontaires de l'impossible" avec tous les honneurs pour les "fabuleux explorateurs" (on peut bien perdre la vie sur le rallye Dakar ...)

Les missions automatisées feront mieux pour moins cher .....

Par contre, avec un étage nucléothermique Pheobus, on doit pouvoir arriver à un rapport de masse de 4 à 5%, ce qui rendrait cette mission de survol possible. Cet étage permet également une orbite (dite d'opposition) passant par Vénus, d'une durée totale d'environ 500 jours, avec 30 jours sur Mars.

Cela necessitera encore beaucoup de recherche et d'argent pour que cela soit operationnel .. l'annonce de ne pas en engager pour la propulsion méthane/oxygène peut laisser envisager deux scenari :
- pessimiste : on ne fait pas de recherche, on utilise des solutions eprouvées pour la Lune ... en utilisant au mieux les budgets existants ... et on ne sait pas ce qui suivra
- optimiste : on ne fait pas de recherche inutile sur la propulsion chimique, on se focalise tout de suite sur un moyen de propulsion qui n'existe pas et sera indispensable pour Mars (mais on ne le dit pas ... c'est top-secret)

Cette nouvelle de ne pas développer le moteur au méthane ne porte pas tellement à la version optimiste, car quel que soit le système adopté pour la phase de vol interplanétaire, ce moteur au méthane était quand même intéressant pour l'atterrisseur. L'idée est d'utiliser le moteur nucléaire pour le vol Terre-Mars, et un atterrisseur avec des moteurs LOX/LCH4 : on a de toute façon besoin de la propulsion chimique pour se poser et pour redécoller.

Autre interprétation : en développant ce moteur et en le testant sur le module lunaire, on met un peu la charrue avant les boeufs en développant un système permettant d'atterrir et de redécoller de Mars alors qu'on n'a pas résolu le problème le plus critique, à savoir le vol Terre-Mars lui-même.
Si des considérations politiques interdisent l'utilisation de l'énergie nucléaire, ce qui est tout à fait possible, il n'y aura probablement jamais de vol habité vers Mars, et on aura dépensé plus d'argent que nécessaire pour développer ce moteur uniquement pour le module lunaire, là où il présente un intérêt très limité.
Si par contre le contexte est favorable après 2020, il faudra encore 10 ou 15 ans au moins pour monter la mission martienne, et ce n'est pas le temps de développement de ce moteur au méthane qui sera limitant, mais plutôt le temps de développement de la propulsion principale non chimique.

Mais bon, c'est quand même l'idée que la Lune pouvait être un terrain d'entrainement et de test des nouveaux matériels qui en prend un coup.

A+

lambda0 a écrit:Pour des réservoirs de 100t

C'est vrai qu'avec le carburant In Situ, il y a moyen de diviser au moins par 4 ce chiffre, qui est celui d'une orbite très gourmande en carburant !
Abandonner le méthane, ça reste à ce jour abandonner tout simplementles mission habitées martiennes, car on n'a aucune solution de rechange.

Certes, certes... mais celà ne s'applique pas à la mission de survol évoquée plus haut, si le vaisseau passe à côté de Mars à plusieurs km/s : dans ce cas, il faut embarquer le carburant pour freiner au retour sur Terre, et il semble qu'on aboutisse à une IMLEO de plusieurs milliers de tonnes, ce qui rendrait ce survol impossible.

L'utilisation de ressources in-situ permet de réduire suffisamment la masse pour qu'une mission suivant l'orbite de conjonction avec débarquement reste possible en propulsion chimique. C'est le scénario de Mars Direct.
Cependant, la durée totale de la mission reste toujours d'environ 1000 jours, ce qui excède de loin notre expérience. Comme il a été dit plus haut, du point de vue humain, la faisabilité d'une telle mission dans des conditions de sécurité acceptables n'est pas assurée, et apparait même assez douteuse.

Ce moteur au méthane serait bien utile pour l'atterrisseur, mais ne résoud de toute façon pas le problème de la durée excessive de la mission et des risques associés.
Si on voulait vraiment aller sur Mars un jour, il faudrait reconsidérer le problème beaucoup plus en amont, en reprenant le développement de la propulsion principale avec des technologies mieux adaptées à ce type de mission.

A+

pour la propulsion, d'un point de vue purement "philosophique" (sur le plan technique je ne suis pas compétent) il est interressant de parler de la propulsion nucléaie.

il faudrait être cohérent:
- on ne peut pas estimer qu'elle est trop dangeureuse et tolérer en même temps les centrales de l'ex-URSS type Tchernobyl en l'état (même si l'Europe investit pour leur maintenance), tolérer l'émergence des nouveaux pays nucléaires comme l'Iran ou la Corée du Nord qui ne se cachent pas de leurs intentions
- soit on accepte ce qui se passe en ce moment et on peut largement accepter le risque, bien moindre à mon avis, de satelliser un moteur à propulsion nucléaire
- soit on fait du tout anti-nucléaire et on a une volonté politique forte par ailleurs ce qui n'est pas le cas actuellement

indépendament de cet aspect politique, quid de la propulsion nucléaire?
Ah! je crois qu'il y a eu un article d'Espace Mag sur les propulsions du futur

Vaste sujet, mais voici quelques éléments sur le moteur nucléo-thermique.
Le projet NERVA, qui a été annulé en phase finale dans les années 70, a abouti au moteur Phoebus 2 : un moteur nucléo-thermique d'une puissance de 5GW. C'est le moteur qui aurait dû être utilisé pour un vol vers Mars en 1981. Parmi les nombreux concepts de moteur nucléaire, c'est le plus achevé, puisqu'on a construit et fait fonctionner avec succès le prototype, et il était prêt à être testé dans l'espace.
http://jpcolliat.free.fr/lune/index.html
http://jpcolliat.free.fr/lune/nerva_3.htm
http://jpcolliat.free.fr/lune/nerva_4.htm
On a depuis imaginé bien d'autres systèmes, plus performants, mais celui-ci est le plus achevé, et on considère qu'il ne faudrait pas plus de 5 ans pour réactiver ce projet.
Mais comme évoqué plus haut, la propulsion nucléaire pose un certains nombre de problèmes, plus politiques que techniques : la lancement d'une petite sonde contenant quelques kg de plutonium déclenche déjà des manifestations d'opposition, alors un réacteur nucléaire contenant des tonnes d'uranium... Alors qu'on saurait tout à fait le lancer en orbite dans un conteneur suffisamment solide pour résister à l'explosion de la fusée.
L'énergie nucléaire dans l'espace est totalement tabou en Europe, mais même aux Etats-Unis, il faut avancer à pas comptés pour ne pas buter sur des oppositions politiques.

Ce moteur permettrait la mission de survol décrite plus haut (142j), suivie d'une mission avec débarquement sur Mars en utilisant la trajectoire d'opposition passant par Vénus (540j, dont 30j sur Mars), suivie de la mission de référence (1000j, dont 500j sur Mars).
Ce système de propulsion permet donc de procéder par étape, et de réduire les risques, ce qui n'est pas possible en propulsion chimique.
C'est bien une alternative crédible à des systèmes plus évolués, mais plus coûteux à développer, qui permettraient de boucler la mission en 6 à 8 mois.
Les directions de développement peuvent donc se résumer à :
- Rester sur la propulsion chimique et se préparer à des missions de presque 3 ans, avec le risque important qu'on n'y arrive jamais dans des conditions de sécurité acceptables
- Reprendre le projet NERVA, un système validé et relativement peu coûteux à réactiver, mais dont l'acceptabilité politique n'est pas acquise. Système permettant de procéder par étapes
- Pousser directement au développement d'un autre système permettant de boucler une mission en 6-8 mois, plus coûteux, également basé sur l'énergie nucléaire, mais qui résoud définitivement les problèmes liés à la durée du voyage


A+

lambda0 a écrit:

Ce moteur au méthane serait bien utile pour l'atterrisseur,

S'il s'agit seulement de fabriquer in situ du carburant pour remonter l'aterrisseur vers le vaisseau principal en orbite, l'intérêt doit être limité (comparer la masse du carburant fabriqué avec celle de l'installation nécessaire pour collecter la matière première et synthétiser)

Je me trompe peut-être mais il y avait dans plusieurs projets (qui en restaient à la propulsion chimique) l'idée de fabriquer le carburant nécessaire pour le retour ???

lambda0 a écrit:
Mais comme évoqué plus haut, la propulsion nucléaire pose un certains nombre de problèmes, plus politiques que techniques
.../cut/....
- Reprendre le projet NERVA, un système validé et relativement peu coûteux à réactiver, mais dont l'acceptabilité politique n'est pas acquise. Système permettant de procéder par étapes
- Pousser directement au développement d'un autre système permettant de boucler une mission en 6-8 mois, plus coûteux, également basé sur l'énergie nucléaire, mais qui résoud définitivement les problèmes liés à la durée du voyage

L'idée de développer ces techniques sur la Lune a peut-être traversé la tête de certains ..... politiques.
Si les risques liés au lancement de containers ultra-sécurisés (hum ... la resistance à l'explosion d'un lanceur lourd au décollage ... je demande à voir) sont maîtrisés et acceptables ... les développements et essais dangereux se feraient sur la Lune ...

Oui, c'est le principe de Mars Direct

Accessoirement, pour Mars Direct, il me semble (à vérifier) qu'on a besoin d'une source d'énergie de 50 à 100 kWe à la surface de Mars pour fabriquer le carburant de retour, et en panneaux solaires, c'est trop lourd et compliqué à déployer...

lambda0 a écrit:Accessoirement, pour Mars Direct, il me semble (à vérifier) qu'on a besoin d'une source d'énergie de 50 à 100 kWe à la surface de Mars pour fabriquer le carburant de retour, et en panneaux solaires, c'est trop lourd et compliqué à déployer...

Dans le scenario Mars Direct il est prévu d'utiliser un réacteur nucléaire.
Effectivement avec des panneaux solaires c'est quasi infaisable.

lambda0 a écrit:Vaste sujet, mais voici quelques éléments sur le moteur nucléo-thermique.

super! merci pour les explications et pour les liens