Mars : missions préparatoires au vol habité

Il existe des scénarios divers et variés pour la première mission humaine sur Mars ... avec des discussions diverses portant sur le nombre de membre d'équipages, le nombre de lancements nécessaires, la taille du vaisseau habité etc ...
Ce n'est pas cela que je voudrais aborder (vu qu'ici c'est la partie robotique), mais sur les diverses missions non habitées qui devront être réalisées en amont (donc avant) pour se donner les meilleures chances que l'arrivée des humains, leur mission et leur retour sur Terre se passe le mieux possible.

Un des scénario, prévoit pour limiter le payload dans leurs bagages, d'envoyer à l'avance une "mini-usine" de fabrication du carburant . L'objectif étant à la fois de limiter le payload emporté par le vaisseau habité, mais aussi d'avoir une garantie que le redécollage se fera dans des conditions de sécurité correctes.
par exemple : celui de la NASA dite version 3.0 datant quand même de 1998
http://ston.jsc.nasa.gov/collections/TRS/_techrep/SP-6107-ADD.pdf

On prévoit donc l'envoi de missions non habitées pour installer l'usine de fabrication de méthane et de LOX, le véhicule d'ascension et divers autres équipements. Evidemment cela supposera un contrôle robotique de cette fabrication, du stockage etc...
Et c'est ce dont je voudrais qu'on discute de façon un peu plus précise que de simples grands principes du genre "c'est simple, yakafokon" (mais le scénario NASA n'est peut-être pas le seul ... donc c'est assez ouvert comme discussion)

Nous avons ouvert aussi le Mardi 31 Mars 2009 un autre fil intitulé «Le voyage vers Mars : 450 jours ou 900 jours?» où les deux points de vue s’affrontent, ta façon de voir ce sujet, d’après ce je t’ai lu sur les serres martiennes, nous intéresse mon cher montmein69?

Bonjour,$

montmein69 a écrit:Un des scénario, prévoit pour limiter le payload dans leurs bagages, d'envoyer à l'avance une "mini-usine" de fabrication du carburant . L'objectif étant à la fois de limiter le payload emporté par le vaisseau habité, mais aussi d'avoir une garantie que le redécollage se fera dans des conditions de sécurité correctes.
par exemple : celui de la NASA dite version 3.0 datant quand même de 1998
http://ston.jsc.nasa.gov/collections/TRS/_techrep/SP-6107-ADD.pdf

On prévoit donc l'envoi de missions non habitées pour installer l'usine de fabrication de méthane et de LOX, le véhicule d'ascension et divers autres équipements. Evidemment cela supposera un contrôle robotique de cette fabrication, du stockage etc...
Et c'est ce dont je voudrais qu'on discute de façon un peu plus précise que de simples grands principes du genre "c'est simple, yakafokon" (mais le scénario NASA n'est peut-être pas le seul ... donc c'est assez ouvert comme discussion)

C'est effectivement une question très intéressante.
Je pense qu'il faut clairement établir 2 choses :
1) Quelle est la fiabilité d'une usine de Sabatier et en quelle mesure peut-on la maintenir/réparer/reconstruire ?
2) Quelle est la faisabilité et la complexité d'un système de déploiement automatique et de maintenance d'une telle usine ?

Si à la question 1) la réponse est : fiable et facile à réparer, alors on peut légitimement se poser la question d'embarquer directement l'usine dans la fusée avec les astronautes, ou dans un module cargo associé qui atterrirrait à proximité.
Si à la question 1) la réponse est : moyennement fiable et pas toujours facile à réparer, alors il faut répondre à la question 2).
Si à la question 2) la réponse est : infaisable ou alors très coûteux, très complexe et avec une probabilité d'échec importante, il faut sans doute revenir malgré tout à une solution humaine, ou envisager un changement de concept.
Si à la question 2), la réponse est : complexe mais faisable et avec une probabilité de réussite relativement bonne, il faut faire cette mission en automatique.

Evidemment, il se pourrait bien que la réponse soit entre les extrêmes cités ci-dessus. Et donc la stratégie n'est pas si simple à déterminer. Il faudra certainement des études détaillées pour nous éclairer un peu plus.
En attendant, je crains que nous (y compris Zubrin et la NASA dans ses missions de référence) ne puissions que spéculer.

A+,
Argyre

Oui ce sont des paramètres dont l'évaluation est effectivement difficile.
On va quand même s'efforcer de supputer (sans se prendre pour autant pour des NASA-geek ou des Zubrin )

Je rajouterai donc que dans le scénario "sécuritaire" (qui a clairement ma faveur, à la foi par conviction personnelle mais aussi pour les raisons "politiques" que j'ai déjà évoquées) où on ne laisse décoller le premier équipage qu'en étant sûr qu'ils trouveront bien le méthane espéré en arrivant, il faut envoyer le fret lors de la fenêtre précédente *
Donc au minimum envoyer cela deux ans à l'avance. Il faudra que cela soit mis en place et en production - sans défaillance de fonctionnement pendant environ 2 ans, et qu'aucun événement lié à la météo martienne ou à la stabilité du sol, n'ait porté atteinte à l'intégrité des stockages.

Ne pas oublier non plus que l'usine Sabatier (qui à partir de CO2 et d'H2 peut créer du CH4) doit être entourée :
- d'un système d'extraction du CO2 de l'atmosphère martienne.
- d'un réservoir d'H2 si on a décidé de le transporter depuis la Terre (on s'écarte alors un peu de l'ISRU complet ... mais cela peut s'envisager pour une toute première mission ... en sachant toutefois que la conservation longue du LH2 dans un réservoir est difficile)
- ou alors d'un système de récupération et purification (si nécessaire ... mais cela vaut mieux car les impuretés en chimie c'est toujours une cochonceté) de l'eau (soit à partir de la glace .. mais cela dépend de la latitude du site choisi, soit en creusant le régolithe ... et là cela se complique car il faut traiter le régolithe ... je ne pense pas que l'on puisse miser sur une extraction de l'humidité de l'atmosphère ?)
- Si on a de l'eau il faut electrolyser (donc avoir une unité performante de production d'énergie) et stocker les produits : le H2 (qui servira pour le CH4) et le O2 (ce dernier étant aussi un ergol et pouvant en plus épauler le support vie).
- un système de stockage pour le CH4 produit (ce peuvent être directement les réservoirs du module d'ascension si on l'envoie aussi à l'avance) mais là encore prise de risque car il doit résister à 2 ans sur Mars + 1 an de séjour avant de décoller.). Donc ce sera plus probablement des réservoirs blindés.

A noter que si on a une unité pour traiter l'eau .. cela aura un intérêt aussi pour "épauler" le support vie, et/ou permettre de gérer quelques micro-serres apportées par l'équipage et qu'on laissera vivre leur vie après leur départ.

Donc produire du méthane .... pas si simple que cela. Je me demande d'ailleurs si en terme de payload .... ce n'est pas plus simple d'apporter directement pleins les réservoirs de méthane et de LOX de ce module de décollage et d'user un peu d'ergols pour les faire voyager puis atterrir. (on va dire que les technologies mises en place seront utiles pour les missions suivantes)

* et on remarque que faire arriver l'usine avec les astronautes ne change rien, puisqu'il faudra quand même avoir fait un essai à l'avance in-situ, qui valide la technique même si c'est en version réduite et que la production -en terme de quantité- est anecdotique.

montmein69 a écrit:(.../...)
* et on remarque que faire arriver l'usine avec les astronautes ne change rien, puisqu'il faudra quand même avoir fait un essai à l'avance in-situ, qui valide la technique même si c'est en version réduite et que la production -en terme de quantité- est anecdotique.

Pas d'accord sur ce point là, parcequ'industriellement, la montée en charge est un problème en soi. Si on teste en laboratoire, ça ne signifie pas que la vie industrielle du système sera sans accroc. Le test complet sur place est indispensable, à mon sens, pour valider le concept. Si il faut tenir 2 ans et que les poussières martiennes bousillent le système en 1 an, ou que passer en puissance maximale pose des problèmes imprévus, le test réduit n'aura fait que mener des explorateurs à un voyage sans retour.

Non, là dessus, à mon sens, si on veut s'en tenir à la doctrine Zubrin(génération du carburant sur place), il faut la suivre jusqu'au bout : le carburant doit être intégralement sur place quand les gens arrivent.

Pour le reste, j'apprends beaucoup, merci à tous.

el_slapper a écrit:

montmein69 a écrit:(.../...)
* et on remarque que faire arriver l'usine avec les astronautes ne change rien, puisqu'il faudra quand même avoir fait un essai à l'avance in-situ, qui valide la technique même si c'est en version réduite et que la production -en terme de quantité- est anecdotique.

Pas d'accord sur ce point là, parce qu'industriellement, la montée en charge est un problème en soi. Si on teste en laboratoire, ça ne signifie pas que la vie industrielle du système sera sans accroc. Le test complet sur place est indispensable, à mon sens, pour valider le concept. Si il faut tenir 2 ans et que les poussières martiennes bousillent le système en 1 an, ou que passer en puissance maximale pose des problèmes imprévus, le test réduit n'aura fait que mener des explorateurs à un voyage sans retour.

J'envisageai le "mi-grand" sur Mars (je pensais avoir dit cela ... mais peut être pas assez clairement).
Ta position c'est l'idéal ... si on arrive à gérer en automatique ce que tu proposes. Mais même si je suis un fervent défenseur des technologies robotiques ... cela parait une tâche vraiment très complexe de faire fonctionner une installation grandeur réelle, en la mettant en place entièrement automatiquement, puis en assurant la maintenance, le stockage etc ... uniquement par robots interposés ou télémétrie. Car cette installation devra forcément interagir avec l'extérieur (pour extraire le CO2, l'eau, etc ..) donc des équipement annexes mobiles, des canalisations, des pompes etc ...

Et même si on fait des progrès fantastiques en robotique et que cela marche ... de toute façon il y aura un décalage entre la date de lancement de l'équipage ... et son arrivée (la durée du transit 6 à 8 mois environ) ... période pendant laquelle peut se produire un pépin .. arrêt de la production ... fuite des réservoirs de stockage etc ...
Donc même une production à l'avance ne garantit pas que tout sera disponible à son arrivée.

On peut quand même se dire qu'un mi-grand ayant fonctionné sur MArs, puis une installation complète ayant bénéficié du retour du mi-grand testée sur Terre, puis embarquée pour être mise en route par l'équipage peut-être un risque acceptable.
Pour moi de toute façon je suis l'extrémiste du sécuritaire . Pour moi, l'équipage aura les usines dans ses bagages mais aura tout ce qu'il faut en fret d'ergols pour redécoller. Ce qui sera produit sera un plus ... et sera à l'attention des équipages suivants.
Evidemment cela coutera cher ... très cher même ... mais mon credo c'est "on a décidé d'y aller, on y va, mais on ne barguigne pas sur le prix de la sécurité"

Pour moi, et d'ailleurs ce n'est pas mon idée, un mission de retour d'échantillon martien qui utiliserait l'ISPP serait intéressante à ce titre là.
On pourrait ainsi tester la technologie de production et ramener une quantité plus importante d'échantillon.

Bonjour,

Steph a écrit:Pour moi, et d'ailleurs ce n'est pas mon idée, un mission de retour d'échantillon martien qui utiliserait l'ISPP serait intéressante à ce titre là.
On pourrait ainsi tester la technologie de production et ramener une quantité plus importante d'échantillon.

En fait, il y a 1 premier test indispensable à mener sur Terre grandeur nature, afin de cerner tous les problèmes. Ensuite, ça dépend. Partout où il y a des doutes de fiabilité, il faut pousser plus loin. Ca peut conduire à d'autres tests sur Terre ou à la volonté d'effectuer des tests sur Mars, probablement en miniature, pour tester certains points en particulier. ET dans ce cas, effectivement, le lier à un retour d'échantillons serait une bonne idée.

Sinon, j'ai une question très technique, et même 2 :
- Comment se fait le stockage du méthane et de l'oxygène sur place ? Gaz sous pression ou refroidi et liquide ?
- Et si on veut utiliser le même couple CH4 / O2 pour les véhicules, on le stocke sous quelle forme dans les véhicules, sachant que ces derniers ne seront pas reliés constamment à une centrale énergétique ... ?

A+,
Argyre

montmein69 a écrit:Je rajouterai donc que dans le scénario "sécuritaire" (qui a clairement ma faveur, à la foi par conviction personnelle mais aussi pour les raisons "politiques" que j'ai déjà évoquées) où on ne laisse décoller le premier équipage qu'en étant sûr qu'ils trouveront bien le méthane espéré en arrivant, il faut envoyer le fret lors de la fenêtre précédente

Dans ton scénario sécuritaire, tu te focalises sur ce système, alors qu'il n'est en vérité que secondaire. Avant de penser au retour, il faut vivre au jour le jour. Or, chaque jour, il faut respirer, boire, manger, se laver, préserver sa chaleur corporelle ...
Si on suit ton raisonnement jusqu'au bout, il faudrait placer plusieurs vaisseaux sur le trajet avec air, eau, nourriture, et énergie, de sorte que s'il y a un problème quelconque avec le système de support de vie du vaisseau (cf Apollo 13), on puisse procéder à un transbordement rapide ...
Pourquoi ne le proposes-tu pas ?

A+,
Argyre

Argyre a écrit:
Si on suit ton raisonnement jusqu'au bout, il faudrait placer plusieurs vaisseaux sur le trajet avec air, eau, nourriture, et énergie, de sorte que s'il y a un problème quelconque avec le système de support de vie du vaisseau (cf Apollo 13), on puisse procéder à un transbordement rapide ...
Pourquoi ne le proposes-tu pas ?

Parce que si on met tout ce qu'il faut dans les cales du vaisseau , on peut considérer que l'on a fait le maximum raisonnablement gérable pour la sécurité. On entre ensuite dans la part de risque qui restera inévitable.

Je reprècise que je me tord les méninges ... pour travailler sur ces scénarios .... et que le plus sécuritaire à mes yeux , c'est de ne pas y envoyer des hommes. MAis inutile de revenir là-dessus puisque le sujet c'est : on va envoyer un équipage, c'est décidé, on est prêt à payer tout le nécessaire, et on veut que cette mission ait le plus de chances de réussir.

Argyre a écrit: Avant de penser au retour, il faut vivre au jour le jour. Or, chaque jour, il faut respirer, boire, manger, se laver, préserver sa chaleur corporelle ...

Oui à ce propos, les technologies basées sur les panneaux solaires ou des mini-piles nucléaires (même si cela pèse) sont suffisamment fiables pour que l'équipage apporte avec lui et mette en fonctionnement à son arrivée.

Par contre pour l'eau ... on peut difficilement compter sur un approvisionnement in-situ du moins dans un délai court. Cela dépend grandement du site choisi ... soit on vise une latitude assez élevée et on peut miser sur de la glace à faible profondeur ce qui serait exploitable assez facilement (et avec un séjour court ... on ne craint pas les rigueurs de l'hiver ?) ... sinon cela se complique sérieusement (pour l'instant on ne sait pas trop ce qu'il y a dans le sous-sol aux faibles latitudes, ni comment cela serait exploitable.)

Peut-être fera t'on des progrès dans la détection radar ? Peut-être faudra-t'il une mission pour tester un forage (quelle profondeur) et traiter le régolithe humide ?
Peut-on miser sur un test d'installation d'un mi-grand automatique qui ferait tout (eau, traitement CO₂, synthèse C H₄ ? Faudrait-il plusieurs missions parcellaires pour chaque tâche (ce qui permettrait aussi de tester la maitrise des atterrissages précis) ???
Il faudra probablement que la première mission emporte les réserves d'eau pour tout le voyage (?) ... et même du rab si on veut en conserver comme bouclier anti-radiation jusqu'au retour sur Terre .... le payload va être généreux ... et il va falloir dimensionner la propulsion pour.

Il est effectivement tentant de miser sur la production avant l'arrivée de l'équipage ... mais on retombe sur la complexité de mettre cela en place en tout automatique. Donc à se poser la question de développer une robotique très évoluée .... Et si ce scénario était incontournable ... ce serait bien de commencer le plus vite possible avec des moyens décuplés.