Blue Origin did it!

Elon Musk, PDG de Space X en rêve, Jeff Bezos, PDG d’Amazon l’a fait.

Avant-hier, 23 Novembre, la fusée “New Shepard” de la start up “Blue Origin” de Jeff Bezos, est montée à 100,5 km d’altitude (franchissant ainsi la limite officielle de l’espace). Elle a alors libéré la capsule qu’elle portait et elle est redescendue sur Terre où elle s’est re-posée à la verticale et en bonne condition. Après ce premier essai à vide, la capsule pourra emporter quelques touristes qui pourront contempler la Terre de cette altitude quelques minutes avant de redescendre sur Terre et de s’y poser avec un parachute.

Le progrès, un peu dénigré par Elon Musk, est énorme car le principe du retour sur Terre est démontré. Appliqué et développé, il permettra de réutiliser une très grande partie des éléments envoyés dans l’espace, après évidemment contrôle et remise en état si nécessaire. Il s’agit donc d’une économie potentielle considérable, donc d’une baisse considérable des coûts de lancements (de l’ordre de 50%).

Elon Musk, sans doute un peu jaloux, met en avant que la fusée de Jeff Bezos est petite et qu’elle n’a fait qu’entre-ouvrir la porte de l’espace (précisant que New Shepard n’a pas la puissance pour acquérir la vitesse nécessaire pour placer sa capsule en orbite). Cela est vrai mais, contrairement à sa propre fusée Falcon 9, la réussite est là. Il devrait y puiser l’espérance de son propre succès.

Doit-on conseiller à Elon Musk de discuter avec Jeff Bezos pour avancer ensemble ? Malgrè la force que cela donnerait à leur entreprise commune, je ne le pense pas car je crains que l’esprit de coopération soit moins créateur et porteur que l’esprit de concurrence.  L’esprit de coopération a créé la Station Spatiale Internationale, un énorme machin qui ne démontre pas grand chose et n’intéresse pas grand monde alors que l’esprit de concurrence a permis l’aventure merveilleuse d’Apollo sur la Lune.

Pour visualiser le vol historique de Blue Origin, cliquez sur le lien ci-dessous:

https://www.blueorigin.com/#youtube9pillaOxGCo

image à la une: la fusée de Blue Origin de retour sur Terre (source Blue Origin). Il ne lui manque que sa capsule, qui la coiffait et qu’elle a libérée lorsqu’elle a atteint son altitude maximum. A noter que la Station Spatiale Internationale évolue entre 330 et 420 km d’altitude, que la Lune est en moyenne à 380.000 km de la Terre et que Mars évolue entre 56 millions et 400 millions de km de la Terre.

L’impression 3D, pour nous installer sur Mars

Encore une innovation technologique dont les promoteurs n’ont peut-être pas envisagé tout de suite toutes les conséquences. Elles sont considérables car l’impression 3D rend tout simplement possible l’établissement de l’homme en dehors de la Terre avec les moyens d’aujourd’hui.

En effet, comme exposé dans des posts précédents, l’obstacle principal à la sortie de la Terre est la gravité, celle de la Terre (pour la quitter) puis celle de la planète de destination (pour s’y poser sans s’y écraser). L’homme ne pourra pas quitter, en nombre, sa planète natale avec « armes et bagages ». Ce qui peut en partir c’est quelques uns des fruits de son esprit, des robots, et pour les destinations proches dont celle de Mars, quelques uns des fruits de sa chair, des hommes. Pour sélectionner ces robots et ces hommes, les critères seront la nécessité et l’efficacité.

L’impression 3D nous fait accomplir un saut gigantesque en raison précisément de son efficacité c’est-à-dire des économies de masse qu’elle permet, sur la base de l’ISRU (voir post précédent). Désormais, presque tout objet massif, oublié, imprévu, consommable ou rapidement usable pourra être fabriqué sur place pourvu que l’astre de destination soit suffisamment riche en éléments utilisables par l’imprimante. C’est précisément le cas de Mars. Bien sûr des progrès restent à faire et seront faits dans la qualité et la complexité des produits mais le principe existe et se développera.

Un exemple, SFERO.

J’ai récemment servi de conseil à une société « Fabulous » (bureau d’étude lyonnais spécialisé en « fabrication additive » terme propre pour nommer l’impression 3D) qui répondait à un concours lancé par AmericaMakes (the National Additive Manufacturing Innovation Institute ») en partenariat avec la NASA pour la conception d’un habitat martien. Selon le projet de Fabulous, « SFERO » (pour sphère, fer et eau), un mât télescopique de 8 mètres de long muni de deux bras, à la fois machine à creuser et imprimante 3D, serait déposé sur Mars à l’intérieur d’un module cylindrique de même longueur (et d’au moins deux mètres de diamètre -correspondant au futur sas) et enfoncerait sa partie télescopique par forage dans le sol jusqu’à 15 mètres pour aller chercher de l’eau (glace ou pergélisol qu’elle ferait fondre). A noter que 8 mètres est une hauteur « normale » pour les modules spatiaux transportables par les lanceurs lourds de la NASA. Un des deux bras concasserait la roche et en aspirerait les débris à l’intérieur du mât. Un dispositif magnétique y retiendrait les éléments ferreux tandis que les autres seraient rejetés. L’autre bras chaufferait (par laser) les éléments ferreux collectés pour les déposer par impression 3D selon une programmation effectuée sur Terre. La machine créerait au dessus de la surface une demi-sphère de métal en structure nid d’abeilles, en prolongement d’une cavité de même volume dans le sol, qu’elle revêtirait elle aussi de métal. Une autre enveloppe, non porteuse, également en structure nid-d’abeilles, serait imprimée en parallèle pour « coiffer » la demi sphère au-dessus du sol, d’une coque distante d’une quarantaine de cm. A l’intérieur de la sphère l’imprimante créerait trois planchers et des meubles. Le sas serait constitué par le module cylindrique ayant atterri sur Mars. Entre les deux enveloppes des demi-sphères « aériennes », les astronautes placeraient des poches de plastique souple remplies d’eau (martienne) pouvant servir d’écran contre les radiations mais laissant passer la lumière (on pourrait ajouter quelques hublots).

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Les finitions d’étanchéité seraient assurées par des films de plastique souple (une sorte d’enveloppe, gonflable) qui pourraient être éventuellement produits sur Mars. Ces films pourraient aussi être importés de la Terre avec un kit de tuyauterie, fils électriques, extracteur d’oxygène et d’azote, appareils de chauffage et climatisation, et autres éléments de viabilisation non fabricables sur Mars.

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Fabulous n’a finalement pas gagné le concours (les prix ne pouvaient être donnés qu’à des Américains) mais on voit bien l’intérêt de cette technologie. On peut même concevoir que la première imprimante 3D apportée sur Mars serve à imprimer les éléments les plus massifs et encombrants d’autres imprimantes 3D, réduisant ainsi la masse de ces machines à exporter de la Terre.

Pour tout cela l’énergie serait fournie par un petit générateur nucléaire thermoélectrique (« RTG ») comme savent en faire et en utilisent les Américains dans l’espace.

Notre civilisation a atteint la maturité nécessaire pour faire sa mue et s’envoler en dehors du nid terrestre mais le voulons-nous vraiment ?

Lectures :

http://www.fabulous.com.co/blog/2015/09/vivre-sur-mars-dans-un-habitat-en-impression-3d-avec-le-projet-francais-sfero/

http://acteursdeleconomie.latribune.fr/debats/opinion/2015-10-21/la-conquete-de-mars-passera-par-l-impression-3d.html

 

L’horreur, la colère; pas le pardon, l’action!

Face à l’agression des fondamentalistes musulmans, à leurs crimes, que faire, comment réagir ?

En tant que personne habitée par la science et tournée vers le futur, je dirais qu’il faut surtout ne pas baisser les bras, ne pas renoncer, oser afficher haut et fort nos valeurs et les faire triompher. Nous sommes nous, en Europe, les héritiers d’une longue histoire avec ses parts d’ombre mais aussi ses lumières, qui nous a permis de généraliser sur nos territoires la liberté d’expression, l’esprit critique, la laïcité. Mettre celles-ci en avant individuellement et collectivement est la réponse que nous devons apporter.

Il faut arrêter d’être compréhensifs envers l’obscurantisme et l’intolérance. Il faut oser dire que le fondamentalisme musulman est une régression intellectuelle inacceptable car il véhicule un danger énorme pour la perpétuation de nos valeurs et pour nos vies. Il faut à tout prix en convaincre les esprits pervertis.

Concrètement cela veut dire qu’il faut se concentrer sur l’enseignement de notre jeunesse, sans accepter les dérives contraires à ces valeurs qui pourraient leur être inculquées par les adultes, fussent-ils leurs parents. On ne peut accepter que, sur nos territoires européens, certains continuent à mettre dans des esprits fragiles des a priori et des interdits religieux. Il faut inculquer aux jeunes l’amour de la science ; leur montrer la beauté des nombres et les faire rêver de la vie et des étoiles plutôt que d’un livre « saint » porteur d’inégalités et de violence. S’agissant de ce dernier, il ne faut pas hésiter à en montrer les incohérences et les invraisemblances.

Vis-à-vis des adultes qui vivent avec nous mais qui n’ont pas encore compris dans quel siècle ils vivent, il faut être clair. Il ne faut pas que nos media manifestent un faux respect, mal fondé, envers une idéologie rétrograde et surtout asociale. Il faut nous-mêmes, en tant que société, refuser les signes distinctifs extérieurs ou les comportements qui véhiculent cette idéologie qui nous fait la guerre. Si on laisse une femme porter le voile (ou pire la burqa), puis deux, puis trois, on se retrouvera avec une population féminine enfermée dans une condition inférieure, de liberté amoindrie. Si on permet à un enfant d’être absent à une classe de sciences naturelles où est enseignée la théorie de Darwin, on prend le risque de perpétuer une société régressive.

En paraphrasant Willian Ernest Henley, je dirais que nous sommes certes chacun d’entre nous le capitaine de notre propre âme mais, étant des êtres sociaux et encore libres, j’ajouterais que nous sommes aussi collectivement responsables de l’évolution de la société dont nous faisons partie. Ne l’oublions pas dans notre vie de tous les jours.  Pas de compromission !

L’ISRU pour aller plus loin!

« ISRU » pour « In Situ Resources Utilization » est le concept qui, bien qu’il ait pu l’ignorer, a toujours été essentiel à l’Homme pour explorer avec succès les terres lointaines. C’est ainsi que Lewis et Clark purent mener avec succès la première expédition du gouvernement des Etats Unis au travers du continent Nord-Américain (de 1804 à 1806) ; c’est ainsi que Roald Amundsen, avec ses chiens de traineaux, pu prendre l’avantage sur Robert Falcon Scott, avec ses poneys, pour traverser le continent Antarctique (1911/1912). A un autre niveau les colons européens ne purent vraiment prospérer dans les pays où ils voulurent s’installer, qu’en acceptant de cultiver les produits locaux ou en élevant les animaux qui y avaient « toujours » vécu. Nos explorateurs futurs réussiront d’autant mieux qu’ils voyageront dans le même esprit. Cette transposition est une des idées géniales du fondateur de la Mars Society, l’ingénieur en propulsion Robert Zubrin. Elle a révolutionné la conception des missions habitées en les rendant possibles avec les technologies d’aujourd’hui.

Alors, sur Mars que peut-on trouver dont on puisse se servir ?

La réponse est « à peu près tout », moyennant bien sûr « quelques » adaptations.

L’atmosphère d’abord. Contrairement à la Lune, sa rivale aux yeux des décideurs des politiques d’exploration, Mars dispose d’une atmosphère. Elle est certes ténue (pression en moyenne moins de 1% de celle de la Terre) mais c’est « mieux que rien » et surtout elle est constituée pour 95% de gaz carbonique et pour 2% d’azote (laissons de côté les autres « petits » gaz). Or qui dit gaz carbonique (CO2) dit oxygène et indirectement méthane (CH4). Il est en effet très facile d’obtenir ces deux molécules à partir du CO2 omniprésent. Il suffit d’ajouter un tout petit peu d’hydrogène (réaction dite « de Sabatier »). Et notez que cet hydrogène on peut l’extraire de l’eau martienne. L’oxygène, vous savez ce qu’on peut en faire. On peut d’abord le respirer en ajoutant de l’azote (martien) afin d’obtenir un mélange relativement stable (risque d’embrasement de l’oxygène pur) et d’éviter l’hyperoxie. Par ailleurs le méthane brule dans l’oxygène et les deux constituent un couple parfait carburant / comburant pour alimenter les réservoirs des fusées de retour sur Terre. C’est autant qu’il ne sera pas nécessaire d’emporter de la Terre et cela tombe bien car nous avons précisément un problème de masse, aussi bien au départ (pas de lanceur pouvant emporter plus de 130 tonnes en orbite basse terrestre) qu’à l’arrivée (pas de possibilité de descendre plus de 20 tonnes en surface de Mars, masse maximum que permettent d’emporter les 130 tonnes ci-dessus). En fabriquant notre carburant et notre comburant sur place (nos « ergols »), on réduit de plus de moitié la masse qu’il est nécessaire d’arracher à la gravité terrienne. Il faut évidemment « sauter » sur cette idée. Malheureusement comme beaucoup de « bonnes idées », même évidentes, celle-ci n’a pas été encore adoptée sans réserve par l’« establishment » de l’aéronautique (les establishments sont souvent à la traine) bien qu’elle ait été en principe acceptée par l’administration de la NASA sous le précédent président (Georges W. Bush)*. L’Administrateur de la NASA de l’époque, Mike Griffin était, il est vrai, un proche de Robert Zubrin. Aujourd’hui la NASA prépare un test pour la production d’oxygène. Un générateur expérimental de ce gaz, « MOXIE », est prévu à bord de la mission « Mars 2020 ». Il est dommage que l’on doive attendre encore pour faire la démonstration de la faisabilité de la production du méthane !

Le sol ensuite. Le sol de Mars contient tous les matériaux dont nous aurons besoin pour faire tous les objets dont nous aurons besoin ; le fer bien sûr mais aussi le carbone et l’hydrogène à partir desquels on pourra faire des plastiques, l’argile qui permettra les céramiques, la poussière qui une fois mouillée puis séchée donnera un excellent bêton, le « duricrete », et bien sûr on pourra faire pousser, dans des serres, ce qu’on voudra, soit dans le sol de Mars (après l’avoir débarrassé de ses sels de perchlorates et l’avoir fertilisé, bien sûr !), soit « hors sol » si cela s’avère trop difficile. La clé pour l’ISRU du sol ce sera l’impression 3D. Archimède disait : « donnez-moi un levier et je soulèverai le Monde » ; en le paraphrasant, je dirais : « donnez aux astronautes qui se poseront sur Mars, une imprimante 3D et ils recréeront un Monde ». Bien sûr c’est un peu exagéré car il faudra beaucoup de temps avant que Mars dispose d’un artisanat et d’une industrie autonome lui permettant de fabriquer les instruments les plus sophistiqués et dont la vie de l’homme moderne ne peut se passer, mais fondamentalement la perspective semble vraiment crédible.

Pour faire fonctionner les machines martiennes, les sources d’énergie « locale » ne manqueront pas non plus. Ce sera le soleil, d’abord. Bien que l’irradiance ne soit dans la région de Mars, que la moitié de celle reçue à la distance de l’orbite terrestre, elle sera quand même suffisante pour permettre l’utilisation de panneaux solaires. On peut imaginer utiliser aussi la géothermie même s’il faudra probablement forer très profondément pour trouver des différentiels de températures intéressants. On pense encore à la pile à combustible à méthanol puisqu’on pourra produire facilement du méthane. Malgré tout, comme il n’y a pas de carburants fossiles, une source d’énergie nucléaire (« RTG », générateurs nucléaires thermo-électriques) serait plus qu’utile pour obtenir des puissances importantes et continues. Elle sera difficile à produire sur Mars (même si on doit aussi y trouver des minerais contenant de l’uranium)…mais on y parviendra un jour. Et puis on trouvera encore d’autres solutions. On étudie par exemple (Université de Northumbrie**) l’effet Leidenfrost qui permettrait d’utiliser la glace carbonique, abondante sur Mars.

L’ISRU a donc un bel avenir. On peut penser que grâce à elle, à l’impression 3D et au génie humain, l’évolution vers l’autonomie d’une colonie martienne sera beaucoup moins difficile et moins longue que certains le pensent encore aujourd’hui.

* image à la Une : Crédit image : NASA.

**effet Leidenfrost : http://www.nature.com/ncomms/2015/150303/ncomms7390/full/ncomms7390.html#close

Ci-dessous : photo de Robert Zubrin lors de la démonstration d’une production de méthane et d’oxygène par réaction de Sabatier (1990).

ISRU Zubrin 1990

L’Energie, sans laquelle rien n’est possible

Comme vous le savez certainement l’énergie a quelque chose à voir avec la masse et la vitesse et, quand il s’agit d’exploration, de distance à parcourir.

Vis-à-vis de l’énergie on peut être soit passif, la recevoir (ou recevoir les particules qu’elle transporte), soit actif, exercer une poussée pour se déplacer. Pour parcourir une grande distance, c’est l’essentiel du problème.

Observer en recevant semble évidemment plus facile. On reçoit sur Terre, tous les rayonnements et toutes les particules qui circulent dans l’univers à la vitesse maximum de 300.000 km/s. Il s’agit d’analyser ces rayonnements et particules pour le comprendre et cela est moins facile. C’est toute la science de l’astronomie et de la spectrométrie (analyse de la lumière ou autres rayonnements émis ou réfléchis).

Exercer une poussée pour « aller sur » où « aller voir » est l’alternative. Le rayon d’action dans ce cas est forcément limité. Il l’est d’abord par la vitesse de la lumière et la durée de notre vie compte tenu des distances à parcourir. La sonde Voyager, l’objet fait de main d’homme qui est le plus loin de la Terre ne s’en trouve qu’à 18h30 lumière et elle en est parti en 1977 (elle s’éloigne actuellement du soleil à 17 km/s) ! Alpha du Centaure qui est l’étoile la plus proche est à 4,37 années, Kepler 452b, exoplanète qui se trouve dans la zone habitable de son étoile, se trouve à environ 1.400 années-lumière. Notre galaxie à un diamètre de 100.000 années-lumière !

Avec les missions robotiques ou habitées, notre domaine d’évolution est donc restreint à notre système solaire.

Notre rayon d’action est aussi limité par la quantité d’énergie que l’on peut utiliser (masse et puissance). Quelles sont les formes possibles ?

La plus simple, et qui reste incontournable pour le décollage du fait de sa puissance par unité de temps, est la propulsion chimique, un oxydant et un réducteur qui réagissent à forte pression dans une chambre à combustion, l’énergie thermique ainsi dégagée étant convertie en énergie cinétique, propulsive par détente dans une tuyère. Comme couple oxydant / réducteur, le plus évident est l’hydrogène brûlant dans l’oxygène (des « propergols ») mais une bonne alternative à l’hydrogène est le méthane. Il s’évapore moins facilement (et on peut facilement l’extraire de l’atmosphère de CO2 de Mars).

Les problèmes de l’énergie chimique sont la masse des ergols nécessaires pour la produire (et à arracher à la gravité terrestre) et son corollaire la faible durée pendant laquelle la poussée qu’elle génère peut s’exercer. Le principe consiste donc à utiliser deux ou trois combustions, au sol pour le décollage, puis pour l’élancement du deuxième étage et enfin à un certain point de l’orbite de parking pour injection sur un arc d’orbite vers l’objectif planétaire à atteindre. Il ne faudra ensuite que quelques ajustements par des impulsions complémentaires, très brèves et relativement très peu consommatrices d’ergols.

L’énergie nucléaire est une alternative à la propulsion chimique mais uniquement pour la phase suivant l’injection transplanétaire. Au sein de celle-ci il faut distinguer la propulsion nucléaire thermique (« NTP ») et la propulsion nucléaire électrique (« NEP »). Dans le premier cas on éjecte par une tuyère de l’hydrogène préalablement chauffé par un réacteur. C’est intéressant sur le plan des masses d’ergols puisqu’on obtient la même poussée qu’avec la propulsion chimique mais avec la moitié de ce qu’elle consomme. Malheureusement le réacteur nucléaire est très lourd, les réservoirs d’hydrogène très volumineux et les tests sur Terre (ou l’utilisation dans l’atmosphère) pratiquement exclus (risque de retombées radioactives). La propulsion nucléaire électrique (moteurs « RTG ») est encore plus intéressante sur le plan de la consommation des ergols car on peut réduire leur masse de 5 à 10 fois. Le système fonctionne en boucle fermée et peut donc être beaucoup mieux sécurisé. Il ne fait que fournir de l’électricité à des propulseurs électriques. Ceux-ci ionisent un gaz pour former un plasma qui est ensuite accéléré par des champs électriques et magnétiques. Le problème de cette NEP c’est que la poussée, proportionnelle à la puissance que l’on peut raisonnablement produire (quelques kW) est très faible. Son avantage c’est qu’elle peut durer très longtemps. Les Américains l’utilisent donc pour la propulsion de petites masses et pour le fonctionnement des appareils en alternative aux panneaux solaires (Apollo, Pioneer, Voyager, Viking, Galileo, Ulysses, New Horizon, Cassini, Curiosity).

On a le même problème de puissance par unité de temps avec le rayonnement solaire. Des panneaux solaires gigantesques (les « voiles solaires ») ont été utilisés dans des romans de science-fiction*. En effet le flux de photons de l’étoile est constant mais sa poussée est très faible. On peut donc l’utiliser comme la propulsion nucléaire électrique une fois que la sonde ou le vaisseau sont lancés dans l’espace pour les accélérer, très lentement mais continuement. Une difficulté complémentaire mais rédhibitoire vient de ce que plus on s’éloigne du soleil, plus l’intensité du rayonnement solaire diminue. Déjà au niveau de l’orbite martienne l’irradiance est légèrement inférieure à la moitié de ce qu’elle est à celui de l’orbite terrestre.

Il faut donc attendre les progrès qui viendront sans doute dans le domaine de la propulsion nucléaire électrique mais ce n’est pas demain, hélas, que l’on pourra voir voler un beau vaisseau comme l’Hermès du film « Seul sur Mars » de Ridley Scott. En attendant ce magnifique « clipper », nous devrons nous contenter de notre « caravelle » à propulsion essentiellement chimique, ce qui n’est déjà pas si mal. Il faut être patient et accepter des voyages plus longs (6 mois au lieu de trois ou deux mois seulement pour aller sur Mars).

De toute façon pour décoller et aller jusqu’à l’orbite de parking avant le grand départ, étant donné que la NTP est exclue pour le risque qu’elle représente, aucune autre énergie n’est suffisamment puissante (on pourrait dire « brutale ») que l’énergie chimique pour arracher les vaisseaux à l’attraction terrestre. Il faudra encore très longtemps « faire avec ».

Lecture: *magnifique « Flight of the Dragonfly » de Robert Forward

Image à la Une: lanceur “SLS” version 70 tonnes (LEO). Crédit NASA

Image ci-dessous: Voile Solaire, crédit: NASA

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