La sirène du directeur général de l’ESA s’appelle la Lune

Mars Semi-direct Revisité…ou comment envoyer des hommes sur Mars avec les technologies d’aujourd’hui. Partie 3/3.

Dans les deux billets précédents, je vous ai exposé les contraintes et les principes qui doivent être respectées pour une mission habitée sur Mars sur le plan des transports de masses, puis la solution qui est proposée par Jean-Marc Salotti qui satisfait à ces contraintes et ces principes. Dans ce billet je vais conclure en mettant en rapport la faisabilité du village martien avec celle du village lunaire. 

A la Mars Society nous considérons la Lune comme une sirène qui n’a de cesse de distraire les agences spatiales de leur chemin vers Mars. Et l’on déplore que la dernière personnalité séduite soit le nouveau directeur général de l’ESA, le Dr. Jan Wörner.

Mais pourquoi pas la Lune ?

Il faut d’abord bien voir que l’effort principal pour envoyer un vaisseau dans l’espace interplanétaire est de l’extraire du puits de gravité terrestre (phase 1 du voyage). Pour emporter un équipage humain sur la Lune aussi bien que pour aller sur Mars nous aurons besoin du lanceur « SLS » de 130 tonnes en orbite basse terrestre (« LEO ») préparé actuellement par la NASA. C’est l’équivalent du Saturn V des missions lunaires du programme Apollo dans les années 1970.

Au sol, ce vaisseau rempli d’ergols (carburant + comburant), pèsera quelques 3000 tonnes. On voit donc que moins de 5% de cette masse parviendra en LEO. 95% de la masse correspondent aux ergols qu’il faut brûler pour obtenir la puissance nécessaire à la satellisation des 130 tonnes.

Ensuite pour arriver dans l’environnement martien aussi bien que dans l’environnement lunaire (phase 2 du voyage), il faut utiliser la quasi-totalité de la masse restante des ergols, soit environ 85 tonnes pour Mars, 75 tonnes pour la Lune. A noter qu’ils sont brûlés presque totalement en une seule fois, pour quitter LEO et aller vers la Lune ou vers Mars. On touche là à l’un des paradoxes essentiels du voyage spatial. Mars est certainement beaucoup plus loin que la Lune (l’arc d’orbite pour y parvenir est de quelques 600 millions de km alors que celui pour parvenir à la Lune n’est que de quelques 380 mille km) mais la différence, énorme, a peu d’influence sur le tonnage des ergols nécessaires au voyage. La distance compte relativement peu sur le plan de l’énergie consommée car l’impulsion initiale ayant été donnée, la vitesse obtenue se conserve très bien puisque dans le vide spatial on n’est freiné par aucune atmosphère et la seule force de gravité sensible, celle du soleil, est très lointaine (elle courbe toutefois la trajectoire et ralenti un peu la vitesse).

A ce stade (phase 2) on pourrait déclarer un léger « avantage Lune » mais cet avantage disparaît dans la phase 3, suivante, car La Lune n’a pas d’atmosphère et on ne peut donc l’utiliser pour capturer le vaisseau spatial (aérocapture) et le freiner jusqu’au sol. En d’autre termes, en partant d’une LEO pour aller se poser sur la Lune, une somme de différentiels de vitesses (« ΔV ») de 6km/s est nécessaire, soit 3,2km/s pour atteindre une orbite d’insertion translunaire (phase 2), 0,9km/s pour se faire capturer en orbite lunaire basse (gravité) et 1,9km/s pour atterrir sur la Lune (phase 3), alors que le ΔV nécessaire pour aller depuis une LEO jusqu’à la surface de Mars n’est que de 4,5km/s, soit 4km/s pour l’insertion sur la trajectoire vers Mars (phase 2), 0,1km/s pour des ajustements d’orbite après aérocapture et 0,4km/s pour atterrir en utilisant un bouclier thermique pour le freinage aérodynamique (phase 3).

Là où « ça se complique », c’est que les dispositifs de freinage dans l’atmosphère martienne (bouclier et parachute) ont une masse loin d’être nulle (d’autant plus forte que la masse à descendre est plus importante) et que la gravité martienne est le double de la gravité lunaire.

In fine, la masse des équipements de freinage et la plus forte gravité martienne compensent la plus forte consommation d’ergols dans les rétrofusées pour atterrir sur la Lune (sans oublier la masse de réservoir supplémentaire nécessaire pour contenir ces ergols) et, pour une même masse au départ de 130 tonnes en orbite basse terrestre, on ne peut déposer en surface de chacun des deux astres que la même masse de 20 tonnes.

Par contre, une fois sur la Lune, les désavantages par rapport à Mars s’accumulent. La Lune est beaucoup plus proche du soleil que Mars et l’intensité du rayonnement solaire y est la même que sur Terre mais sans l’adoucissement que procurerait une atmosphère de type terrestre. La température passe de +125° au plus chaud le jour à -175° au plus froid la nuit. Sur Mars, dans la région du cratère Gale où s’est posé Curiosity, la température varie de -80°C la nuit à quelques degrés au dessus de zéro le jour. Sur la Lune les jours sont de 28 de nos jours terrestres alors qu’ils sont de 24h38 sur Mars. Cela a des conséquences. Une alternance jour / nuit rapide permet non seulement de lisser les températures mais aussi de conserver plus facilement l’énergie solaire accumulée pendant le jour. De ce fait, il est impossible d’utiliser des panneaux solaires sur la Lune ou de faire pousser des végétaux dans des serres. Sur la Lune il n’y a pas d’eau (sauf de façon anecdotique dans quelques cratères des pôles perpétuellement dans l’obscurité) alors qu’on trouve de la glace d’eau partout sur Mars. Sur la Lune il n’y a aucune protection contre les radiations solaires ou les micrométéorites alors que sur Mars l’atmosphère donne une protection équivalente à celle dont les astronautes bénéficient dans la Station Spatiale Internationale. Sur Mars l’atmosphère de CO2 permet d’obtenir du carbone et de l’oxygène, totalement absents de la Lune. Sur la Lune la faible gravité, moitié moindre que sur Mars pose des problèmes de coordination des mouvements comme on peut le voir sur les films tournés lors des missions Apollo dans les années 1970. Enfin sur la Lune, compte tenu d’une histoire géologique active beaucoup moins longue et de l’absence d’action de l’eau liquide, les perspectives offertes à la Recherche sont beaucoup moins importantes.

Le seul avantage de la Lune par rapport à Mars, c’est sa proximité relative qui permet des voyages très courts (quelques jours) et tout au long de l’année alors que l’on ne peut partir sur Mars que tous les 26 mois compte tenu de la position et de la vitesse orbitale respectives des planètes. Ce n’est certes pas négligeable mais les conditions de séjour sur la Lune étant beaucoup plus dures que celles prévalant sur Mars, il semble évident que l’homme doive d’abord s’y installer avant de s’installer sur la Lune.

Pour les agences spatiales et les gouvernants qui approuvent leur politique et leurs budgets, la Lune est une tentation constante. Il ne faut surtout pas succomber à une facilité apparente, tout comme nous l’avons fait en décidant de construire la Station Spatiale Internationale dans l’espace immédiat, car ce serait entrer dans une nouvelle impasse nous empêchant d’aller véritablement essaimer dans l’espace profond.

Image à la une, illustration “un village martien”; crédit: Manchu / Association Planète Mars. Les dômes de vie sont pressurisés, les hangars ne le sont pas. Une capsule apportée par un vaisseau spatial jusqu’en orbite basse martienne se pose au sol. Un drone passe au premier plan. Au second plan des serres et des panneaux solaires.

Pierre Brisson

Pierre Brisson

Pierre Brisson, président de la Mars Society Switzerland, membre du comité directeur de l'Association Planète Mars (France), économiste de formation (Uni.of Virginia), ancien banquier d'entreprises de profession, planétologue depuis toujours.

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