L’astronautique ce sont les missions robotiques ou habitées*. On évolue là dans notre environnement « proche », autant dire le système solaire et peut-être un jour quelques étoiles voisines, l’ensemble s’étendant à l’intérieur d’une sphère d’un diamètre de 10 années lumières maximum (100 mille milliards de km) dont nous serions le centre, cette sphère n’étant qu’un point par rapport aux 120.000 années lumières de diamètre de notre galaxie. Pourquoi ce domaine restreint? Parce que nous sommes contraints par la masse que nous devons transporter (et à laquelle nous devons donc appliquer une énergie) pour observer ou pour vivre et pour nous déplacer…sans oublier que compte tenu de l’hostilité et des dimensions de l’espace, nous sommes aussi contraints par nos limites biologiques.
*Les missions habitées répondent au fantasme le plus humain, celui d’aller voir et toucher. C’est ce qu’il y a de plus difficile car il s’agit de transporter notre corps en dehors de l’environnement où (et dont) il est né. On est tenté mais jusqu’où pourra-t-on partir?
La gravité
La gravité est comme le temps ou la vitesse de la lumière, une contrainte dont les missions robotiques ou habitées ne peuvent s’abstraire. S’extraire du puits de gravité terrestre, nous force à limiter drastiquement les masses dont nous pouvons disposer pour l’exploration. Par ailleurs, débarquer sur une super-Terre de masse double de celle de la Terre serait probablement insupportable à long terme pour un être humain. Un exosquelette n’aurait aucun effet sur nos organes ou nos fonctions internes. Le cœur devrait lutter plus que notre physiologie ne nous le permet pour irriguer l’ensemble du corps. En sens inverse une gravité trop faible, par exemple celle de 0,16g sur la Lune, serait catastrophique sur le long terme dans la perspective d’un retour sur Terre car le cœur deviendrait paresseux et les os incapables de nous porter.
En astronomie, les scientifiques connaissent les trous noirs où la gravité tend vers l’infini au point que les masses extrêmes empêchent même les “grains” de lumière (photons) de s’échapper. Mais ils ne peuvent observer ces monstres que par les effets qu’ils causent sur leur voisinage et les quelques éléments qui s’en évaporent (“rayonnement de Hawking”). Intrinsèquement ils nous restent irrémédiablement fermés.
L’énergie
Pas d’astronautique sans énergie, pourvu encore qu’elle soit utilisée à bon escient. L’un des pièges préférés des Erinyes spatiales, c’est le gâchis, l’autre étant la panne, le troisième étant le déséquilibre. Les spécialistes du calcul des trajectoires se sont assez rapidement rendu compte que l’on devait jouer avec les forces de l’espace comme les marins avec les vents ou les courants. Ces forces ce sont la gravité et l’énergie de l’étoile et des planètes du système où l’on se trouve. La gravité c’est un courant puissant que l’on rejoint ou avec lequel on louvoie, la lumière c’est le vent de l’étoile. Si l’on veut aller loin l’idée c’est de s’extraire du puits de gravité planétaire où l’on demeure, avec une force immédiate, grâce aux énergies chimiques ou nucléaires de la planète, puis de naviguer en utilisant ces énergies comme support sur la durée, ou d’appoint lors des manœuvres. L’ennui c’est qu’elles ont une masse et que pour utiliser les forces de l’espace (la gravité d’une planète lorsqu’on passe au plus près, ou les rayons de l’étoile), il faut les voiles et les moteurs adéquats (et éventuellement l’énergie nécessaire à leur fonctionnement), sans oublier les réservoirs et le vaisseau qui emportent le tout…toujours de la masse!
L’énergie chimique ne nous conduira pas bien loin mais elle est indispensable au départ et à l’arrivée du voyage. L’énergie nucléaire est sûrement promise à un bel avenir mais elle s’épuisera elle-aussi avec le temps. Les sondes Voyagers parties dans les années 1970 et qui sont aujourd’hui aux confins du système solaire sont équipées d’un moteur au plutonium qui touche à sa fin de vie; les réserves de plutonium de Curiosity arrivé sur Mars en 2012, seront probablement épuisées en 2020.
L’énergie solaire fonctionne bien si on est proche du soleil, moins bien si on s’en éloigne. Les lasers peuvent la transporter plus loin mais ils consomment eux-mêmes beaucoup d’énergie, d’autant plus qu’ils sont plus puissants. Il faut aussi noter qu’on ne transportera pas ses lasers avec soi (la masse toujours !) et que si on va « quelque part » on aura besoin d’une source d’énergie maîtrisable pour s’arrêter.
Aller trop vite nous expose à d’autres inconvénients, la réduction de la masse utile transportée et la perte du “libre-retour“. En effet la faculté d’éviter la perte corps et bien en cas de défaillance n’existe que si l’orbite parcourue nous reconduit sans consommation d’énergie supplémentaire assez rapidement dans le voisinage terrestre. Une trajectoire suivant un arc d’orbite trop “droit” nous priverait de libre-retour.
Les Radiations
On sait à peu près se protéger des radiations solaires (SeP) même fortes (SPE) mais on n’a pas encore les moyens de se protéger vraiment des radiations galactiques (GCR). Aucun blindage n’est vraiment efficace contre elles compte tenu de la force énergétique des particules lourdes (“Z” élevé) dont elles sont constituées en partie. Pendant les voyages interplanétaires et éventuellement interstellaires, on recevra une dose qui au bout d’un certain temps excédera les capacités d’absorption de notre corps. On peut ainsi difficilement envisager (pour le moment) de voyager plusieurs années dans l’espace interplanétaire (mais on peut envisager d’y voyager plusieurs mois, jusqu’à un refuge planétaire…en tout cas suffisamment pour aller sur Mars).
La biologie
Le corps humain doit être maintenu en (bon!) fonctionnement par un système de support vie adéquat et nous pouvons créer tant bien que mal une bulle plus ou moins auto-régénératrice à l’intérieur de laquelle on pourra se chauffer, respirer et se nourrir, dans des conditions microbiennes acceptables (voir mes billets sur MELiSSA). C’est ce qui nous a permis de commencer à entreprendre des voyages ou des séjours dans l’espace. Mais l’instabilité des systèmes de support vie ou la masse des remèdes chimiques à cette instabilité, imposent une limite aux durées de voyage (un an ?)…jusqu’à un refuge planétaire.
Par ailleurs, enverra-t-on une sonde robotique dans l’espace pour n’en avoir des retombées que dans plusieurs dizaines d’années ? J’en doute compte tenu de la durée de nos vies humaines.
Alors que faire de ces limites ? Il faut les affronter progressivement, en jouer comme l’aurait fait le rusé Ulysse. Il faut s’approcher des obstacles, apprendre à les connaître, aller aussi loin que possible (Mars, d’abord et maintenant !) pour un jour aller encore plus loin ; selon la devise de Star Trek, « to explore strange new worlds…to boldly go where no man has gone before! »
Image à la Une: Un vaisseau ITS d’Elon Musk posé, un jour futur, à la surface d’Encelade, une des lunes de Jupiter. Crédit SpaceX (présentation faite par Elon Musk au 67ème IAC le 27 septembre 2016 à Guadalajara, Mexique).
NB: si vous êtes intéressé, lisez les articles précédents sur ce même thème des limites: https://blogs.letemps.ch/pierre-brisson/2016/11/02/les-contraintes-a-lexploration-barrieres-incontournables-ou-lignes-dhorizon-23/
PS : Ce qu’on peut dire aujourd’hui de la politique spatiale du Président Trump
Les contraintes posées à l’astronautique sont aussi des contraintes politiques!
Au moment de publier cet article, je prends connaissance de ce qu’on peut savoir du programme d’exploration spatiale de Donald Trump et je suis déçu d’apprendre que son conseiller pour les affaires spatiales, Robert Smith Walker, veut privilégier la Lune par rapport à Mars ou plutôt, vouloir considérer la Lune comme une étape incontournable pour aller ensuite sur Mars. Ce n’est clairement pas ce que je pense nécessaire ni souhaitable.
Cependant, je garde quelque espoir car :
(1) le Président élu semble vouloir dédier la NASA à l’exploration de l’espace profond en transférant les sciences de la Terre depuis l’espace, à une agence existante, « the National Oceanic & Atmospheric Administration », (« NOAA »). Cela peut vouloir indiquer qu’on n’aura plus le mélange des genres qui s’est avéré au détriment de l’exploration de l’espace profond sous l’administration Obama ;
(2) le Président élu veut fixer un but d’exploration du système solaire par vols habités “à la fin du siècle”, qui ne devrait pas “se limiter à Mars” (là, je suis d’accord sur “exploration habitée” et sur l'”objectif Mars” mais inquiet sur le reste car les termes sont trop vagues et une échéance indéfinie ne peut constituer un « incentive » !);
(3) un de ses conseillers (dans un domaine autre que le spatial) est Newt Gingritch qui, lorsqu’il était président de la Chambre des Représentants, dans les années 1990, était un fort soutien du projet « Mars Direct » de Robert Zubrin. On peut espérer qu’il ait gardé ses idées d’alors, même si Robert Zubrin a pris parti contre Donald Trump lors de cette élection;
(4) le Président élu semble vouloir que les opérations sur l’orbite basse terrestre soient laissées au secteur privé et que les partenaires publics et privés de la NASA soient invités à participer davantage aux opérations et au financement de la Station Spatial International. Ceci devrait libérer la NASA d’une partie de ses charges concernant cette Station au profit de l’exploration de l’espace profond (et permettre aux entreprises privées porteuses de projets martiens, comme celles d’Elon Musk et de Jeff Bezos de gagner de l’argent dans le domaine spatial).
Reste la présence dans l’environnement du nouveau président de fondamentalistes religieux (créationnistes!) qui pourraient évidemment jouer un rôle négatif.
Pour résumer, je ne pense pas que cette nouvelle Administration soit la meilleure qu’on puisse souhaiter, pour l’exploration spatiale, mais le souci de Donald Trump « to make America great again » devrait l’amener, dans ce domaine comme dans d’autres, à ne pas se laisser ravir la vedette par d’autres pays (notamment la Chine).
