La nouvelle politique spatiale américaine : déception et poudre aux yeux

Nous allons retourner sur la Lune et pour Mars on verra plus tard. Le Président Trump vient de définir sa politique spatiale et ma déception est à la hauteur de ce que je redoutais car elle exprime un manque total d’ambition et jette un maximum de poudre aux yeux du public. Il n’y a rien d’extraordinaire à répéter ce qui a déjà été fait il y a cinquante ans.

“NASA looks forward to supporting the president’s directive strategically aligning our work to return humans to the moon, travel to Mars and opening the deeper solar system beyond. This work represents a national effort on many fronts, with America leading the way. We will engage the best and brightest across government and private industry and our partners across the world to reach new milestones in human achievement. Our workforce is committed to this effort, and even now, we are developing a flexible deep-space infrastructure to support a steady cadence of increasingly complex missions that strengthens American leadership in the boundless frontier of space. The next generation will dream even bigger and reach higher as we launch challenging new missions, and make new discoveries and technological breakthroughs on this dynamic path.”

C’est la déclaration de l’Administrateur de la NASA par intérim, Robert Lightfoot, après l’annonce par le président Trump de sa politique spatiale incorporée dans un document nommé « Space Policy Directive 1 » ou « SPD1 », signé par le même ce lundi 11 décembre. Mon opinion, en utilisant une expression bien américaine, est que « this is pure bullshit ». Tout est là pour justifier cette expression un peu rude, la langue de bois d’abord, le nationalisme étroit et la grandiloquence ensuite, enfin l’art de « noyer le poisson ».

Il faut bien voir que le choix qui vient d’être fait est de reporter les missions habitées sur Mars « aux calendes grecques ». Commencer par la Lune c’est en effet bien choisir la Lune alors que rien n’impose cette priorité (on peut utiliser les mêmes lanceurs avec la même énergie), c’est mettre fin au projet de visite d’un astéroïde et c’est renoncer à Mars ainsi qu’à ouvrir « the deeper solar system beyond » en dépit de ce qui est dit. On ne peut poursuivre plusieurs objectifs à la fois et c’est le mauvais choix qui a été fait. Pour paraphraser John Kennedy, le président Trump a décidé de retourner sur la Lune et non d’aller plus loin, non parce que c’est dur mais parce que c’est facile, parce que ce but servira à maintenir l’emploi sans risque au sein d’une administration engraissée par des décennies de travaux inutiles (la construction puis l’exploitation d’une Station Spatiale qui tourne sans presqu’aucun objet autour de la Terre), à utiliser une très grosse fusée (le SLS) que cette même administration construit sans savoir quoi en faire, et parce que c’est un défi qu’il sera facile de relever même s’il ne présente aucun intérêt*.

*citation de John Kennedy dans son discours ouvrant la course à la Lune le 12 septembre 1962 :

“We choose to go to the moon in this decade and do the other things, not because they are easy, but because they are hard, because that goal will serve to organize and measure the best of our energies and skills, because that challenge is one that we are willing to accept…and which we intend to win.”

L’intention des Américains semble être de « marquer leur territoire » parce qu’il serait sans doute assez humiliant pour eux que les Chinois aillent sur la Lune avant qu’ils y retournent, et surtout de faire de la « comm » à peu de frais. En fait ils assurent le « service minimum » pour réaffirmer leur leadership ce qui n’est pas difficile vu leur passé et leur force technologique acquise, mais ils n’innovent en rien et ne repoussent pas d’un pouce notre nouvelle « frontière ». L’homme restera dans son environnement proche pour une durée indéterminée et peut-être pour toujours si le créneau technologique et financier ouvert aujourd’hui se referme pour une raison ou pour une autre.

Ce qui est grave dans cette histoire, c’est que l’exploration spatiale semble avoir perdu son âme. Le Président Trump a choisi mais il ne doit avoir qu’une très vague idée de la différence entre la Lune et Mars outre qu’ils apparaissent comme deux disques dans le ciel, l’un étant plus éloigné que l’autre. Ce qui est lamentable c’est le spectacle de tous les « groopies » qui l’entourent et s’émerveillent de la pertinence du choix de leur chef  (voir ci-dessous) ; c’est encore la satisfaction des industriels comme ceux de Lockeed Martin qui se moquent pas mal de l’objectif pourvu qu’ils aient des contrats et qu’ils soient bien payés.

Ce qui est pire c’est que l’exploration de Mars par missions habitées doive attendre et que même, l’étape lunaire risque de nous y faire renoncer alors qu’elle serait indispensable sur le plan scientifique, sans même considérer la création d’une colonie. Contrairement à la Lune sur laquelle on peut commander en direct toutes sortes d’engins robotiques, l’exploration scientifique de Mars nécessiterait une présence humaine car ce serait le seul moyen d’éviter le « time-lag » de 3 à 22 minutes dans chaque sens imposé par la limitation de la vitesse de la lumière à 300.000 km/s combinée à la distance qui nous sépare. Contrairement à la Lune, Mars a connu une vie géologique active pendant plusieurs centaines de millions d’années alors que la Lune est un astre quasiment mort-né. Mars peut nous apporter des informations capitales sur l’amorce du processus de vie, la Lune n’a pratiquement aucun mystère à nous révéler et ne peut même pas sur la formation du système solaire, nous apporter les informations que peuvent nous procurer les astéroïdes (elle n’est intéressante que pour l’effet que sa masse a sur la Terre). Ce que l’on peut craindre c’est que, par suite de la reprise d’une exploration décevante de la Lune et de la très grande difficulté à y implanter une base permanente (manque d’eau, manque d’atmosphère, gravité très faible, nuits de 14 jours, pauvreté minéralogique du sol, radiations trop fortes), le public, ne faisant pas la différence entre les deux astres, soit à nouveau déçu et que cette déception mette un terme aux projets d’exploration de Mars par vols habités.

Certains diront que ce pessimisme n’est pas de mise et que les missions habitées sur la Lune seront un entrainement, une préparation pour les missions habitées sur Mars mais ce n’est pas vrai, les deux astres sont très différents et la préparation pour l’exploration ne peut être la même. Mars est beaucoup plus loin que la Lune et autant il est facile d’approvisionner les hommes sur cette dernière, autant ce sera difficile sur Mars vers laquelle on ne peut s’élancer que tous les 26 mois ; la problématique du « support-vie » est donc totalement différente. La poussière lunaire, absolument non érodée, très fine et aux formes non émoussées par une érosion quelconque, pose des problèmes de santé sans comparaison avec la poussière martienne. Il n’y a aucune précaution biologique à prendre vis-à-vis d’éventuelle vie lunaire alors qu’il y en a un minimum sur Mars. Lutter contre la gravité lunaire sera beaucoup plus difficile que de travailler et de vivre en gravité martienne (le double, 0,38 g contre 0,16 g). Sur la Lune il n’y aura pratiquement rien à faire sinon à se balader et à prendre des photos de la Terre alors que sur Mars il y a toute une recherche géologique et biochimique à mener dont nous avons besoin pour comprendre nos origines. Compte tenu de sa pauvreté en ressources locales et aussi de sa proximité, il est totalement exclu qu’une colonie sur la Lune devienne jamais autonome par rapport à la Terre et en cas de catastrophe notre satellite trop proche ne pourrait jamais constituer un conservatoire ou une base pour permettre à notre civilisation de subsister puis de refleurir.

La décision de Donald Trump est donc bel et bien une vraie catastrophe pour les personnes qui comme moi, voudraient qu’enfin l’humanité devienne un jour une espèce multiplanétaire. Comme l’Europe n’est pas intéressée et n’a pas les moyens d’une exploration de Mars par vols habités, le seul espoir qui nous reste est qu’Elon Musk gagne suffisamment d’argent pour mener à bien indépendamment son propre projet.

 

Image à la Une: signature du SPD1 par le Président Trump le 11 décembre 2017 

Exemples des flagorneries de l’« establishment » américain :

Brian Babin, président du “House Space Subcommittee”:

“By signing this space policy directive and refocusing America’s space program on human spaceflight exploration, the president has ensured America’s leadership in space and prioritized our return to the moon and future manned missions to Mars. Under the president’s leadership, we are now on the verge of a new generation of American greatness and leadership in space — leading us to once again launch American astronauts on American rockets from American soil.”

Lamar Smith, president du “U.S. House Science, Space and Technology Committee”:

“By signing this directive, President Trump has again shown that, under his administration, America will be a leader in space exploration. Going back to the moon as the precursor to further exploration will enable NASA to test new systems and equipment critical for future missions, like the human exploration of Mars. Going back to the moon achieves more than just the practical benefits; it will teach our children and grandchildren to dream big and strive to achieve what others think impossible. The innovations, inventions and ideas that they come up with, inspired by exploring the moon and Mars, will fuel future aspirations to explore worlds beyond Mars. This administration’s dedication to space is a refreshing change from the past eight years.”

Mary Lynne Dittmar, CEO de la “Coalition for Deep Space Exploration”:

“After 45 years, it is time to return humans to the region of the moon even as we look toward Mars. The Coalition is proud to support NASA and to help bring about this exciting future. We congratulate the Trump administration on its bold vision and commitment to American leadership in space. … NASA’s flagship programs for human space exploration — the Orion crew vehicle and the Space Launch System (SLS) rocket — supported by ongoing research on human health and performance conducted on the International Space Station — will take a major step to fulfilling this vision beginning with Exploration Mission 1 targeted for late 2019.”

Eric Stallmer, président de la “Commercial Spaceflight Federation” (“CSF”):

“We applaud President Trump for signing Space Policy Directive 1, which directs NASA to partner with the U.S. commercial space industry to return Americans to the moon. The U.S. commercial space industry has invested hundreds of millions of dollars in private capital to develop innovative capabilities for lunar transport, operations and resource utilization. CSF recommends that the administration challenge NASA to leverage these commercial capabilities to generate greater efficiency, and to partner with industry through flexible, innovative contracting approaches to achieve the goals set out in Space Policy Directive 1 as quickly as possible.”

Représentant de Lockeed Martin:

“We support the president and vice president’s vision and commitment to return America to the moon. The aerospace engineering company is a contractor for NASA and is currently working on the Orion Multipurpose Crew Vehicle that will carry astronauts beyond Earth orbit. A lunar mission with today’s technology would further our understanding of the moon’s history and resources. And it will build a strong foundation that will not only accelerate the U.S. to Mars and beyond. It will foster a thriving new space economy that will create jobs and drive innovation here on Earth. With the Orion deep-space vehicle and our prototype orbital lunar habitat making outstanding progress, we are ready to help the nation achieve this bold new vision.”

Pour vivre sur Mars, la première des priorités sera la production d’énergie

Mars est sûrement le moins inhospitalier des corps célestes aujourd’hui accessibles mais aucune vie « hors cocon » très structuré, n’y sera possible. L’homme ne pourra y séjourner et a fortiori s’y installer sans un sérieux support énergétique. Des solutions ont été imaginées pour le créer. Elles peuvent sans nulle doute être mises en œuvre mais elles ne permettront qu’un développement progressif, lent et probablement limité de la population.

En effet Mars n’a certainement pas connu la riche production biologique qu’a connu la Terre et notamment l’explosion de vie du Carbonifère. Cela implique qu’il n’y a ni charbon ni pétrole ni autres hydrocarbures fossiles. Il n’y a pas non plus d’eau liquide et il ne peut donc y avoir de fluide qui par gravité ou force de courants, pourrait actionner des turbines. Pour ce qui est de l’éolien, on aura pratiquement la même limitation. En effet, même si les vents peuvent déplacer les particules fines de poussière à de très grandes vitesses (comme sur Terre), leur force est limitée en proportion de leur densité et cette densité est extrêmement faible en raison du faible volume de l’atmosphère, de la faible force de gravité, et de la très faible pression atmosphérique qui en résulte (6 millibars en moyenne). Pratiquement, lors des plus fortes tempêtes de 300 km/h, les vents auront une force ressentie de quelques 50 km/h seulement. En temps “normal” donc, la force du vent sera totalement insuffisante pour faire tourner les pales d’une éolienne.

Il reste heureusement plusieurs sources possibles d’énergie*,  le nucléaire, le solaire, la géothermie, mais elles risquent de n’être pas aisées à mettre en œuvre.

*Je parle ici d’énergie primaire puisque c’est cela dont nous avons d’abord besoin dans un environnement totalement vierge.

Dès les premières missions habitées le générateur à fission nucléaire sera la solution à privilégier. C’est en effet le dispositif fournissant la puissance nécessaire, le plus compact (il le faut car il doit être transporté depuis la Terre !) et le moins difficile à mettre en service. Un tel générateur, délivrant 40 kWe (en continu, sur environ 10 ans), aurait d’après les études faites par la NASA pour les premières bases (peut-être une douzaine de personnes), une masse de moins de 5 T et un encombrement en configuration de transport de 7m x 3,3m. Il faudra lui ajouter un radiateur (« source froide ») dont la taille variera en fonction de la chaleur à évacuer (donc de la puissance choisie pour le générateur). On pourrait pour la suite (en fonction du développement de la population) utiliser des générateurs dont le cœur nucléaire fonctionnerait à une plus grande puissance (400 kWe, sur 25 ans, proposé par Mars Homestead*). La charge nucléaire resterait la même mais le radiateur devrait avoir une capacité thermique bien supérieure (c’est le facteur limitant). Cette production thermique est à la fois un problème (son évacuation) et une ressource car on peut concevoir de la capter au moins en partie par un liquide caloporteur (dans un échangeur de chaleur) plutôt que de la dissiper dans l’environnement, et de la transmettre à la base pour toutes sortes d’utilisations (dont le chauffage).

*http://www.marsfoundation.org/docs/

La deuxième source d’énergie qui devrait s’imposer, également dès les premières missions habitées, est le solaire. Les rovers précédant Curiosity (les « MER », en particulier Opportunity) utilisent des panneaux solaires. Ils présentent le même intérêt de durabilité que le nucléaire (pourvu qu’on les nettoie !) mais leur puissance par surface unitaire de panneau est faible, 140 W au mieux, dans le cas d’Opportunity (à peine plus qu’une ampoule domestique moyenne) et ils ne fonctionnent évidemment pas la nuit, ni quand il y a des tempêtes de poussière (non exceptionnelles) et beaucoup moins pendant l’hiver austral où l’irradiance chute jusqu’à 492 W/m2 (sur Terre environ 1400 W/m2) du fait de la forte excentricité de l’orbite de la planète. Pour faire face à la durée  (et aux rigueurs) de la nuit, le dispositif est complété par une batterie au lithium, accumulant pendant le jour, et par un tout petit peu de matière radioactive (chauffage). Il faut donc imaginer la surface collectrice énorme dont on aurait besoin, même pour une petite colonie (plusieurs hectares). Faire venir la quantité de panneaux nécessaire de la Terre représente un transport de masse très important (rappelons que la plus grosse fusée à l’étude, la BFR d’Elon Musk, ne pourra transporter que 100 tonnes sur Mars) et forcément limitatif. Alternativement produire les panneaux sur Mars, serait encore plus difficile (la pureté de silicium requise est de 99,9999%). Le solaire ne pourra donc être très vite, qu’une source d’appoint ou un back-up.

Une troisième source d’énergie primaire intéressante car inépuisable et perpétuellement renouvelable, serait la géothermie. Il est tout à fait probable que l’on trouve à la surface de Mars comme on en trouve à la surface de la Terre, des « points chauds », c’est-à-dire des lieux où le manteau de Mars (ou ses extensions volcaniques) ne sont pas trop éloignés du sol. En ces endroits on pourra forer des puits par lesquels on fera descendre, par canalisation, de l’eau jusqu’aux couches de roches chaudes pour les récupérer ensuite en surface par une canalisation remontante (boucle fermée).

Si l’on considère les sources d’énergie secondaires, on a plusieurs possibilités, la réaction du méthane avec l’oxygène, la pile à combustible au méthanol, la réaction de l’hydrogène avec l’oxygène.

La première devrait être la combustion du méthane dans l’oxygène. Comme le préconise Robert Zubrin, il faudra installer lors du premier vol robotisé préparatoire de la première mission humaine, un laboratoire de production de méthane et d’oxygène à partir du gaz carbonique de l’atmosphère, moyennant un apport d’hydrogène (extrait de la glace d’eau martienne). On devrait pouvoir, d’après ses plans, en six mois, avec un seul RTG d’une puissance de 80 kWe, constituer un stock de carburant et comburant de 106 tonnes suffisant pour renvoyer un vaisseau de 25 tonnes de la surface de Mars vers la Terre (mais il faudrait 1000 tonnes d’ergols pour faire repartir un BFR). On peut penser que, en fonction des capacités énergétiques installées sur Mars, une quantité de méthane et d’oxygène excédant les besoins de propulsion des fusées, pourrait alimenter toutes sortes d’équipements et d’installations. L’oxygène, de son côté, pourrait naturellement être utilisé pour le renouvellement de l’atmosphère des bulles viabilisées. Le méthane (CH4) pourrait être partiellement transformé en méthanol (CH3OH). Il suffirait pour cela de lui ajouter un atome d’oxygène (moyennant un peu d’énergie primaire tout de même). Ce méthanol pourrait être utilisé pour faire fonctionner, avec de l’hydrogène et de l’eau (de provenance martienne), des piles à combustible au méthanol.

Avec l’hydrogène et l’oxygène (toujours extrait de l’eau martienne), on peut aussi envisager une combustion d’hydrogène dans l’oxygène (attention, l’hydrogène a une volatilité beaucoup plus grande que le méthane). Le processus peut être intéressant pour la propulsion de divers véhicules.

Au-delà il faut faire confiance à l’avenir. Sans nul doute le taux d’efficience énergétique des panneaux solaires continuera à progresser. On parle aussi des piles au sodium qui pourrait remplacer les piles au lithium, ce dernier élément étant sans doute aussi rare sur Mars que sur Terre alors que le premier l’est beaucoup moins. On peut aussi, à un horizon plus lointain, envisager des installations qui permettront d’extraire, de raffiner des matériaux radioactifs locaux, type uranium, pour les utiliser dans les centrales à fission nucléaire. Ce qu’on peut retenir c’est qu’on pourra capter de l’énergie sur Mars, que c’est une priorité absolue d’en disposer pour toute « aventure » humaine sur place mais que la planète est quand même moins bien dotée que la Terre pour en produire.

Image à la Une: Vue du projet de base envisagée par Mars-One. On remarque devant les habitats blancs apportés par les vaisseaux spatiaux, plusieurs files de panneaux solaires, également importés. La quantité nécessaire reste à discuter. L’illustration est peut-être “optimiste”.

Image ci-dessous : Schéma NASA d’un générateur électronucléaire conçu pour la phase d’exploration (donc très faible population). Vous remarquerez la taille du radiateur par rapport au personnage à droite du générateur pour donner l’échelle:

 

L’énergie sans laquelle rien n’est possible

Comme chacun sait, l’énergie a quelque chose à voir avec la masse et la vitesse. Les corollaires sont la distance que l’on peut parcourir et le temps nécessaire pour le faire. Dans ce contexte, on peut être soit passif vis-à-vis de l’énergie, la recevoir (ou recevoir les particules qu’elle transporte), soit actif, la capter et l’utiliser pour exercer une poussée et se déplacer. 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. Savoir l’utiliser est la science de l’astronautique (évoquée dans mon article précédent). Notre rayon d’action dans ce cas est forcément limité. Il l’est (1) par la vitesse de la lumière, qu’on ne peut même pas rêver d’approcher au-delà d’un certain seuil (peut-être 0,2c soit 60.000 km/s et nous en sommes très loin) compte tenu des conséquences sur les masses et sur le temps lui-même (vitesses « relativistes »* qui commence vers 0,1c), et (2) par 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 20 heures-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 de type solaire la plus proche est à 4,37 années-lumière. Notre galaxie a un diamètre de 100.000 années-lumière !

*Une vitesse relativiste est une vitesse à laquelle les effets de la relativité restreinte deviennent non négligeables. Ainsi le temps s’écoulerait plus lentement pour le passager d’un vol se déplaçant à une telle vitesse, que pour les hommes restés sur Terre. On peut penser que la distorsion de temps ne serait pas trop grave pour des voyages « courts » et une vitesse proche du seuil de 0,1c

Que ce soit par missions robotiques ou par missions habitées, notre domaine d’évolution astronautique est donc restreint à notre système solaire tant que nous ne maîtrisons pas d’autres systèmes de propulsion que ceux d’aujourd’hui. De toutes façons, ce domaine restera limité par le temps et par la quantité d’énergie que l’on peut utiliser (masse et puissance), à notre système et à ses proches voisins. Mais quelles sont les formes possibles de cette énergie ?

La plus simple, et qui reste incontournable pour le décollage du fait de son « impulsion spécifique », « Isp », très élevée (force qu’elle procure à un moteur en fonction de la quantité de carburant consommée par unité de temps) et de sa capacité polluante acceptable, est la propulsion chimique, un oxydant et un réducteur (« propergols ») 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 mais une bonne alternative à l’hydrogène est le méthane (CH4). Il s’évapore moins facilement des réservoirs et on pourrait facilement l’extraire de l’atmosphère de CO2 de Mars en combinant ce gaz avec l’hydrogène de l’eau martienne, en présence d’un catalyseur de nickel (réaction dite « de Sabatier » qui date de la fin XIX / début du XXème siècle).

Les problèmes de l’énergie chimique sont la masse des ergols nécessaires pour la produire (et à arracher à la gravité planétaire) et son corollaire, la faible durée pendant laquelle la poussée qu’elle génère peut s’exercer (la masse brulée s’épuise vite). Le principe consiste donc à utiliser deux ou trois combustions successives : au sol pour le décollage, puis pour l’élancement du deuxième étage (les deux ne peuvent faire qu’un seul) pour mise sur orbite de parking et enfin, à un certain point de l’orbite de parking, pour injection sur un arc d’orbite circumsolaire vers l’objectif planétaire à atteindre. Il ne faudra alors plus que quelques petits ajustements (« corrections de trajectoire »), par des impulsions complémentaires très brèves et relativement peu consommatrices d’ergols pour arriver dans l’environnement visé. Si l’on veut ensuite « descendre » en surface de la planète sans s’y écraser, c’est une autre histoire, celle de l’« EDL » (« Entry, Descent, Landing »). Disons rapidemment que l’EDL est comparable à la mise en orbite (nécessité d’une poussée forte et très rapide) mais qu’à la différence de la mise en orbite, on peut tirer profit de l’atmosphère, quand il y en a (!) pour diminuer la consommation d’énergie. Mars en a un peu et l’économie qu’elle procure n’est pas négligeable.

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 » pour « Radioisotope Thermoelectric Generator ») 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 (la chaleur résultant de la desintegration du combustible radioactif est transformée en électricité). 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 est très faible (quelques kW). Son avantage c’est qu’elle peut durer très longtemps. Les Américains l’utilisent donc pour la propulsion de petites masses (hors sphère de Hill terrestre c’est à dire lorsque le vaisseau ne peut plus retomber sur Terre !) pour le fonctionnement des appareils en alternative aux panneaux solaires (Apollo, Pioneer, Voyager, Viking, Galileo, Ulysses, New Horizon, Cassini, Curiosity) notamment pour les missions lointaines, dans des zones où l’irradiance solaire est devenue trop faible du fait de la distance.

On a le même problème de puissance avec l’énergie photonique provenant du rayonnement solaire. En effet le flux de photons de l’étoile (notre soleil) 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 continument. Une difficulté complémentaire mais rédhibitoire (en fonction des objectifs !) vient de ce que plus on s’éloigne du soleil, plus l’intensité du rayonnement 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. Une solution à l’étude est d’utiliser un rayonnement photonique actif plutôt que passif, c’est-à-dire de pousser la voile non pas avec le rayonnement de l’étoile mais avec la lumière de lasers. C’est ce qu’étudient actuellement les ingénieurs participants au projet Breakthrough Starshot qui se proposent d’envoyer des microsondes dans le domaine d’Alpha Centauri. Mais pour les masses importantes (les missions habitées) c’est encore de la science-fiction car cette propulsion ne peut être vraiment efficace (et d’autant plus efficace) que si la masse à déplacer est faible.

Il faut donc espérer des progrès dans le domaine de la propulsion photonique ou de la propulsion nucléaire électrique mais ce n’est pas demain, hélas, que l’on pourra voir voler de beaux vaisseaux comme le Dragonfly de Robert Forward ou l’Hermès du film « Seul sur Mars ». En attendant ces magnifiques « clippers », nous devrons nous contenter de notre « caravelle » à propulsion chimique (ce qui n’est déjà pas si mal). Il nous faut être patients et accepter des voyages assez longs (six mois tendant vers quatre, voire trois mois 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. La limitation vient de ce qu’il faut donner très rapidement une poussée supérieure à la masse soulevée et pour atteindre la puissance nécessaire il faut consommer énormément d’énergie. Par exemple pour soulever un vaisseau de 4400 tonnes comme le BFR d’Elon Musk (chargé d’ergols) et le placer en orbite terrestre « de parking », il faudra avec un lanceur (« 1er étage ») exercer une poussée initiale de 5400 tonnes (pour référence la masse de la Tour Eiffel est de 10.100 tonnes). Une fois la poussée effectuée, le réservoir du lanceur sera presque vide et il redescendra sur Terre, ne laissant en orbite que les 180 tonnes « sèches » du vaisseau (les réservoirs du vaisseau seront remplis ensuite à nouveau par une succession de quatre vols avitailleurs).

Capter et utiliser l’énergie est difficile. L’homme s’y emploie depuis l’aube des temps. Les progrès récents nous ouvrent des perspectives extraordinaires. Ne nous refusons pas le plaisir de saisir les opportunités qu’elles nous permettent, et de rêver aux autres.

Image à la Une: BFR (“Big Falcon Rocket”, SpaceX) au sol. La taille du petit personnage en dessous à droite, donne l’échelle ! Le lanceur fait 58 mètres, le vaisseau 48 mètres, le diamètre 9 mètres, le total 106 mètres. L’essentiel de la longueur du lanceur correspond au réservoir. 

Image ci-dessous: vue des moteurs du BFR, à droite les 31 moteurs Raptor du lanceur; à gauche les 4+2 moteurs du vaisseau spatial :

Image ci-dessous: vue d’artiste d’une voile Solaire conçue par le « In-Space Propulsion Technology Office » du « Marshall Space Flight Center » de la NASA, à Huntsville (Alabama). Le programme de cet office est conduit par le Centre Marshall pour le compte du « Science Mission Directorate » de la NASA.