2020, une année de départ vers Mars pour une volée de nouveaux robots d’exploration

Comme tous les 26 mois, cycle imposé par la mécanique céleste, les Terriens vont envoyer vers Mars une nouvelle « volée » de robots explorateurs. Ils partiront entre le 17 juillet et le 5 août et arriveront quelques 9 mois plus tard dans le voisinage de Mars. Cette fois ci les missions sont originaires des Etats-Unis, des pays membres de l’ESA avec un lanceur russe, de la Chine et des Emirats Arabes Unis avec un lanceur japonais.

Toutes n’ont pas les mêmes chances de succès, c’est-à-dire de mise en orbite autour de Mars et surtout d’atterrissage à sa surface. En réalité seuls les Etats-Unis ont démontré leur capacité aussi bien à la mise en orbite qu’à la descente en surface, c’est-à-dire à effectuer avec succès la difficile succession de manœuvres de l’« EDL » (« Entry, Descent, Landing ») et il a quand même fallu un peu de temps pour effectuer cette démonstration. C’est pour cela que les statistiques sur expériences passées qui prétendent prouver les faibles chances d’atterrir avec succès sur Mars sans se référer à l’identité du lanceur ni à la période de lancement, n’ont aucun sens, et elles en ont d’autant moins si on prend en compte toute la série des tentatives. Tous pays du monde confondus, il y a eu 54 lancements pour Mars depuis 1960 dont 11 pour « flyby » et « assistance gravitationnelle » (survols simples et survols pour aller plus loin que Mars), 25 pour mise en orbite et 18 pour atterrissage. Les Américains ont effectué 23 lancements, ils ont échoué 5 fois mais la dernière c’était il y a très longtemps, en 1999, avec Mars Polar Lander et sur les 5, ils n’ont échoué qu’une seule fois à se poser (le même Mars Polar Lander). Il n’y a eu aucun autre échec depuis cette date (10 lancements réussis en série). Les Russes par contre ont effectué 22 lancements, ils ont échoué 19 fois et n’ont réussi que 3 opérations dont un flyby, une seule mise en orbite (pour la mission MarsExpress de l’ESA, en utilisant leur lanceur Soyouz) et aucun atterrissage. Les Européens n’ont réussi, seuls (avec leur lanceur Ariane 5G+), qu’une opération, la mise en orbite de la première partie de la mission ExoMars (Trace Gas Orbiter) en 2016 tandis que la partie atterrissage (Schiaparelli) a échoué. L’autre opération, Mars Express, a (comme dit plus haut) été réalisée avec un lanceur russe. Le Japon a tenté et échoué une fois, l’Inde a tenté et réussi un fois (mise en orbite de Mangalyaan). Enfin on ne peut compter dans les mêmes statistiques les tentatives des années 1960 et celles d’aujourd’hui. Les technologies ont évolué et les Américains ont appris très vite à faire ce qu’ils ne savaient pas faire, pour la bonne raison qu’ils n’avaient pas essayé !

Toutes les missions 2020 n’ont pas le même potentiel scientifique.

Les Emirats Arabes Unis, avec la « Hope Mars Mission », envoie un « démonstrateur technologique », c’est-à-dire qu’ils veulent montrer qu’ils sont capables de participer à une mission pour aller jusqu’à l’orbite de Mars et y déployer des instruments scientifiques. Il s’agit « simplement » d’envoyer, de placer et d’utiliser un orbiteur (satellite) ; pas question de tenter de descendre au sol pour une première mission. Officiellement Hope (ou « al-Amal ») va étudier l’atmosphère et le climat au sol avec deux spectromètres, l’un opérant dans l’infrarouge pour mesurer la variabilité de la thermosphère et les pertes d’hydrogène et d’oxygène, l’autre dans l’ultraviolet pour étudier, dans l’atmosphère moyenne et basse, les températures, la vapeur d’eau et les variations de teneur en poussière. Le lanceur japonais, H-IIA de Mitsubishi est un lanceur fiable qui a propulsé de nombreuses missions dont quelques-unes dans l’espace profond. L’opération, mineure sur le plan scientifique, a donc de bonnes chances de succès.

La Chine veut lancer un orbiteur et un atterrisseur « Mars Global Remote Sensing Orbiter and Small Rover », mission plutôt connue comme « Huoxing-1 » ou « HX-1 ». C’est aussi une première puisque jusqu’à présent ce pays n’a lancé que vers la Lune. Au-delà de la démonstration ingénieuriale et politique, l’objet sera la recherche de traces passées ou présentes de vie et l’« évaluation de la surface et de l’environnement de la planète », expression plutôt vague qui annonce un travail de cartographie géologique. La mission devrait aussi préparer un retour d’échantillons sur Terre. Bien sûr le vecteur sera chinois, une fusée « Long March 5 » ou « Changzheng 5 » ou « CZ-5 » ; lanceur lourd dont le « track-record » est extrêmement faible ; seulement une seule opération menée à bien sur trois tentées, le placement d’un satellite sur une orbite géostationnaire. On peut donc craindre un échec.

Les deux missions les plus sérieuses sont les missions européennes et américaines. La mission européenne ExoMars qui doit déposer au sol le rover Rosalind Franklin est évidemment la moins certaine puisqu’elle suppose le succès d’une technique d’atterrissage jamais maîtrisée par l’ESA et c’est d’autant plus inquiétant que ce n’est pas faute d’avoir essayé : le test qui devait être mené avec l’atterrisseur Schiaparelli en 2016 (avec la première partie de la mission ExoMars) a échoué.

Les équipements du rover qui doit être déposé sur Mars sont ambitieux et j’aimerais vraiment qu’ils puissent fonctionner car la mission est passionnante et très bien préparée sur le plan scientifique. Il s’agit aussi de rechercher la vie, passée ou présente. A noter à ce propos que la britannique Rosalind Franklin, docteure en physico-chimie décédée en 1958, a participé « de manière déterminante » à la découverte de la structure de l’ADN (ce qui n’a pas empêché ses collègues masculins de l’« oublier » lorsqu’en 1962 ils ont reçu le prix Nobel pour cette découverte !). Le rover disposera d’un foret et de neuf instruments d’analyse. Le foret doit pouvoir atteindre une profondeur de 2 mètres. A ce niveau, les radiations spatiales sont fortement atténuées et il peut y avoir plus d’humidité (provenant de glace d’eau chargée en sels et non sublimée du fait de la protection du sol) donc évidemment de la vie (si elle existe !) ou des traces d’évolution vers la vie (« prébiotiques ») ce qui à mon avis est plus vraisemblable. Les échantillons prélevés par le foret seront examinés à l’intérieur du rover par divers dispositifs embarqués. Toutes les opérations du rover seront photographiées avec des caméras d’une précision inégalées pour donner le contexte et permettre de voir les échantillons prélevés avant de les traiter à l’intérieur du rover. Les instruments sont très cohérents et complets pour leur objectif : PanCam (Panoramic Camera), deux caméras grand angle (les yeux du rover) et une caméra à haute résolution, avec téléobjectif, pour l’appréhension et la cartographie digitale du terrain (les trois sont situées dans la « tête », au bout du mât du rover) ; ISEM (Infrared Spectrometer for ExoMars) pour évaluer à distance la composition minéralogique des cibles identifiées via PanCam (situé également dans la tête du rover) ; WISDOM (Water Ice and Subsurface Deposit Observation on Mars), un radar pour caractériser la stratigraphie dans l’environnement immédiat du rover ; WISDOM sera utilisé avec ADRON-RM, un détecteur de neutrons, pour donner des informations sur le contenu en eau (hydrogène) du sous-sol et orientera donc le choix des forages pour collecte d’échantillons ; Ma_MISS (Mars Multispectral Imager for Subsurface Studies), un spectromètre situé à l’intérieur du foret et qui va étudier la minéralogie environnante en éclairant la paroi du forage au fur et à mesure de la descente (c’est lui qui va faire la première étude des échantillons potentiels, avant prélèvement et transmission au laboratoire embarqué) ; CLUPI (Close Up Imager)*, une caméra pour acquérir des images en couleurs, à haute résolution, des cibles approchées, des rejets de forage et des échantillons prélevés (comme la caméra CASSiS de l’orbiteur TGO, « CLUPI » pourra utiliser plusieurs angles d’inclinaisons successifs, restituant au mieux les volumes et permettant de mieux interpréter ce qu’on voit) ; MicrOmega, un spectromètre imageur infrarouge (résolution de 20 x 20 µm par pixel) qui va étudier la minéralogie des échantillons prélevés ; RSL, un spectromètre laser Raman qui doit étudier les roches à distance ; il va en dire la composition minéralogique et identifier les composants organiques ; MOMA (Mars Organic Molecule Analyser), un chromatographe en phase gazeuse (il y en a un aussi dans le laboratoire embarqué SAM de Curiosity) ; il examinera les éventuels biomarqueurs qu’il pourrait trouver, pour répondre aux questions relatives à l’origine, l’évolution et la distribution de la vie sur Mars.

* petit salut « en passant » à mon ami Jean-Luc Josset et son équipe du Space Exploration Institute – Space-X – de Neuchâtel, qui l’ont conçue ainsi que la caméra grand angle de PanCam. Jean-Luc Josset est PI de CLUPI et co-PI de PanCam.

Le rover Mars 2020 de la NASA est, à mon avis, relativement moins intéressant. Il est la suite de Curiosity et a pour objet de rechercher aussi les traces de vie passée (Curiosity cherchait à savoir si Mars avait été habitable, ce qui n’est pas la même chose), de préparer un futur retour d’échantillons et de préparer la venue de l’homme sur Mars. Il comprend 7 instruments qui sont pour plusieurs d’entre eux des améliorations de ceux qui équipent aujourd’hui Curiosity. Le Mastcam-Z est une caméra panoramique et stéréoscopique avec une forte capacité de zoom. Ce sera les yeux du rover et elle aura un rôle à jouer dans l’identification minéralogique. MEDA (Mars Environmental Dynamics Analyzer) est un ensemble de capteurs qui donneront toutes indications sur le temps qu’il fait (y compris le contenu en poussière de l’atmosphère et la taille des particules). MOXIE (Mars Oxygen ISRU Experiment) est un instrument qui doit tester la possibilité de produire de l’Oxygène à partir de du dioxyde de carbone de l’atmosphère martienne (une des recommandations faite par Robert Zubrin dans les années 1990). PIXL (Planetary Instrument for X-Ray Lithochemistry) est un spectromètre à fluorescence de rayons X avec un imageur à haute résolution pour déterminer la composition des roches de surface. Le but est de permettre une analyse chimique plus fine que précédemment. RIMFAX (Radar Imager for Mars’ Subsurface Experiment) est un radar qui doit permettre de déterminer la structure géologique du sol à l’échelle du centimètre (jusqu’à une profondeur d’une dizaine de mètres). SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence of Organics & Chemicals) est un spectromètre qui doit déterminer la minéralogie à petite échelle et détecter les composés organiques. SuperCam est une sorte de ChemCam (embarquée sur Curiosity) améliorée. L’instrument pourra détecter à distance la présence de composés organiques dans le régolithe ou les roches.

En plus de ces instruments, le rover disposera, comme son prédécesseur, d’un bras robotique avec un foret capable de prélever des échantillons qui seront soit analysés sur place, soit préservés dans une « cache » en attendant une mission de retour d’échantillons fin des années 20 ou début des années 30 (c’est loin et c’est vraiment frustrant !). Les prélèvements resteront très superficiels (le foret prévu n’est pas celui de Rosalind Franklin !). Enfin la mission débarquera un petit hélicoptère pour tester la possibilité d’utiliser ce type de véhicule dans les explorations futures. C’est intéressant car il est vrai que l’exploration martienne souffre de devoir se faire avec un rover qui roule sur un sol par définition non préparé à la circulation des véhicules à roues. On a vu que Spirit est mort d’avoir pénétré dans des sables mouvants et que les roues de Curiosity ont très vite été très abimées et qu’il ne peut aller « partout ». Il est impossible d’aller observer/analyser un site intéressant même à quelques mètres s’il est inaccessible au rover et hors de portée de sa ChemCam. Ceci dit ce premier hélicoptère n’aura qu’une autonomie très limitée et n’embarquera qu’une caméra. Espérons qu’il vole!

Ces missions vont s’ajouter à celles qui sont encore en cours. D’abord les orbiteur de l’ESA, ExoMars-TGO, « en pleine forme » (fin de mission prévue en 2022), et Mars Express qui continuera ses observations jusqu’à fin 2020 ; puis les orbiteurs de la NASA, MRO, le Mars-Reconnaissance-Orbiter avec sa camera HiRISE qui nous donne toujours des photos d’une précision extraordinaire (résolution jusqu’à 0,3 mètre par pixel) et qui a été prolongé, le vieux 2001-Mars-Odyssey qui a suffisamment d’énergie pour fonctionner jusqu’en 2025 et MAVEN qui a terminé sa mission mais communique encore, sans oublier en orbite le démonstrateur Mangalyiaan de l’Inde, et au sol le rover Curiosity au sol ainsi que la sonde InSight qui continue à faire de la sismographie. MRO, Mars Odyssey, MAVEN et MarsExpress serviront de relais aux nouveaux rovers pour les télécommunications vers la Terre

L’exploration de Mars continue donc. Le thème de la vie est vraiment ce qui caractérise la génération des missions 2020. Nous pouvons espérer de nouvelles informations passionnantes et de toute façon une meilleure connaissance de cette planète, la plus semblable à la Terre et la seule sur laquelle on puisse envisager d’aller physiquement avec les technologies d’aujourd’hui et où j’espère on finira par aller un jour pas trop éloigné. La lente progression qu’a entrepris la NASA vers cet objectif (années 2040 ?) pourrait être, heureusement, accélérée par Elon Musk qui veut mener une première expédition habitée en 2024 (mais si cette date était reculée à 2026, ce ne serait pas trop grave). Espérons qu’il pourra finaliser son lanceur SuperHeavy et son vaisseau Starship et que les tenants de la protection planétaire ne lui mettront pas des bâtons dans les roues en empêchant son décollage ou plutôt son atterrissage sur Mars ! En attendant je vous souhaite, chers lecteurs, un bon début d’année.

Illustration : lancement par un Atlas 5-541 (développé par ULA pour l’armée de l’air américaine depuis 1997) le 26 novembre 2011 de la mission MSL (Curiosity). Crédit ULA (United Launch Alliance = Boeing et Lockheed Martin). Le lancement de Mars-2020 utilisera aussi un Atlas 5-541.

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Index L’appel de Mars 19 12 21

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.

21 réponses à “2020, une année de départ vers Mars pour une volée de nouveaux robots d’exploration

  1. j’espère qu’on trouvera des rover qui se déplacent plus vite qu’un escargot comme ceux qui roulent encore sur la planète rouge ! Mais ne comptez pas sur des découvertes extraordinaires au sujet de la vie passée : il y avait peut-être de l’eau à l’état liquide et même des fleuves, mais rien ne laisse à penser que la vie se soit émancipée avant de disparaitre définitivement .
    Quant aux futures colonies, de grands doutes surgissent quand j’entends les témoignages d’astronautes ayant passé des mois dans l’ISS et leurs difficultés physiologiques autant que psychologiques , par exemple la remarque de Thomas Pesquet déclarant que sans l’organisation des journées de 12 heures, il lui aurait été difficile de supporter la mission et pendant le voyage vers Mars, il n’y aurait presque rien à faire …
    Et d’ajouter que les expériences intimes entre hommes et femmes n’ont jamais été envisagées !!!
    Personne ne peut en effet s’imaginer être baigné dans le vide intersidéral pendant des mois sans voir aucune planète , seulement quelques points brillants dans un champ d’étoiles et attendre la fin de cet interminable voyage en se tournant les pouces , sans conversation interactive avec ses vieux amis …
    Tous ont relaté les flash brillants dans leur tête dus aux rayons cosmiques et le risque encouru au delà de l’orbite terrestre … sans possibilité de revenir rapidement …
    Un Russe faisait passer des enregistrements des sons naturels de notre planète , ce qui montre notre attachement fondamental à notre environnement d’origine, difficile de s’en passer …
    Les difficultés techniques ne sont pas encore complètement résolues, mais celles liées aux rapports humains n’ont encore jamais été abordées …
    Bref, s’amuser à y envoyer des robots ou y placer des êtres humains ne situe pas dans la même dimension intellectuelle …

    1. Cher Monsieur Giot,
      Les réactions que vous exprimez sont fréquentes mais personnellement je ne les ressens pas du tout et je pense qu’un nombre non négligeable d’êtres humains sont comme moi. Je n’envisage pas de “m’ennuyer”, surtout dans la perspective d’arriver ou de revenir de Mars et vivre une expérience comme ce voyage serait suffisant pour stimuler mon imagination et mes réflexions.

      1. “Les voyages, c’est bien utile, ça stimule l’imagination” – L. F. Céline

        “Les voyages… petits vertiges pour couillons” – (le même)

        “Je hais les voyages et les explorateurs” – Claude Lévi-Strauss

        1. Je ne vois pas l’intérêt de vos citations, si ce n’est pour faire montre de vos connaissances littéraires…ce qui apporte vraiment peu de choses à la réflexion à laquelle on peut se livrer.
          Autrement dit je me moque totalement de ce que LF Céline pouvait penser des voyages et je suis certes un peu étonné de la citation de Claude Levy Strauss. Ce que dit ce dernier peut cependant avoir une signification. Ce doit être une réaction aux dégâts causés aux cultures amérindiennes par l’arrivée puis la progression des Européens dans la forêt amazonienne, ce que je comprends et partage. Le voyage dans l’espace et en particulier vers Mars ne peut cependant être assimilé à une entreprise de destruction. Il ne faut pas oublier que l’espace profond est tellement immense pour ne pas dire « infini » et qu’il est impossible que nous puissions le polluer, ce qui n’est évidemment pas le cas de notre monde fini. Quant à Mars on peut envisager une installation raisonnable dont les limites seront de toute façon imposées par la rigueur de l’environnement. Le « voyage » dans ce contexte ne peut qu’apporter un progrès de la Connaissance et pour moi et beaucoup d’autres “ça le vaut bien”, quoi qu’ait dit LF Céline dont la citation me semble ici tout à fait hors de propos.

          1. Bien sûr, les propos de Céline ne sont à prendre que pour ce qu’ils sont: des mots, dont on est libre de faire ce qu’on veut. Le langage n’a-t-il pas ses lois propres? Et dans quel domaine, sinon celui de la science, a-t-il plus d’importance?

            La citation de C. Lévi-Strauss est la célèbre phrase-amorce de “Tristes Tropiques”, où il est en effet question des dégâts causés aux cultures amérindiennes par l’arrivée des Européens. Il serait donc absurde de comparer celle-ci avec l’exploration de l’espace profond.

            En revanche, si l’intérêt que le “voyage” dans l’espace ne peut qu’apporter un progrès de la Connaissance, encore faut-il pouvoir le démontrer. Or, n’est-on pas en droit de se demander si les sommes dépensées jusqu’ici à cette fin, et que seuls des états peuvent investir (les Elon Musk sont encore l’exception), le sont aux seules fins de la recherche désintéressée de la connaissance (avec ou sans grand “C”)? A cet égard, l’illustration en tête de votre article montrant le lancement d’un “Atlas 5-541” développé pour l’armée américaine par United Launch Alliance dont les partenaires, Boeing et Lockheed Martin, n’ont pas la réputation d’être des oeuvres à but non lucratif, ne parle-t-elle pas par elle-même?

          2. Bien noté et compris votre réponse. Je répondrai que pour moi il est indubitable et prouvé (ne serait-ce que le retour d’échantillons lunaires) que le voyage dans l’Espace est source d’amélioration de la Connaissance. Par ailleurs, contrairement apparemment à vous je ne vois rien de négatif à ce que de grandes entreprises utilisent leurs moyens financiers pour faire progresser l’humanité “sur la voie des étoiles”. Et si elles en retirent un surcroît de réputation et même de retour “sonnant et trébuchant” sur investissement, ce sera tant mieux pour elles et tant mieux pour nous car je crois profondément à l’intérêt particulier (personnes ou entreprises) comme motivation et moteur pour l’action (et gage de pérennité de l’action). Je crois aussi que le vrai moteur de la conquête spatiale seront des personnes physiques comme Elon Musk. Elles ont moins de moyens financiers que les Etats mais leur prise de décisions est plus facile et leur constance dans la poursuite d’une vision est plus grande.

  2. Le fait que les rovers martiens se déplacent “comme des escargots” montre précisément les limites de l’exploration robotique de la planète rouge. Ils ne peuvent se déplacer plus vite, non pas parce que les “autoroutes” manquent sur Mars (même si c’est aussi le cas bien sûr 🙂 ), mais essentiellement parce qu’ils ne peuvent pas être télécommandés depuis la Terre en raison du temps mis par le signaux pour parcourir la distance Terre-Mars; il leur faut donc avancer très prudemment.
    En ce qui concerne les problèmes que vous évoquez pendant le trajet entre les deux planètes, il est vrai que l’on manque d’expérience sur les aspects psychologiques d’une coupure de toute liaison directe (visuelle et par radio-transmission) avec notre bonne vieille planète. J’ai d’ailleurs souvent préconisé pour cela d’établir une base permettant un séjour de longue durée sur la face cachée de la Lune (coupure visuelle et délai dans les transmissions pouvant être artificiellement recréé en passant par un satellite-relai lunaire). Cette base pouvant d’ailleurs être un site idéal pour l’observation astronomique de l’univers qui nous entoure. Il ne faut pas néanmoins avoir une vision trop pessimiste des problèmes à surmonter; d’une part il est tout-à-fait possible de prévoir un programme d’occupation suffisamment intensif pour que les astronautes ne s’ennuient pas pendant le voyage; d’autre part, il faudrait évidemment prévoir la création d’une gravité artificielle pour éviter les difficultés rencontrées par les cosmonautes ayant fait de longs séjours dans l’ISS. Rien de tout cela ne semble être rédhibitoire pour une mission vers, et sur, la planète rouge.

  3. Pour commencer, bonne année à tous.

    Je trouve que le facteur humain est un peu trop monté en épingle, sans doute par ignorance des réalités actuelles sur notre planète: les sous-mariniers passent environ 10 semaines (marine française, https://www.letelegramme.fr/france/sous-mariniers-70-jours-sans-voir-la-terre-28-06-2016-11125923.php) sans aucun contact avec l’extérieur du fait du secret de leur mission dans un caisson sans aucun fenêtre et avec la connaissance d’être dans un élément qui n’est pas amical pour l’homme (les profondeurs marines ne sont un lieu de villégiature pour l’homme. Je souligne que si un sous-marin est composé d’un équipage nombreux, le manque de place conduit à l’utilisation de la couchette chaude: une couchette est partagée par plusieurs sous-mariniers qui travaillent dans des quarts différents.

    10 semaines représentent un tiers du temps prévu pour le voyage Terre-Mars. Prétendre que multiplier par 3 la durée de l’isolement conduit à des drames humains me paraît bien prétentieux.

    Autre exemple: le personnel des stations polaires qui assurent l’entretien des bases polaires durant l’hiver. Ces personnes passent une année loin de la civilisation, dont 6 mois dans l’obscurité complète (https://www.institut-polaire.fr/ipev/recrutement/). Le degré d’assistance externe est réduit à néant pendant plusieurs semaines voire mois à cause de vents qui empêchent tout avion d’atterrir.

    Bref, le recrutement des astronautes pour Mars devra sélectionner les bonnes personnes qui doivent présentées des caractères particuliers, loin de ceux d’un Thomas Pesquet, mais cela n’est absolument pas impossible au vue du nombre de sous-mariniers ou de personnes ayant effectuées un séjour hivernale dans une station polaire.

    Ensuite prétendre qu’il n’y a rien à faire durant un transit terre- Mars. c’est ignorer le travail des astronautes: il y a toujours des contrôles à faire (seule garantie de trouver les défauts des équipements avant que ceux-ci ne tombent en panne), de la maintenance, et la préparation de la mission en surface (révision des différentes étapes d’arrivée sur Mars, des procédures d’atterrissage, des procédures d’urgence, révision des plannings des opérations en surface,…).

    Juste pour donner un exemple: pour passer un permis de conduire, combien de répétition de parcage latéral, marche arrière pour un examen qui dure quelques heures ? Qui peut affirmer que l’on va attendre le moment de l’atterrissage pour réviser les procédures ? De plus, on sait que la micro-gravité réduit les capacités physiques, un entraînement physique quotidien de plusieurs heures sera sans doute la norme pour maintenir autant que possible ces capacités au maximum possible.

    Bref, les hommes et femmes qui iront sur Mars auront un profil particulier, sans doute différent de celui des astronautes que l’on a l’habitude de voir actuellement.

    Quant à l’évocation des relations hommes-femmes en milieu spatiales, il n’y a que les Américains avec leur puritanisme légendaire pour éviter d’en parler (https://fr.wikipedia.org/wiki/Sexualit%C3%A9_dans_l%27espace). Les Russes ont déjà une solution est appliquée actuellement: les femmes cosmonautes reçoivent dans leur équipement la pilule contraceptive.

  4. Ces menus appétissants de l’astronautique martienne pour l’année 2020 sont vraiment copieux !
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    J’en retiendrai ici l’expérience MOXIE (Mars OXygen In situ resource utilization Experiment, pour être complet) qui sera une démonstration de la faisabilité de la préparation de dioxygène (O2) à partir du dioxyde de carbone (CO2) tiré de l’atmosphère martienne, selon l’équation chimique élémentaire très simple : 2 CO2 —> 2 CO + O2. Rappelons que l’atmosphère martienne est quasiment dépourvue de dioxygène (moins de 0,15%) et est à environ 96% composée de CO2. Mais la densité, ou mieux, la masse volumique de cette atmosphère martienne est très ténue, seulement quelque 20 g/m^3 (grammes par mètre cube) au niveau du sol (à comparer à nos 1,2 kg/m^3 terrestres, dont 21% de dioxygène, 78% de diazote, 1% de gaz rares et 0,04% de dioxyde de carbone) ; cette faible densité correspond à ce que nous avons ici à environ 35 km d’altitude.
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    Lors de la respiration, l’air expiré ne contient plus que 17% de dioxygène, à côté de maintenant 4% de CO2 (soit 100 fois plus que dans l’atmosphère !) et toujours 78% de diazote et 1% de gaz rares. Rappelons que notre débit sanguin est de 4,5 L par minute, soit un volume d’environ 4,5 kg de sang qui contient 35%, soit 1,5 kg d’hémoglobine, dont 95% est sous la forme d’oxyhémoglobine. Ces 1,45 kg d’oxyhémoglobine transportent 1,5 g de dioxygène (soit une capacité de fixation d’un milligramme de dioxygène par gramme d’hémoglobine). Donc un adulte a besoin de 1,5 g de dioxygène par minute, soit 90 g par heure et 2,16 kg par jour. Il faudra, pour préparer ce dioxygène sur Mars selon l’équation chimique ci-dessus, traiter 225 m^3 d’air martien par jour et par personne (NB : il faut deux molécules de CO2 pour former une molécule de O2). Le procédé MOXIE est un analogue (*) de l’électrolyse de l’eau (qui, elle, donne du dihydrogène et du dioxygène), mais ici l’autre composé chimique est le très dangereux monoxyde de carbone (CO) qui est un poison pour le sang, analogue au dangereux ion cyanure (CN-). Ces deux composés ont la même terrible propriété de se fixer très solidement à l’hémoglobine et par là d’empêcher irréversiblement la fixation du dioxygène, ce qui entraîne une anoxie mortelle. Il s’agira donc de soigneusement séparer ce monoxyde de carbone du dioxygène qui devra en être totalement dépourvu pour être respirable.
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    MOXIE est un prototype à petite échelle de 1%, ayant un volume de 18 dm^3 et une masse de 15 kg, consommant 300 watts, qui devrait arriver à produire entre au moins 10 g et jusqu’à 22 g de dioxygène par heure, avec une pureté de 99,6% (encore insuffisante) et cela durant au moins 50 jours martiens. La future machine à 100% de taille, qui, en cas de succès de MOXIE, sera déposée lors d’une prochaine mission sur Mars pour produire en grand du dioxygène, aura 1,8 m^3 et 1,5 tonne, consommant 30 kW, et pourra produire 2,2 kg de dioxygène par heure, ou 53 kg par jour, donc de quoi permettre à environ 24 personnes de respirer. Mais cela demandera de traiter plus de 5’400 m^3 d’air martien (de très faible densité, rappelons-le) par jour ! La source de courant sera un RTG (générateur thermoélectrique à radioisotope). La machine alimentera un réservoir que les premiers « martionautes » trouveraient plein en arrivant.
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    (*) La base du procédé est une sorte de cellule à électrolyse mais à l’état solide, dite pile à combustible à oxyde solide (SOFC), alimentée par du courant continu et fonctionnant à haute température (800 à 1’000 °C), qui comprend un électrolyte solide en céramique composite frittée, dite YSZ, soit explicitement, de la zircone (oxyde de zirconium, ZrO2) stabilisée par de l’oxyde d’yttrium, Y2O3.

    1. Correction et complément :
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      Le système ISRU complet (“In-Situ Resource Utilization System Mass”) prévu sera formé de trois sous-systèmes : un système d’acquisition atmosphérique de 492,12 kg (consommant 17,86 kW), un système de production d’oxygène de 38,80 kg (consommant 2,59 kW) et un système de liquéfaction de 34,60 kg (consommant 3,26 kW). L’ensemble fera 565,52 kg, aura un volume de 0,86 m^3 et demandera une puissance totale de 23,71 kW, selon le document “Human Exploration of Mars – Design Reference Architecture 5.0 – DRA 5” de 2009. On voit que la consommation énergétique majoritaire sera celle de l’extraction du CO2 tiré de l’atmosphère ténue de Mars.
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      Le document que cite, ci-dessous, le commentateur CRERAT, “Addendum 2” de 2014, précise par contre ceci : (), ce qui ferait une masse totale de seulement 493,12 kg. Ces nouveaux chiffres de 2014 ne sont pas compatibles avec ceux de 2009, il semble y avoir peut-être confusion entre la partie et le tout.

      1. Voici la citation qui, de façon inexpliquée, a “sauté” entre les parenthèses ci-dessus :
        “The ISRU is comprised of three subsystems :
        1) Atmospheric Acquisition (299.12 kg),
        2) Consumables Generation (165.8 kg) and
        3) a liquefaction subsystem (28.20 kg)”
        (citation tirée de “Human Exploration of Mars Design Reference Architecture 5.0 Addendum #2”, 2014, p. 247).
        Il y aura bien sûr deux tels systèmes ISRU pour assurer une prudente redondance !
        À noter encore que la NASA, dans ce même document (p. 406), estime à seulement 0,82 kg les besoins en dioxygène par personne et par jour ; ce qui nous paraît insuffisant, en regard des 2,160 kg calculés ci-dessus. Le chiffre de la NASA correspondrait à un besoin de 0,57 g de dioxygène par personne par minute, au lieu des 1,5 g nécessaires ! Étant donnés tous ces chiffres en désaccord, on se demande s’il n’y a pas un problème de conversion d’unités à la NASA. On se rappelle l’échec calamiteux, le 23 septembre 1999, de Mars Climat Orbiter, dû à la confusion (et au mélange) entre unités non-métriques et unités métriques !

        1. Quand on ne se fie plus qu’à cette langue inutile qu’est l’anglais (dixit Yves Velan), quoi de surprenant? Jusqu’à la fin du XIXe siècle, le français n’était-il pas la langue de la diplomatie et de la science? Depuis qu’il a été supplanté par ce qui n’est même plus du Wall Street english, mais du “globish”, le niveau d’analphabétisme va croissant.

          Même la communauté scientifique n’y échappe pas. Comme ancien rédacteur technique chargé d’éditer la copie d’ingénieurs en électrotechnique, et malgré toute l’estime, le respect et l’amitié que j’ai pour eux, je pourrais en parler d’expérience.

  5. Concernant le fond du billet, j’avoue ne pas partager l’enthousiasme de notre blogueur: les 2 missions prévues ne font pas rêver. L’américaine ne fait que du réchauffer, à croire que nos amis d’outre Atlantique devaient absolument envoyer un rover pour envoyer un rover. Même l’expérience de production d’oxygène n’est pas la plus intéressante, car l’expérience MOXIE utilise l’électrolyse en milieu solide, ce qui est une technologie qui demande à être validé sur une longue période (la haute température de fonctionnement de ce type d’appareil génère de forte contrainte mécanique due à la dilatation), or le test de production d’oxygène est prévu pour ne durer qu’une heure réparti sur plusieurs périodes. En clair, on a dépensé des millions de dollars pour envoyer un instrument qui ne garantira aucunement que l’on peut produire de manière sûre de l’oxygène durant plusieurs années, ce qui est nécessaire dans le cadre de l’exploration humaine de Mars.

    Quant à Exo Mars, on continue de faire de la science à l’aveugle: on va creuser à gauche à droite en espérant trouver des traces de vie.

    Je joue le cynique, mais si on veut être efficace, il faut viser un peu plus haut: des missions de test technologique devraient viser une durée qui couvre l’entier d’une année martienne pour pouvoir apporter la preuve de pouvoir résister à toutes les conditions martiennes, ou alors couvrir l’intégralité d’un besoin. Si on cherche à produire de l’oxygène, on doit aussi le stocker et le garder durant une longue période à l’état liquide, ce qui demande de mettre en place un stockage cryogénique.
    Et la recherche de vie devrait être faite par plusieurs voire des dizaines de rovers pour pouvoir être statistiquement réaliste (Exo Mars ne va tester que quelques centaines de mètres carrés de Mars et encore).

  6. @Pierre Brisson: J’ai passé mes vacances de fin d’année à lire le DRA 5 version 2014 de la NASA. Je suis dubitatif lorsque je lis que la NASA vise à envoyer des hommes sur Mars dans les années 2030 alors que la liste des développements techniques fournie par le document est très longue.

    A ma connaissance, le seul point où la NASA a progressé est le développement du réacteur Kilopower qui sera chargé de fournir le courant nécessaire pour la future exploration martienne.

    Savez-vous si la Mars Society ou si une personne proche du dossier martien fait une veille technologique permettant de visualiser l’avancement des recherches et autres développement en fonction des différents objectifs technologiques à atteindre pour permettre l’envoi d’hommes sur Mars ?

    A mon avis, cette initiative serait la bienvenue pour permettre de garder les pieds sur terre lorsque l’on parle d’envoyer des hommes sur Mars.

    1. James Bridenstine a récemment déclaré que l’atterrissage sur Mars d’une mission habitée pourrait se faire “by 2035”, en fonction de l’atterrissage sur la Lune en 2024 (voir ).
      Bien entendu cela suppose la finalisation du SLS par l’ULA dans un délai raisonnable et l’on sait que les difficultés ont été nombreuses. En parallèle Elon Musk développe plus rapidement son SuperHeavy + Starship. Il est impossible de dire davantage concernant ce projet tout à fait nouveau et les dates mentionnées ne sont que des probabilités qui dépendent de la réalisation satisfaisante de nombreuses étapes. Un échec à l’une ou l’autre de ces étapes peut bien entendu retarder l’ensemble du calendrier, comme on l’a vu avec l’explosion du prototype Mk-1 lors de sa pressurisation en Novembre 2019.
      Bien entendu nous suivons les deux projets avec attention et nous avons dans plusieurs de nos associations Mars Society (notamment Etats-Unis et France), des ingénieurs en astronautique tout à fait compétents pour en parler et diffuser auprès des autres l’état d’avancement des différentes technologies impliquées.

  7. Si je partage pleinement l’enthousiasme lié aux vols “automatiques” ou “robotisés” qui apporteront des informations précieuses sur cette planète et d’autres, je suis horripilé de lire que l’objectif final est de fouler le sol martien avec des humains. Ah quoi bon? Mise à part risquer la vie des personnes, c’est bien entendu l’ego démesuré de certains qu’on cherche à flatter et je trouve ça absurde.

    Ce projet est d’autant plus inutile qu’il est bien le seul que nous arriverions à faire car pour ce qui est des autres planètes ou satellites, c’est carrément mission impossible avec les lanceurs actuels ou moyens de propulsion classiques.

    Enfin, je trouve qu’on met beaucoup d’énergie et de moyens pour cet astre qui est intéressant mais dont on sait déjà qu’on ne tirera pas grand chose en terme de vie (peut être passée mais encore). A l’opposer, des satellites comme Europa ou Enceladus aurait bien plus à offrir aujourd’hui mais malheureusement, pas grand chose de prévu pour ces objets pourtant bien plus prometteurs que Mars.

    PS: dire qu’il serait réjouissant de faire ce voyage alors qu’il prendrait au minimum 6 mois pour l’aller et 6 mois pour le retour (si retour il y a) dans une boite de conserve de quelques m3, c’est un peu facile à dire devant son ordinateur, par 20 degrés et à quelques pas du frigo et de sa salle de bain 🙂

    1. Je comprends bien que les vols habités ne vous intéressent pas. C’est une question d’opinion mais pour nous qui rêvons d’établir un établissement humain sur une autre planète, il n’est pas question d’y renoncer si on peut techniquement et financièrement le faire et il me semble que c’est possible sur les deux plans, pourvu bien sûr que l’on puisse finaliser le MCT d’Elon Musk (SuperHeavy + Starship) ou le SLS.
      Quand à ce que vous pensez du prix que je donne à mon petit confort, vous ne me connaissez pas assez pour en parler et pour supposer que d’autres ne le supporteraient pas, en toute connaissance de cause.

      1. J’adore vos chroniques mais je réagissais à une remarque… je ne voulais pas porter un jugement sur votre confort et ce que vous seriez à même de supporter ou non. Je tenais simplement à préciser que peu d’humains savent ce que ça veut dire de rester 12 ou 18 mois dans un confinement extrême avec un petit hublot en guise d’unique vue…

        Pour ce qui est de créer une colonie sur une autre planète, le seul exercice pratique à cet objectif, c’est de s’entraîner à vivre dans un environnement hostile et ainsi, développer des techniques et technologies qui nous seront très utiles quand notre Terre sera devenue inhabitable… mais pour le moment, chaque centime et recherche dans ce sens devrait tout d’abord être réalisé sur Terre pour éviter ce funeste sort.

        Enfin, vu la trajectoire que l’humanité prend, la conquête d’autres mondes pour la survie de notre espèce pourrait être un “intérêt” mais à ce moment-là, il faudrait plutôt penser à l’échelle cellulaire et s’assurer que des robots prendront soins de nous le temps qu’on puisse “grandir” sur une planète hôte propice à notre espèce.

        1. L’éloignement de la Terre sera de 30 mois, soit deux fois six mois de voyage pendant lesquels effectivement le volume disponible pour chacun sera très réduit, plus 18 mois de séjour sur Mars dans des conditions très différentes puisqu’on pourra construire des habitats avec les ressources locales et les viabiliser.
          Pour ce qui est d’attendre pour s’engager dans ce projet d’établissement sur Mars, je ne suis pas du tout d’accord et je considère totalement irréaliste et contre-productif d’envisager de consacrer toutes nos ressources au “sauvetage” de la Terre.
          Pour ce qui est des robots. Je pense que la société martienne sera par nécessité extrêmement robotisée (peu de main d’oeuvre et milieu hostile).

          1. Dans son numéro de décembre 2019, vol. 62, no 12, la revue “Communication of the ACM” a publié un article intitulé “Robots Aim to Boost Astronaut Efficiency”. Cet article a pour sujet la multitude des assistants robotiques pour astronautes et les rovers en développement destinés à rendre l’exploration spatiale plus efficiente en ressources. Le contenu de la revue “Communication of the ACM” était protégé par le droit d’auteur, je ne peux malheureusement pas vous en fournir le lien direct, mais vous pouvez contacter la rédaction de la revue à l’adresse ‘acmhelp@acm.org pour l’achat éventuel de numéros isolés.

            J’espère ainsi m’être quelque peu disculpé de mes impertinences initiales…

            Amicalement vôtre.

          2. Merci pour le lien. Effectivement les astronautes qui iront sur Mars, reposeront beaucoup sur les robots. En fait les sorties à l’extérieur (“EVA”) seront limitées à ce que les robots ne peuvent faire tout seuls. L’intérêt pour l’homme d’aller sur Mars sera de pouvoir, à partir de la base, commander ses robots partout sur la planète, en direct, sans décalage de temps, ce qui est impossible à partir de la Terre (la lumière mettra toujours entre 3 et 24 minutes pour parcourir la distance pour aller jusqu’à Mars).
            Cette contrainte n’existe pas pour la Lune car la distance (385000 km en moyenne) n’est pas telle qu’elle empêche la commande en direct.

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