Notre première étude s’était attachée à examiner les limites du concept « Tout-en-Un », c’est-à-dire d’un Mars Colonization Transport comprenant un seul lancement et un seul vaisseau navette, le tout entièrement réutilisable. Nos résultats, tout en permettant de conclure à la possibilité théorique de ce concept radical et d’en donner une illustration, nous ont aussi conduits à le considérer irréaliste, du fait de la taille du lanceur nécessaire (13500 T au décollage, 20 m de diamètre à la base…).

Dans cette reprise de l’étude, nous abandonnons donc cette architecture et nous intéressons à celle qui paraît le moins accroître la complexité et les coûts opérationnels, à savoir celle d’un lancement double, schéma vers lequel SpaceX pourrait s’orienter.

Illustration de l’opération de ravitaillement en propergol de la navette en partance pour la Terre. L’ensemble des deux vaisseaux accouplés est mis en rotation pour aider au positionnement des ergols dans les réservoirs.

1. Principe de lancement

Dans cette nouvelle approche, le premier lanceur placerait en orbite de parking, en mode automatique, une navette ravitailleur. La navette interplanétaire viendrait ensuite accomplir un rendez-vous avec elle afin de compléter ses pleins au niveau des besoins pour l’ensemble des manœuvres du trajet aller. Une procédure analogue devrait être mise en œuvre pour le retour, en particulier du fait que nous nous imposerons un retour « non différé » pour respecter le cycle opérationnel minimal de 26 mois. Pour des raisons de coût de développement et de flexibilité opérationnelle, les deux configurations de vaisseaux utiliseraient le même lanceur, ne présentant elles-mêmes de différences qu’en termes d’équipements internes et de systèmes propres à l’emport des passagers (enceinte pressurisée, système de secours, support vie). Mais tout le reste serait identique (dimensions, forme, structures, propulsion, guidage, etc.).

Le transfert d’ergols cryogéniques en microgravité n’a jamais été développé. On peut imaginer par exemple d’amarrer les deux vaisseaux bout à bout, tête-bêche, par l’arrière (si les moteurs ne sont pas axiaux) et de créer une gravité artificielle en faisant tourner l’ensemble autour d’un axe perpendiculaire. Cette gravité centrifuge permettrait de plaquer les ergols en fond de réservoirs et de créer une pression statique favorable au bon fonctionnement d’une pompe de transfert. Par exemple, si l’éloignement du lieu de puisage au centre de gravité commun est de 15 m, une rotation à 3 tours par minute, parfaitement tolérable pour les passagers, permettrait de créer environ 0,15 g et une pression statique de 15 mbar/m de « hauteur » à cet endroit. Ce mode de ravitaillement serait également à mettre en œuvre en orbite martienne pour le retour, comme nous le verrons.

Concernant le choix de la trajectoire (aller), faute de constater que la formule à deux lancements apporte un gain considérable de performances, on reste dans l’hypothèse d’un transfert en mode économique (de Hohmann), de préférence à la trajectoire dite de « libre retour », nettement plus coûteuse en masse de propergol. Cette option est néanmoins très discutable, tant il est vrai qu’une durée de voyage rallongée de 50% (8 à 9 mois au lieu de 6) présente de sérieux inconvénients, en particulier en matière de niveau d’épreuve psychologique que va représenter la cohabitation des passagers dans un espace clos et restreint (on vise 10 à 15 m³ par personne). Une version « première classe », plus rapide, serait à évaluer et à comparer. On verra qu’une propulsion électrique auxiliaire pourrait s’avérer utile à cette fin.

Quelle devrait être la performance en LEO du lanceur correspondant, et quelle capacité d’emport d’ergols faut-il prévoir pour les navettes dans leurs deux versions ? Pour le déterminer, il faut en premier lieu définir les modalités du retour.

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