Mission SUPAERO à MDRS, mars 2023

Introduction        

La rotation de l’équipage 275 à Mars Desert Research Station (MDRS), de mi-février à mi-mars 2023, correspond à la dixième mission que des étudiants de l’ISAE-Supaero ont effectuée dans cette base de l’Utah.

Nous sommes très fiers des progrès réalisés entre l’équipage 151, où deux étudiants de Supaero ont rejoint un équipage existant, et aujourd’hui : un équipage entièrement géré par des étudiants, menant des recherches au cours d’une mission d’un mois à MDRS. Cette année, notre objectif était de nous concentrer sur des expériences à grande échelle sur les facteurs humains, des démonstrations technologiques ambitieuses et des campagnes de mesures en physique atmosphérique et en géologie.

Il est surprenant de s’habituer aussi vite à des choses extraordinaires. En arrivant à la station, nous étions face à notre rêve, face à ce pour quoi nous avions travaillé si dur. Au cours des dernières semaines, nous avons évité les tempêtes, vécu dans l’atmosphère de Mars, respecté ses règles, rencontré des obstacles, et parfois des événements défavorables. Il est difficile aujourd’hui de regarder en arrière et de voir ce que nous avons accompli : tout cela semble encore faire partie de notre quotidien, des opérations de routine, et les petits pas sur le chemin ne s’ajoutent pas encore au bond monumental que nous avons fait. Voici le résumé de nos activités.

1. Intelligence artificielle pour l’exploration spatiale

AI4U est un outil d’intelligence artificielle conçu par l’agence spatiale française pour assister les astronautes dans leurs tâches. AI4U dispose de trois fonctionnalités : un mode « relax », un mode « emergency » et un mode de récupération des données environnementales de tous les modules de la station (température, pression, humidité, luminosité, etc.). Le mode « relax » a bien fonctionné, et grâce à l’équipage qui l’a testé à tour de rôle, nous avons pu définir de nouvelles pistes d’amélioration intéressantes. Le mode urgence a été testé deux fois. Lors du premier test, nous avons eu des difficultés car l’IA a arrêté le protocole d’urgence au milieu de la simulation, mais nous avons réussi à terminer le protocole avec succès après une deuxième itération.

Une deuxième expérience avec le CNES a consisté à faire appel à l’intelligence artificielle pour aider les astronautes : EchoFinder. EchoFinder est une expérience menée en collaboration avec le CNES et le MEDES, consistant à tester un protocole permettant aux astronautes de réaliser des échographies sans formation préalable. Cette expérience a déjà été menée dans le passé par des équipages de Supaero. Cette année, l’objectif était de tester une nouvelle interface de réalité augmentée couplée à une IA de détection d’organes. Nous avons réalisé avec succès les 12 sessions prévues, chacune réalisée en binôme : les deux membres de l’équipage se relayaient pour réaliser l’échographie et être le sujet de l’expérience. Un membre d’équipage blessé n’a pas participé à l’expérience pendant la dernière semaine de la mission. Les autres membres d’équipage l’ont donc remplacé à tour de rôle. Nous avons rencontré plusieurs problèmes avec cette expérience une semaine après le début de notre rotation, principalement parce que notre matériel ne prenait pas très bien en charge le logiciel EchoFinder. Avec l’aide des chercheurs du CNES, notre ingénieur d’équipage a réussi à transférer le logiciel sur un appareil plus puissant, ce qui a rendu les 8 dernières sessions beaucoup plus faciles à réaliser. Après notre mission de 4 semaines, nous avons réussi à fournir aux chercheurs un ensemble complet de données, consistant en des rapports détaillés de chaque session d’échographie ainsi que des vidéos de chaque organe détecté pour chaque membre de l’équipage. Les chercheurs du CNES seront en mesure d’évaluer la précision de leur IA et la manière dont l’interface AR peut être améliorée.

2. Facteurs humains : KTHitecture

L’étude de l’impact de l’architecture d’une station spatiale interplanétaire sur la psychologie globale des astronautes est essentielle pour optimiser leurs performances.

Pour cette étude, nous avons déployé des capteurs de surveillance environnementale dans toute la station. Chaque capteur nous a fourni des informations sur la pression, la température, l’humidité et la luminance.

Nous avons également mis en place un système de positionnement intérieur pour suivre chaque membre de l’équipage à l’intérieur de MDRS. Nous avons connecté 10 « amers » répartis dans MDRS, consistant en des cartes électroniques restant au même endroit. Chaque membre de l’équipage portait une « étiquette », qui enregistrait sa distance par rapport aux amers toutes les 10 secondes.

Chaque membre de l’équipage a également porté une montre intelligente pendant la nuit, afin de surveiller son activité pendant le sommeil. Une ceinture thoracique a également été portée pendant la journée pour mesurer l’ECG, la fréquence cardiaque et les accélérations.

Les trois ensembles de données susmentionnés seront utilisés pour corréler le niveau de stress des astronautes à leur emplacement et aux conditions environnementales.

Pour mesurer les performances de l’équipage dans les différents modules, compte tenu des différents paramètres environnementaux et niveaux de confidentialité, tous les membres ont passé des tests psychométriques tout au long de la mission.

Enfin, nous avons utilisé des cartes en 3D des interactions entre les membres de l’équipage, générées par des questionnaires. Cela nous a permis de suivre la configuration actuelle de l’équipe, la configuration optimale de l’équipe, l’efficacité des communications, l’atmosphère et les performances de l’équipe, etc. Nous avons observé que l’évolution était corrélée aux problèmes internes rencontrés et aux amitiés nouées au cours de la mission.

3. Campagne de mesures atmosphériques

Cette année, la campagne de mesures atmosphériques des chercheurs du CNRS a été un succès. Face à des conditions météorologiques difficiles et imprévisibles, nous avons dû résoudre de nombreux problèmes sur place et nous adapter aux circonstances. Nous avons principalement mesuré le champ électrique (avec le moulin à champ et le MegaAres), la concentration de particules dans l’air (avec le LOAC et le PurpleAir) et la vitesse du vent (avec notre station météorologique), afin de corréler ces différents paramètres. Nous avons eu des difficultés à installer les instruments au début de la simulation en raison du temps neigeux ou venteux, et d’un problème de conductivité sur l’antenne MegaAres. Nous avons commencé les mesures à la fin de la deuxième semaine, bien que nous ayons dû effectuer des EVA de maintenance régulières pour récupérer et réinstaller certains instruments sensibles, compte tenu des variations des conditions atmosphériques. Nous avons réussi à mesurer la courbe de Canegie (variation journalière du champ électrique terrestre, mesurable par temps clair et sans interruption, ce qui peut être observé dans le désert de l’Utah), ce qui est habituellement très difficile à obtenir.

4. Astronomie

L’objectif de ce projet était de mesurer différentes caractéristiques d’astéroïdes pré-identifiés. Malheureusement, comme les deux observatoires robotiques n’étaient pas nominaux pendant toute la durée de la simulation, ou n’étaient pas opérationnels en raison des conditions météorologiques, notre astronome n’a pu prendre qu’une seule photo d’un astéroïde le 17 février, et le projet de recherche sur les courbes de lumière des astéroïdes n’a donc pas pu être mené à son terme. Cependant, il poursuivra le projet après la simulation, car il dispose encore de tous ses crédits sur Skynet. Comme il n’a pas pu terminer le projet d’astronomie, il a utilisé l’observatoire solaire de Musk pour prendre des photos du soleil.

5. Géologie : le MetMet

Le MetMet est un instrument géologique qui mesure la susceptibilité magnétique (capacité d’un matériau à s’aimanter) et la conductivité d’un échantillon de roche. Il est conçu pour aider à trouver des météorites, mais il a été prouvé qu’il facilite la classification des différents types de roches présentes dans une zone donnée. L’objectif de cette expérience était de voir si le MetMet était un instrument utile pour aider à collecter des échantillons géologiques pendant les sorties EVA ou pour prendre des mesures sur place pour les roches qui sont trop grandes pour être collectées. L’idée était d’associer les données du MetMet à la photogrammétrie afin de dresser une carte géologique de la région. Malheureusement, nous n’avons pu effectuer qu’une seule EVA géologique en raison de facteurs externes. Cependant, cette EVA a été un succès, car nous avons réussi à collecter des échantillons et à les analyser avec le MetMet. Nous serons donc en mesure de dresser une carte géologique de la zone de Kissing Camel Ridge W.

6. Exploration : photogrammétrie

L’idée derrière l’expérience de photogrammétrie était de comparer l’efficacité des humains explorant et trouvant des points de contrôle dans une zone donnée, en utilisant soit une carte en 2D, soit un rendu en 3D. Chaque point de données a nécessité une série de trois EVA différentes. La première consistait à cartographier la zone en 3D à l’aide d’un drone utilisant la photogrammétrie. Les deux autres devaient permettre aux sujets de trouver des points de contrôle prédéfinis à l’aide de la carte 2D puis de la carte 3D générée au préalable. L’expérience s’est très bien déroulée : nous avons eu le temps de calculer le rendu de North Ridge et de Candor Chasma. Nous avons néanmoins rencontré deux problèmes lors de ces expériences. L’EVA avec la carte 2D à North Ridge a été raccourcie à cause des vents violents, et l’équipe EVA n’a pu trouver que la moitié des points de contrôle. De plus, l’EVA avec la carte 3D à Candor Chasma a été menée avec un seul sujet en raison de facteurs externes. Nous sommes assez satisfaits des données que nous avons déjà et nous espérons transmettre cette expérience à la prochaine équipe Supaero.

7. Botanique : aquaponie

Pour l’équipage 275, la principale expérience de botanique portait sur l’aquaponie. En effet, le botaniste de l’équipage a travaillé sur un prototype avant la mission et l’a testé pendant 5 semaines. Ce prototype a été un succès, mais comme il s’agissait d’un prototype, aucune donnée scientifique n’a été collectée. Il a alors décidé de recréer un système similaire dans le GreenHab. L’espace disponible y étant plus restreint, il a décidé de ne pas le construire avec des tuyaux mais seulement avec un réservoir. Pendant les premiers Sols (journées martiennes), il a construit le système et s’est assuré de la sécurité des poissons. Ensuite, tout au long de la mission, il a surveillé la croissance des plantes, la longueur des racines et la qualité de l’eau afin d’évaluer la valeur ajoutée de ce type de système. On s’attend à ce que les plantes poussent plus vite, que l’eau soit économisée au fil du temps et qu’il soit possible de faire pousser plus de plantes sur une surface donnée. Toutes les données recueillies seront traitées après la mission et comparées à des références en matière d’aquaponie et de cultures de base.

Par ailleurs, une autre expérience a été menée sur les micro-pousses. Celle-ci était plus simple car elle ne nécessitait qu’un suivi de la croissance des micro-pousses dans le temps. Pour ce faire, nous avons pris chaque jour des photos similaires à l’aide d’une échelle fixe pour mesurer leur hauteur. Un objectif supplémentaire était de voir si un sujet non formé était capable de cultiver ce type de plantes sans rien connaître à la botanique.

8. Contrôle de la santé et de la consommation d’eau

Pendant toute la durée de la mission, l’équipage a surveillé sa consommation d’eau. L’objectif était de réduire autant que possible l’utilisation de l’eau, tout en maintenant une bonne hygiène et en buvant autant que nécessaire. Dans cette optique, nous avons catégorisé notre consommation d’eau et pris note des quantités utilisées tout au long de la journée. Cette expérience nous a montré qu’en faisant attention à notre utilisation de l’eau, il est possible de réduire considérablement la consommation.  La consommation moyenne d’eau était de 51 litres par jour. Pour une équipe de 7 personnes, cela représente 7,3 litres par jour et par personne, ce qui pourrait être encore réduit grâce à des technologies spécifiques. C’est l’équivalent d’une douche d’une minute, et moins qu’une chasse d’eau classique sur Terre (10 l).  50 % de la consommation est consacrée aux toilettes. Un objectif de moins de 5 litres par personne et par jour pourrait donc être atteint, dont 2 litres pour la boisson.

Chaque matin, nous avons également mesuré des paramètres de santé afin de surveiller la santé physique et mentale de l’équipage. À cette fin, nous avons tenu un journal du sommeil et surveillé le poids et la composition corporelle, la température, ainsi que la pression artérielle et l’oxygénation. Une séance d’entraînement de 30 minutes a ensuite été organisée afin de maintenir tous les membres d’équipage en bonne forme et de les préparer pour la journée, grâce à des activités de cohésion et de la musique.

9. Collecte de données pour les médias et sensibilisation du public

Du point de vue de la communication, notre objectif pour cette mission était avant tout de diffuser auprès des élèves des collèges et lycées intéressés par l’espace et les sciences, technologies, ingénierie et les mathématiques (STIM) en général. Tout au long de la préparation de la mission, l’équipage a travaillé avec le programme d’ouverture sociale de l’ISAE Supaero, une initiative de sensibilisation dont le but est d’aider les étudiants à accéder à l’enseignement supérieur et de promouvoir les carrières dans les STIM. Pendant toute l’année précédant la mission, nous avons visité des salles de classe et accueilli des étudiants dans notre université pour leur parler de l’exploration spatiale et des études en STIM. Notre objectif était d’inciter le plus grand nombre possible d’étudiants à explorer et à s’engager dans les domaines scientifiques. Dans cette optique, nous avons passé une semaine au Lycée français de New York avec des élèves de 6^ème et 10^ème année, utilisant des jeux et des expériences simples pour partager notre passion pour l’espace.

D’autres initiatives de sensibilisation destinées aux élèves comprenaient le tournage de capsules vidéo pour la Cité de l’Espace, le musée français de l’espace, et la rédaction d’articles simplifiés sur divers sujets liés à l’exploration martienne.

Une fois la mission lancée, nous nous sommes concentrés sur les deux visites médiatiques de la rotation : la BBC et France Télévisions. L’équipe de la BBC est restée une journée pour filmer des interviews en vue d’un documentaire sur l’exploration martienne, tandis que l’équipe de France Télévisions est venue filmer un journal télévisé pour la télévision française.

Equipage 275

Plus d’images et d’informations, voir https://mars.bde-supaero.fr/en/crew-275-mission-reports-mobile/