Par Jean-Marc Fouassier, APM

Introduction

La conquête de l’ouest américain s’est faite grâce au cheval, celle de Mars ou de la Lune ne pourra se faire qu’avec l’aide de moyens de transport adaptés et aussi efficaces que l’ont été les chevaux à leur époque, ou même la jeep pendant la guerre, simples et faciles à fabriquer et entretenir. Quel pourrait être le cahier des charges d’un véhicule utilitaire martien, c’est la question que nous proposons d’aborder ici.

L’idée conductrice de ce cahier des charges, c’est que le véhicule doit être composé de sous-ensembles facilement démontables et indépendants les uns des autres. Une qualité supplémentaire réside dans la possibilité de s’adresser à des fournisseurs différents pour la partie train roulant ou pour la charge utile, la cellule pressurisée ou la grue de manutention. Cela implique un cahier des charges adapté pour les interfaces. Les manipulations sous-entendent de disposer de grues légères ou que la charge utile disposera de ses propres pieds rétractables pour le montage démontage. On peut espérer aussi que les premiers robots feront leur apparition pour aider les explorateurs pour les tâches de construction ou de transport.

Un intérêt supplémentaire pour l’approche « mécano » est une plus grande efficacité de stockage en soute. La masse ne change pas, en revanche le volume pris dans le vaisseau est moins important. La construction nécessite plus de travail pour les explorateurs. Toutefois, le véhicule proposé n’a pas vocation à être utilisé dans les premières missions, mais plutôt une fois la base établie. Leur nombre sera certainement important.

Pour les dimensions, j’ai pris comme première estimation la taille du Véhicule à l’Avant Blindé (VAB) de l’armée française, qui a montré de bonnes capacités tout-terrain. L’empattement est de trois mètres, les roues sont équipées de pneus 14.00R20 d’1m26 de diamètre pour 38 cm de large. Bien entendu, les pneus doivent être de préférence sans air.

Description des modules

1.    Le train roulant

Le châssis : c’est le squelette du véhicule, tout vient s’accrocher dessus. Soudé ou sous forme de mécano pour le rendre encore plus facile à stocker dans la soute de la fusée (voir illustration ci-dessous). Il y aura des entretoises pour la fixation de la charge utile, de type cellule pressurisée ou container. Sur ce châssis on pourra installer une lame façon bulldozer, peut-être pas pour de très gros travaux mais au moins pour préparer les zones de vie et de travail. Une première définition est à 2,2 mètres de largeur pour 5 mètres de longueur.

Le boitier train : Il contient les moteurs électriques (1 ou 2) qui entrainent les roues droite et gauche, les suspensions, le mécanisme de direction avec ses tringles et son moteur électrique. Il peut être placé indifféremment à l’avant ou à l’arrière. Dans ce boitier, je pense qu’il est possible de placer une batterie de secours dont la taille est à déterminer. Le système de freinage, à disque ou électrique sera aussi dans ce boitier, le plaçant ainsi un peu à l’abri de la poussière. Il restera à choisir la partie suspension avec ressorts ou barres de torsion (comme sur les chars). En mode dégradé, chaque boitier sera capable de déplacer le VAN à lui tout seul.

Le boitier source d’énergie : Là, on attaque le nerf de la guerre. Dans le bulletin d’APM, une simulation pour le projet REMUS donnait pour une autonomie de 400km un besoin de 970 kWh, ce qui donne, pour une batterie de 300W par kilogramme, 3,3t (en conditions terrestres). 1 kilogramme de gasoil donne environ 12000 Wh, ce qui est très efficace mais pas adapté à Mars, où les énergies fossiles sont inexistantes ! Les batteries seront rechargées par un générateur fonctionnant certainement au gaz. En effet, pour un même poids, un gaz compressé emmagasine beaucoup plus d’énergie qu’une batterie. HONDA utilise une pile à combustible Oxygène/Hydrogène. La difficulté est que l’hydrogène doit être conservé à très basse température (il existe des méthodes de stockage avec des métaux poreux, mais l’exploitation semble difficile) De plus, le stockage de l’énergie sous forme d’hydrogène est très performant quand tout va bien mais, à la moindre fuite … c’est l’explosion. Dans mon entreprise automobile, j’ai souvenir d’essais de carburants basés sur l’hydrogène. Suite à une fuite, le carburateur était passé à travers le capot moteur !

Il est également possible d’utiliser le méthane, dont l’usage est connu pour la production électrique à partir de générateurs. On obtient classiquement 15 kWh par kilogramme de méthane, soit de l’ordre de 10 kWh par m³. Ce gaz sera en principe disponible pour le fonctionnement des Starships. Il se conserve à une température plus haute que l’hydrogène. De plus, il est prévu d’extraire ou de fabriquer le méthane localement. Il faudra aussi avoir une grande réserve d’oxygène, car il faut environ 4 fois plus d’oxygène que de méthane pour une bonne combustion. Dans ce boitier, on peut placer l’accumulateur principal mais si le volume n’est pas suffisant, il faudra accrocher des réservoirs sur le châssis.

Si l’engin ne doit pas trop s’éloigner du camp de base, il sera peut-être intéressant d’avoir un compartiment dédié pour la batterie. Tout dépend de la capacité des sources de recharge électrique et du nombre de générateurs atomiques sur la base, comme le « Kilopower » par exemple.

Un problème peut se poser avec le stockage et le transport des batteries. Les fortes tensions utilisées pour déplacer un véhicule, typiquement de 400V à 600V, rendent ces sources d’énergie dangereuses.

Notons que la NASA envisage la possibilité d’utiliser des générateurs atomiques intégrés dans les véhicules. On entre dans une autre dimension !

Un autre prétendant est le moteur Stirling, qui a besoin de chauffage mais aussi d’un système de refroidissement, en tenant compte du froid à l’ombre martienne ou lunaire, mais aussi de l’isolation thermique due aux faibles pressions extérieures.

Une dernière remarque à propos de l’utilisation de panneaux solaires : en raison de leur faible rendement, ils ne seront éventuellement utiles que pour l’alimentation et la recharge des divers organes électroniques du véhicule.

L’électronique : chaque module aura sa propre électronique de commande, mais seul celui de l’énergie servira au pilotage avec gestion générale des sous-systèmes, y compris celui du positionnement et guidage (GPS), les ordres de déplacement arrivant soit de l’habitacle soit d’une télécommande.

Les roues : C’est la grande inconnue. Les grandes marques de pneus présentent des roues prototypes. Les spécialistes du JPL ont testé des roues à mémoires de forme d’un diamètre de 60cm environ. Ils ont fait le choix de 4 roues avec cette technologie qui permet de fortes charges. Beaucoup de véhicules tout-terrain ont montré des capacités de franchissement performantes avec 4 roues. On peut penser que 4 au lieu de 6 allègera le rover, tout en facilitant la réparation en cas de problèmes. Récemment, des représentants de la marque VENTURI ont présenté une roue assez complexe. Pour l’instant personne ne peut dire si elle sera endurante et efficace pour un usage intensif.

La réparabilité : C’est un point très important. On part du principe que le véhicule est un assemblage de blocs, un par roue ou un pour deux roues, un bloc batterie et un autre pour le générateur à base de méthane. L’idée est de pouvoir démonter facilement ces blocs du châssis pour pouvoir intervenir dessus au garage mais aussi de faire des changements sur site en cas de pannes. L’utilisation d’imprimantes 3d sera incontournable, afin de pouvoir réaliser de nombreuses pièces sur place.

L’autre possibilité est de multiplier les capteurs pour surveiller toute dégradation du fonctionnement d’un organe et donc privilégier la prévention. Toutefois, cela génère une grande complexité pour la gestion de tous les paramètres.

L’autonomie de déplacement : Ce domaine de recherche est maintenant très développé. On peut, sur des trajets plus ou moins courts mais connus, faire circuler en automatique des conteneurs pour participer à la logistique des bases. En cas de maladie ou blessure des explorateurs, le véhicule pourrait revenir en automatique vers sa base de départ ou un endroit sécurisé.

Dès les premières années de conquête de la Lune ou de Mars, il est très probable que sera mis en place un système GPS qui aidera aux déplacements à leur surface.

Le cerveau de l’engin sera lui aussi dans un bloc du châssis. Placé sur chaque véhicule, il peut apporter un avantage supplémentaire en permettant le déplacement en ……train ! Pour un engin de commandement, avec ou sans humain, on accroche des véhicules les uns derrière les autres avec des utilisations différentes et même certains véhicules porteurs de gros générateurs. Une communication intelligente entre les cerveaux des véhicules permettra de diriger l’ensemble.

On parle de Mars, mais pour la Lune, les problèmes et les solutions sont assez proches, à la température et gravité près.

2.   La charge utile.

La plus importante est la cellule pressurisée. Beaucoup de solutions sont envisageables, reste à en déterminer les caractéristiques les plus importantes.

La forme : sur Mars ou sur la lune, la pression atmosphérique est faible ou inexistante ce qui permet de concevoir des cellules ou l’aérodynamisme est sans objet (les vents martiens peuvent atteindre 150km/h mais la pression résultante est très faible). On peut donc privilégier l’habitabilité et donner des formes à la cellule avec un Cx quelconque.

Les accès : Une solution efficace envisagée par la NASA est de laisser la combinaison à l’extérieur et de rentrer dedans par l’arrière de celle-ci. Cependant, cela oblige à s’équiper à chaque fois que l’on veut entrer ou sortir du véhicule. Pour éviter cela, on peut imaginer un sas supplémentaire qui permet de se raccorder directement à la base de vie.

On peut prévoir aussi une simple porte pour accéder à un sas à la base, mais avec des combinaisons à l’intérieur pour un cas de force majeur, une évacuation par exemple.

L’équipement intérieur : Des WC, des couchettes pliables pour se reposer ou pour allonger un astronaute malade, une partie laboratoire, des compartiments pour le stockage de nourriture ? Tout dépendra de la durée du déplacement et de son but. 

Une autre possibilité est un châssis ouvert pour les travaux à courte distance.

Tout pourra être utile, porte-container, grues, bennes, dortoir … seul l’avenir fera apparaitre les besoins.

Dernières remarques :

De nombreuses études ont déjà été publiées sur des véhicules martiens utilitaires, par la NASA, dans le cadre de concours de la Mars Society, ou par des scientifiques dans le cadre de leurs recherches. Le sujet est vaste, car chaque sous-système est complexe. Nous aurons l’occasion d’en reparler.

Jean-Marc Fouassier

Technicien retraité de l’électronique automobile, il a d’abord travaillé quelques années au centre de recherche de Renault en région parisienne, puis dans une entreprise toulousaine spécialisée dans l’électronique automobile. Il s’est surtout occupé de calculateurs liés au contrôle moteur et a travaillé sur l’analyse des pannes des matériels retournés. Il a toujours baigné dans le milieu automobile, du côté fabrication.