Le rêve martien est de retour – voici comment le réaliser

Essai paru le 31/01/2025 dans The New Atlantis, par Robert Zubrin, traduit par Etienne Martinache (APM)

Entre les avancées spectaculaires de SpaceX et la promesse inaugurale de Trump, nous avons une opportunité unique. Mais il ne s’agit pas de satisfaire les lubies d’un excentrique, ni de se lancer dans une débauche irresponsable d’argent public. Voici un programme, inspiré par la science, qui pourrait envoyer des astronautes sur la Planète rouge en 2031.

Là où il n'y a pas de vision, le peuple périt.
– Proverbes 29:18

L'Amérique a maintenant une occasion unique d'ouvrir la frontière de l’espace en lançant un programme soutenu d'exploration humaine de Mars. Le lanceur de SpaceX, le Starship d'Elon Musk, sera bientôt opérationnel, offrant une capacité de charge utile comparable à celle d’une fusée lunaire Saturn V pour un coût environ vingt fois inférieur. Musk était aux côtés du président Donald Trump, qui, lors de son investiture en janvier, a promis que son administration « enverrait des astronautes américains planter la bannière étoilé sur la planète Mars ». On est en droit de considérer que le contexte politique et technique est désormais favorable pour atteindre la Planète rouge.
Mais il y a plusieurs obstacles. Tout d'abord, la National Aeronautics and Space Administration (NASA), l'agence gouvernementale dont on pourrait s'attendre à ce qu'elle gère un tel projet, n'a pas actuellement les compétences pour le faire. Et bien que SpaceX soit beaucoup plus compétente que la NASA, on ne doit pas la mettre dans la position d'exécuter seule une mission martienne, comme le souhaiteraient certains. La NASA doit diriger cette entreprise parce que c’est l'Amérique qui doit aller sur Mars, pas seulement une entreprise spatiale privée. Mais pour diriger efficacement l'exploration spatiale humaine, il faut d'abord réparer la NASA.

Le problème de la NASA

La NASA des années 1960 a fait un excellent travail avec le projet Apollo, qui, à partir d'une capacité de vol spatial initiale proche de zéro, a envoyé des hommes sur la Lune huit ans après le début du programme. En revanche, bien que dotée de ressources matérielles et techniques largement supérieures et bénéficiant de plus de six décennies d'expérience des vols spatiaux habités, la NASA actuelle s’est complètement fourvoyée avec son programme lunaire Artemis.
Suite à la directive du président Kennedy de 1961 d'envoyer des hommes sur la Lune au cours de la décennie, les dirigeants du programme Apollo ont élaboré un plan solide pour mener des missions lunaires, identifié un ensemble cohérent d'éléments matériels pour mettre en oeuvre ce plan et procédé au développement de toutes les technologies nécessaires à la création de ces systèmes de vol. Il s'agissait notamment de gros moteurs-fusées à carburant liquide, de lanceurs lourds multi-étages, de techniques de rendez-vous spatiaux, de systèmes de support-vie, de production d'énergie, d'atterrissage lunaire, de combinaisons spatiales, de systèmes de rentrée et de technologies de communication et de navigation dans l'espace lointain. Les systèmes de vol, qui s'assemblaient et s'interfaçaient correctement parce qu'ils avaient été conçus dans ce but, ont ensuite été construits et onze missions pilotées ont été effectuées, dont six ont effectivement atteint la surface lunaire. Plus remarquable encore, tout cela a été réalisé entre 1961 et 1973 - parallèlement à la construction et à la mise sur orbite de la station spatiale Skylab et au lancement de plusieurs dizaines de sondes robotiques lunaires et planétaires - avec un budget moyen ajusté à l'inflation qui ne dépasse pas le budget actuel de la NASA, soit environ vingt-cinq milliards de dollars par an.
En revanche, alors que cela fait déjà sept ans que le président Trump a annoncé le début de ce qui est finalement devenu le programme Artemis, nous ne sommes pas retournés sur la Lune. Au lieu de mettre en oeuvre un plan clair, la NASA a soutenu un ensemble aléatoire de projets coûteux pour développer un assortiment de systèmes de vol qui ne s'assemblent tout simplement pas entre eux. L'étage supérieur du lanceur SLS n'a pas la bonne taille pour son étage inférieur. La capsule Orion - le vaisseau spatial habité de la NASA - est trop lourde pour que le SLS puisse l’insérer sur orbite lunaire basse avec suffisamment de propergol pour rentrer sur Terre, même seule, et encore moins avec la charge supplémentaire que représente un module d’atterrissage lunaire. Cela vient d’un changement de conception de la propulsion, du remplacement d'un moteur puissant, que la NASA considérait autrefois comme « essentiel au développement du système de lancement spatial », par quatre moteurs plus petits n'offrant pas les mêmes performances en termes de poussée nominale. Le Starship de SpaceX, dont la NASA finance également l'adaptation en tant qu'atterrisseur lunaire, rend le SLS et la capsule Orion inutiles, mais ils doivent de toute façon être utilisés par toutes les missions pour satisfaire les sociétés chargées de les fabriquer.

C'est vraiment dommage, car le rythme de lancement du SLS (voir image ci-dessous) ne devrait être que d’un tir par an ou tous les deux ans, contre une moyenne de deux lancements annuels pour la Saturn V du programme Apollo. Le Starship aurait été un excellent choix pour le lanceur lourd du programme Artemis. Mais la NASA ne lui a pas attribué ce rôle. Ils ne l'ont financé que pour servir de module lunaire d'atterrissage, et de redécollage, tâche pour laquelle sa masse sèche de cent tonnes le désavantage très sérieusement par rapport au module de deux tonnes du module lunaire des missions Apollo (LEM).

Plus grave encore. En concurrence avec le contrat de 2,9 milliards de dollars de la NASA remporté par SpaceX en 2021 avec son atterrisseur lunaire Starship, « l'équipe nationale » (National Team), consortium composé de Blue Origin, Lockheed Martin, Draper Labs, Boeing et d'autres sociétés, a proposé de développer un petit atterrisseur lunaire propulsé à l'hydrogène et à l'oxygène pour 5,9 milliards de dollars. Comme ils offraient moins de capacités pour deux fois plus cher, « l'équipe nationale » a perdu. Mais cela ne leur convenait pas, ils ont donc usé de leur influence politique pour exiger aussi un contrat, qu'ils ont finalement obtenu en 2023 pour 3,4 milliards de dollars. Mais comme la NASA finançait déjà le Starship propulsé par le couple méthane-oxygène, elle aurait pu insister pour que la conception de « l'équipe nationale » soit modifiée afin d’utiliser également une propulsion au méthane-oxygène. S'ils l'avaient fait, l'atterrisseur de « l'équipe nationale » aurait pu faire office de petit ferry, emmenant les astronautes vers et depuis la surface lunaire à partir d'un vaisseau ravitailleur stationné sur orbite lunaire basse. Cela aurait augmenté d'un ordre de grandeur le nombre de sorties d'exploration lunaire pour chaque lancement de Starship. Mais comme l'objectif principal du contrat de « l'équipe nationale » était de plaire aux membres du consortium et à ses partisans politiques en leur apportant un financement, la NASA a choisi d’accorder la priorité à la satisfaction de ses fournisseurs plutôt qu'à l'efficacité du matériel et paie maintenant des milliards pour un atterrisseur incompatible.

Par ailleurs, le plan de la NASA, si on peut le qualifier de plan, prévoit également de dépenser des milliards de dollars pour construire une station spatiale sur orbite lunaire haute. Son appellation officielle est « porte d'entrée lunaire » (Lunar Gateway) - et de façon plus informelle « station de péage lunaire » (Lunar Tollbooth). Cette station n'apporte rien à la capacité globale du programme Artemis. Bien au contraire : si la mission est effectuée en utilisant le Starship comme atterrisseur, une mission lunaire nécessitera environ quatorze lancements de Starships pour permettre une seule excursion sur la surface lunaire si elle doit transiter par le Gateway, mais jusqu’à dix si les planificateurs de mission sont autorisés à ignorer le Gateway.
Bien que ces décisions individuelles bizarres aient été prises de manière aléatoire, il est une pathologie sous-jacente facilement identifiable à tout ce gâchis. Contrairement à Apollo, Artemis n'est pas un programme axé sur un objectif. Il s'agit d'un programme axé sur les fournisseurs. Le programme Apollo dépensait de l'argent pour faire des choses. Le programme Artemis fait des choses pour dépenser de l'argent. Cela a conduit à une conception de programme insensée. Il est clair que si nous voulons envoyer des humains sur Mars, nous ne pouvons pas nous permettre de gérer le programme de cette façon.

Pourquoi pas seulement SpaceX

De nombreuses personnes qui ont suivi l’enlisement d'Artemis sont parfaitement conscientes de ses problèmes. C’est pourquoi certains ont proposé une solution radicale. Au lieu de mettre la NASA à la tête du programme, pourquoi ne pas tout simplement l’attribuer à SpaceX, charge à eux de le concevoir, de construire le matériel et d’effectuer les missions.
Aussi séduisante qu’elle paraisse, je ne crois pas que cette proposition soit pratique ou appropriée. Bien que SpaceX soit techniquement excellente, c’est aussi une entreprise privée. Se prévaloir du pouvoir présidentiel pour attribuer plusieurs milliards de dollars de l'argent des contribuables à sa propre entreprise constituerait pour Elon Musk un énorme conflit d'intérêts. Cela pourrait fonctionner pendant une courte période, mais cela garantirait l'annulation du programme au gré des aléas politiques dès que les démocrates reprendraient le contrôle de la Chambre ou du Sénat. Pour survivre et réussir, le programme martien doit bénéficier d'un large consensus politique. Cela ne se produira pas s'il est considéré comme le projet fétiche ou la chasse gardée d'un homme d'affaires excentrique qui s'est lui-même défini en termes extrêmement partisans.

Une alternative plus raisonnable consisterait à lancer le programme martien comme un concours. On pourrait par exemple offrir une prime de six milliards de dollars à la première entreprise qui fera atterrir une charge utile de trente tonnes sur Mars, et six milliards de dollars supplémentaires à la première entreprise qui enverra au moins quatre personnes sur Mars pour y effectuer une mission d’exploration d’au moins un an, avant de les ramener sur Terre. Des primes secondaires de quatre milliards de dollars pour chaque étape pourraient être également remises au finaliste.
Une telle approche serait très économique, car le coût maximum pour le contribuable serait fixé à l'avance, et aucun argent public ne serait dépensé tant que les missions n'auraient pas été réalisées et couronnées de succès.

Cette approche pose toutefois quelques problèmes. Il faudrait modifier le système de marchés publics pour permettre l'attribution de plusieurs milliards de dollars au futur vainqueur, puis les geler pour ne les dépenser qu’à une date indéterminée, sans que le gouvernement ne soit autorisé à changer d'avis en cours de route. En supposant que ce point soit résolu, d'autres difficultés subsistent. Par exemple, la seule entreprise actuelle qui soit financièrement et techniquement capable de remporter une telle compétition est SpaceX, de sorte que beaucoup pourraient encore la considérer comme un détournement de fonds publics.
Par ailleurs, l'envoi d'humains sur la Planète rouge ne se limite pas à l'exploration de Mars par l'homme. L'exploration humaine de Mars sera une grande réalisation scientifique - elle nous permettra de connaître la vérité sur la prévalence potentielle et la diversité de la vie dans l'univers. Mais il ne s'agit pas seulement de science. Il s'agit des Etats Unis d'Amérique. Il s'agit de ce que nous sommes. Sommes-nous toujours une nation de pionniers, de dirigeants du monde libre, un peuple dont les exploits sont célébrés non seulement dans les musées, mais aussi dans les journaux ? Le programme doit être notre réponse affirmative à cette question existentielle. Cela signifie que nous devons le prendre en charge, pas seulement y assister comme spectateurs. Il faut que ce soit notre programme, pas le leur. Ce n'est qu'ainsi qu'il pourra fonctionner pour rassembler les Américains et les citoyens d'autres nations qui partagent notre engagement envers la raison, la science, la liberté, la créativité et le progrès dans une célébration et une démonstration active de la puissance de nos idéaux les plus nobles.

Le peuple américain dispose d'un seul instrument pour explorer Mars : notre agence spatiale nationale, la NASA. Pourtant, comme je l’ai dit précédemment, son programme de vols spatiaux habités est actuellement incapable de faire le travail. Si nous voulons qu’elle dirige le programme américain de vol habité vers Mars, ou même qu’elle soit un partenaire important dans la direction du programme, il faut impérativement la réparer.

Comment réparer la NASA

Le programme Artemis de la NASA est mal conçu parce qu’il n'a pas de but. La NASA prétend bien sûr le contraire, certains de ses partisans distribuent d’ailleurs des slogans sous forme d’autocollants sur l'exploration lunaire, le développement de la Lune ou même la fameuse « économie cislunaire de mille milliards de dollars ». Mais il est clair qu'aucun de ces objectifs n'est réellement au coeur de l'ingénierie ou de la conception programmatique d'Artemis. Artemis ne parle pas de science lunaire, ni de colonisation lunaire, ni de tout autre objectif en dehors du programme lui-même. Il fallait juste donner à la NASA et à ses entrepreneurs quelque chose à faire pour justifier leur financement. Par conséquent, plus le programme sera complexe, lent et redondant, meilleur il sera.
Ce type de comportement entropique n'est pas propre à la NASA. On le retrouve dans la plupart des organisations. On peut par exemple créer un syndicat dans une entreprise pour y améliorer les conditions de travail et augmenter les salaires. Mais une fois ces objectifs atteints, puis oubliés, l’objectif principal du syndicat sera de fournir des emplois stables à ses affiliés.

Bien que certains des départements de la NASA aient une histoire antérieure, l'agence fut forgée dans le creuset de la guerre froide afin d'aider à gagner ce conflit en étonnant le monde avec ce que des humains libres sont capables de faire. Dans le cadre de cet objectif stratégique global et prioritaire, le programme Apollo a occupé une place centrale. Il a donc procédé avec énergie et détermination. Dans les années 1960, la nature humaine n'était pas différente de ce qu'elle est de nos jours. À l'époque, comme aujourd'hui, il y avait beaucoup de gens, à l'extérieur et à l'intérieur de la NASA, qui observaient cet énorme flux d’argent public et étaient très désireux d'en obtenir une partie. La direction du programme Apollo était régulièrement confrontée à des dirigeants d’entreprise, des technologues et des sous-traitants qui exigeaient des rôles critiques pour des projets de station spatiale, de fusée nucléaire ou de super booster, avec toujours le même petit refrain : « Vous ne réaliserez pas votre programme tant que vous n'aurez pas réalisé le mien ». Mais Apollo devait atteindre la Lune avant 1970, ce n'était pas négociable. Alors, à chaque fois, les dirigeants de la NASA les ont gentiment envoyés balader.
La NASA a aujourd'hui des ingénieurs tout aussi compétents que ceux qui ont fait Apollo, et ils ont de bien meilleurs outils. Mais l'organisation dans son ensemble est en état de mort cérébrale. C'est un corps sans esprit. Si on veut le ramener à la vie, il faut l’inspirer, au sens littéral du terme - il faut lui insuffler un nouvel esprit. La seule façon d'y parvenir est de lui donner un véritable objectif.
Pour sauver la NASA, il faut lui confier une mission axée sur un objectif. Elle doit comprendre cette mission, embrasser cette mission et se consacrer à cette mission. La mission n'est pas là pour servir la NASA. La NASA est là pour servir la mission. La mission doit être prioritaire.

Pourquoi envoyer des humains sur Mars

Il faut envoyer des humains sur Mars pour trois raisons: pour la science, pour le défi et pour l'avenir.

1. Pour la Science

Les Terre et Mars primitives étaient des planètes soeurs. Elles étaient chaudes, humides et rocheuses, leurs atmosphères étaient essentiellement constituées de dioxyde de carbone. La vie a évolué sur Terre. Si la théorie est correcte selon laquelle la vie émerge naturellement de la chimie par un processus de complexification qui se produit chaque fois que les conditions sont favorables, alors la vie aurait dû également évoluer sur Mars. Nous devons savoir si c'est le cas, et si oui, quelles formes cela a pris. Nous savons maintenant, grâce aux observations du télescope spatial Kepler, que, parmi les étoiles semblables à notre Soleil, on estime qu’une sur cinq possède des planètes d’une taille voisine de celle de la Terre sur orbite dans leurs zones habitables. Cela signifie qu'il y a peut-être quatre-vingt milliards de planètes de ce type dans notre seule galaxie. Si la vie évolue partout où les conditions le permettent, cela signifie que la vie est omniprésente. Par ailleurs, puisque toute l'histoire de la vie sur Terre est celle du développement sous des formes diverses, y compris celles manifestant des capacités d'activité toujours plus grandes, d'intelligence et d'évolution accélérée, si la vie est omniprésente, l'intelligence est omniprésente. Si nous trouvons des preuves de vie passée ou présente sur Mars, cela signifie que nous ne sommes pas seuls. C'est une question que des humains curieux se posent depuis des millénaires. Cela vaut la peine de risquer sa vie et sa fortune pour le découvrir.

Par ailleurs, bien qu'il existe des arguments convaincants pour expliquer pourquoi la vie doit être basée sur des molécules d'hydrocarbures complexes et la chimie des éléments liquides, il n'y a aucune raison à priori pour laquelle la vie devrait nécessairement utiliser le même système d'information ADN-ARN utilisé par toute forme de vie sur Terre. En essayant de comprendre le phénomène de la vie, les biologistes d'aujourd'hui sont comme des gens qui n’ont jamais voyagé et, n'ayant appris que les caractères latins dans leur pays d'origine, pensent connaître l’alphabet. Mais il est possible de communiquer par écrit avec des alphabets cyrillique ou arabe, ou même des caractères chinois, qui non seulement ont l'air différents, mais fonctionnent selon un ensemble de principes entièrement différents des alphabets occidentaux. Quel alphabet la vie exotique utilise-t-elle ? Cette question n’est pas qu'académique. La biotechnologie sera l'une des principales sciences du XXIème siècle et sans doute des siècles suivants. C'est la nanotechnologie devenue réalité. Un système de bio information différent offrirait des capacités d'ingénierie qui seraient à l'ADN-ARN ce que les actuels ordinateurs au silicium sont aux systèmes basés sur des tubes à vide, des relais électriques ou des machines de Babbage (NdT : Calculatrice mécanique programmable imaginée en 1834 par le mathématicien anglais Charles Babbage).

La chasse aux fossiles pour trouver des preuves de vie passée sur Mars impliquera, comme sur Terre, de parcourir de longues distances sur des terrains accidentés, d'utiliser l'intuition pour rechercher des indices subtils, de creuser profondément la roche, de manier le pic et la pioche, et d'effectuer un travail délicat pour révéler d’éventuelles traces de vie passée collées entre des pages de sédiments durcis et transformés en roche. Pour trouver la vie actuelle, il faudra mettre en oeuvre un vaste programme d’exploration sur le terrain, installer des plates-formes de forage pour accéder à l'eau liquide à un kilomètre de profondeur ou plus, collecter des échantillons et les analyser dans un laboratoire bien équipé à la surface de Mars. Ces tâches sont à des années-lumière des capacités de nos rovers robotisés. Seuls des explorateurs humains peuvent y parvenir. Si nous n'y allons pas, nous n’aurons pas la réponse.

2. Pour le défi

Les nations, comme les individus et les institutions, progressent lorsqu'elles se lancent des défis et stagnent en leur absence. Un programme d'expédition habitée vers Mars générera un afflux massif de capital intellectuel en inspirant des millions de jeunes citoyens à développer leurs talents avec un défi stimulant : apprenez les sciences et vous pourrez devenir un explorateur de nouveaux mondes ! Dans les années 1960, le programme Apollo a lancé précisément un tel défi. Conséquence, un doublement des effectifs de nos diplômés en sciences et en ingénierie, dont les innovations nous ont depuis remboursé plusieurs fois le coût du programme. Les professions scientifiques étant désormais ouvertes aux jeunes femmes et aux minorités d'une façon beaucoup massive encore que dans les années soixante, l'impact social d'un audacieux programme d'exploration martienne serait encore plus considérable aujourd'hui.

Forcer la NASA à s'engager dans un programme martien courageux est précisément ce qu’il nous faut pour transformer l'agence en un instrument efficace pour soutenir tous les objectifs spatiaux de notre nation. La NASA est aujourd'hui comme une armée en temps de paix qui compte de nombreux officiers subalternes talentueux et enthousiastes, mais dont les rangs supérieurs sont encombrés de dinosaures. Il faut la jeter dans le feu de l'action afin de la purger de ses McClellan et découvrir ses Grant (NdT : McClellan, général de l’armée de l’Union pendant la guerre de sécession, relevé de son commandement par le président Lincoln. Grant, victorieux commandant en chef de l’armée de l’Union).

Enfin, c'est en relevant le défi martien que nous pouvons démontrer à la face du monde le courage et l'excellence que nous devons manifester si nous voulons conserver notre leadership mondial. Les Américains ont été les premiers à voler et les premiers à atteindre la Lune. Le monde doit savoir que les Américains sont toujours ceux qui peuvent - et osent - faire ce dont les autres ne peuvent que rêver. Nous devons donc être les premiers à aller sur Mars.

3. Pour l'avenir

Les philosophes qui prétendent que nous vivons à la fin de l'histoire ne peuvent se tromper davantage. Nous vivons au début de l'histoire. Dans mille ans, il y aura des centaines de nouvelles branches de la civilisation humaine qui prospéreront non seulement sur Mars, mais aussi sur des dizaines de planètes sur orbite autour d'étoiles de notre voisinage galactique. Quelles langues parleront-ils ? Quelles seront leurs traditions et leurs valeurs ? Seuls ceux qui choisissent d'être parents auront des descendants. Seules les nations qui participeront à la colonisation de l'espace auront l'opportunité de laisser leur empreinte sur l'avenir.

De tous les mondes au-delà de la Terre actuellement à notre portée, Mars est de loin le candidat le plus viable pour la colonisation humaine, comme je l'ai montré en détail dans Mars, le Nouveau Monde : ce que nous pouvons créer sur la Planète rouge (2024) et dans d’autres ouvrages. Sur la Lune, en dehors de quelques cratères ultrafroids au pôle Sud, l'eau n'existe qu'à des concentrations de quelques parties par million dispersées dans son sol. En revanche, Mars a des océans d’eau, y compris de grandes quantités sous forme liquide, souterraine, à grande profondeur, des régions de boue gelée de la taille d'un continent allant de cinq à soixante pour cent d'eau en masse, et des formations massives de glaciers d'eau pure, contenant peut-être autant d'eau que les Grands Lacs américains ou plus, s'étendant du pôle Nord jusqu'à 38 degrés de latitude Nord, la latitude de San Francisco sur Terre. La Lune est dépourvue de carbone ou d'azote en quantité significative, des éléments essentiels à la vie. Mars, avec son atmosphère composée à 95 % de dioxyde de carbone et à 2,6 % d'azote, en est abondamment pourvue. Mars possède non seulement tous les éléments nécessaires à l'industrie, mais a également eu une histoire géologique complexe, y compris à la fois le volcanisme et l'action de l'eau, qui a permis à de nombreuses roches d'être concentrées en minerais utiles. En revanche, la Lune, dépourvue d’eau, manque de nombreux éléments industriels essentiels et ceux qu'elle possède sont tous agrégés à d’autres roches. Aussi ténue soit-elle, l'atmosphère martienne représente l'équivalent d’une couche d’eau d'environ soixante-cinq centimètres, capable de fournir une certaine protection contre les radiations à sa surface (valeur moyenne en considérant la totalité de la voûte céleste). C'est bien supérieur à l'épaisseur requise pour un abri contre les tempêtes solaires, et donc tout à fait suffisant pour protéger à la fois les astronautes explorateurs et les serres à parois minces profitant d’une journée de vingt-quatre heures sur Mars pour faire pousser des cultures en utilisant la lumière naturelle du soleil. En revanche, la Lune a un cycle circadien d'un mois et ne possède aucune atmosphère, ce qui rend l'agriculture sous serre en surface irréaliste. Il faudrait cultiver les plantes sous terre, sous lumière artificielle générée électriquement pour permettre la photosynthèse. La puissance nécessaire à une agriculture à grande échelle serait colossale. (Pour le problème des radiations, voir Note 1 en annexe.)

Pour l'ère future de la colonisation spatiale, Mars est à la Lune ce que l'Amérique du Nord était au Groenland à l'époque des grandes explorations maritimes européennes. Le Groenland était plus proche de l'Europe, les Européens l'ont donc atteint en premier. Mais c'était un environnement trop pauvre pour accueillir plus de quelques avant-postes. En revanche, l'Amérique était un lieu qui pouvait non seulement être colonisé, mais aussi devenir le foyer d'une nouvelle branche vaste et dynamique de la civilisation occidentale.
Pour notre génération, et les suivantes au cours de ce siècle, Mars est le Nouveau Monde.

Colonisation de Mars

Mars peut et doit être colonisée. Mais il est important d'être clair sur comment et pourquoi cela devrait être fait.

Elon Musk a proposé de lancer rapidement des milliers de Starships pour envoyer un million de personnes sur Mars y fonder une métropole qui « préservera la lumière de la conscience » après la disparition de l’espèce humaine sur Terre. Cette idée, qui, selon Musk, s’inspire de la remarquable trilogie de science-fiction Fondation d'Isaac Asimov, est particulièrement trompeuse.
Dans les romans d'Asimov, un groupe de scientifiques est chargé de coloniser la planète Terminus (c’est d’ailleurs le nom que Musk a suggéré pour sa colonie), située aux confins de la galaxie, afin qu'après l'effondrement anticipé de l'empire galactique, leurs descendants puissent venir rebâtir la civilisation. C'est de la grande littérature. Mais elle n'est pas applicable à la tâche que nous devons accomplir.

La création d’une civilisation humaine sur Mars ne peut être issue d’un afflux soudain et massif d’individus, à la manière du débarquement en Normandie le jour J, en envoyant des colons, par vagues de cent mille personnes, accoster une terre hostile. Les troupes débarquées sur les plages de Normandie étaient ravitaillées depuis l'Angleterre par des navires Liberty capables de transporter chacun dix mille tonnes de fret à travers la Manche en quelques heures. Par contre, les Starships ne pourront transporter qu'environ cent tonnes de fret de la Terre à Mars et mettront de six à huit mois pour faire le voyage. Par conséquent, une colonie martienne, quelle que soit sa taille, ne peut pas être ravitaillée depuis la Terre. Avant qu'un grand nombre de personnes ne se rendent sur la Planète rouge, la base agricole et industrielle nécessaire pour les nourrir, les vêtir et les loger devra être développée, construite et rendue opérationnelle. La colonisation de Mars doit être effectuée graduellement, comme la colonisation de l'Amérique, avec de petits groupes de pionniers qui bâtissent les premières fermes et les premières industries, fournissant ainsi la base nécessaire au soutien des vagues ultérieures de colons de plus en plus nombreuses.

Par ailleurs, il est très peu probable que la civilisation martienne émerge sous la forme d'une métropole d'un million d'habitants, car toute ville de cette taille nécessite un système bien développé de transport longue distance pour lui fournir les matériaux nécessaires. C'est pourquoi les villes d'un million d'habitants sur Terre étaient rares jusqu'à l'invention des chemins de fer. La colonisation initiale de Mars se produira plus vraisemblablement sous la forme d'une multitude de petites cités, sur des emplacements optimisés pour accéder à différents types de ressources matérielles, avec des populations de quelques milliers à quelques dizaines de milliers d’habitants, cinquante mille peut-être pour une capitale culturelle (la taille de la Florence de la Renaissance).

Quelle que soit la façon dont elle sera répartie sur la planète, aucune civilisation martienne d'un million de personnes ne pourrait survivre à l'effondrement de la civilisation humaine sur Terre. La civilisation technologique exige une vaste division du travail. Étant donné la multitude de composants et d'alliages d'une bonne montre-bracelet électrique, il est peu probable qu'une société d’un million d’individus puisse en fabriquer une, ni même une batterie de montre-bracelet, sans parler d'un iPhone.
Envoyer des gens sur Mars pour survivre à l'extinction de l'humanité sur Terre n’est tout simplement pas une idée réaliste. Par ailleurs, elle est moralement si répugnante que son adoption condamnerait tout programme assez stupide pour l'adopter. Marqués par une telle idéologie fondatrice nauséabonde, ses protagonistes ressembleraient plus aux personnages égoïstes du roman d'Edgar Allan Poe « Le Masque de la Mort Rouge », qui dansent dans un château tandis que la population extérieure succombe à une épidémie, qu'aux héros de la série Fondation d'Asimov.

Nous n'allons pas sur Mars pour abandonner l'humanité. Nous y allons pour renforcer l'humanité - pour étendre considérablement son emprise et relever tous ses défis futurs en y établissant de nouvelles branches créatives de la civilisation. Nous n'allons pas sur Mars pour « préserver la lumière de la conscience » dans un refuge hors du monde. Nous y allons pour libérer l’esprit humain en y ouvrant une frontière illimitée à l’activité humaine. Nous n'allons pas sur Mars pour faire la fête pendant que la Terre brûle. Nous y allons pour empêcher la Terre de brûler en montrant qu'il est absurde de s'entretuer pour quelques provinces alors qu’en faisant appel à nos idéaux les plus nobles, nous pouvons littéralement bâtir des planètes.
Ensemble vers Mars, puis ensemble avec Mars, la liberté humaine s'étendra dans le cosmos.

Choix de l'itinéraire

Nous n'allons pas sur Mars pour donner à la NASA quelque chose à faire, planter un drapeau ou établir un nouveau record d'altitude pour l'almanach de l'aviation. Nous y allons pour la science, pour le défi et pour l'avenir. Pour atteindre cet objectif, nous devons mettre en oeuvre un programme audacieux et efficace d'exploration sur le terrain. Cette philosophie doit être à la base de tous les aspects de la conception d'une mission.
Il existe deux types de trajectoires radicalement différentes pour une mission humaine vers Mars. Celles-ci, invoquant des termes utilisés à la fois en astrologie et en astronomie, sont connues sous le nom de missions de classe Conjonction et de classe Opposition. La conjonction signifie que Mars est d'un côté du Soleil et la Terre de l'autre : du point de vue de la Terre, les deux autres corps célestes - le Soleil et Mars - sont dans la même direction, d'où le nom de conjonction. L'opposition signifie que Mars et la Terre sont du même côté du Soleil : du point de vue de la Terre, le Soleil est dans une direction et Mars dans l'autre, d'où le nom d'opposition.

Mission d’Opposition (à gauche) : Un court voyage aller, un très bref séjour sur Mars (trente jours) et un très long voyage retour.

Mission de Conjonction (à droite) : Un court voyage aller, un long séjour sur Mars (jusqu'à un an et demi) et un court voyage retour (de durée égale à celle du voyage aller)

La durée totale des missions de conjonction est de deux ans et demi, avec des voyages aller et retour de durées sensiblement égales, de six à huit mois chacun, et jusqu'à un an et demi de séjour sur la surface martienne. Les missions de classe opposition peuvent être accomplies un peu plus rapidement, avec une durée totale de deux ans, mais la quasi-totalité de ce temps est passée en transit sur deux étapes aller et retour très inégales, et seuls trente jours environ sont passés sur la Planète rouge, ou sur orbite martienne.
À l’exception de brefs épisodes au cours desquels ceux qui prenaient les décisions savaient ce qu’ils faisaient, les responsables de la NASA ont toujours adopté la mission d’opposition comme base de leurs plans pour envoyer des humains sur Mars. Pourquoi ? Parce que leur critère de sélection de missions habitées sur Mars est de passer le minimum de temps loin de la Terre : la meilleure mission est la plus courte. Je ne voudrais pas trop insister sur ce point car c'est vraiment stupide. Si votre critère de sélection de mission est de passer un minimum de temps loin de la Terre, alors, plus simplement, ne quittez jamais la planète.

Les missions de conjonction, en revanche, maximisent le temps des astronautes sur Mars. Elles présentent également d'autres avantages importants. Elles nécessitent une masse de mission initiale plus faible sur orbite terrestre basse, car leurs besoins en propulsion sont moindres. Elles impliquent également des doses de rayonnement plus faibles et moins d'effets sur la santé en impesanteur, car elles passent moins de temps dans l'espace et ne voyagent que dans la région située entre la Terre et Mars, tandis que les missions d'opposition doivent suivre de longues trajectoires dans le système solaire interne, s’approchant aussi près du Soleil que Vénus.
Finalement, toute la question est de savoir si l’on veut réellement aller sur Mars. Si la mission consiste juste à se vanter d’avoir fait le voyage, chaque jour passé sur Mars est un fardeau. Si son objectif est l'exploration d’un nouveau monde, chaque jour passé sur Mars est un trésor.

Le système de vol pour les missions habitées

Le plan SpaceX

Bien que l’on devrait mettre loyalement en concurrence tout le matériel de mission utilisé par le programme d'exploration humaine de Mars, il est évident qu’à l'heure actuelle le meilleur lanceur pour une telle mission est le Starship de SpaceX. Ce système, bientôt opérationnel, offrira une capacité comparable à celle du SLS, mais avec un taux de lancement au moins vingt fois supérieur et un coût inférieur de deux ordres de grandeur. Nous supposons donc que le lanceur désigné du programme sera le Starship.

Cependant, après la livraison de la charge utile sur orbite terrestre basse (LEO), la mission pourrait se dérouler de plusieurs façons. Le plan de mission proposé par SpaceX est d’envoyer le Starship jusqu'à la LEO (orbite basse) avec cent tonnes de fret, puis de le ravitailler avec six cents tonnes de bipropergol méthane/oxygène livrées sur orbite par six Starships ravitailleurs. Cela lui fournirait suffisamment de propergol pour atteindre Mars sur une trajectoire de conjonction de six mois, effectuer une manoeuvre d’aérofreinage sur orbite martienne, puis atterrir sur Mars. Après avoir déchargé sa cargaison, le Starship pourrait servir d’habitat à un équipage nombreux pendant un an et demi, période au cours de laquelle il serait ravitaillé avec quelque six cents tonnes de bipropergol méthane/oxygène produit à partir d'eau et de dioxyde de carbone martien. Cela suffirait pour revenir sur Terre sur une trajectoire de six mois avec à son bord l'équipage et dix tonnes de fret.

Ce plan de mission offre un certain nombre d'avantages. Tout d'abord, il ne nécessite l'utilisation que d'un seul système de vol qui est déjà à un stade avancé de développement et dont l'usage est également prévu dans le cadre du programme lunaire Artemis. Ainsi, la même équipe et l'infrastructure utilisées pour faire fonctionner Artemis pourraient simultanément soutenir le programme martien, permettant ainsi aux deux programmes d’effectuer d'importantes économies. Deuxièmement, la charge utile livrée à la surface de Mars est énorme par rapport à celles des approches concurrentes, tout comme la taille potentielle de l'équipage. Elon Musk prétend que le Starship est un vaisseau capable d’envoyer cent colons sur Mars. Un si grand nombre n’est ni nécessaire ni souhaitable pour une mission d'exploration, mais un équipage d'une vingtaine de personnes pourrait facilement prendre place à bord. C’est environ quatre fois la taille de l'équipage proposé dans la plupart des autres plans crédibles de mission martienne. De plus, tout l'équipage atterrirait sur Mars. Tous ses membres seraient donc disponibles pour soutenir l'effort d'exploration sur le terrain, et profiter de la gravité naturelle et de la protection substantielle offerte par l'environnement martien contre les radiations. Contrairement aux conceptions de missions types de la NASA, personne ne serait abandonné sur un vaisseau-mère sur orbite à ne rien faire d'autre que de tenir la boutique, tout en subissant les dommages physiques dus à une exposition prolongée à l'impesanteur et à encaisser les rayons cosmiques. Par ailleurs, pas besoin de rendez-vous critique sur orbite martienne lors du retour de la mission.

Mais ce plan présente des inconvénients, qui viennent du même problème que celui de l'architecture de la mission lunaire de SpaceX : le Starship est beaucoup trop massif pour être un véhicule d'ascension optimal. Selon une estimation grossière, pour produire les six cents tonnes de propergol nécessaires au ravitaillement du Starship une fois arrivé sur Mars, pendant un an et demi, il faudrait une source d'énergie d'une puissance moyenne de six cents kilowatts. La surface d’un panneau solaire capable de fournir une telle puissance serait de soixante mille mètres carrés - soit plus de treize terrains de football - et pèserait environ deux cent quarante tonnes. Il faudrait trois vols de Starships rien que pour transporter un tel panneau solaire sur Mars, et son déploiement et son entretien seraient une lourde tâche. Une alternative plus pratique est l'énergie nucléaire. Pour un tel niveau de puissance, on peut estimer la masse d’un réacteur réaliste à une dizaine de tonnes. (Voir Note 2 en annexe)
D'un point de vue technique, le nucléaire est l'alternative de loin supérieure pour fournir l'énergie de surface requise. Mais pour atteindre la compacité et le poids nécessaires, les réacteurs nucléaires spatiaux nécessitent d'utiliser soit du plutonium, soit de l'uranium hautement enrichi, qui sont tous deux des substances contrôlées. Le gouvernement devra donc être impliqué. Cela pose un problème, car le ministère de l'Énergie (DOE) est affligé des mêmes pathologies bureaucratiques que la NASA, si ce n'est plus. Un programme de développement de réacteur réalisé en interne au DOE actuel ne produirait jamais un système fonctionnel dans les délais requis pour un programme de mission humaine sur Mars. Il faudrait faire appel à une entreprise privée, le DOE jouant un rôle de soutien.

Le plan StarBoat

Il existe un autre moyen de régler le problème de la production d'énergie. On pourrait très fortement réduire la quantité de propergol nécessaire à la mission en introduisant un véhicule supplémentaire, que j'appelle un « Starboat ». Il pourrait s'agir d'un véhicule similaire à l'actuel Starship de SpaceX, mais environ cinq fois moins massif. Il pourrait jouer de nombreux rôles qui corrigeraient les faiblesses du plan SpaceX. Il pourrait par exemple effectuer un retour direct depuis la surface martienne vers la Terre avec cent vingt tonnes de propergol ou effectuer un rendez-vous sur orbite basse martienne avec seulement cinquante tonnes de propergol, car un seul Starship sur orbite basse martienne pourrait ravitailler cinq vols de retour de ce type. On pourrait aussi l’expédier sur orbite terrestre, réservoirs pleins, avec un seul lanceur et l’envoyer directement sur Mars avec cinq tonnes de fret sans devoir le ravitailler sur orbite, ou vingt-cinq tonnes de fret avec un seul ravitaillement. Cela éviterait de devoir lancer sept Starships (le véhicule de mission plus six ravitailleurs) au cours d’une même fenêtre de lancement, comme l'exige le plan SpaceX. Si, comme on le suppose dans ces exemples, le Starboat est utilisé comme véhicule de transit interplanétaire, il faudrait réduire la taille de l'équipage de vingt à quatre ou cinq, mais cela devrait être tout à fait acceptable pour les missions initiales qui devront être effectuées avant que toute l'infrastructure de la base ne soit opérationnelle.

Alternativement, au lieu de mettre un ravitailleur sur orbite basse martienne, on pourrait y stationner un Starship entièrement conçu pour héberger un équipage complet, et n’utiliser le Starboat que comme navette réutilisable entre la surface et l'orbite. Dans ce cas, le plan pourrait conserver la possibilité d'employer des équipages de vingt personnes, car ils pourraient atterrir sur Mars avec cent tonnes de fret sur un Starship standard. Ils ne seraient à l’étroit sur le plus petit véhicule que lors de la courte étape d’ascension Mars-orbite martienne du voyage retour.

Le développement du Starboat résoudrait également le problème du nombre de lancements excessif du plan de mission Artemis de SpaceX. Le plan actuel exige de livrer deux cents tonnes de propergol sur orbite lunaire basse pour alimenter le Starship pour un voyage aller-retour vers la surface lunaire. Avec le cinquième de la masse d’un Starship, un Starboat pourrait faire le même voyage avec seulement quarante tonnes de propergol. De même, les besoins en ergols pour un aller-retour entre la station Gateway et la surface lunaire seraient réduits de quatre cent tonnes à quatre-vingt tonnes. Et l’on pourrait encore réduire cette valeur d'un facteur quatre quand la production d'oxygène lunaire sera opérationnelle. (Voir Note 3 en annexe)
Le Starboat pourrait également servir d'étage supérieur d'un premier étage réutilisable de la même classe que les boosters Falcon-9, Neutron et New Glenn, constituant ainsi un système de lancement de taille moyenne entièrement réutilisable capable de remplir de nombreux rôles de mission de soutien importants. Avec une capacité de livraison de charge utile vers Mars allant jusqu'à vingt-cinq tonnes, soit vingt fois plus que le système d'atterrissage utilisé pour les missions Curiosity et Perseverance, il pourrait également effectuer des missions d'exploration robotique à grande échelle vers la Planète rouge, comme nous le verrons plus loin.

Enfin, et surtout, le Starboat doterait l'équipage de la base martienne d'une mobilité globale. Mars est une planète dont la surface est égale à celle de tous les continents terrestres réunis. On ne peut pas l’explorer à partir d'une seule base avec des véhicules terrestres lents et à faible rayon d’action. Pour explorer Mars correctement, il nous faut un accès global et pouvoir voyager rapidement sur des distances à l'échelle continentale. Avec cinquante, ou mieux encore, cent tonnes de propergol, le Starboat pourrait nous en donner très largement la capacité. (Voir Note 4 en annexe)
Sans Starboat, les explorateurs de la base martienne seront limités à une région de la taille de Brooklyn. Avec le Starboat, ils pourraient parcourir une étendue dont la superficie est près deux fois celle des États-Unis continentaux.
Si l’on envoyait d'autres Starships sur la surface pour constituer des bases de ravitaillement dispersées sur la planète, on pourrait ouvrir à l’exploration d'autres régions similaires. Neuf stations de ravitaillement suffiraient à couvrir l’intégralité du globe martien.
Le Starboat augmenterait énormément l'efficacité des missions martienne et Artemis, et renforcerait la cohérence des deux programmes. Il devrait donc être développé en tant qu'élément essentiel du programme. (Voir Note 5 en annexe)

Par où commencer

La première exigence pour lancer un programme solide de vols habités vers Mars est de créer une direction de programme compétente. Une équipe spéciale (« Tiger Team ») doit être établie au sein de la NASA, composée d’individus techniquement experts qui comprennent le but du programme et dont la loyauté première est envers la mission. Le programme ne peut pas être dirigé correctement par des personnes qui représentent des intérêts extérieurs tels que divers départements de développement technologique, des entreprises aérospatiales ou des centres de la NASA qui veulent avoir leur part du gâteau. Le programme aura sans aucun doute besoin des services d'un grand nombre de ces entités, mais ce seront des fournisseurs du programme, et non l'objectif du programme. Vous ne dirigez pas une entreprise pour donner de l'argent aux fournisseurs. Vous payez les fournisseurs afin de poursuivre les objectifs de l'entreprise. Pour réussir, le programme doit être axé sur les objectifs et non sur les fournisseurs.

La « Tiger Team » doit pouvoir diriger les ressources de la NASA pour servir ses objectifs. Ces objectifs doivent inclure le programme Artemis de la NASA et son programme robotique d'exploration de Mars.
Le programme Artemis doit être repensé de manière à être à la fois cohérent en interne et à soutenir pleinement le développement nécessaire à l'effort d'exploration humaine de Mars. A cet effet, une architecture de mission saine devrait tout d’abord utiliser le Starship pour le lancement et le ravitaillement sur orbite terrestre basse et sur orbite lunaire basse, et effectuer avec le Starboat les voyages aller-retour depuis l'orbite lunaire jusqu’à la surface. Il faudra ensuite développer le plus tôt possible les techniques de production d'oxygène lunaire avec des réacteurs nucléaire de surface pour augmenter considérablement les capacités de la mission. Divers autres éléments associés au programme actuel, dont le Gateway, le SLS, l'atterrisseur non réutilisable de l'Equipe Nationale fonctionnant à l'hydrogène/oxygène, et probablement le vaisseau Orion, ne sont pas nécessaires, et les fonds importants alloués à leur financement devraient être réaffectés à des choses importantes.

Vue du rover Curiosity sur Mars regardant ses traces après avoir traversé une dune en février 2014 NASA/JPL-Caltech/MSSS

Le programme robotique d'exploration martienne de la NASA est l'un des fleurons de l'agence spatiale. Depuis son redémarrage après vingt ans d’interruption depuis les missions Viking avec les missions Mars Pathfinder et Mars Global Surveyor lancées en 1996, il a connu un grand succès, avec cinq missions de rovers réussies, deux atterrisseurs stationnaires, quatre orbiteurs et un hélicoptère, et seulement deux échecs de mission. Mais récemment, le programme s'est enlisé dans l’étude d'une mission de retour d’échantillons martiens excessivement coûteuse et complexe tout en étant très peu efficace tant pour la recherche de la vie sur Mars que pour la préparation des atterrissages humains. Il serait beaucoup plus utile pour le programme d'exploration humaine, et pour la science martienne en général, plutôt que de dépenser dix milliards de dollars pour une mission qui consiste à ramener dans une dizaine d'années un petit échantillon provenant d'un site unique, que le programme d'exploration martien utilise ce même budget pour lancer vingt missions d'un coût moyen de cinq cents millions de dollars chacune. Celles-ci pourraient envoyer toute une panoplie de rovers, d'hélicoptères et de foreuses, équipés de toutes sortes d'instruments et d'expériences de détection de vie à de nombreux endroits de la Planète rouge, soutenus par des orbiteurs à haut débit de données, équipés de radars à pénétration de sol capables d'identifier cavernes souterraines, tubes de lave, eau et autres ressources. Une étude robotique d'une telle envergure permettrait à la « Tiger Team » de sélectionner les meilleurs sites pour les bases et les colonies humaines sur Mars.

Une fois qu'un bon site candidat pour la première base aura été choisi, un Starboat ou un Starship devra y être envoyé pour y déposer, non pas un robot, mais toute une escouade de robots. Il faudra disposer de nombreux hélicoptères et de rovers pour caractériser le site et ses environs avec le plus de détails possible et mettre en place des balises de navigation et des répéteurs radio dans toute la région. L'atterrisseur pourrait également emporter un laboratoire bien instrumenté pour recevoir et analyser les échantillons qui lui seront rapportés par les unités mobiles. On pourrait également employer des rovers à la construction du système d'alimentation de la base et d'autres installations, ainsi que pour l’extraction d'eau. La phase de fabrication de propergol méthane/oxygène pourrait alors débuter afin de ravitailler l'atterrisseur pour le redécollage.
Avec de la détermination, de la concentration et un peu de chance, une telle mission pourrait être lancée en 2028 - au cours du mandat de quatre ans du président Trump - donnant ainsi à l’exploration martienne de solides fondations, tant techniques que politiques, car la manne scientifique ainsi récoltée serait si considérable qu'elle serait un puissant argument pour contrer les sceptiques qui doutent des mérites du programme.
Cela fait et une fois d'autres préparatifs effectués, on pourrait envoyer en 2031 la première mission humaine sur la base où l’attendraient des installations fonctionnelles et un véhicule d'ascension complètement ravitaillé. L'équipage explorerait ensuite la région avec une efficacité maximale, travaillant de concert avec un grand nombre de robots éclaireurs. Au fur et à mesure du déroulement de ce programme à la première base martienne, les efforts d’exploration par robots, suivis d’envois de vaisseaux inhabités, se poursuivraient pour continuer à identifier et à développer de nouveaux sites à l'échelle planétaire pour la construction de nouvelles bases.

Le retour scientifique d'un tel programme serait incalculable. L'avenir qu'il ouvrirait serait illimité.

Annexes

1 - Pourquoi les radiations sont un problème gérable

La méthodologie linéaire sans seuil (LNT) est une approche courante, et souvent utilisée à mauvais escient, pour évaluer les risques liés aux rayonnements. Elle postule que toute dose de radiation est dangereuse, et que, aussi petite soit-elle et sans effet immédiat, son risque est linéairement proportionnel au risque de la dose la plus élevée, qui est une dose mortelle. Ainsi, par exemple, en utilisant la méthodologie LNT, on en déduit que si boire cent verres de vin en une nuit vous tuera, boire un verre présente un risque de décès de 1%. C'est manifestement faux.
Les doses de rayons cosmiques reçues sur la Station spatiale internationale et sur la surface martienne sont environ moitié moindres que celles mesurées dans l'espace interplanétaire, car le fait d'avoir une planète sous vos pieds vous protège de la moitié de la sphère céleste. Environ une douzaine d'astronautes et de cosmonautes vétérans de missions de longue durée sur l'ISS ou Mir ont reçu des doses cumulatives de rayons cosmiques équivalentes à celles d’une mission aller-retour sur Mars. Même en se basant sur la méthodologie LNT, le risque statistique de cancer induit par les radiations pour chacun d’eux serait d'environ 1%. En fait, aucun effet radiologique significatif sur la santé n'a été observé chez les membres de ce groupe.

Un programme de recherche qui consisterait à augmenter les doses de radiations auprès d’un groupe plus étendu de sujets humains dans le but de provoquer des cas de cancer ne serait certes pas éthiquement correct. Tout programme de recherche proposé dans ce sens serait sans aucun doute rejeté d'emblée par le conseil médical de n'importe quel hôpital américain. Cela signifie que les données des missions habitées passées vers et au-delà de l'orbite terrestre basse restent les meilleures données disponibles, et elles suggèrent que les effets des radiations d'une mission sur Mars sont gérables.

2 - Dimensionnement d'un panneau solaire ou d'un réacteur nucléaire capable de ravitailler un Starship

Solaire : Pour produire six cents tonnes de propergol méthane/oxygène sur une période de cinq cents jours, il nous faut une source d’énergie capable de générer une puissance moyenne de six cents kilowatts vingt-quatre heures sur vingt-quatre. Le flux solaire au niveau de la surface martienne aux basses latitudes par temps parfaitement clair à midi est d'environ 400 W/m2, mais la valeur moyenne sur une journée martienne de 24,6 heures (ou « sol ») n'est que de 100 W/m2. Si l'on tient compte de l’absorption de la lumière solaire par la poussière atmosphérique et que l'on veut garder un peu de marge, il est raisonnable d'estimer cette valeur à environ 50 W/m2 en moyenne sur une période de cinq cents jours. La conversion de ce rayonnement en électricité avec des panneaux photovoltaïques dont le rendement est de 20% nous donne une puissance moyenne de 10 W de puissance électrique (10 We) par mètre carré. La superficie d’un panneau solaire capable de produire 600 kWe serait donc de 60 000 m2, ce qui représente environ treize terrains de football. Ce panneau nécessitera un nettoyage fréquent pour maintenir son niveau de puissance. Et en considérant que sa masse par unité de surface est de 4 kg/m2, sa masse totale sera d’environ 240 tonnes. Il nous faudrait donc trois vols Starships pour livrer un tel panneau solaire sur Mars, et ce serait également une lourde tâche que de le déployer et de l'entretenir.

Nucléaire : Le réacteur nucléaire soviétique Topaz pouvait produire jusqu'à 10 kilowatts électrique et pesait une tonne. C’est la valeur haute de la puissance visée par le projet Kilopower de la NASA qui a débuté en 2015. Mais dans les années 1980, la NASA et le ministère de l'Énergie avaient lancé un projet conjoint connu sous le nom de SP-100 pour développer un réacteur nucléaire spatial de 100 kWe, qui avait atteint un niveau de conception assez détaillé. La masse prévisionnelle du SP-100 était de quatre tonnes, de sorte que pour produire six cents tonnes de propergol il nous suffirait de disposer de six réacteurs de ce type pour une masse totale de vingt-quatre tonnes, soit le dixième de la masse du système photovoltaïque précédemment évoqué. Alternativement, une nouvelle étude vise à développer un réacteur de 600 kWe, qui aurait probablement une masse d'environ dix tonnes, car la masse des réacteurs nucléaires est généralement à peu près proportionnelle à la racine carrée de leur puissance.

3 - Comment produire de l'oxygène sur la Lune et sur Mars

On peut produire de l'oxygène sur la Lune en décomposant les roches lunaires, qui sont toutes des oxydes métalliques. On peut par exemple faire réagir de l'hydrogène avec de l'oxyde de fer à 800°C pour obtenir du fer métallique et de l'eau. L’eau peut ensuite être électrolysée pour produire de l'oxygène, et de l'hydrogène qui peut alors être réutilisé pour réduire davantage d'oxyde de fer. On peut aussi produire de l'oxygène par électrolyse de la glace lunaire, mais elle n'est disponible que dans l’ombre permanente des cratères glacés voisins du pôle Sud.

La production de propergol sur Mars est beaucoup plus facile, car l'eau est largement disponible et l'hydrogène produit par électrolyse peut réagir catalytiquement avec le dioxyde de carbone, qui constitue 95% de l'atmosphère martienne, pour produire du méthane et de l'eau, avec une sélectivité et un rendement de près de 100%. De plus, des réacteurs chimiques adéquats peuvent directement décomposer le dioxyde de carbone en monoxyde de carbone et en oxygène. On peut également combiner par photosynthèse l'eau et le dioxyde de carbone pour produire à la fois de l'oxygène et de la nourriture. Le bipropergol méthane/oxygène est constitué à 78% d'oxygène en masse, il serait donc beaucoup plus facile de produire l’oxygène nécessaire au ravitaillement du petit Starboat que celui nécessaire au ravitaillement du grand Starship.

4 - Mobilité martienne du Starboat

Le Starboat peut atteindre l'orbite martienne basse avec cinquante tonnes de propergol. Cela signifie qu'avec cinquante tonnes ou moins, il peut relier deux points quelconques sur Mars en moins d'une heure. C'est une façon de faire. Mais il peut aussi effectuer un aller-retour sur une distance de 1000 km avec cinquante tonnes de propergol, ou 2 200 km avec cent tonnes. Donc en utilisant un Starboat, une base unique pourrait explorer une région inscrite dans un cercle de 4 400 km de diamètre, ce qui représente une surface de seize millions de kilomètres carrés.

5 - Utilisation du Starboat comme navette orbite-surface sur Mars et sur la Lune

Voyager depuis la surface martienne jusqu’à l'orbite martienne nécessite un changement de vitesse (appelé deltaV ou DV) de 3,8 km/s. Mais le DV nécessaire à la redescente et l’atterrissage n’est que d'environ 0,3 km/s - car sur Mars le vaisseau peut utiliser le freinage atmosphérique - ce qui nous fait un DV aller-retour total de 4,1 km/s. Cette valeur est très voisine du DV de 3,8 km/s nécessaire au voyage aller-retour orbite lunaire basse-surface lunaire.
Ainsi, un Starboat conçu pour être utilisé comme navette orbite-surface sur Mars pourrait facilement jouer le même rôle sur la Lune. Il est vrai que les performances de la mission pourraient être optimisées en créant des versions de Starboat spécialisées pour chacun de ses rôles potentiels. Par exemple, un Starboat employé uniquement pour l'atterrissage et l'ascension lunaires pourrait être plus léger car il n'aurait pas besoin de protection thermique, tandis que l’on pourrait augmenter le rayon d’action des Starboats martiens en leur ajoutant des ailes. Mais la conception d'autres types de véhicules de vol spécialisés augmenterait les coûts de développement du programme. Il s’agit simplement de trouver le juste milieu, de savoir où placer le curseur sur un cadran virtuel qui va de l’extrême standardisation à l’extrême spécialisation.

Elon Musk plaide en faveur d'une architecture de mission unique pour les vaisseaux spatiaux. Elle offre une simplicité maximale mais impose des coûts importants. En optant pour un plan qui emploie deux tailles différentes de véhicules, Starship et Starboat, afin de mettre en oeuvre à la fois des missions martiennes et lunaire on peut réduire les coûts de 80 %. Mais certains pourraient aller plus loin, et recommander trois, quatre ou cinq types de véhicules. Nous finirons probablement par les obtenir tous. Mais je pense que deux types de véhicules est un bon point de départ. C'est une question d’appréciation.

Robert Zubrin : Robert Zubrin, contributeur à New Atlantis, est le fondateur de la Mars Society et le président de Pioneer Astronautics, et l'auteur de The Case for Mars : The Plan to Settle the Red Planet and Why We Must (Touchstone, 1996 ; Free Press, 2011, 2021), en français Cap sur Mars (éditions Henri Goursau, 2004. Son dernier livre est The New World on Mars : What We Can Create on the Red Planet (Diversion Books, 2024).

... Envie de lire la suite ?

Cet article est disponible dans sa version complète pour les membres APM avec une cotisation à jour.

Déjà membre ? Me connecter. Sinon, devenez membre aujourd'hui et ne ratez aucune info sur Mars !

Si vous avez déjà été membre, rendez-vous sur la page Mon Compte pour renouveler votre cotisation.