Mission de l’agence spatiale européenne, 2004

Introduction

L'ESA (European Space Agency) a publié en 2004 une étude de faisabilité d'une mission martienne habitée. La référence est :

CDF Study Report Human Missions to Mars, overall architecture assessment", CDF 20(A), février 2004.

Nous présentons ici un résumé de ce rapport. CDF est l'acronyme de Concurrent Design Facility. Il s'agit d'une salle multimédia située à l'European Space and Technology Center (ESTEC), aux Pays-Bas, dédiée à la conception de systèmes spatiaux complexes nécessitant un dialogue approfondi entre plusieurs experts de disciplines diverses. Dans le cas d'une mission martienne habitée, un tel outil de travail procure un avantage indéniable. Il est important de préciser que ce rapport ne décrit pas la mission de référence définitive de l'ESA pour une mission martienne habitée. Il est en effet stipulé qu'il s'agit d'une étude préliminaire de faisabilité dans le but de dresser les grandes lignes d'une telle mission. Ainsi, de façon quasi-systématique, à chaque fois qu'un choix devait être fait, l'option retenue était celle qui exploitait des technologies sur étagères, ou requérait le moins d'investissement possible. A noter que ce rapport comporte plus de 400 pages. Nous en proposons ici un résumé très succinct.

1. Architecture de la mission

Les principales caractéristiques de la mission sont résumées ci-dessous :

• Nombre d'astronautes : 6
• Mission de conjonction d'environ 1000 jours
• 1336 tonnes en orbite basse pour un assemblage qui dure plusieurs années
• Propulsion tout chimique, dont cryogénique (H2/O2) à l'aller seulement
• Insertion en orbite martienne par freinage propulsif (pas d'aérocapture)
• Orbite circulaire autour de Mars
• 3 astronautes restent en orbite, 3 astronautes descendent sur Mars
• Entrée dans l'atmosphère martienne depuis l'orbite circulaire
• Séjour court de 30 jours à la surface puis retour en orbite martienne pour 500 jours
• Pas de rover, distance maximale d'exploration de 5 km
• Scénario "all-up" : pas de mission cargo préliminaire
• Pas d'exploitation des ressources locales pour le carburant du retour
• Utilisation d'une centrifuge pour éviter les problèmes de santé liés à la microgravité
• Le vaisseau du retour est placé sur une trajectoire de passage à côté de la Terre (0 contamination)
• Le retour des astronautes est opéré grâce à une capsule avec entrée directe
• Les doses de radiations reçues seraient inférieures aux limites autorisées.

2. Véhicule de transfert

Ce véhicule est un vaisseau gigantesque qui comporte un très grand nombre de modules de propulsion pour aller vers Mars, se placer en orbite martienne, circulariser et revenir vers la Terre (TMI, MOI et TEI). Il inclut le THM (Transfer Habitation Module) qui est l'habitat des astronautes pendant toute la durée de la mission, sauf à la surface de Mars.

Caractéristiques du module habitable (THM) :

• Masse totale : 66,7 tonnes
• Masse de consommables : 10,2 tonnes
• Taux de recyclage O2 et H2O : 95%
• Volume pressurisé : 480 m3
• Longueur 20m
• Panneaux solaires : 5,1m x 15m
• Capsule de réentrée amarrée au bout

3. Véhicule d'excursion martien

Ce véhicule inclut le module de descente et atterrissage sur Mars, le module d'habitation de surface et le module de remontée en orbite martienne (MAV=Mars Ascent Véhicle) pour rejoindre le véhicule de transfert. Ce module d'habitation est prévu pour 3 astronautes pendant 30 jours. Le MAV, réservoir plein, est placé tout en haut afin de pouvoir décoller de Mars.

Caractéristiques du module d'excursion :

• Masse totale : 46,5 tonnes
• Masse de consommables : 0,3 tonnes
• Masse d'ergols : 20,5 tonnes
• Volume pressurisé : 80m3
• Hauteur : 12,1 mètres
• Diamètre : 6 mètres

Conclusion

Ce rapport très détaillé est le fruit d'un travail d'experts de l'ESA. Cette étude est intéressante, car elle démontre si besoin était que l'ESA a les compétences pour mener à bien ce genre de mission. Ces experts auraient pu recopier ou s'inspirer des travaux et propositions de Zubrin (Mars Direct ou Semi-Direct), ou de la NASA (DRM3.0) mais ne l'ont pas fait. Ce pourrait d'ailleurs être un reproche à leur faire, car ils ont choisi des options simples déjà envisagées par d'autres lors d'études précédentes (Von Braun par exemple) aboutissant en fin de compte aux mêmes résultats décevants. 1336 tonnes en orbite basse, c'est effectivement colossal et peu compatible avec les contraintes de l'astronautique. Rappelons que l'ISS a une masse de (seulement) 400 tonnes et qu'il a fallu plusieurs années pour l'assembler. Ce scénario est donc irréaliste et impossible à mettre en œuvre. Il est clairement dit dans le rapport qu'il s'agit d'une première étude et qu'il faudrait la poursuivre. Néanmoins, pourquoi ne pas avoir tenté de pré-calculer la masse totale à placer en orbite basse afin de se rendre compte de la nécessité de choisir les options qui la minimisent ? L'option qui consiste à exploiter les ressources locales pour produire des ergols, par exemple, aurait mérité d'être approfondie ? Pourquoi enfin avoir imposé 6 astronautes tout en mentionnant dans l'étude que le nombre d'astronautes a une importance considérable sur la masse initiale en orbite basse et le design de la mission ? Si la consigne de minimisation de la charge utile avait été suivie, il est probable que le scénario de l'ESA aurait été totalement différent. Pour conclure, cette étude faite en 2004 était "préliminaire", mais il n'y a pas eu de suite, c'est dommage.

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