Comment la mission lunaire Artemis pourrait nous aider à nous rendre sur Mars

Une illustration du prochain système de lancement spatial, la fusée qui est censée être utilisée tout au long du programme Artemis. NASA/MSFC

Si Dieu voulait que l'homme devienne une espèce voyageant dans l'espace, Il lui aurait donné une lune. Le célèbre spécialiste des fusées Krafft Ehricke a prononcé ces mots en 1984. Il voulait souligner comment nous pourrions utiliser la lune comme tremplin pour étendre la civilisation humaine dans le reste du système solaire. C'était plus d'une décennie après la dernière mission Apollo sur la Lune, et Ehricke regardait la NASA et le reste du programme spatial américain se retirer de l'espoir d'explorer des mondes plus lointains comme Mars et se concentrer plutôt sur l'orbite terrestre.

L'Amérique cherche enfin un retour sur la lune avec Artemis, une ambitieuse ( et irréaliste ) objectif d'envoyer des astronautes d'ici 2024. Mais pour la Maison Blanche et la NASA, la mission ne se limite pas à ramener les humains sur la surface lunaire. La lune est également une base idéale à partir de laquelle établir un programme de suivi pour voyager vers Mars. Pour les deux destinations, l'objectif n'est pas simplement de planter un drapeau et de retourner sur Terre, c'est de maintenir une présence permanente pour que les gens puissent vivre et travailler.

Nous retournons sur la Lune pour la découverte scientifique, les avantages économiques et l'inspiration pour une nouvelle génération d'explorateurs, a déclaré l'administrateur de la NASA, Jim Bridenstine, le 21 septembre, alors que l'agence publiait ses derniers plans pour le programme Artemis. Alors que nous construisons une présence durable, nous donnons également un élan à ces premiers pas humains sur la planète rouge.

Mais l'agence n'a jamais clairement expliqué comment cela est censé se produire. Les projets les plus importants qui sont censés activer Artemis - la fusée Space Launch System de nouvelle génération et la capsule d'équipage Orion - ne sont pas encore terminés. La plupart des experts conviennent le programme est sous-financé . Le chef de l'exploration humaine à la NASA a été remplacé trois fois au cours de la dernière année seulement. L'agence n'a même pas d'atterrisseur lunaire choisi . Donc, même si nous arrivons sur la Lune en 2024 (ce qui n'est en aucun cas une évidence), comment pouvons-nous nous assurer qu'une colonie sur Mars viendra ensuite ?

Le plus gros problème que nous ayons actuellement est que nous ne savons pas comment vivre et travailler de manière productive en dehors de la planète Terre, déclare Clive Neal, géologue à l'Université de Notre Dame et expert en exploration lunaire. Nous n'avons aucune idée. Nous n'avons jamais testé correctement les technologies dont nous aurions besoin pour vivre et travailler dans l'espace pendant des mois ou des années, dans des environnements difficiles avec des températures beaucoup plus froides, des quantités de rayonnement beaucoup plus élevées, des niveaux de gravité plus faibles et un manque d'oxygène. et de l'eau.

Mais nous avons notre propre laboratoire dans notre jardin avec lequel essayer ces choses, dit Neal. Lui et de nombreux collègues ont récemment rédigé un nouveau rapport publié par Explore Mars, un groupe de défense promouvant l'exploration spatiale durable. Le rapport identifie des dizaines d'activités et de technologies essentielles à l'exploration de Mars qui peuvent être développées et testées via Artemis et les efforts d'exploration lunaire en cours.

Certaines choses essentielles pour Mars seront prouvées sur la lune presque immédiatement après le lancement d'Artemis III (la mission avec équipage prévue en 2024 sur la surface lunaire). Le maintien de la vie est en tête de liste. Les humains n'ont jamais construit d'habitats à long terme sur un autre monde auparavant. Bien que nous appliquerons une grande partie de ce que nous avons appris des missions de longue durée sur la Station spatiale internationale, nous devrons toujours nous assurer qu'une base lunaire et une base martienne peuvent répondre aux besoins essentiels comme la nourriture, l'eau et un abri. .

Construire et tester ces systèmes nécessite de l'expérience. Je pense que l'essentiel sera d'immerger davantage de personnes dans l'environnement lunaire, déclare Joe Cassady, directeur exécutif des opérations spatiales chez Aerojet Rocketdyne et l'un des principaux rédacteurs du rapport Explore Mars. Dès le départ, nous aurons besoin d'une collection d'expériences et de données provenant d'un large éventail d'astronautes différents, à travers des missions de plusieurs semaines ou mois. Ces expériences éclaireront la façon dont les ingénieurs construisent des habitats, des combinaisons spatiales et des systèmes de transport de surface adaptés aux humains.

Afin de garantir la pérennité de ces habitats dans le temps, il faut construire quelque chose de durable. Les fenêtres de lancement pour les missions sur Mars (lorsque la planète est la plus proche de la Terre) ne surviennent que tous les 26 mois, de sorte que toute mission aller-retour sur Mars serait ont impliquer un certain temps d'attente pour que cette fenêtre s'ouvre à nouveau. Si le voyage dure, disons, neuf mois, vous devrez passer un minimum de trois à quatre mois sur Mars avant qu'il ne soit possible de commencer à rentrer à la maison. Vous pouvez soit apporter suffisamment de provisions pour durer tous ces mois, soit vous tourner vers des ressources hors du monde. Et la première option est à peu près un non-démarreur. Vous devez utiliser les ressources locales, dit Neal. Essayer de tout emporter avec vous pour assurer la sécurité et le bien-être des astronautes martiens ne fonctionnera tout simplement pas.

La glace d'eau sera une ressource vitale. Il pourrait fournir de l'eau et de l'oxygène pour soutenir les systèmes de survie, et il pourrait également être divisé en hydrogène et en oxygène pour être utilisé comme carburant de fusée. Il pourrait être utilisé comme blindage contre le rayonnement spatial et bombardement de micrométéorites pour tous les abris construits sur la lune.

Nous savons qu'il y a beaucoup de glace d'eau sur Mars. Et nous sommes à peu près sûrs qu'il y a aussi beaucoup de glace d'eau sur la lune, ce qui en fait un environnement parfait pour tester les technologies dont nous avons besoin pour prospecter ces réserves, les exploiter, les purifier et les transformer en quelque chose qui peut aider à garder un règlement en cours.

Ces technologies seraient très similaires pour les deux mondes. La lune est un environnement plus extrême, ce qui signifie que si cela fonctionne sur la lune, cela fonctionnera sur Mars, dit Neal. Il espère que les ingénieurs concevront des équipements indépendants du monde.

La présence de glace d'eau renforce également quelque peu l'argument en faveur de l'utilisation d'un système de propulsion de vaisseau spatial basé sur l'hydrogène plutôt que sur le méthane (ce que SpaceX poursuit avec ses moteurs Raptor). Le rapport stipule que si l'hydrogène peut être produit localement sur les deux mondes, le méthane ne peut être produit à partir de ressources locales que sur Mars, où une atmosphère riche en dioxyde de carbone fournit une source immédiate de carbone. Toute production de méthane sur la lune nécessiterait l'importation d'une source de carbone, indique le rapport.

Le rapport recommande également d'utiliser des systèmes d'alimentation qui ne dépendent pas complètement du soleil. Sur Mars, avec sa plus grande distance et son atmosphère poussiéreuse, les panneaux solaires auraient plus de mal à transformer la lumière du soleil en énergie.

L'énergie nucléaire semble être l'approche la plus évidente. Il ne faudrait pas trop d'énergie pour maintenir un abri sur la lune, mais il faudrait d'énormes quantités d'énergie pour exécuter le type d'opérations minières nécessaires pour récolter et traiter la glace d'eau. Les experts de l'industrie minière ont dit à Neal qu'ils examineront probablement des systèmes capables de fournir de l'énergie dans des gammes de mégawatts. C'était un signal d'alarme, dit-il. Les gens du monde planétaire n'avaient pas établi ces liens avec l'industrie minière. Le solaire, dans ce cas, serait plus une source d'énergie de secours sur les deux mondes, plutôt qu'une source principale. Et il existe peu d'environnements plus sûrs pour tester de nouveaux systèmes nucléaires que la lune, un environnement désolé et inhabité.

La lune est également un meilleur endroit pour simuler une mission sur Mars, en particulier en ce qui concerne Gateway, la station spatiale prévue conçue pour l'orbite lunaire. Il servira essentiellement de terrain de rassemblement pour toutes les missions de la NASA sur la surface lunaire (avec équipage et robotique), ainsi que pour les missions dans l'espace lointain vers Mars plus tard. Les deux premiers éléments de Gateway (le module de puissance et de propulsion et le module d'habitation) devraient être lancés en 2023.

Dans leur rapport, Cassady et ses collègues ont suggéré qu'une approche pourrait consister à faire rester un équipage sur lelunaire Station spatiale passerellependant 60 à 90 jours, effectuez une mission simulée sur Mars sur la surface lunaire pendant 30 jours, puis effectuez un autre séjour à Gateway pendant 90 jours avant de rentrer chez vous. Ce serait une version compressée d'une mission sur Mars. Il simulerait les conditions changeantes de microgravité rencontrées lors d'un tel voyage et donnerait aux astronautes un avant-goût de ce à quoi pourrait ressembler une mission sur Mars. Le nouveau de la NASA Contour d'Artémis va jusqu'à dire que le système opérationnel Gateway-to-surface est également analogue à la façon dont une mission humaine sur Mars peut fonctionner - avec la possibilité pour l'équipage de rester en orbite et de se déployer à la surface.

Enfin, une colonie sur Mars ne fonctionnera pas bien à moins que nous développions des systèmes autonomes qui n'ont pas besoin d'une surveillance étroite. Les équipes au sol sur Terre peuvent toujours contrôler les choses sur la lune presque en temps réel, mais le décalage des communications de la Terre à Mars peut atteindre 22,4 minutes. Si une catastrophe [sur Mars] frappe comme ce qui s'est passé avec Apollo 13, vous n'avez pas d'équipe d'ingénieurs sur le terrain pour diagnostiquer et résoudre le problème en temps réel, explique Casey Dreier, expert en politique spatiale à la Planetary Society. La lune est le seul bon environnement dont nous disposons pour vraiment tester et améliorer les systèmes automatisés qui peuvent fonctionner de manière fiable sans ce type de contrôle humain.

On craint que le programme spatial américain ne soit confronté à un brusque changement de priorités après les élections de novembre, comme cela s'est produit ces dernières années. Mais jusqu'à présent, le Parti démocrate semble à bord. Le libellé dans son La plate-forme 2020 se lit comme suit : Nous soutenons le travail de la NASA pour renvoyer les Américains sur la Lune et aller au-delà sur Mars, franchissant ainsi la prochaine étape dans l'exploration de notre système solaire. Dreier souligne que le développement du système de lancement spatial et d'Orion est presque terminé. Et il y a aussi beaucoup d'adhésion internationale pour Gateway, l'Europe, le Japon, le Canada et peut-être la Russie étant tous prêts à jouer un rôle dans son développement. Faire marche arrière maintenant serait extrêmement difficile, même si c'était souhaitable.

Cependant, aucun de ces plans n'est figé. Le nouveau plan Artemis de la NASA explique mieux que jamais comment l'agence a l'intention de ramener les humains sur la lune d'ici 2024, mais est remarquablement léger sur la façon dont il prévoit de répondre aux normes technologiques pour une base lunaire durable qui nous aiderait à nous rendre sur Mars.

Même à une époque où les paroles d'Ehricke sont plus proches que jamais d'être réalisées, il faudra beaucoup de détermination pour sauter de la lune à la planète rouge.

Correction 25/09/20 : L'histoire originale décrivait de manière inexacte Clive Neal en tant qu'ingénieur. Neal est géologue.

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