Missionnaires sur Mars

Dans les montagnes rocheuses, vous vous sentez plus proche de l'espace. Le voile d'air est mince; les étoiles et les planètes semblent plus proches. Il est donc normal que la capitale du mouvement pour envoyer des humains sur Mars soit à l'Université du Colorado à Boulder.

Dans l'intérêt de la pleine divulgation journalistique, je dois noter ici que c'est un mouvement dont je suis fier de faire partie. Depuis 1981, je vais à Boulder pour des conférences occasionnelles d'amateurs de vol sur Mars ; le plus récent remonte au mois d'août dernier. Je me souviens encore de la toute première conférence de Case for Mars, organisée par un groupe d'étudiants diplômés qui n'avaient aucune idée de la réception que leur proposition de convocation recevrait. Après tout, le dernier responsable gouvernemental à avoir approuvé un vol habité vers Mars avait été le vice-président de Richard Nixon, qui allait bientôt tomber en disgrâce, Spiro Agnew, un malheureux saint patron.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de janvier 1999

• Voir le reste du numéro
• S'abonner

Dans les premières années de l'ère spatiale, les citoyens américains et les ingénieurs aérospatiaux supposaient que l'alunissage n'était que la première étape d'une séquence ininterrompue de vols habités qui mèneraient à Mars dans 10 à 15 ans. Mais dans les années 70, le repli post-Apollo a éliminé Mars même du calendrier le plus optimiste de la NASA ; avec la perception politique que nous avions gagné la course à l'espace, le budget de la NASA a été réduit des deux tiers. Les énergies restantes de l'agence étaient concentrées sur le programme de navette spatiale, et le vol habité vers Mars a disparu des considérations officielles.

Pourtant, les gens sont venus à Boulder en 81. Ils se sont réunis avec hésitation, presque timidement, sans le soutien officiel d'aucune agence ou entreprise. Beaucoup avaient gardé la foi pendant une décennie où parler de vol interplanétaire habité était presque tabou. Chacun semblait étonné de voir tant d'autres sortir des placards intellectuels pour proclamer qu'eux aussi pensaient qu'une mission humaine sur Mars était faisable et souhaitable, et qu'eux aussi avaient une nouvelle idée ou suggestion pour la rapprocher.

Mais l'été dernier, la conférence était pleine d'audace. Cette fois, plus de 700 personnes se sont réunies non seulement pour échanger des idées, mais aussi pour former une nouvelle société martienne et signer une déclaration sur Mars affirmant leur conviction que le vol humain vers Mars était enfin devenu possible et plus souhaitable que jamais. (Cette déclaration a depuis été publiée sur leur site Web à l'adresse www.marssociety.org , et des copies ont été envoyées à Washington.) Sur le podium principal, un défilé d'orateurs a livré des présentations follement imaginatives dans le but déclaré de rendre tous les autres trop modérés. Les conférenciers étaient étonnamment éclectiques : scientifiques et astronautes de la NASA ; chercheurs universitaires et étudiants diplômés; même des citoyens ordinaires, dont certains ont amené leurs enfants. Les vendeurs ont offert des t-shirts et des calendriers de Mars.

Depuis que les planificateurs de la conférence, dirigés par l'ingénieur spatial du secteur privé Bob Zubrin, fondateur de Pioneer Astronautics à Lakewood, Colorado. (voir Mars sur un lacet, ENFANTS novembre / décembre 1996) , étaient agressivement inclusifs, la qualité des présentations variait énormément. Les idées ont été lancées, jetées et vigoureusement recyclées. Des sessions spécialisées ont traité de tout, des défis techniques et médicaux d'une mission martienne aux problèmes juridiques et philosophiques soulevés par l'exploration humaine de la planète.

Lune au-dessus de Mars

Cependant, si les humains veulent atteindre Mars, il faudra bien plus que de l'excitation. Les vols réussis d'astronautes vers la lune et retour au cours du programme Apollo de 1968 à 1972 comptent parmi les plus grandes réalisations historiques de la technologie humaine ; les ingénieurs ont relevé des défis dans des dizaines de domaines, y compris la propulsion, la protection thermique, les communications et la navigation, de manière coordonnée. Mais le défi technologique d'une mission habitée vers Mars représente un autre ordre de grandeur.

Considérez les nombres de base. Une mission Apollo de trois hommes a utilisé un seul booster Saturn-V qui a placé environ 120 000 kilogrammes de vaisseau spatial et de propulseur sur une orbite de stationnement basse juste au-delà du bord de l'atmosphère terrestre. Après un autre tir de roquette et un voyage de trois jours, deux membres de l'équipage ont atterri sur la lune et ont passé plusieurs jours à s'aventurer à la surface pour collecter des spécimens, prendre des photos et déployer des instruments. La durée totale de la mission pour l'un des vols Apollo était de 10 à 12 jours.

Pour Mars, nombre de ces chiffres augmenteraient considérablement. La plupart des stratégies de mission nécessitent d'assembler un véhicule en orbite de stationnement à partir de plusieurs composants lancés séparément, ce qui représente jusqu'à 400 000 à 500 000 kilogrammes. Le voyage aller durerait de six à 10 mois, suivi d'un séjour sur la surface martienne durant plus d'un an ; pendant ce temps, les membres d'équipage faisaient des centaines de voyages à l'extérieur plutôt que les trois ou quatre que les combinaisons spatiales Apollo, torturées par une utilisation brutale et la poussière lunaire abrasive, à peine terminées. La mission complète prendrait près de trois ans et l'exposition des astronautes aux risques médicaux tels que l'apesanteur à long terme et les rayons cosmiques serait 100 fois plus élevée que pour les missions lunaires.

Ainsi, à première vue, une mission sur Mars semble être bien plus difficile que les alunissages, et par conséquent bien plus chère (en dollars courants, Apollo coûte environ 80 milliards de dollars). Mais du point de vue des planificateurs spatiaux et des économistes expérimentés, la technologie spatiale a déjà atteint des niveaux qui permettraient des missions sur Mars à des coûts égaux ou même inférieurs à ceux du programme Apollo. (voir Sièges pas chers ?, à droite) .

Sur une aile et dans les airs

Alors que les passionnés de Mars n'en savent peut-être pas encore assez sur le sol martien, ils savent déjà une chose importante sur l'air martien : il est très mince. Et bien que l'atmosphère martienne ait moins de 1% de la pression de l'atmosphère terrestre au niveau de la mer, quelques ingénieurs aérospatiaux élaborent des plans pour de petits avions sans pilote capables de survoler de vastes étendues du terrain martien. Les instruments d'un tel avion pourraient étudier des régions géologiques complexes, dont beaucoup semblent trop rugueuses pour les rovers de surface.

Larry Lemke, un expert en robotique du centre de recherche Ames de la NASA en Californie, a parlé en séance plénière d'une mission ailée. Un véhicule de 150 kilogrammes avec une envergure de 10 mètres, à l'échelle d'un deltaplane motorisé ici sur Terre, serait lancé depuis la Terre plié à l'intérieur d'une sonde. Après que la sonde soit entrée dans l'atmosphère martienne, elle laisserait tomber son bouclier thermique et ouvrirait un petit parachute stabilisateur. L'avion se dépliait pendant la descente, et se détachait du parachute pour son vol libre. Le robot ailé pourrait transporter 20 kilogrammes d'instruments, y compris un spectromètre à pointe infrarouge pour cartographier les gisements de minéraux et de glace, et une suite d'instruments de terrain géophysiques pour repérer les traces de l'histoire géologique de la planète. L'équipe de Lemke a déjà tracé un parcours de 2 000 kilomètres et trois heures dans le canyon de Mars Vallis Marineris (qui est plus long que les États-Unis ne le sont).

Le mince air martien, a insisté Lemke, ne serait pas un problème. À la surface de la planète, a-t-il souligné, la pression atmosphérique de Mars est à peu près la même que celle de la Terre à 24 000 mètres d'altitude. Étant donné que l'avion Pathfinder sans pilote à énergie solaire de la NASA navigue régulièrement à cette altitude sur Terre, il fournit la preuve de concept qu'un véhicule plus spécialisé pourrait également voler sur Mars. L'aérodynamique n'est pas un problème, a déclaré Lemke lors de la réunion.

La technologie n'est pas non plus un problème, a déclaré Lemke. L'avion de Mars a bénéficié de nombreuses avancées technologiques au cours des 20 dernières années dans des zones sans lien avec l'astronautique. Il y a eu des travaux dans les avions radiocommandés, dans les structures légères, dans les moteurs électriques de propulsion et dans les systèmes de déploiement militaire.

Le concept est si viable, croit Lemke, qu'il appelle à un lancement en 2003, pour célébrer le centenaire des premiers vols plus lourds que l'air des frères Wright. Nous devrions marquer le 100e anniversaire du premier vol d'avion sur Terre avec le premier vol d'avion sur Mars, a-t-il déclaré.

La mise sous tension

que les avions-robots volent sur Mars ou non, pour les voyages humains, une considération clé sera la centrale électrique qui y amène les explorateurs. Une possibilité qui a été envisagée lors de la réunion sur Mars était l'énergie nucléaire. La fusée à propulsion nucléaire est un pilier de la science-fiction depuis des générations, et dans les années 1960, la Commission de l'énergie atomique a conçu et testé plusieurs prototypes à base d'uranium 235 pour servir d'étages supérieurs dans l'espace. En éjectant de l'hydrogène gazeux surchauffé, ils fournissaient une poussée aussi forte que les moteurs chimiques de taille similaire, mais pouvaient obtenir la même poussée tout en dépensant seulement la moitié de la masse de carburant. Cette efficacité aurait été un énorme avantage pour les véhicules martiens habités lourds alors à l'étude.

En effet, l'énergie nucléaire spatiale était le thème de plusieurs des séances en petits groupes de la conférence. La session à laquelle j'ai assisté s'est déroulée dans une salle de classe sans fenêtre au sous-sol et a été dirigée par Roger Lenard, directeur technique des laboratoires Sandia du ministère de la Défense à Albuquerque, NM Lenard a préconisé l'utilisation de l'énergie nucléaire dans l'espace depuis son passage en tant que directeur du projet Timberwind, un système antimissile à propulsion nucléaire conçu dans le cadre du système de défense Star Wars. Mais Timberwind s'est effondré il y a une décennie sous une mauvaise publicité sur les impacts environnementaux potentiels - le tirer au combat menaçait de contaminer de vastes zones de l'océan Pacifique, y compris la Nouvelle-Zélande.

Malgré de telles inquiétudes, l'énergie nucléaire est restée populaire dans l'imagination d'un noyau d'ingénieurs spécialisés, et l'enthousiasme pour l'utilisation extraterrestre de l'énergie nucléaire a atteint une masse critique lors de la conférence. Les défenseurs du nucléaire spatial tels que Lenard attendent depuis des décennies l'approbation d'une mission, et ils pensent que Mars est leur meilleure chance. En ciblant une planète trop éloignée pour être considérée comme l'arrière-cour de qui que ce soit, ils espèrent contourner l'attitude pas dans mon arrière-cour de l'activisme anti-nucléaire.

Lenard a critiqué ce qu'il considérait comme la tendance de la NASA à éviter le sujet de l'énergie nucléaire en raison de sa controverse. Et même dans les études de mission de la NASA sur Mars qui incluent l'énergie nucléaire, il a trouvé ce qu'il considérait comme des contraintes de conception irréalistes. En 1989, Lenard a travaillé avec la NASA en tant que spécialiste de l'énergie nucléaire sur une mission de référence de conception de Mars. Ce projet comprenait un seul réacteur nucléaire bimodal, qui a d'abord fourni la propulsion pour le début de l'étape Terre-Mars, puis a fourni de l'énergie électrique pendant le voyage et à la surface. Mais la bimodalité est une mauvaise idée, a soutenu Lenard. Les exigences de conception d'un bon système de propulsion sont antithétiques aux exigences de conception d'un bon système d'alimentation, a-t-il déclaré.

Les systèmes de propulsion nécessitent une température aussi élevée que possible - 3000 K - et ne fonctionnent que quelques heures à la fois. Et vous ne vous inquiétez pas beaucoup de la rétention de tous les produits de fission, a-t-il ajouté, car ils se fondent en toute sécurité dans le fond déjà radioactif de l'espace. En revanche, fournir de l'énergie électrique (tant en vol qu'en surface) ne nécessite que des températures et un rendement modestes, mais le système doit fonctionner sur de longues périodes.

Dans l'analyse de Lenard, d'autres passionnés de Mars n'ont pas réfléchi à ces problèmes. Ils supposent qu'un programme de développement pour un réacteur qui fait deux ou trois choses est automatiquement moins cher que deux ou trois programmes séparés, a-t-il déclaré à la salle comble. Mais nous rejetons cela. Lorsque les exigences sont si mutuellement exclusives, cela devient un programme avec un risque énorme, avec de longs délais et un coût élevé.

Pourtant, à l'exception du joker de l'acceptabilité politique, la technologie nucléaire est le principal concurrent pour alimenter une mission sur Mars. Sans propulsion nucléaire, les premières missions habitées vers Mars devraient s'appuyer sur des moteurs chimiques, ce qui rendrait les véhicules plus gros et doublerait peut-être la facture de fret pour la mise en orbite d'un navire. Des systèmes non nucléaires plus exotiques capitalisant sur des concepts tels que la propulsion sans inertie et l'anti-gravité restent follement imaginaires et dans le futur au mieux.

Vie sur Mars

bien que l'alimentation soit clairement un défi pour une mission sur Mars, alors que je passais de session en session et de séminaire en séminaire, j'ai commencé à voir qu'il y avait un autre domaine qui représente le cœur du défi - et ce n'est pas vraiment un problème technologique. Lorsque les missions Apollo sont allées chercher la lune, c'était le matériel qui était le plus crucial - les fusées, la navigation, les systèmes de contrôle de l'équipage et même les roches qui étaient les objectifs de la mission. Mais avec Mars comme destination, l'accent était mis sur la vie.

Pour une mission habitée réussie vers Mars, de nombreux aspects différents de la réunion ont suggéré, nous devons considérer la vie à plusieurs échelles. Les nano-fossiles microscopiques peuvent indiquer une vie passée sur Mars et seront un objectif principal pour l'exploration. Au niveau de la médecine, nous devons déterminer comment préserver la santé humaine dans des conditions de vol. En termes sociologiques, nous devrons comprendre la bonne combinaison de compétences d'équipage et la bonne organisation d'équipage pour des missions pluriannuelles au-delà de la portée des conversations radio.

Le temps d'aller-retour du signal radio varie de huit à 30 minutes, selon la distance qui sépare Mars et la Terre à un moment donné, de sorte que la frustration actuelle du côté de la terre avec l'utilisation de l'étiquette de messagerie vocale deviendra la norme pour les voyageurs martiens. Dans une simple démonstration d'un retard de communication à l'aide de banques d'enregistreurs vidéo et de cassettes périodiquement échangées, j'ai organisé un exercice dans lequel les participants à une conférence médicale de 1997 à Houston étaient confrontés à une simulation d'urgence médicale sur Mars. Alors que les acteurs-astronautes suivaient une liste de contrôle des réponses à la crise, l'équipe médicale terrestre a dû apprendre à anticiper les besoins et les progrès de l'équipe martienne.

Étonnamment, les équipes terrestres et extraterrestres se sont adaptées en une heure au rythme interplanétaire, fournissant des questions et des réponses adéquates d'une manière étonnamment efficace. Mais l'exercice n'utilisait qu'un délai de quatre minutes, et le scénario médical scénarisé était bien défini. Les futures expériences devront faire face à des retards plus réalistes et à des scénarios plus imprévisibles, alors que les planificateurs spatiaux se préparent au défi temporel de Mars.

Les défis de communication de la mission Mars s'appliquent également aux personnes laissées sur Terre. Dans le domaine de la politique et de la diplomatie, nous devons rassembler la persévérance nationale et la coopération internationale nécessaires à un projet de si longue haleine. À l'échelle interplanétaire, nous devrions envisager des normes de quarantaine pour protéger la Terre de toute forme de vie extraterrestre qui pourrait rentrer chez elle en stop depuis Mars. Enfin, peut-être à l'échelle universelle, j'ai vu des arguments passionnés sur l'opportunité et les stratégies pour modifier un jour le climat de Mars pour le rendre plus terrestre, en d'autres termes, pour le terraformer. Seuls quelques-uns de ces problèmes étaient importants lors des alunissages des années 1960, mais beaucoup d'entre eux deviendraient essentiels au succès d'une mission humaine sur Mars.

Et c'est peut-être la clé pour obtenir l'engagement du gouvernement dans un tel projet, car de telles questions de la vie résonnent sur Terre, ainsi que dans l'espace. Il m'a semblé qu'un programme humain sur Mars - pas seulement un tiret ponctuel de drapeaux et d'empreintes, mais une séquence soutenue d'expéditions en expansion - pourrait entraîner le même type de revitalisation technologique à grande échelle que les défis Apollo ont alimenté il y a 30 ans. S'il est bien conçu, ce projet audacieux pourrait accélérer des recherches innovantes également applicables aux problèmes terrestres, à la fois connus et encore inconnus.

Mais c'était un argument pour les politiciens et les compteurs de haricots au bureau fédéral du budget. A la conférence j'étais entouré de personnes déjà persuadées, comme moi, que le projet est souhaitable, voire urgent. Et bien que Mars n'était pas visible à l'œil nu cette semaine-là - elle sortait juste de l'éclat du soleil dans le ciel d'avant l'aube - son image brûlait vivement dans mon esprit. Pour moi, dans une inversion des règles de circulation quotidiennes, le feu rouge dans le ciel signifiait Go!

cacher