La logistique délicate de mettre des explorateurs humains sur Mars

Depuis que les humains se tournent vers les étoiles, nous rêvons de nous aventurer et de visiter ces lieux lointains. Et aucun endroit n'a été la cible de plus de spéculations que Mars. Maintenant, nous sommes enfin à un endroit où le rêve d'êtres humains mettant le pied sur une autre planète pourrait devenir une réalité de notre vivant.

Nous comprenons la technologie dont nous avons besoin pour envoyer des humains sur Mars, et nous avons également l'expérience d'y envoyer des missions robotiques. Alors, quand allons-nous faire ce prochain pas de géant et envoyer une mission avec équipage sur une autre planète pour la première fois? Et que faudra-t-il pour que cela se produise ?

Nous avons parlé à l'expert spatial Michael Hecht du Massachusetts Institute of Technology, vétéran du Jet Propulsion Laboratory et chercheur principal du Instrument de fabrication d'oxygène MOXIE sur le rover Persévérance, pour comprendre comment nous allons de la Terre à Mars - et comment nous mettrons des bottes au sol pour la première fois temps.

Toujours à 15 ans

Avec le récent regain d'intérêt pour l'exploration de Mars, il semble que nous soyons plus proches que jamais d'amener des gens à la surface de la planète. Et pourtant, c'est aussi un objectif qui semble constamment hors de portée.

Après les missions Apollo des années 1960 et 1970, de nombreux passionnés de l'espace ont supposé que nous continuerions d'atteindre et d'explorer, et de passer à la prochaine cible d'exploration: Mars. Mais l'intérêt du public a diminué, le soutien à Apollo s'est tari et les humains n'ont pas quitté l'orbite terrestre depuis.

Au cours des décennies qui ont suivi, beaucoup ont émis l'hypothèse que les humains mettraient le pied sur Mars dans seulement 15 ans; que inévitablement nous finirons bientôt sur la planète rouge. Mais un plan de mission concret et sérieux pour envoyer des gens sur Mars doit encore se concrétiser.

Nous avons la technologie pour réaliser une mission Mars avec équipage, et le sujet suscite un intérêt croissant. Mais Hecht soutient que la communauté spatiale, et nous en tant qu'espèce dans son ensemble, devons encore prendre un engagement financier et pratique sérieux pour vraiment réaliser une mission. Si nous décidions de le faire, nous le pourrions. Mais nous devons prendre cet engagement.

"Nous aurions pu poursuivre Apollo", a déclaré Hecht. «Cela aurait été difficile et cela aurait été dangereux. Mais nous pouvons le faire de manière plus sûre maintenant. Nous aurions pu y aller alors, et nous pouvons y aller maintenant.

Un point magique dans le cycle

Lorsque vous essayez d'imaginer à quoi pourrait ressembler une mission Mars avec équipage, il n'y a vraiment qu'un seul moyen pratique d'aller d'ici à là. En raison de l'orbite de Mars autour du soleil, une année y dure un peu moins de deux années terrestres. En tenant compte du temps de voyage, cela signifie que si vous voulez voyager de la Terre à Mars, il y a une période dans un cycle de 26 mois où ce voyage est le plus simple: lorsque les deux planètes sont proches et qu'une fusée peut être envoyée dans ce qu'on appelle un transfert Hohmann orbite.

"Il y a un point magique dans ce cycle de 26 mois", a expliqué Hecht. Lorsqu'une fusée est lancée depuis la Terre au bon moment, elle peut croiser l'orbite de Mars en même temps que Mars. "C'est comme changer de voie sur l'autoroute."

Bien qu'il soit possible d'envoyer des engins sur Mars en utilisant d'autres orbites, c'est plus difficile et dangereux, et beaucoup plus cher. Ce cycle de 26 mois limite donc concrètement le moment où nous pouvons envoyer des missions sur Mars. C'est pourquoi les missions sur Mars sont souvent lancées à peu près au même moment, comme les trois engins spatiaux qui ont été lancés à l'été 2020 - le rover Perseverance de la NASA, la mission chinoise Tianwen-1 et la mission Hope des Émirats arabes unis.

Et il y a une opportunité équivalente de revenir dans l'autre sens. Cela donne un cadre pragmatique à ce à quoi ressemblera une mission Mars avec équipage: un voyage de six ou sept mois de la Terre à Mars, un peu plus d'un an et demi en surface, et encore six ou sept mois à venir dos. Cela représente environ une mission de trois ans au total.

Une mission plus longue que celle à laquelle nous sommes habitués

Cette durée de mission de trois ans pose des défis, car c'est une mission plus longue que celle à laquelle nous avons l'habitude d'envoyer des gens. Les missions sur la Lune n'ont duré que quelques jours et les rotations d'équipages sur la Station spatiale internationale durent généralement entre six mois et un an.

Avoir des gens sur la surface martienne pendant environ 18 mois leur donne la possibilité de faire de la science et de l'exploration sérieuses, mais cela comporte également beaucoup plus de risques. S'il y a un problème lors d'une mission sur Mars, il sera extrêmement difficile, voire impossible, d'envoyer de l'aide ou des fournitures depuis la Terre. Si quelque chose ne va pas, les astronautes seront seuls.

"Personne qui est proche de cela ne se fait d'illusions sur le fait que c'est sûr", a déclaré Hecht. Du menace pour la santé de l'exposition aux rayonnements aux risques lors du lancement et de l'atterrissage aux problèmes qui surviennent que vous passer un an et demi dans des conditions exiguës où vous ne pouvez pas sortir sans combinaison spatiale: "C'est une entreprise risquée."

C'est pourquoi l'objectif de la planification d'une mission en équipage est de mettre en place autant d'équipements essentiels que possible avant que quiconque ne quitte la Terre. Pour minimiser les risques pour les astronautes, vous enverriez des machines et des équipements sur la planète au cours de la fenêtre précédente du cycle de 26 mois afin qu'elle soit prête pour l'arrivée des astronautes. Vous devez vous assurer que les besoins les plus élémentaires des astronautes, comme l'oxygène et l'eau, sont déjà satisfaits.

Le projet MOXIE de Hecht est un exemple du type de technologie qui permettrait une mission Mars avec équipage et réduirait ses risques. C'est un moyen de produire de l'oxygène à partir du dioxyde de carbone abondant dans l'atmosphère martienne, et un petit version de la technologie est actuellement à l'intérieur du rover Persévérance et a eu plusieurs exécutions réussies déjà. Une version plus grande de cette technologie pourrait être envoyée sur Mars avec un grand réservoir d'oxygène, qui pourrait être rempli d'oxygène prêt pour l'arrivée d'un équipage de Mars.

Lune vers Mars ?

La NASA envisage de revenir à l'exploration spatiale humaine avec les prochaines missions Artemis sur la lune, et le l'agence a toujours déclaré que l'une des raisons de voyager sur la lune est de se préparer à une mission avec équipage pour Mars.

Comme l'a dit l'ancien administrateur de la NASA, Jim Bridenstine, dans un récent rapport, « la NASA a toujours jeté son dévolu sur l'exploration humaine de Mars. Maintenant que les humains retournent sur la Lune dans quatre ans pour établir une exploration lunaire durable par le fin de la décennie, nous sommes en mesure de voir clairement que la Lune est un tremplin essentiel vers la planète rouge. Apprendre à vivre et à travailler sur la Lune nous rapprochera de plus en plus de notre prochain pas de géant alors que nous recherchons la vie plus loin dans le système solaire.

Cependant, la similitude exacte des missions lunaires avec les missions martiennes fait l'objet d'un débat au sein de la communauté spatiale. Certains soutiennent que toute exploration spatiale humaine aidera à acquérir des connaissances, des technologies et des procédures qui seront bénéfiques dans les projets futurs - c'est ce que L'astronaute d'Artemis Kjell Lindgren a déclaré à Digital Trends lorsque nous l'avons interrogé sur les objectifs des missions Artemis.

Mais d'autres, comme Hecht, sont sceptiques quant à ce que vous pouvez apprendre sur une mission martienne en allant sur la lune. "Pour être honnête, j'ai du mal à trouver des points communs entre les deux", a déclaré Hecht. Il a souligné les différences entre Mars et la Lune en termes de durée des voyages, d'environnements de gravité et de poussière qui les astronautes rencontreront, la présence ou l'absence d'atmosphère et comment cela affecte les atterrissages, et les ressources qui sont disponible. "Je ne le vois tout simplement pas comme un tremplin."

En ce qui concerne Mars, Hecht a déclaré: «Je ne pense pas que vous vous entraîniez en allant ailleurs. Mais je comprends le point de vue des gens qui disent qu'aller n'importe où – peu importe qu'il s'agisse d'un astéroïde ou de la lune – nous donne l'expérience d'opérer hors de la Terre.

Ce n'est pas que les gens qui sont en faveur d'une mission sur Mars soient contre la visite de la lune - les partisans de l'exploration spatiale en général soutenir plus de missions de toutes sortes - c'est plutôt que si nous voulons voyager sur Mars, nous devons nous concentrer sur Mars et son unique défis.

Une station McMurdo pour la planète rouge

On parle beaucoup de villes futuristes sur Mars, et d'envoyer des centaines voire des milliers de personnes pour y vivre à long terme. Mais il est peu probable que les idées farfelues se concrétisent de sitôt. Au lieu de cela, une vision plus réaliste serait un avant-poste de recherche scientifique, comme la base McMurdo en Antarctique, avec une poignée d'astronautes y passant du temps en équipes de 18 mois.

Il serait possible de mettre en place la première mission avec équipage vers Mars d'ici 20 à 25 ans et d'y installer un avant-poste de recherche dans les prochaines décennies.

Bien qu'il soit possible qu'une telle mission soit planifiée et exécutée par un seul pays, il pourrait y avoir une mission plus robuste si différents pays étaient impliqués. Actuellement, la NASA coopère étroitement avec d'autres agences spatiales telles que l'Agence spatiale européenne (ESA) et l'agence japonaise Space Agency (JAXA), mais il y a un schisme entre les États-Unis et l'un des plus grands acteurs des missions spatiales: la Chine. On ne sait toujours pas si ces différentes agences seraient disposées ou non à travailler ensemble sur une future mission vers Mars.

"Espérons que cette première mission [to Mars] n'impliquera pas seulement la NASA et pas seulement les États-Unis", a déclaré Hecht, "Espérons que cela impliquera également la Chine, donc il n'y aura pas qu'un seul point d'échec. Cela continuera si l'un des partenaires décide d'aller ailleurs.

Ce ne seront pas seulement les agences gouvernementales impliquées dans le projet non plus. Des entreprises comme SpaceX, Blue Origin et Boeing sont toutes fortement impliquées dans les missions spatiales, et vous peut s'attendre à ce qu'ils soient impliqués en tant que sous-traitants ou même chefs de projet dans les futures missions Mars comme Bien.

Pourquoi aller sur Mars ?

Chaque fois que le sujet d'une mission en équipage vers Mars est abordé, il y a toujours des gens qui s'opposent au temps et l'argent qu'une telle entreprise exigerait et soutiennent que cet argent serait mieux dépensé pour résoudre les problèmes ici sur Terre. Et indéniablement, l'année dernière en particulier, nous avons vu des fissures dans les systèmes qui sont censés répondre aux besoins fondamentaux de beaucoup, comme le logement, l'éducation et les soins de santé.

Mais, souligne Hecht, nous ne dépensons pas seulement de l'argent pour répondre aux besoins de base de la vie. Il a décrit avoir essayé frénétiquement de rassembler 1 million de dollars de financement pour installer un nouvel équipement scientifique sur Mars et avoir allumé la télévision pour voir les publicités diffusées pendant le Super Bowl. Le coût de chaque spot de 30 secondes aurait pu payer plusieurs fois son équipement.

"Nous dépensons de l'argent pour toutes sortes de choses stupides comme les publicités du Super Bowl", a-t-il déclaré. «Et beaucoup d'entre eux ont à voir avec notre plaisir personnel de la vie et de notre épanouissement – ​​que ce soit le sport, que ce soit les bibliothèques, que ce soit l'art, que ce soit la musique, que ce soit les parcs. Nous serions une assez mauvaise excuse pour une société si la seule chose pour laquelle nous dépensions de l'argent était la nourriture et le logement.

En ce qui concerne l'exploration spatiale, nous avons la possibilité d'enseigner et d'inspirer et, peut-être le plus important de tout, de mieux comprendre l'univers et la place que nous y occupons. Si nous voulons répondre à certaines des plus grandes questions de la vie: d'où nous venons et si nous sommes seuls dans l'univers, nous devons nous aventurer au-delà de notre planète et l'explorer.

Ce que nous apprend l'exploration

De nombreux partisans de l'exploration de Mars diront que nous devrions voyager sur Mars parce qu'il y a des choses spécifiques que nous pouvons y apprendre sur la Terre. De l'étude certaines des roches les plus anciennes du système solaire pour en savoir plus sur la formation de la Terre pour étudier les climat Pour mieux comprendre le problème urgent du changement climatique, il existe de nombreuses façons dont les découvertes faites sur Mars pourraient améliorer la vie ici sur Terre.

Mais pour Hecht, tenter de justifier ainsi les missions spatiales « va à l'encontre de l'histoire. En ce sens que oui, il y a toujours eu ces avantages tangibles [à l'exploration]. Mais nous n'avons pas été très bons pour les prévoir. C'est ce qu'il y a de merveilleux. Vous allez explorer un nouvel endroit et vous apprenez quelque chose que vous ne vous attendiez pas à apprendre.

Nous ne savons tout simplement pas ce que nous découvrirons de Mars jusqu'à ce que nous y allions. Cela a toujours été vrai pour les découvertes scientifiques - depuis les découvertes accidentelles de la pénicilline ou des rayons X jusqu'à la façon dont technologie développée pour les missions lunaires Apollo conduire à de meilleurs appareils de dialyse rénale et à de meilleurs équipements de protection pour les pompiers.

Et au-delà des avantages pragmatiques du développement des technologies et des connaissances scientifiques, il y a un élan plus profond à explorer. "La poursuite de la connaissance est ce qui nous rend humains", a déclaré Hecht.

«Nous faisons cela depuis la première fois que nous avons cogné deux rochers ensemble. Nous recherchons la connaissance. Et l'exploration de nouveaux lieux - c'est pourquoi il n'y a pas un coin du globe où les êtres humains n'ont pas mis les pieds, y compris le fond de l'océan. C'est ce que nous faisons."

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