L’été dernier (du 14 au 16 juin), des représentants du secteur spatial public, de l’industrie spatiale commerciale et d’institutions universitaires se sont réunis à l’Université George Washington à Washington DC pour le neuvième atelier communautaire sur la faisabilité et la durabilité de l’exploration humaine de Mars. L’événement sur invitation uniquement a été organisé par Explore Mars, Inc., une organisation à but non lucratif dédiée à la promotion de la collaboration et de la coopération internationales entre le gouvernement et l’industrie pour réaliser l’exploration humaine de Mars d’ici les années 2030.
L’objectif de cet atelier est d’identifier les activités qui aideront à préparer les missions vers Mars d’ici les années 2030. En particulier, l’atelier a cherché à aborder la manière dont un programme durable d’exploration martienne humaine peut être réalisé. Les faits saillants de cet événement ont récemment été partagés avec la publication du rapport Achieve Mars (AM) IX, qui a établi les priorités et les objectifs scientifiques pour les futures missions vers Mars. Les auteurs ont également formulé plusieurs recommandations sur la manière dont les technologies de pointe pourraient jouer un rôle, sur la manière dont la santé et la sécurité des astronautes peuvent être assurées et sur la manière dont Mars et la Terre peuvent être protégées d’une éventuelle contamination.
Le rapport souligne qu’un plan est nécessaire pour mettre en œuvre une campagne cohérente d’explorateurs robotiques et humains sur Mars. Cette campagne doit tirer parti des activités à court terme en orbite terrestre basse (LEO) – c’est-à-dire à bord de la Station spatiale internationale (ISS) – et du système cis-lunaire pour développer l’expertise nécessaire et valider les systèmes clés. Cela est conforme aux objectifs du programme Artemis de la NASA, qui vise à établir un programme «d’exploration et de développement lunaires soutenus». Cela comprend la passerelle lunaire en orbite et le camp de base Artemis à la surface pour faciliter l’exploration lunaire au cours de cette décennie et les missions en équipage vers Mars au cours de la prochaine.
Les auteurs appellent également à la réalisation de travaux préparatoires qui aborderont les questions de santé et de performances humaines, les priorités scientifiques, le transit, les stratégies d’opérations de surface, les solutions technologiques proposées, les délais de développement et de déploiement et les missions éventuelles. Comme prévu, il y a eu de nombreux points intéressants à retenir de cet atelier de quatre jours et de ses nombreuses sessions. Janet Ivey, créatrice et PDG du programme éducatif Janet’s Planet et présidente d’Explore Mars, a partagé ses réflexions sur AM IX avec Universe Today par téléphone :
“Le plus profond pour moi est le talent et le génie qui se cachent derrière la création de ces systèmes, la tenue de ces conversations, la réflexion sur ces longs pôles d’architecture, la manière dont nous amenons les humains de la Terre à Mars en toute sécurité afin que la recherche puisse être effectuée. Comment nous pourrions voir à long terme, travailler, vivre et prospérer sur Mars dans notre avenir. Ils présentent des arguments profonds et étonnants pour faire les choses comme ils les voient se produire.
« Pour moi, c’est le fait que vous avez des gens ensemble qui tentent de discerner ce qui est encore inconnaissable. Nous avons des fusées, nous avons des engins spatiaux et nous avons des atterrisseurs. Mais comment le faire de manière sûre et durable pour protéger notre ressource la plus précieuse, qui est l’homme ? S’asseoir dans une pièce avec des spécialistes qui peuvent proposer des solutions concrètes à ces défis, comment vivons-nous et travaillons-nous sur Mars – c’est incroyable pour moi.
L’atelier de quatre jours a vu de nombreux experts de plusieurs disciplines aborder les problèmes les plus urgents de l’exploration martienne et faire des recommandations intéressantes. Voici quelques-uns des plus gros plats à emporter de l’AM IX, selon le rapport :
S’y rendre
L’accent était mis sur la manière dont les premières missions avec équipage vers Mars effectueraient le transit aller-retour. Il s’agit d’un défi majeur étant donné que les missions vers Mars doivent être lancées tous les 26 mois pour coïncider avec une opposition martienne (lorsque la Terre et Mars sont les plus proches). En utilisant des méthodes et des propulseurs conventionnels, le temps de transit estimé pourrait être de six à neuf mois. Cela présente de nombreux défis pour la santé des astronautes en raison de l’exposition à long terme aux radiations, à la microgravité et au besoin de fournitures adéquates. Pour cette raison, le rapport insiste sur la nécessité d’une « campagne sur Mars » plutôt que sur des missions individuelles non définies :
«Cela signifie un programme (cadence) de missions robotiques et humaines, en commençant par des liens mieux définis entre Artemis et les futures missions martiennes. Il a été convenu que les opportunités offertes par la fenêtre de lancement de 2033 ne doivent pas être écartées à la légère (en supposant que l’équipage soit prêt), mais aucun consensus n’a été atteint quant à la valeur d’une mission orbitale initiale, et aucun consensus n’a été atteint sur une conjonction initiale vs. Mission d’opposition.
Comme prévu, la propulsion nucléaire-thermique et nucléaire-électrique (NTP/NEP) a été suggérée comme solution. Cette technologie est actuellement étudiée par le programme Advanced Innovation Concepts (NAIC) de la NASA, et l’agence s’est associée à la DARPA pour tester un concept NTP dans l’espace d’ici le début de 2027. Cependant, ces recommandations (selon le rapport) “ont été accueillies à la fois avec enthousiasme et le scepticisme. Du côté des enthousiastes, les avantages de la densité de puissance, de l’impulsion spécifique, de la masse réduite et des temps de transit réduits (45 à 100 jours) ont sans aucun doute été cités comme raisons d’adoption.
Du côté sceptique, le rapport indique que certains participants “ont cité des études suggérant que ni le NTP ni le NEP ne seraient disponibles dans l’horizon temporel d’exploration humaine qui nous intéresse”. Par conséquent, le rapport recommandait à la NASA de ne pas s’engager dans les méthodes NTP/NEP pour les missions avec équipage vers Mars sans autre étude. Comme Joe Cassady, vice-président exécutif d’Explore Mars et directeur exécutif des programmes spatiaux chez Aerojet Rocketdyne, l’a dit à Universe Today par e-mail :
“Je pense que notre atelier a soutenu les travaux continus de la NASA sur la propulsion nucléaire spatiale. Notre seule mise en garde était que nous pensions que certaines missions pouvaient être effectuées sans avoir besoin d’un système NTP/NEP entièrement développé. En d’autres termes, nous n’avons pas besoin d’attendre que cela soit fait pour commencer à envoyer des missions humaines sur Mars.
Le rôle du futur cheval de bataille de SpaceX, le Vaisseau spatial et Très lourd lanceur, a également fait l’objet de discussions. Comme l’ont noté les participants, le principal avantage du système de lancement est qu’il promet une réduction importante du coût par livre de l’envoi de charges utiles en orbite, sur la Lune et, finalement, sur Mars. Cependant, il existe des mises en garde et des addenda concernant certaines « démonstrations techniques » qui doivent encore être effectuées. Ceux-ci comprenaient «le ravitaillement en orbite et l’ISRU [in-situ resource utilization] à une échelle requise par le Starship.
Santé et sécurité
Le rapport reconnaît que les expéditions de l’ISS d’une durée comprise entre six mois et un an ont fourni des données précieuses et un aperçu de la façon dont le temps passé dans l’espace affecte la physiologie humaine. Cependant, ces informations sont limitées en ce qui concerne les missions qui durent plus longtemps et impliquent des déplacements vers des lieux situés dans l’espace lointain. En conséquence, ils soulignent la nécessité d’établir de nouvelles lignes directrices sur le système de performance en matière de santé humaine, qui incluent des méthodes de maintien de la santé des astronautes pour des missions pouvant durer jusqu’à trois ans – y compris les transits et tout en opérant dans l’environnement hostile de Mars.
Tout d’abord, il y a le besoin d’un système certifiable qui peut stocker (et/ou produire) des aliments et conserver leur fraîcheur et leur valeur nutritionnelle jusqu’à trois ans. Le libellé de ceci suggère qu’une cache d’approvisionnement robuste est nécessaire ou qu’une quantité suffisante de légumes verts et de protéines végétales peut être cultivée à bord du vaisseau spatial (similaire à ce qui se fait à bord de l’ISS). De plus, ils ont formulé plusieurs recommandations pour assurer le bien-être psychologique des astronautes, notamment :
“[A]des temps d’arrêt adéquats pour l’équipage, des communications de soutien familial depuis la Terre et un plan de bien-être bien conçu qui fournit un soutien à la fois physique et psychologique. Cela comprend une formation de recyclage, l’intimité dans les dortoirs, des possibilités de divertissement, etc., pour renforcer la cohésion de l’équipage et s’assurer que l’équipage a un travail significatif à effectuer pendant le transit.
Le rapport souligne la nécessité de systèmes de mobilité capables d’étendre l’exploration, d’atteindre des objectifs scientifiques et de permettre à l’équipage de se déplacer entre les éléments débarqués (c’est-à-dire entre l’atterrisseur et l’habitat, entre les stations de surface, etc.) sans difficulté. Il s’agit notamment de véhicules pressurisés et non pressurisés et d’une robotique externe qui réduirait le besoin d’activités extravéhiculaires (EVA), limitant ainsi l’exposition des astronautes aux radiations. Les systèmes robotiques sont également loués pour leur capacité à effectuer une reconnaissance de surface avant l’arrivée de l’équipage, à repérer des zones potentiellement dangereuses et à fournir un soutien logistique.
Ils soulignent également que les futures missions nécessiteront des améliorations de l’infrastructure de communication car la bande passante actuelle est insuffisante pour les missions humaines. Ceci est particulièrement important pour maintenir les communications entre les astronautes et leurs familles sur Terre et suivre la cadence des rapports scientifiques réguliers. Les auteurs conseillent que de nouveaux satellites, des antennes, l’utilisation potentielle des communications laser et des mises à niveau du Deep Space Network (DSN) soient tous effectués.
Ressources
Une autre priorité, comme prévu, concerne la localisation et l’utilisation des ressources martiennes pour accomplir les objectifs de la mission. Officiellement connue sous le nom d’utilisation des ressources in situ (ISRU), cette méthode est cruciale pour les plans d’exploration lunaire et martienne de la NASA. Cela inclut la localisation de sources de glace d’eau à l’usage des astronautes, mais s’étend à la possibilité de récolter du régolithe martien pour la construction de bases, le tout dans le but de réduire la dépendance à l’égard de la Terre. Pour les missions envoyées sur Mars, les opportunités de réapprovisionnement seront rares et il n’est pas pratique pour les missions d’essayer d’apporter suffisamment de fournitures pour les trois années complètes.
Dans tous les cas, les auteurs recommandent que des missions précurseurs soient testées pour évaluer les enjeux de l’ISRU sur Mars. Ils reconnaissent que le programme Artemis testera des éléments d’infrastructure robotiques de surface et avec équipage qui serviront d’éclaireurs et de prototypes pour les opérations sur Mars. Ils soulignent également que l’ISRU sur la Lune présente différents défis, notamment le fait que la Lune est un corps sans air, la gravité de surface est nettement inférieure sur la Lune (0,165 g) que sur Mars (0,38 g), et les variations de température sont nettement plus importantes.
Cependant, ils soulignent que ces tests doivent se poursuivre comme prévu et que les points communs entre les conditions lunaires et martiennes doivent être identifiés :
« Parmi les ensembles de données les plus critiques figureront la caractérisation orbitale et la vérification au sol des dépôts de glace souterrains. Comprendre l’emplacement, l’étendue et l’accessibilité de ces gisements éclairera non seulement la planification scientifique, mais également les stratégies de l’ISRU. Les obligations du traité de protection planétaire peuvent nécessiter des ensembles de données démontrant que ces missions seraient sûres pour le retour sur Terre.
Priorités scientifiques
Les auteurs du rapport soulignent qu’un processus de consultation interdisciplinaire est nécessaire pour s’assurer que les priorités scientifiques (et les outils nécessaires pour les réaliser) sont définies par la NASA et ses partenaires. Tout en reconnaissant le travail du groupe d’analyse du programme d’exploration de Mars (MEPAG) et de l’atelier sur les objectifs scientifiques pour l’exploration humaine de Mars, ils déclarent que les priorités établies par les deux se limitaient à l’ingénierie et à la robotique. Par conséquent, ils ont recommandé la création d’un effort conjoint entre le Lunar Exploration Analysis Group (LEAG) et le MEPAG pour revoir ces priorités.
Ils recommandent également que ces priorités reflètent une approche multidisciplinaire qui inclut la recherche humaine, la science biologique et physique, et la science lunaire et martienne. Dans cette optique, ils ont formulé les recommandations suivantes :
- Localisation de la glace d’eau (étendues verticales et horizontales) et prélèvement d’échantillons pour déterminer sa composition
- Accéder à la glace d’une manière qui a un impact minimal sur les échantillons/carottes
- Évaluation des problèmes de sécurité de l’équipage (fonctionnant sur la glace)
- Rechercher les effets sur le corps humain etpsyché (micropesanteur, passage au 1/3 G, rayonnement, etc.).
- Missions de précurseurs robotiques pour établir des mesures de base pour les sites d’atterrissage humains
- Imagerie à résolution de classe HiRISE, cartographie des glaces et mesures météorologiques (surface et orbite)
- Accéder robotiquement à la glace avant l’arrivée des humains
- Réduire le coût et augmenter la cadence des missions robotiques vers Mars
- Un atelier d’exploration pour atteindre ces objectifs et d’autres objectifs scientifiques critiques
Protection planétaire
Un autre point récurrent dans le rapport est la question de s’assurer que les missions humaines ne contaminent pas l’environnement martien. Ceci est crucial, étant donné que tous les efforts de recherche astrobiologique de l’humanité sont actuellement concentrés sur Mars, et les missions avec équipage élargiront considérablement la recherche de preuves de la vie passée et présente. En particulier, une attention particulière est recommandée lors de l’extraction d’échantillons de carottes de glace pour rechercher des biosignatures. Par conséquent, la technologie et les méthodes développées doivent peser l’impact potentiel de l’extraction d’échantillons biologiques par rapport aux retours scientifiques.
Des recommandations similaires sont faites sur la possibilité que des humains contaminent Mars par leur simple présence. “Les explorateurs humains pourraient ne pas être préjudiciables à une enquête scientifique spécifique”, écrivent-ils. “Les environnements microbiens humains persistants, tels que dans et autour des habitats, modifieraient probablement les conditions environnementales locales et la portée de la science possible.”
Dernier point, mais non des moindres, les auteurs expriment qu’il faut veiller à ce que des organismes martiens ne soient pas accidentellement ramenés sur Terre. Par conséquent, le rapport recommande que la santé humaine et la protection de la planète fassent partie d’un «défi technologique critique» commun que la NASA devrait étudier dès que possible. Chris Carberry, PDG et co-fondateur d’Explore Mars et directeur exécutif de The Mars Society, a résumé l’importance de la question :
“Alors que les participants d’AMIX ont discuté de nombreux sujets critiques sur l’architecture des missions, la science et la santé humaine, la protection planétaire a également été incluse comme un sujet qui devient de plus en plus urgent. Alors que les humains ne marcheront probablement pas à la surface de Mars avant les années 2030, des décisions doivent être prises prochainement concernant nos protocoles de protection planétaire. Dans nos limites actuelles, les missions humaines ne seraient pas autorisées.
“Cependant, en supposant que des protocoles soient convenus qui permettront aux humains de visiter la surface de Mars, ces protocoles pourraient avoir un impact sur l’endroit où les humains atterriront, sur les types de sciences qui seront menées et sur les équipages d’accès. [will have] des ressources in situ (eau, etc.). Toutes ces implications pourraient avoir un impact sur la conception et la production globales de l’architecture de la mission. En tant que tel, nous ne pouvons pas attendre les années 2030 pour nous mettre d’accord sur des protocoles de protection planétaire bien raisonnés qui permettent une présence humaine durable sur Mars.
S’il n’y a qu’un seul point à retenir du rapport AM IX, c’est qu’il reste beaucoup à faire avant qu’une mission avec équipage vers Mars puisse avoir lieu. Les défis vont bien au-delà de la science et de l’ingénierie et s’étendent au bien-être des équipages d’astronautes (au sens holistique) et à des considérations environnementales de grande envergure. Il ne suffit pas d’envoyer des équipages sur Mars et de s’assurer qu’ils rentrent chez eux en un seul morceau. Nous devons également nous assurer qu’ils peuvent maintenir le contact avec leur domicile, explorer Mars en toute sécurité et efficacement, et laisser la planète telle qu’ils l’ont trouvée (c’est-à-dire la règle du camping).
Selon Janet, l’atelier de cette année était spécial car c’était la première fois depuis 2019 que toutes les personnes impliquées se rencontraient en personne :
“Au sortir de ce qui ressemblait à une très longue mission analogique sur Mars, les gens étaient vraiment impatients de se réunir et de collaborer en personne pour la première fois en trois ans. Cela semblait vraiment être une dynamique intéressante qui était assez belle. D’une certaine manière, la pandémie a en quelque sorte éclairé certaines de ces questions plus larges et le désir de trouver des solutions. C’était merveilleux de savoir que nous pouvions nous rencontrer en personne et de savoir que même pendant la pandémie, le programme Artemis se poursuivait, nous avons fait atterrir un autre rover sur la planète en 2020, et tout le monde s’est réuni en juin 2022 avec le lancement de Artémis I.
“C’était plus réel, plus exploitable, ça n’a jamais été aussi réel qu’aujourd’hui. J’imagine qu’il y aura encore plus d’enthousiasme lorsque nous nous réunirons à nouveau en juin pour discuter de la manière dont nous pourrons tirer parti de l’élan que nous avons déjà. Pouvoir se rencontrer face à face après trois ans à cause de la pandémie créant une sorte d’excitation et d’urgence alors que Mars se rapproche de plus en plus. [The prospect] des humains sur Mars est passé d’une possibilité théorique à une réalité très réelle inévitablement.
Il y a beaucoup à faire avant 2033, et une grande partie de ce travail se produira bientôt. Le succès sur Mars dépend fortement du succès du programme Artemis et de la validation des technologies et stratégies clés qui seront ensuite utilisées pour explorer la planète rouge. Plus que cela, le programme Artemis testera si les humains peuvent opérer loin de la Terre pendant de longues périodes. En bref, il évaluera si oui ou non les humains ont la capacité de devenir « multiplanétaires ». D’une manière ou d’une autre, la prochaine décennie sera une période passionnante !
Lectures complémentaires : Explorez Mars
