Re: L'exploration de Phobos

[Henri]

Il faut reconnaitre qu'une mission (habitée ou pas) vers Phobos (ou Déimos) visant à rapporter des échantillons est nettement moins exigeante en Delta-V et moins complexe qu'une mission aller-retour vers la surface de Mars, il même possible d'utiliser l'aérocapture dans la haute atmosphère de Mars pour se mettre en orbite autour de cette dernière sur une trajectoire de RV avec un de ses satellites naturels...

[montmein69]

Dans l'article déjà cité : http://www.nasaspaceflight.com/2015/07/mission-phobos-precursor-human-mars-landing/

Un des arguments utilisés pour montrer l'intérêt de cette mission, c'est qu'elle pourrait s'insérer dans le projet "flexible path" de la NASA marquant une conquête progressive du beyond, avant l'objectif final Mars :

1- Mission en cis-lunaire
2 - Récupération du rocher sur un astéroïde - mise en orbite lunaire - Mission habitée pour visiter le rocher et rapporter des échantillons.
3 - mission sur Phobos. (Phobos First)
4 - mission vers Mars

Cette mission (3) nécessiterait le développement de 7 des équipements qui pourraient être utilisés pour Mars (qui en demanderait en tout 16) donc on étalerait le financement requis pour Mars

The continuing thread surrounding a Phobos mission centers on aiding the development and testing of the technologies needed for Mars surface missions.
Such technologies and hardware include the Phobos Surface Habitat/Landing System, the Phobos Exploration Vehicle (PEV), the PEV-derived Taxi, and exploration suit ports built with exploration environment and atmospheric considerations.

Importantly, these Phobos vehicles and habitats would be designed for use on Mars as well.

Thus, a majority of all Phobos architecture, with the sole exception of the Phobos surface mobility systems – which would be specifically designed for Phobos’ extremely low gravity environment – would subsequently be used for Mars surface missions.

Donc il est probable qu'on entendra encore parler de cette mission surnommée "Phobos First"

[Henri]

Pour les équipements (habitat de surface, système d’atterrissage, véhicule d'exploration et même tenue EVA) je ne suis pas si sûr que les mêmes technos soient utilisables sur Phobos qui n'a ni atmosphère ni gravité notable et sur Mars qui a tout de même une atmosphère de 6,3 mbar en moyenne et une gravité de 0,38 g. Par exemple (et c'est noté dans un post précédent) un rover sur Mars sera toujours sûr de retomber, mais à la surface de Phobos, un bon coup d’accélérateur et vous devenez un nouveau satellite de Mars... Tout équipement devra être attaché au sol, le danger des micrométéorites sera présent sur Phobos, pas sur Mars, un habitat devra donc être capable de résister à de tels impacts sur Phobos, chose inutile sur Mars, etc.
La minimisation des prises de risques via une démarche incrémentielle me parait être une meilleure justification pour le Phobos d'abord. Certains pensent d'ailleurs que Déimos seraient une position plus intéressante d'un point de vue géométrique (vue sur l'ensemble d'un hémisphère de Mars).

[Bip]

Bonjour,

Un planning officieux et très théorique des vols de SLS vers Phobos et Mars :

http://www.nasaspaceflight.com/2015/09/sls-manifest-phobos-mars-2039/

Il ne prend pas en compte le probable report de 2 ans du premier vol circumlunaire habité d'Orion.
Et il oublie une mission de retour d'échantillons martiens évoquée il y a peu.

Mais tout sera remanié (en moins ou en plus) début 2017 sous la nouvelle présidence.

Je remarque quand même :

9 SLS launches would be needed for the Phobos mission – with one additional SLS flight of Orion needed to return the Phobos crew to Earth after they return to Cis-lunar space.

Je croyais que le vaisseau martien transportait un Orion pour le retour de l'équipage dans l'atmosphère terrestre.
Ils partent sans capsule de rentrée et on va les chercher ? Mais le delta-V ?
(et si le lancement de récupération foire ?)

[Space Opera]

9 SLS pour Phobos ?! Probable qu'ils devront revoir leurs copies parce que ça me semble énorme.

[Thierz]

Ça fait 9 milliards de dollars...

Au moins le calul est assez rapide avec le SLS :D

[Bip]

ça ne me fait pas rire.  Un tel tonnage vient peut-être des habitudes alimentaires américaines (?). Il faudra n'envoyer que des petites personnes, ou réduire l'équipage à trois. Ce papier n'est qu'un brouillon.
Maintenant qui peut me répondre sur la capsule de retour dans l'atmosphère ?

[montmein69]

Heu ...... qui peut m'expliquer toutes ces missions "cis-lunaires" (après EM-2) qui seront l'entrée en scène du nouveau système ? C'est inédit ... sauf l'exploration de l'astéroïde Asteroid Redirect Crewed Mission (ARCM) ?

Under the first option, a series of 9 SLS launches (between 2028 and 2033) would be needed for the Phobos mission –

Pour ce qui est de la mission Phobos, ce nombre de vols de SLS ... c'est de l'artillerie lourde :suspect: , ils vont se construire un "petit nid douillet" en profondeur ?

with one additional SLS flight of Orion needed in 2035 to return the Phobos crew to Earth after they return to Cis-lunar space.

Vu leur temps de séjour, la capsule Orion pourrait-elle être inapte "à durer"  aussi longtemps ? Ou bien ils ne veulent pas emporter de la masse inutile qui ne ferait que l'aller-retour ?
je ne comprends pas trop comment ils vont faire le RdV ? Autour de la Lune ?
Bref c'est assez complexe .... ce qui va ravir les fans du "vol habité" qui vont avoir du spectacle original - attendu si longtemps -:cheers:

[aRes]

J'ai moi même un peu du mal à comprendre pourquoi un Orion spécifique doit venir rechercher l'équipage en orbite proche de la Terre.

Le vaisseau Orion d'origine devrait conduire l'équipage dans l'espace où il rejoindra l'habitat trans-planétaire et son module de propulsion. Orion doit rester un centre névralgique du vaisseau trans-planétaire.

Arrivé en orbite martienne (après aérofreinage ou décélération motorisée) le vaisseau rejoindra les cargo (ayant transité par vol long et économique) contenant les vivres, carburant et le matériel d'exploration pour Phobos.

Après exploration robotique et visite humaine de Phobos (tant qu'à y être autant marquer l'exploit en y envoyant un humain fouler le sol), départ pour la Terre.

Arrivé à proximité terrestre rentrée directe à la second vitesse cosmique. C'est là que le problème se pose : les astronautes seront-ils capable supporter une rentrée à grande vitesse donc une forte décélération après plusieurs centaines de jours dans l'espace ?
Si on doit se rabattre sur un freinage motorisé en orbite terrestre le poids du vaisseau va exponentiellement augmenter et transformer se voyage en gabegie.

A moins qu'ils jugent qu'Orion ne soit pas apte à effectuer une rentrée atmosphérique à la second vitesse cosmique après un long séjour dans l'espace : risque de dégradation du bouclier thermique ? (on peut le protéger en y adaptant un capot de protection contre les rayonnements et micro-météorites lors du transit trans-planétaire). Risque de motorisation défaillante ?

[peronik]

il y a vraiment besoin de 9 X 130T = 1 170T expédié hors de atmosphère (en LEO et /ou  en transit direct) pour avoir une mission sur Phobos ???
ça fait beaucoup. 
cela fait quand même près de 3 fois les 400T de l' ISS  même si on prend un SLS "base" a 70T  les 9 SLS donnent 630T de charge utile soit encore plus que l' ISS

ces chiffres ne viendrait pas de cette source qui annonce une mission humaine sur mars a 1 500 milliards de dollars avec par vol une ISS a recrée pour héberger l’équipage ??

aller sur MARS c'est cher OK ;  c'est très compliqué surement ;

mais la on dirait que les chiffres annoncés ne le sont que pour pouvoir être des repoussoirs.

cela me rappelle le fumeux rapport dit "des 90 jours" du temps de G.bush père ou le moindre petit département de la NASA a mis ses exigence dans le dossier de manière a rendre un rapport ou chaque exigence augmentais et la masse a transporter et le cout final.
ce qui au final a condamné le rapport et toutes les demandes de financement si elles avaient le malheur d’être en rapport même lointain avec ce rapport

[Maurice]

@peronik : C'est parce qu'en fait ils comptent capturer Phobos et le ramener en orbite terrestre pour pouvoir ensuite l'étudier plus facilement. :)
L'idée viendrait de l'honorable professeur Shadoko. (C'est un japonais)

[Bip]

Concernant le tonnage excessif (9 SLS) c'est peut-être parce que ce planning ne prend pas en compte la propulsion ionique (SEP) avant qu'elle ait fait ses preuves.

Concernant l'Orion de retour, sa raison d'être serait aussi que son réservoir d'hydrogène ne peut rester plein pendant 3 ans, ce gaz fuit inévitablement et il n'en resterait rien (?).
Je ne crois pas que le grand vaisseau interplanétaire se mette en orbite terrestre ou lunaire (il consommerait beaucoup de carburant).
Je crois plutôt que c'est l'Orion qui le rattraperait sur son ellipse Mars-Terre et égalerait sa vitesse pour un rendez-vous de transbordement. Cet Orion devrait contenir beaucoup de carburant pour rejoindre le vaisseau et ensuite effectuer l'opération inverse pour rentrer.
Le risque est que le lancement d'Orion échoue, à cette date, ou que le rdv échoue,  ou que le moteur de l'Orion tombe en panne au moment de repartir car sa trajectoire ne le ramène pas sur Terre.

Ce n'est que de la prospective mais ne nous en plaignons pas car il y a 6 mois on n'avait aucune indication sur l'après Asteroid Redirect Mission.

[Bip]

Attention!
Une suite de cet article vient de paraitre :

http://www.nasaspaceflight.com/2015/09/nasa-considers-sls-launch-sequence-mars-missions-2030s/

Il détaille chaque lancement nécessaire.

Il y a bien une part de propulsion électrique (sans elle on n'aurait même pas osé imaginer le tonnage !) 
                                                                                                                                               
                                                                                                                                                      :shock:

[peronik]

euh quelqu’un ici peut expliquer, a un béotien,  pourquoi sur cet article TOUS les éléments en partance pour mars semblent être "monter" en zone lunaire ??
quel est l'avantage a être là bas pour le grand départ par rapport a être en orbite terrestre haute genre 2000 Km d'altitude

                                   madame delta-V a encore frappée  ???? :x


il ne serait pas plus efficace de monter les charge utiles en LEO puis les "pousser" en HEO via des taxis a propulsion solaire électrique ;
l’équipage les retrouverait via un lancement direct en HEO avant le grand départ

[montmein69]

Je n'ai pas encore pris le temps de lire ce nouvel article qui détaille un peu le schmilblick Phobossien

Mais c'est un peu rigolo, que dans un FIL on discute du budget NASA (en berne ... stagnation ou diminution suivant les postes) qui affecte à la fois la finalisation de CCDev ainsi que le bouclage du développement de SLS/Orion et les premières missions de sa qualification.
Et là ... certes sur un délai plutôt long ... on a une débauche de lancements et développement de matériels pour accèder à Phobos.
Je suppute ... qu'avant d'avoir des confirmations .... on va surtout avoir des annonces de changement de plan :cadeau:

[Argyre]

Concernant le besoin d'un vaisseau Orion pour venir rechercher les astronautes en orbite cislunaire, c'est parce qu'il y a utilisation de la propulsion électrique (solaire ici). L'avantage de la SEP c'est une grande ISP et donc un faible besoin d'ergols. Donc, on peut se permettre d'accélérer/freiner tout doucement mais pendant  très longtemps pour revenir en orbite terrestre. Mais il faut néanmoins une capsule avec bouclier pour la réentrée atmosphérique finale, d'où le besoin d'Orion. De plus, revenir en LEO prend énormément de temps en SEP, donc il vaut mieux revenir avec Orion et son module de service fonctionnant en chimique.
A noter que le problème est symétrique : pour aller de LEO à l'orbite haute et sortir de l'attraction terrestre, il faut de nombreux mois en SEP, c'est pout cela que l'assemblage se fait en orbite haute ou cislunaire.
Dans le cas de la propulsion chimique, on ne peut pas se permettre de gaspiller des ergols pour se mettre en orbite terrestre en venant de Mars, le besoin en ergols est trop important. Il est préférable en tout chimique d'amener Orion avec soi vers Mars, puis de le ramener au retour afin de plonger directement dans l'atmosphère terrestre avec la capsule. On économise ainsi des ergols, dont la masse serait plus importante que la masse d'Orion.

Cela dit, concernant la mission habitée vers Phobos, elle a dû être proposée par une équipe travaillant sur le SLS. A la NASA, ils ont une peur bleue de ne pas pouvoir justifier le SLS, qui, pour des raisons organisationnelles et financières, devra être lancé 1 fois ou 2 par an, pas plus ... et pas moins. Si ça ne rentre pas dans ce moule programmatique, il va être compliqué de gérer la production ...

[aRes]

En se basant en partie sur les travaux de Zubrin et les sources NASA et Caltech on peut proposer le scénario suivant en propulsion chimique, en effet ne rêvons pas, sauf très gros coup de pouce du Congrès américain pour le développement d'un moteur nucléaire thermique ou nucléaire électrique ou solaire électrique, on devra effectuer le voyage vers Mars et Phobos en chimique :


En 2033 départ du vaisseau habité pour Phobos avec un transit Terre-Mars de qui va demander un delta-V de 4km/s environ pour quitter une orbite terrestre de 400 X 400km.
140 à 180 jours plus tard le freinage pour s'insérer sur une orbite d'insertion martienne (400 X 75.000 km) va demander un delta-V de 1155m/s.
L'équipage disposera de 60 jours de présence en orbite martienne, amplement suffisant pour cette première visite de Phobos : plusieurs explorations humaines sur Phobos, récupération d'échantillons martiens ramené par des sondes automatiques, pilotage de sondes. (réduire cette durée à 30 jours ne modifie pratiquement pas le delta-V nécessaire )
Départ pour la Terre (scénario d'opposition) en croisant l'orbite de Venus. Durée du voyage retour de 320 à 360 jours nécessitant un delta-V de 3km/s environ pour quitter l'orbite martienne.
L'arrivée sur Terre se fait par freinage atmosphérique à la seconde vitesse cosmique via Orion.

Le scénario des 600 jours (180+60+360) nécessite un delta-V total de 8 km/s (hors approche de Phobos, nous y reviendrons plus tard). C'est d'ailleurs ce scénario des 600 jours qui offre le plus bas tonnage à envoyer en LEO dans l'hypothèse d'une propulsion chimique intégrale avec isp = 465s
Le voyage est faisable en 520 jours mais dans ce cas le delta-V monte à 10km/s et le tonnage final du vaisseau croit de 36 %.


A noter que dans le cas d'un scénario de conjonction la mission serait portée à 950 jours, les radiations reçues par l'équipage seraient similaires, et le delta-V pour le retour depuis Mars ne serait plus que d'environ 1km/s (delta-V total de 6km/s).
Mais restons sur le scénario d'opposition pour des raisons physiologiques et psychologiques pour cette toute première mission vers Mars et Phobos.

Un équipage de 4 personnes sera suffisant pour cette première mission, chaque astronaute étant pluridisciplinaire, et l'étude in situ étant courte (moins de 60 jours). Comme l'a étudié Zubrin on gagnera également en tonnage de manière non négligeable par rapport à un équipage de 6.

L'approche de Phobos : cette manœuvre va nécessiter un delta-V de 862 m/s supplémentaire depuis l'orbite d'insertion martienne (MOI). Idem pour s'en éloigner, soit un delta-V supplémentaire de 1,7km/s. La mission Phobos va donc porter notre delta-V à presque 10 km/s au total.
Si on décidait plutôt d'aller visiter Deimos, le delta-V pour la manœuvre ne serait que de 2 X 667m/s par rapport à l'orbite d'insertion martienne.

Pour rejoindre Phobos depuis l'orbite d'insertion martienne on accompli d'abord une modification de trajectoire à l'apogée de la MOI (75.000 km d'altitude de Mars) pour croiser l'orbite de Phobos, puis un freinage sur l'orbite de Phobos pour se satelliser autour de Mars à proximité de sa lune.

Deux solutions s'offrent depuis la MOI : soit conduire l'intégralité de notre vaisseau habité vers Phobos, soit le laisser sur la MOI et détacher un module d'exploration habité vers Phobos. Le problème du module d'exploration spécifique pour Phobos va être sa nécessité de redondance en cas d'avarie de ce dernier, redondance dont disposera déjà le vaisseau interplanétaire sur tous les points.

Je table en première étude sur un mission avec assemblage quasi-complet (hab, module de propulsion et ergols pour atteindre Phobos, Orion, intégralité desprovisions) en orbite terrestre pour plusieurs raisons :

• cette mission Phobos fera l'impasse totale sur l'ISRU proposée par Zubrin (fabrication d'ergols, d'oxygène et d'eau sur Mars), donc pas de nécessité d'y envoyer d'avance un véhicule retour
  
• dans le cas d'un incident lors du voyage aller, l'équipage devra disposer de l'intégralité des ressources nécessaires pour un retour libre vers la Terre, soit une autonomie de 600 jours en oxygène, eau, nourriture.
  

On peut cependant imaginer faire parvenir sur la fenêtre de tir de 2031 des ergols LO2+LH2 en orbite martienne pour le voyage retour. Mais cela expose au problème de leur stockage durant presque 4 années dans l'espace. Et ay risque d'échec du rendez-vous orbital entre le vaisseau habité et ces ergols indispensables au voyage retour.

L'arrivée anticipée du matériel d'exploration pour Phobos est cependant beaucoup plus plausible, en effet notre train spatial rejoindrait le cargo précédent à proximité de Phobos, disposant ainsi de ses deux véhicules de visite pour Phobos (leur masse est estimée à 1,7T chacun) et de tous le matériel scientifique nécessaire.

Nous avons donc à composer notre train martien :

Orion-MPCV : 21 tonnes
Système de propulsion cryogénique LO2+LH2 ips=465s sans ergols  : 10 tonnes pour 2 moteurs RL-10B2
Hab : structure gonflable de 5T + équipements vie de 3T + générateur solaire de 1T + mobilier de 1T + système de commande et de communication de 1T + laboratoire de 1T + combinaisons et équipement de 1T + équipage de 0,5T + 16% de pièces de rechange = 17 tonnes

Un total de 48 tonnes qui feront le voyage durant les 600j, à ramener en banlieue terrestre.

On doit ajouter les provisions (eau, nourriture, oxygène) pour 600 j soit approximativement 10 tonnes dont 5 tonnes pour le voyage retour, cela donne donc 53 tonnes à faire partir de la MOI vers la Terre, c'est donc sur un delta-V proche de 3km/s 50 tonnes d'ergols qui seront nécessaires.
Les manœuvres MOI-Phobos-MOI vont nécessiter sur un delta-V de 1,7km/s soit 47 tonnes d'ergol.
La mise en MOI 50 tonnes d'ergol pour une delta-V de 1km/s.
Le départ depuis la Terre sur une base d'un delta-V de 4km/s 300 tonnes d'ergols.
Soit donc une masse totale de 500 tonnes pour notre train spatial au départ depuis la Terre.

Ajoutez à cela la perte d'ergols cryogéniques durant le séjour dans l'espace, un voile thermique pour le passage proche de l'orbite vénusienne et la structure de stabilisation du vaisseau, on table donc sur 550 tonnes pour notre train spatial habité, soit 5 lancement de SLS. A quoi l'on ajoute 1 lancement SLS pour délivrer du matériel directement vers Phobos. Soit 6 lancements de SLS en tablant sur un équipage de 4 personnes avec des explorations de Phobos par 2 astronautes.



sources : http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20120009026.pdf
http://www.csc.caltech.edu/references/Hopkins-Phobos-Deimos-Paper.pdf
http://salotti.pagesperso-orange.fr/DRA50.htm

http://salotti.pagesperso-orange.fr/conjonctionopposition.htm

[Astro-notes]

Impitoyable delta V (ms) que nous inflige la mécanique spatiale. Intéressant CapMars.

[Bip]

Merci Capmars ,

Un autre (petit) atelier de réflexion vient de sortir un rapport :

http://planetary.s3.amazonaws.com/sites/hom/docs/The-Planetary-Society---Humans-Orbiting-Mars---A-Critical-Step-Toward-the-Red-Planet.pdf

Il prétend qu'il serait possible de réaliser le voyage vers Phobos avec 4 SLS ou vers Mars avec 6 SLS.
(un Orion restant arrimé pendant tout le voyage)

A la fin du papier ils avouent qu'on peut éventuellement préférer Deimos à Phobos.

[P. Edritch]

très intéressant . :cheers: 
hyper aléatoire . :D 
quid du module de survie pour ces durées ? existe t il ?

[Wakka]

La sonde Mars-Express doit frôler Phobos aujourd'hui à 53 km de distance entre 16h00 et 17h00 fr.

Elle devrait voir des zones jamais imagées de si près :cheers:
HRSC fera des photos; le radar MARSIS et l'instrument ASPERA-3 sonderont l'environnement souterrain et le plasma (?) de la lune. Le lieu sera celui de la future 2eme mission Phobos-Grunt prévue en 2026 ( )

http://news.discovery.com/space/spacecraft-ready-to-skim-martian-moon-phobos-160113.htm