Programme US : démarche incrémentale ?

[montmein69]

Pour accéder à l'espace lointain (donc au-delà du GEO) , que ce soit un astéroïde ou une autre planète (Mars est visé .... ), il parait assez consensuel de penser qu'il faudra des missions préparatoires habitées ou non pour disposer des technologies et avoir les compétences permettant de risquer la vie d'un équipage.

Je reprend ici une discussion entamée dans un FIL où ce n'était pas à sa place.


Argyre a écrit:

Personnellement, si l'objectif est d'aller vers Mars, voici AMHA ce que les Américains devraient planifier :

1) Le jour où les Américains disposeront d'un lanceur lourd et d'un module habité standardisé pour des missions longue durée, je pense que le mieux sera de faire un test de 3 ans en orbite terrestre basse dans les conditions d'un aller retour vers Mars. Il s'agira typiquement de tester l'autonomie et la robustesse des systèmes en apportant des consommables et autres pièces de rechange pour 3 ans dès le départ, éventuellement en faisant tourner les équipages, mais sans aucun réapprovisionnement. Il faudra également tester la réentrée dans l'atmosphère terrestre après le séjour de 3 ans grâce à une capsule dédiée.

2) Il faudra tester l'atterrissage sur Mars du module habité. On sait faire avec des petits vaisseaux embarquant des rovers, mais si la charge utile dépasse 10 tonnes, voire 30 tonnes, là on ne sait plus faire. Il faudra donc faire des tests ... sans astronaute ! Ce test pourra être réalisé en même temps que le test précédent (1). Par la même occasion, on pourra tester la production de carburant en exploitant le CO2 de l'atmosphère martienne et le redécollage.

On est d'accord sur la nécessité de valider des techniques avant même d'envoyer des hommes vers un astéroïde ou en orbite martienne, et bien sûr de les faire atterrir et séjourner.
Pour le 1) pourquoi ne pas envisager le GEO ? On serait plus proche des conditions à gérer notamment en terme de rayonnement. On aurait aussi une visibilité permanent de la même zone au sol, ce qui permet du télé-pilotage d'engins au sol.... bref de quoi s'entrainer pour de vrai.
De plus les possibilités de "faire revenir l'équipage" seraient moins aisées qu'à partir du LEO .. donc on n'utiliserait cette option qu'en tout dernier recours.

Pour le 2) ... il y a effectivement matière à travailler avec des engins à gérer en automatique. La simultanéité envisagée des missions fait gagner du temps sur le calendrier global, mais d'un autre côté ne permet pas forcément d'intégrer des améliorations dictées par le 1) ... donc à soupeser. Les tests d'installations au sol (fabrication, stockage) puis de décollage et retour d'un module grandeur nature seront indispensables mais prendront un temps incompressible si on veut la validation.

3) Si les phases 1) et 2) sont validées, je ne vois aucune raison de ne pas tenter directement un voyage habité vers Mars. Eventuellement, il pourrait y avoir d'autres systèmes à valider selon le scénario retenu (propulsion avancée, protection contre les radiations, ...), mais cela ne devrait pas avoir d'impact sur la planification proposée. Par exemple, si on veut tester un nouveau système de propulsion pour aller vers Mars, il faut le faire dans la phase 2.

Assez d'accord qu'après validation par 1) et 2) on peut tenter directement l'atterrissage.
L'option d'un vol orbital avec retour sans atterrissage est "vraiment difficile à avaler" ... même si on sait qu'un équipage peut-être formaté pour accepter le peu acceptable ... bonjour ! la frustration d'être venu de si loin pour repartir Suspect

Il ressort de tout cela que la préparation sera longue, et qu'il faudra avoir un budget qui probablement dépassera les moyens de la seule NASA.

[tatiana13]

L'option d'un vol orbital avec retour sans atterrissage est "vraiment difficile à avaler" ... même si on sait qu'un équipage peut-être formaté pour accepter le peu acceptable ... bonjour ! la frustration d'être venu de si loin pour repartir Suspect

Il ressort de tout cela que la préparation sera longue, et qu'il faudra avoir un budget qui probablement dépassera les moyens de la seule NASA.

sans revenir sur un autre débat, je pense qu'à l'instar de ceux qui sont enfermés 520 jours pour tirer divers enseignements, cette étape peut paraître indispensable comme l'ensemble des vols qui ont conduits progressivement à alunissage d'Apollo11.

et si ma mémoire est bonne que pensez aussi au point vue "frustation" de l'envoi des premiers astronautes (cf le film l'étoffe des héros) qui étaient en fait plus considérés comme des cobayes que comme des pilotes; en particulier qu'a pensé Alan Shépard lorsqu'un singe est parti bien avant lui, tandis qu'il se sentait prêt pour accomplir sa mission mais que les ingénieurs américains (dont Von Braun) voulaient vérifier une fois encore tous les paramètres avant l'envoi d'un être humain (compromis sécurité/prise de risque :scratch: )

[montmein69]

sans revenir sur un autre débat, je pense qu'à l'instar de ceux qui sont enfermés 520 jours pour tirer divers enseignements, cette étape peut paraître indispensable comme l'ensemble des vols qui ont conduits progressivement à alunissage d'Apollo11.

Je disais certes dans un passage :

L'option d'un vol orbital avec retour sans atterrissage est "vraiment difficile à avaler" ... même si on sait qu'un équipage peut-être formaté pour accepter le peu acceptable ... bonjour ! la frustration d'être venu de si loin pour repartir

Encore ne faut-il pas extraire sélectivement cette phrase de l 'argumentation développée (partant de celle d'Argyre à laquelle j'ai apporté mon point de vue), ainsi que négliger le titre donné au FIL (démarche incrémentale), Il souligne qu' il y a de nombreuses étapes en amont .... Et ces étapes devraient apporter de l'expérience dans divers domaines et probablement des "améliorations/adaptations" multiples avant d'envisager le voyage martien avec équipage qu'Argyre avait numéroté 3) dans le scénario.
Si toutes ces expérimentations humaines et matérielles ont été réalisées (et cela coutera cher et cela prendra du temps) l'écart de risque entre rester en orbite et prendre la décision d'atterrir me semble réduit.
L'argument sur la frustration n'est finalement que secondaire ...
Si toutefois l'étape orbitale s'avérait cruciale en terme de sécurité (une ou même plusieurs) .... j'y adhérerai sans problème.

Je serai d'ailleurs curieux de savoir en ce qui concerne une mission astéroïde (qui aurait lieu avant une tentative vers mars)... si on testera des matériels en automatique au préalable .... ou si la mission avec équipage en orbite serait réalisée rapidement ?

[Rémi-astronome]

Oui, mais un astéroïde bouge dans l'espace, comme les autres planète d'ailleurs, je pense que s'ils choisissent un astéroïde, il fera un tour du soleil assez rapidement...
Mais le problème c'est qu'on a jamais astéroïderis ... :lolnasa:
Donc il faudra inventer de nouvelles technologies, car il est plus facile de se poser sur Mars, ou même la Lune, qui ont une plus grande attraction qu'un astéroïde, et Mars à une atmosphère. Donc ne serait il pas plus rapide de viser directement Mars, plutôt que d'inventer de nouveaux moyens pour les astéroïdes...
En plus, un astéroïde est plus petit, et donc plus difficile à viser, et en plus le terrain n'est pas très sur...

[Argyre]

On est d'accord sur la nécessité de valider des techniques avant même d'envoyer des hommes vers un astéroïde ou en orbite martienne, et bien sûr de les faire atterrir et séjourner.
Pour le 1) pourquoi ne pas envisager le GEO ? On serait plus proche des conditions à gérer notamment en terme de rayonnement. On aurait aussi une visibilité permanent de la même zone au sol, ce qui permet du télé-pilotage d'engins au sol.... bref de quoi s'entrainer pour de vrai.
De plus les possibilités de "faire revenir l'équipage" seraient moins aisées qu'à partir du LEO .. donc on n'utiliserait cette option qu'en tout dernier recours.

Oui, pourquoi pas une orbite assez haute. En fait, je pensais à LEO pour des raisons d'économie et de simplicité d'accès, car :
- Un lanceur pour orbite haute doit être beaucoup plus puissant que pour l'orbite basse, même s'il ne s'agit que d'acheminer 3 personnes pour faire tourner l'équipage. Si on veut une sécurité importante, il faut non seulement accéder à cette orbite mais aussi se donner la capacité d'un retour sur Terre. Bref, un lanceur lourd serait nécessire pour chaque rotation d'équipage.
- Je pense que les tests les plus importants concerneront le support vie et les contre-mesures pour contrer les effets physiologiques de la microgravité, donc LEO suffirait.
- Pour ce qui est des radiations, on ne va pas obliger des personnes à rester le plus possible exposées, rien que pour voir comment leur corps va encaisser .... En dehors des mesures réalisées avec des appareils sophistiqués, une idée pourrait être de placer en orbite haute des mannequins truffés de capteurs et placés derrière différentes protections afin d'avoir des données quantitatives en fonction de la position de l'organe. D'autres mesures peuvent sans doute être effectuées au sol sur des animaux ....

En ce qui concerne la simultanéité, cela présente effectivement des inconvénients. Il y aura de toute façon plein d'autres choses à tester. Par exemple, pour la rentrée atmosphérique martienne, il est envisagé d'utiliser de grands parachutes pour économiser le carburant. Or, cette phase est très critique car on ne peut pas ouvrir les parachutes si on va trop vite et que les frottements sont trop importants. La NASA dispose de données sur les résistances des parachutes pour l'entrée dans l'atmosphère terrestre, mais elles sont insuffisantes relativement aux nouveaux besoins (atterrissage d'un module lourd sur Mars). Il faudra donc procéder à de nouveaux tests dans la haute atmosphère terrestre pour démontrer la faisabilité de l'exploitation des parachutes dans des conditions plus sévères. Il faut également travailler sur le bouclier thermique qui doit permettre le premier freinage avant l'ouverture des parachutes. Ce bouclier est un véritable casse-tête car pour être efficace dans l'atmosphère martienne, si on part toujours de l'hypothèse qu'on fait atterrir un gros module, par exemple 30 tonnes, il faut que sa surface soit énorme. De plus, comme les forces de freinage sont importantes, il faut une attache solide au reste du vaisseau, et qui dit solide, dit lourde ....
Entre parenthèses, ce problème de bouclier thermique est si critique qu'il pourrait conduire à 2 options radicales :
- Soit on utilise un frein propulsif complémentaire qui consomme du carburant.
- Soit on atterrit avec des petits vaisseaux qu'on assemble une fois au sol pour former l'habitat.
Bien entendu, tout cela requiert de la R&D avec le budget qui va avec.

Il ressort de tout cela que la préparation sera longue, et qu'il faudra avoir un budget qui probablement dépassera les moyens de la seule NASA.

Disons qu'il y a des incertitudes sur le coût total, c'est évident. En revanche, je pense que la NASA pourrait y aller tout seul, si elle ne commet pas trop d'erreurs dans ses choix.

A+,
Argyre

[montmein69]

- Pour ce qui est des radiations, on ne va pas obliger des personnes à rester le plus possible exposées, rien que pour voir comment leur corps va encaisser .... En dehors des mesures réalisées avec des appareils sophistiqués, une idée pourrait être de placer en orbite haute des mannequins truffés de capteurs et placés derrière différentes protections afin d'avoir des données quantitatives en fonction de la position de l'organe. D'autres mesures peuvent sans doute être effectuées au sol sur des animaux ....

Il y aura effectivement nécessité de phases d'étude avec des mannequins, des capteurs, puis des animaux.
Il faudra cependant aussi tester ensuite, l'efficacité des "boucliers" avec de vrais organismes humains (les simulations ont leurs limites) et ce sur une période assez longue pour contrôler un possible vieillissement aussi bien des matériaux que des organismes. Exposer des hommes quelques mois (avec les meilleures protections possibles) et en conservant une possibilité de les rapatrier, sera sans doute indispensable avant de les faire partir pour un long voyage.

[Argyre]

Exposer des hommes quelques mois (avec les meilleures protections possibles) et en conservant une possibilité de les rapatrier, sera sans doute indispensable avant de les faire partir pour un long voyage.

Le problème, c'est que l'impact des radiations n'est probalement pas immédiatement décelable. C'est comme si on faisait passer un grand nombre de radios des poumons à quelqu'un en une dizaine de jours. Aucune ne va la tuer, il ne va rien ressentir et aucun appareil de mesure n'est capable de déterminer l'effet des radiations. Néanmoins, il y a un impact au niveau cellulaire, c'est certain, impact qui peut se manifester par le développement d'un cancer 10 ans plus tard ... ou par rien de significatif.
En fait, on dispose déjà de données sur les humains suite aux accidents nucléaires ou à l'exploitation de matériel médical émettant des radiations. Ce ne sont pas les mêmes types de radiations, mais globalement, je pense qu'il existe des modèles qui permettent d'estimer l'impact sur tel ou tel organe. Il faut toutefois calibrer ces modèles en fonction des radiations qui sont effectivement présentes et c'est là que le mannequin en orbite pourrait être utile. J'ai écrit "pourrait" car je ne suis pas spécialiste, peut-être que je m'avance un peu trop, donc idée à prendre avec des pincettes.
Quoi qu'il en soit, exposer des humains aux radiations sur une longue durée à titre expérimental, c'est comme demander à quelqu'un de passer 10 radios sans prescription médicale, ou d'accepter de recevoir un coup de poing dans la figure. D'une part je ne crois pas qu'il y ait beaucoup de candidats à ce genre d'expérience une fois que les risques sont connus et d'autre part ça ne pourrait jamais être accepté par un comité d'éthique s'il y a des incertitudes sur les risques encourus. Sauf bien sûr si on change les lois. Paradoxalement, cela serait acceptable si on avait une bonne estimation des doses reçues .... et que les lois soient éventuellement adaptées pour que de telles doses soient acceptées. Mais du coup, il n'y a plus besoin de faire des essais ...

[Henri]

Je crois bien que le vrai problème c'est que par manque d'expérience (très peu d'astronautes sont sortis de la magnétosphère terrestre et dans l'ensemble la population des astronautes ainsi que la durée de leurs missions sont trop faibles) on ne connait pas le facteur de qualité ou facteur de pondération des rayonnements à appliquer à une irradiation en GCR (Galactic Cosmic Rays).

Pour les éruptions solaire, là les énergies plus basses des particules émises nous replacent dans des domaines où les facteurs de qualité sont connus.

Même l'expérience acquise pour l'exposition des personnels navigants du transport aérien aux GCR n'est pas transposable au vol interplanétaire, car aux altitudes de vols des longs courriers ce sont déjà à des rayons secondaires auxquels ils sont exposés.

Je me demande si des expérimentations animales (exposition aux GCR de fortes populations de souris blanches en GEO) ne seraient pas très instructives pour déterminer ce facteur de qualité...

http://fr.wikipedia.org/wiki/Dose_%C3%A9quivalente

Nota : le facteur de qualité n'a de sens que pour les effets stochastiques des radiations (calculs des probabilités de tumeurs à long terme pour une dose donnée)

[Henri]

Tiens, au sujet des rayons cosmiques, j'ai trouvé ce site qui permet de visualiser la courbe des GCR depuis 1958 jusqu'à aujourd'hui.
En prenant plusieurs décennies avec une résolution temporelle de 1 mois, on constate la montée en puissance des GCR avec la baisse de l'activité solaire.

Non seulement les cycles solaires sont visibles, mais même le retard pris par le cycle solaire 24 est discernable...
Toute mission longue hors de la magnétosphère terrestre nécessitera à mon avis de sérieuses études préalables sur ce sujet qui auraient leur place dans une telle démarche incrémentale.

Pour choisir les paramètres de la courbe :
http://cr0.izmiran.rssi.ru/mosc/main.htm