L'Exploration de mars

1. ! Université de Caen Basse-Normandie ! 11-10-2014 www.planete-mars.com L’exploration de Mars Docs. NASA

2. Les Mars Society Associations à but non lucratif visant à promouvoir l’exploration de Mars en particulier par l’homme Mars Society US créée en 1998 par R. Zubrin Association Planète Mars Créée en 1999 par R. Heidmann Environ 140 membres Site: planete-mars.com Autres associations européennes Allemagne, Pays Bas, Suisse, UK, Italie, Pologne, Belgique, Autriche Les modes d’action sont de type promotion (conférences, articles, livres – sortie de « Embarquement pour Mars » le 10 mai chez A2C Médias -, TV) mais si opportunité des actions plus concrètes sont entreprises en particulier dans le domaine de la simulation Docs. APM/MDRS 43 Docs. APM/A. Souchier Docs. APM/A2C médias/Manchu

3. DEUX PLANÈTES SOEURS www.planete-mars.com Mais un ancien océan ? La planète océan La planète désert Une journée de 24h40mn Docs. NASA Doc. NASA/JPL/Goddard Spaceflight Center

4. Au sol: des mini tornades de poussière www.planete-mars.com ATMOSPHÈRE ET NUAGES Mais une pression de seulement 7 mb (150 fois plus faible que sur Terre) et une atmosphère de gaz carbonique Et des grandes tempêtes de poussière Docs. NASA/JPL-Caltech Doc. NASA/JPL-Caltech/MSSS

5. PÔLES : CALOTTE AUSTRALE Jusqu’à 3,5 km d’épaisseur de glace 2008: Mars Polar Lander posé sur de la glace Doc. NASA/Docs. NASA/JPL-Caltech/MSSS JPL-Caltech/Univ.of Arizona

6. La calotte polaire par le radar de Mars Express Doc. ESA/NASA/JPL-Caltech/ University of Rome/ASI/GSFC Doc. Arizona State University/Ron Miller Doc. NASA/JPL-Caltech/MSSS Doc. ESA www.planete-mars.com

7. UNE PLANÈTE VOLCANIQUE OLYMPUS MONS : 22 KM DE HAUT Docs. NASA/JPL-Caltech www.planete-mars.com

8. GRANDES VALLEES DE DEBACLE Fonte de glace souterraine Docs. NASA/JPL-Caltech/MSSS www.planete-mars.com

9. L’EAU SUR MARS : GRANDES VALLÉES FLUVIALES ANCIENNES www.planete-mars. com Dernier écoulement Docs. NASA/JPL-Caltech/MSSS Glace ? Doc. NASA JPL Nanedi Vallis ET PETITS ECOULEMENTS RECENTS

10. PETITS ECOULEMENTS RECENTS Les écoulements du cratère Newton Docs. NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona

11. POURQUOI NOUS IRONS SUR MARS et pourquoi l’exploration du système solaire Doc. NASA/Pat Rawlings Doc. NASA/Pat Rawlings La dynamisation des sociétés, l’aventure, le rêve La politique (coopération mondiale, création de réseaux) Docs. NASA/JPL-Caltech Docs. NASA La technologie ( énergie, recyclage, robotique) La science (le « fonctionnement » des planètes, la naissance de la vie) Docs. NASA

12. UNE BREVE HISTOIRE DU TEMPS…COMPAREE ENTRE DEUX PLANETES 4,56 4 3 2 1 milliards d’années Oxygène Organismes La lune multicellules Hadéen Archéen Protérozoique Primaire Secon daire 1ères traces chimi-ques de vie Cellules à noyau (eucaryotes) 1ers micro fossiles Cellules sans noyau (procaryotes) Cristaux zircon - 4,4 TERRE MARS Fin du bombardement tardif Volcanisme actif Vallées de débâcle Lacs acides Sulfates Meridiani Oxydation de surface – Libérations d’eau sporadiques et violentes Valles Marineris Noachien Hespérien Amazonien Volcan Olympus Mons 10 Ma dernières laves et écoule-ments Oscillations axe 0,1 Ma ? Rivières Océan Argiles Disparition atmosphère ? Docs DR

13. Le voyage vers Mars : le budget Delta V Delta V total pour différentes missions ! Orbite géostationnaire 11,7 Km/s Atterrissage Mars * 11,5 Km/s Atterrissage Lune 13,5 Km/s Aller retour Terre Lune 16,1 Km/s Aller retour Terre Mars * 18,0 Km/s Aller retour Terre Phobos * 14,7 Km/s !!• Entrée directe ou aerofreinage • 1 à 4 km/s à ajouter si capture retropropulsée ! Doc. APM Au départ d’une orbite terrestre : 3,5 km/s pour atteindre Mars mais 10 km/s pour un aller retour . . Mercure Vénus

14. Doc. Von Braun/Rolf Klep Doc. ESA/CNES CSG/AE Comment les masses LEO des missions martiennes humaines ont décru en 50 ans 50 ans de projets : ! Des solutions de plus en plus légères • Ergols plus efficaces : hydrogène et oxygène ! • Utilisation de l’atmosphère martienne pour aérofreinage ⇒ masse ÷ 2 ! • Production sur Mars des ergols de retour ⇒ masse ÷ 2 ! • Autres : propulsion nucléothermique ou nucléoélectrique 1950: 37000 t en LEO ! Mais 70 astronautes ! 1960 : 2000 t 1990 : 400 t pour comparaison Ariane 5 = 20 t Doc. L’espace à quoi ça sert Doc. NASA/JSC

15. Exploration : les USA montrent la voie … Un lanceur lourd (80-130t) fin 2017 Et autour de Mars vers 1er vol 4/12 /2014 Module de service européen Docs. NASA Un vaisseau interplanétaire Orion 5875 km ! Capture d’astéroïde en 2025 Doc. L’espace à quoi ça sert

16. Différents scenarios de mission martienne 4Mars Direct par R. Zubrin ! ! ! 4DRA 5 NASA par S. Borowski ! ! ! ! 4Missions nucléoélectriques Mission 100% en propulsion chimique avec tout le carburant de retour produit sur Mars Propulsion nucléothermique et une partie (remontée en orbite martienne) des ergols de retour produits sur Mars/ Doc. L’espace à quoi ça sert Docs. NASA Doc. Safran 4Les cas particuliers de Mars One et Inspiration Mars 4Les projets d’Elon Musk

17. A chaque étape du voyage son ou ses modes de propulsion (ou freinage) Mise en orbite terrestre Chim. (et combien de rendez vous ?) Injection vers Mars Chim. – Nucl. Th. – Nucl. electr. Insertion en orbite martienne* Chim. – Nucl. TH. – Nucl. electr. – Aerobr. * Combinaisons possible Atterrissage sur Mars Aerobr. – Parachutes – Chim. - (airbags) Décollage de Mars Chim. Orbite martienne à la Terre* Chim. – Nucl. Th. – Nucl.electr. * Combinaisons possible Arrivée sur Terre Aerobr. – Parachutes Entrée directe possible (ex: Curiosity) Mais aussi prévoir les scénarios de repli si pannes ! Et différents scénarios concernant ce que l’on laisse en orbite martienne

18. Mars Direct, mission 100% propulsion chimique Caractéristiques 6 t de H2 transportées depuis la Terre et produisant 116 t d’oxygène et de méthane par réaction avec le CO2 de l’atmosphère martienne Image TMS - Lancement vers Mars d’un véhicule de retour avec les 6 t de H2 et l’unité de production d’ergols Redondance pour le retour (1er équipage) Redondance pour le retour (2ème équipage) - Lancement d’un 2ème véhicule de retour avec 6 t de H2 et une unité de production d’ergols en redondance - Lancement de l’équipage avec l’habitat martien - 3ème lancement d’un véhicule de retour avec 6 t de H2 et une unité de production d’ergols - Lancement d’un nouvel équipage, etc Doc. Mars Society

19. Le voyage de 6 mois (et même durée pour le retour) Les radiations et en particulier les éruptions solaires => refuge central abrité derrière 15 cm d’eau – dose totale de radiations sur 2,5 ans = 70 rems contre 100 à 400 rems autorisés sur une vie Microgravité=> gravité artificielle par rotation Comportement psychologique de l’équipage => processus de sélection à conduire sur des équipages et pas des individus Etage supérieur lanceur Habitat Docs. Mars Society Et la fiabilité/redondance et maintenabilité des systèmes sur une 9 octobre 2013 mission de 2.5 ans ! Doc. APM

20. Quelques points clé Parachutes toujours possibles pour charges lourdes ? Ou freinage final tout propulsif ? Transportés de la Terre Production automatique des ergols de retour 2 H2 + CO2 = CH4 + O2 Atmosphère martienne Pureté? Entrée atmosphérique Bouclier thermique de grande taille (déployable, gonflable); connaissance de l’atmosphère Conservation du LH2 sur 12 mois *; production automatique in situ ; source nucléaire 100 kW ; * isolation de type satellite:1 t évaporée en 6 mois sur 7 t initiales Doc. Manchu/APM Doc. NASA/JSC Doc. NASA Doc. NASA

21. Deux ans plus tard : l’arrivée des hommes Doc. Manchu/APM Atterrissage à proximité du Véhicule pressurisé pour exploration longue distance; tenue des maté-riels à la poussière (joints, des scaphandres en parti-culier); effet de la pous-sière sur les hommes; contamination planétaire (dans les 2 sens) module de retour Puis 500 jours d’exploration Et retour en chimique (2 étages) avec les ergols produits sur place Mise en orbite par aérocapture Les télécom-munications sur Mars, la navigation (GPS) Doc. NASA/Pat Rawlings Doc. NASA Doc. NASA Doc. ESA

22. La mission DRA 5 NASA S. Borowski abort voisinage de Mars = rester en orbite 8 lancements et 5 rendez vous pour assurer la mission Doc. NASA

23. 6 mois de voyage en micro-gravité aller (et 6 mois retour), l’orientation des panneaux solaire empêchant une mise en rotation pour gravité artificielle) Structures gonflables (intéressant sur Mars aussi) La mission NASA en propulsion nucléaire Doc. NASA Doc. NASA Doc. DR

24. La propulsion électrique - Un développement progressif en cours dans le monde - Nasa HET essais à 75 kW = 3 N Essais de 5 kW et 20 kW (1N) en Europe (Snecma) Beaucoup de satellites géostationnaires avec de la propulsion électrique pour le maintien à poste ; quelques missions interplanétaires avec de la propulsion électrique (Smart 1 Europe ; Deep Space 1, Dawn USA); 1 à 4.5 kW (AEHF) Chang Diaz VASIMR essais à 200 kW Opérations Démonstrations et développement Recherche Au-delà de 300 kw la question c’est la source de puissance. Il faut passer du solaire au nucléaire. La masse spécifique (kg/kW) est le facteur fondamental. Doc. ESA Docs. NASA Doc. Safran Doc. DR Doc. Ad Astra

25. Missions à propulsion électrique Caractéristique : une poussée très faible 1MW 60 N 10 MW 600N 300 j pour monter d’une 400/400 km à une 400/250 000 km (propulsion 1 MW pour charge utile 50 t) - Adapté aux missions cargo - Pour les missions humaines, il faut que les astronautes rejoignent le vaisseau à propulsion électrique après élévation de l’orbite Exemple de mission tout électrique: 10 MW - 355 t en orbite Radiateur de 125 m sur 102 110 t de xénon Nucléaire Radiateurs 42t 125m Doc. NASA/Glenn Research Center 160m Doc. NASA 102m Ensemble moteurs+ ergols + réservoirs : 68t x 2 9m Ø8,4m 58t 16m 24t 40t 51m Structures 11t 4,3m 9,3m Ensemble bouclier + Réacteur + cycle de conversion : 43t 25° Solaire Panneaux solaires ou réacteur nucléaire ; la puissance spécifique kg/kW (15 kg/kW atteignable en nucléaire ?) ; gestion des déformations d’orbite avant l’élancement final ; déploiement des panneaux ou du radiateur.

26. Mars One 2011: Création par Bas Lansdorp et Arno Wielders au Pays Bas; projet d’envoyer des hommes sur Mars pour un voyage sans retour; financement privé 2013 : Appel à candidatures; 202586 candidats Mai 2014 : Réduction à 705 2015 : Début de simulation sur Terre 2018 : Première mission robotique 2024 : Lancement d’un cargo lourd 2025 : Premier équipage sur Mars pour un budget de 6 milliards $ ? Docs. Mars One

27. « Inspiration Mars » Proposition de Denis Tito en 2013 : un aller retour Terre-Mars-Terre en 500 j sans arrêt au passage (« Fly By ») avec 2 personnes Objectif initial: ! - lancement en janvier 2018 - passage à 160 km de Mars en août 2018 - retour au printemps 2019 ! Report à une date indéterminé (2021?) Expérimentation en cours sur système de contrôle d’environnement Docs. Inspiration Mars

28. Docs APM/R. Heidmann Les projets d’Elon Musk

29. En attendant l’homme, l’exploration robotique continue En orbite: Mars Express (Europe) Mars Odyssey (USA) Mars Reconnaissance Orbiter (USA) *** X * Au sol: ! 2012 : Phobos Grunt (Russie) Retour d’échantillons de Phobos Rover Opportunity (USA) 2012: Rover MSL Curiosity (USA) ! A venir au sol: 2016: lander ExoMars 2016: InSight 2018: rover ExoMars 2020: Curiosity 2 2022-25: Phootprint … * ° ! Et depuis qqs jours : Maven (USA Mangalyaan (Inde) ! 2016 : orbiter ExoMars (Europe+Russie) ° Echec ! Succès ! * * ° ° °° Docs. NASA/JPL-Caltech Doc. NPO Lavochkin

30. Docs. A. Souchier MSL Curiosity : la maquette du CNES à l’échelle 1 en 2011… et la réalité 2012 Doc. NASA/JPL-Caltech

31. MSL Curiosity: une arrivée complexe et réussie… Qui préfigure probablement les missions humaines Doc. NASA/JPL-Caltech

32. MSL Curiosity : une arrivée complexe et réussie Doc. NASA Doc. NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona Doc. NASA/JPL-Caltech Doc. NASA/JPL-Caltech Doc. NASA/JPL-Caltech

33. Et après l’atterrissage: le matériel éparpillé sur le sol du cratère 650 m Doc. NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona

34. Les instruments de Curiosity Chemcam SAM Sample Analysis at Mars (détection C-H- O-N): -SAM GC (Chromatographe en phase Gazeuse) des laboratoires français LATMOS et LISA, -SAM QMS (Spectromètre de Masse Quadrupolaire) du Goddard SFC NASA -SAM TLS (spectroscope laser accordable) du Jet Propulsion Laboratory. -SAM comporte 77 fours dans lesquels les échantillons peuvent être chauffés jusqu’à 1100 °C. DAN 1%-2m REMS RAD Chemin APXS Chemcam : laboratoires français IRAP et CEA pour le laser, télescope, caméra et électronique de commande SAM Docs. NASA/JPL-Caltech

35. Le cratère Gale et la mission de Curiosity Ancienne vallée d’écoulement Aeolis Mons / Mont Sharp: 5500 m Ancienne vallée d’écoulement désignée Peace Doc. NASA/Milliken/Anderson and Bell/Ryan Anderson) Docs. NASA/JPL-Caltech/ESA/DLR/FU Berlin/MSSS

36. Curiosity est d’abord allé à Glenelg À la confluence de 3 zones géologiques différentes Doc. NASA/JPL-Caltech/MSSS Doc. NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona

37. Des traces d’alluvions confirmées Mars Terre En provenance de la vallée Peace Petits galets noyés dans un ciment naturel : une roche désignée poudingue Docs. NASA/JPL-Caltech

38. 1er forage effectué le 8/2/2013 et analyse du prélèvement Ǿ 1,6 cm Prof 6,4 cm Conclusion: l’eau qui s’écoulait ici il y a 3,7 milliards d’année n’était ni salée ni acide donc propice (ou pas défavorable) à la vie Caractéristique argile (smectites) Caractéristique action perchlorates sur HC: local ou pollution ? Et phyllosilicates (argile) trouvés à Rocknest Doc. NASA/JPL-Caltech/MSSS Doc. NASA/JPL-Caltech/GSFC Doc. NASA/JPL-Caltech Doc. NASA/JPL-Caltech/MSSS Doc. NASA/JPL-Caltech

39. Curiosity est dans le delta alluvionnaire de la vallée Peace Doc. NASA/JPL-Caltech/MSSS

40. Curiosity est à l’extrémité du delta alluvionnaire de la vallée Peace Doc. NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona

41. Curiosity est à l’extrémité du delta alluvionnaire de la vallée Peace Doc. NASA/JPL-Caltech/ Univ. of Arizona

42. Curiosity est à l’extrémité du delta alluvionnaire de la vallée Peace Doc. NASA/JPL-C Doc. NASA/JPL-Caltech/MSSS altech/Univ. of Arizona

43. Au passage un peu d’astronomie locale Phobos (22km à 6240 km), Deimos (12 km à 20500 km) et la Lune (3474 km à 384000 km) Phobos passe devant le soleil Docs. NASA/JPL-Caltech/MSSS/Texas A et M University

44. Position de Curiosity Cooperstown le 28 octobre Cooperstown le 4 novembre Après un an de séjour dans la zone Glenelg – Yellow Knife Bay, Curiosity s’est mis en route vers la base de la montagne Sharp On peut suivre les aventures de Curiosity (et Opportunity) sur jpl.nasa.gov Docs. NASA/JPL-Caltech/MSSS Position le 19 juin Doc. NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona

45. Son objectif: une vallée à la base du Mont Sharp/Aeolis Mons V V V Mais il lui faudra de nombreux mois Et les roues s’usent ! Docs. NASA/JPL-Caltech/MSSS Docs. NASA/JPL-Caltech/ESA/DLR/FU Berlin/MSSS

46. Position de Curiosity Le 12 septembre 2014 Curiosity a atteint les 1ères couches géologiques du Mont Sharp Docs. NASA/JPL-Caltech/MSSS Docs. NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona

47. Trajet à venir Docs. NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona Argiles Sulfates

48. Mars Express (Europe) depuis 10 ans en orbite OMEGA permet l’analyse des sols Docs. ESA/DLR/FU Berlin Doc. ESA/Omega/HSRC Docs. ESA/DLR/FU Berlin

49. Opportunity sur un nouveau site X x X x Sur le bord du cratère Endeavour Murray Ridge L’ascension a commencé en octobre Docs. NASA/JPL-Caltech Docs. NASA/JPL-Caltech/MSSS Sur les bords de Murray Ridge le 5 juin

50. Mars Reconnaissance Orbiter (USA) CRISM permet l’analyse des sols 24m x24 m Cone volcanique caldeira Nili Patera 310 m de large / 160 m prof. Dépots hydrothermaux Opportunity au sol Phoenix en descente sous parachute Pont résiduel sur tube de lave effondré Doc. NASA/JPL-Caltech/MSSS

51. MAVEN Mangalyaan Doc. NASA/Goddard Spaceflight Center Docs. ISRO

52. Utah (2002) Mars Society Simulations sur Terre Russie (2007 2011) NASA Floride -20m Antarctique Canada (2001) Objectif Mars Concordia Mars 500 Hawaï HI-SEAS (2013) Comex (2012) NASA Arizona (2010) ÖWF (2011 -12-13) Doc. ESA Doc.MDRS 43/équipe FR2 Doc. Mars Society Doc.COMEX Doc. NASA Doc. NASA Doc. HI-SEAS Doc. A. Souchier Doc. T. Travouillon, UNSW Doc. IBMP

53. PREPARATION ENTRAINEMENT ET SIMULATION Les installations de simulation permettent à des équipages d’opérer dans des conditions proches de celles d’une installation sur une autre planète … mais la simulation n’est jamais à 100% Ce qui peut être expérimenté: - Adaptation des expériences scientifiques, des outils, des technologies, des méthodes aux conditions de l’exploration planétaire - Optimisation des stratégies d’exploration (avec soft et hardwares correspondants) - Facteurs humains - Organisation (comment combiner efficacement la vie de l’équipage et les activités dans des domaines multidisciplinaires) - Et un jour….l’entraînement des équipages Docs. APM/MDRS 43

54. L’INSTALLATION MDRS DE L’UTAH OBSERVATOIRE HAB Doc. APM/MDRS 43/A. Souchier SERRE (recyclage des eaux grises - 40% consommation) Ø 8 m – 2 étages Lien satellite avec la « Terre» Messages lus après 5 mn Sas n°1 Doc.MDRS 43/équipe FR2 Doc. ESA

55. MDRS 43 2006 Doc. APM/MDRS 43

56. Et en 2015 la Mars Society organise une simulation de un an dans l’habitat arctique MDRS 43 2006 Doc. APM/MDRS 43 Doc. Mars Society

57. Simulation d’exploration de grottes martiennes (Dachstein – 26/4 au1/5/2012) organisée par le forum spatial autrichien ÖWF Le Véhicule de Reconnaissance de Paroi de l’association Docs. APM/A. Souchier Docs. APM/A. Souchier/ ÖWF/J. Neuner

58. Doc ÖWF/Katja Zanella Kux Docs. APM/A. Souchier

59. Un mois de simulation d’exploration martienne en février 2013 organisé par l’ÖWF autrichien 17 partenaires scientifiques 23 pays La zone des Kess Kess – volcans fossiles sous marins de boue datant du Devonien (-416 à - 359 millions d’années) Volcans de boue (?) sur Mars Dunes Dust devil … comme sur Mars Docs. APM/A. Souchier Doc ÖWF/Katja Zanella Kux Doc. NASA/JPL-Caltech Doc. NASA/JPL-Caltech/MSSS

60. Restitution des efforts de pression Doc. ÖWF Le scaphandre Aouda (ÖWF) Transmission de nombreuses informations (rythme cardiaque, pressions partielles O2 et CO2, températures, voltages,…) Camera de casque Le véhicule de Reconnaissance de Paroi (APM) Doc ÖWF/Katja Zanella Kux Essais 92 à 109 réalisés au Maroc Docs. APM/A. Souchier Doc. APM/A. Souchier

61. Delta (ÖWF) De combien s’allongent les durées d’opération lorsque l’on opère en scaphandre Le rover Magma (ABM space education Pologne) Le rover Puli (Hongrie) Hunveyor (A R Univ. Hongrie) Docs. APM/A. Souchier SREC (ENCS Bordeaux/APM) Terrains accessibles aux quads Median (University College UK) Détection CH4 Abri déployable (Univ. Tech. Vienne) Micro EVA (NASA/JPL) Mesures de contamination des prélèvements Et Compstress, LTSM, MAT /SEG/ MEDINC, Geosciences, ERAS C3, Antipodes Doc ÖWF/Katja Zanella Kux

62. Une des principales expériences: l’organisation et la conduite d’une mission d’exploration Docs. APM/A.Souchier Doc. ÖWF Doc. ÖWF Doc ÖWF/Katja Zanella Kux Doc ÖWF/Katja Zanella Kux

63. Merci ! ! ! Et….Adhérez à l’association Planète Mars planete-mars.com Simulation « Planète Mars » aux Vaches Noires le 14 mars 2014 Docs. APM/Gargouille Productions/I. Ebran

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