L'Exploration de mars

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

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

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

Au sol: des mini tornades de
poussière
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

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

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. ESA

UNE PLANÈTE VOLCANIQUE
OLYMPUS MONS : 22 KM DE HAUT

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

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

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

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
La technologie ( énergie, recyclage, robotique)
La science (le « fonctionnement » des planètes, la
naissance de la vie)
Docs. NASA

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

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

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

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

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/
Docs. NASA
Doc. Safran
4Les cas particuliers de Mars One
et Inspiration Mars
4Les projets d’Elon Musk

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

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

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

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

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

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

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

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

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.

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

« 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

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

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 !
* *
°
°
°°
Doc. NPO Lavochkin

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

MSL Curiosity: une arrivée complexe
et réussie…
Qui préfigure probablement les
missions humaines

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

Et après l’atterrissage:
le matériel éparpillé sur le sol du cratère
650 m

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

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

Curiosity est d’abord allé à Glenelg
À la confluence
de 3 zones
géologiques
différentes

Des traces d’alluvions confirmées
Mars Terre
En provenance de la vallée Peace
Petits galets noyés dans un
ciment naturel : une roche
désignée poudingue

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/GSFC

Curiosity est dans le delta alluvionnaire de la vallée Peace

Curiosity est à l’extrémité du delta alluvionnaire de la vallée Peace

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

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

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

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
Position le
19 juin

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/ESA/DLR/FU Berlin/MSSS

Position de Curiosity
Le 12 septembre 2014 Curiosity
a atteint les 1ères couches
géologiques du Mont Sharp

Trajet à venir
Argiles Sulfates

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

Opportunity sur un nouveau site
X
x
X
x
Sur le bord du cratère
Endeavour
Murray Ridge
L’ascension a commencé en
octobre
Sur les bords de Murray Ridge le 5 juin

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

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

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

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

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

MDRS 43 2006
Doc. APM/MDRS 43

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

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/
ÖWF/J. Neuner

Doc ÖWF/Katja
Zanella Kux

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
Doc ÖWF/Katja
Zanella Kux

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
Doc. APM/A. Souchier

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)
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

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

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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