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 SŒURS


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

Mais une pression de seulement 7 mb (150 fois plus faible que sur Terre) et une atmosphère de gaz carbonique

ATMOSPHÈRE ET NUAGES

Et des grandes tempêtes de poussière

Docs. NASA/JPL-Caltech

Doc. NASA/JPL-Caltech/MSSS

PÔLES : CALOTTE AUSTRALEJusqu’à 3,5 km d’épaisseur de glace

2008: Mars Polar Lander posé sur de la glaceDoc. NASA/JPL-Caltech/Univ.of ArizonaDocs. NASA/JPL-Caltech/MSSS

La calotte polaire par le radar de Mars Express

Doc. ESA/NASA/JPL-Caltech/University of Rome/ASI/GSFC

Doc. ESA


Doc. Arizona State University/Ron Miller



UNE PLANÈTE VOLCANIQUE OLYMPUS MONS : 22 KM DE HAUT


GRANDES VALLEES DE DEBACLE Fonte de glace souterraine

Docs. NASA/JPL-Caltech/MSSSwww.planete-mars.com


Dernier écoulement

Docs. NASA/JPL-Caltech/MSSS

Glace ?

Doc. NASA JPL

Nanedi Vallis

L’EAU SUR MARS : GRANDES VALLÉES FLUVIALES ANCIENNES

ET PETITS

ECOULEMENTS

RECENTS

PETITS ECOULEMENTS RECENTS Les écoulements du cratère Newton

Docs. NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona

La politique (coopération mondiale, création de réseaux)

POURQUOI NOUS IRONS SUR MARS et pourquoi l’exploration du système solaire

La science (le « fonctionnement » des planètes, la naissance de la vie)

La dynamisation des sociétés, l’aventure, le rêve

La technologie ( énergie, recyclage, robotique)


Doc. NASA/Pat RawlingsDoc. NASA/Pat Rawlings

Docs. NASA

Docs. NASA

UNE BREVE HISTOIRE DU TEMPS…COMPAREE ENTRE DEUX PLANETES4,56 4 3 2 1 milliards d’années

Oxygène Organismes multicellulesLa lune

ArchéenHadéen 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

Noachien Hespérien Amazonien

Volcanisme actif Vallées de débâcle Lacs acides Sulfates Meridiani

Oxydation de surface – Libérations d’eau sporadiques et violentes

Valles MarinerisVolcan Olympus Mons

10 Ma dernières

laves et écoule-

ments

Oscillations axe 0,1 Ma ?

Rivières Océan Argiles

Fin du bombardement tardif

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. ESA/CNES CSG/AE

Doc. Von Braun/Rolf Klep

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

Comment les masses LEO des missions martiennes humaines ont décru en 50 ans

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 martienne4Mars 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

Image TMS

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

- 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 d’un nouvel équipage, etc

- 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

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

Et la fiabilité/redondance et maintenabilité des systèmes sur une mission de 2.5 ans !9 octobre 2013

Docs. Mars Society

Doc. APM

Quelques points clé

Parachutes toujours

possibles pour charges lourdes ? Ou freinage

final tout propulsif ?

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

Transportés de la Terre

Doc. Manchu/APM

Doc. NASA/JSC

Doc. NASA

Doc. NASA

Deux ans plus tard : l’arrivée des hommes

Atterrissage à proximité du module de retour Puis 500 jours d’exploration

Et retour en chimique (2 étages) avec les ergols produits sur place

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)

Mise en orbite par aérocapture

Les télécom-munications sur Mars, la navigation (GPS)

Doc. Manchu/APM

Doc. NASA/Pat Rawlings

Doc. NASA

Doc. NASA

Doc. ESA

La mission DRA 5 NASA S. Borowski

8 lancements et 5 rendez vous pour assurer la mission

abort voisinage de Mars = rester en orbite

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

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)

Essais de 5 kW et 20 kW (1N) en Europe (Snecma)

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 électriqueCaractéristique : 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

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.

160m

125m

102m

9m

16m

40t

58t

Ø8,4m

24t

Structures 11t

4,3m

9,3m

Ensemble bouclier + Réacteur + cycle de

conversion : 43t

51m

25°

Radiateurs 42t

Ensemble moteurs+ ergols + réservoirs : 68t x 2

Exemple de mission tout électrique:

10 MW - 355 t en orbite

Radiateur de 125 m sur 102

110 t de xénon

Solaire

Nucléaire

Doc. NASADoc. NASA/Glenn Research Center

Mars One2011: 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)

***

*Au sol: 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 …

!2012 : Phobos Grunt (Russie) Retour d’échantillons de Phobos

X

°! Et depuis qqs jours : Maven (USA Mangalyaan (Inde) ! 2016 : orbiter ExoMars (Europe+Russie)

*°

Succès !Echec !

**

°

°

°°


Doc. NPO Lavochkin

MSL Curiosity : la maquette du CNES à l’échelle 1 en 2011… et la réalité 2012

Docs. A. Souchier

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/JPL-Caltech/Univ. of Arizona

Doc. NASA




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 désignée Peace

Ancienne vallée d’écoulement

Aeolis Mons / Mont Sharp: 5500 m

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

Petits galets noyés dans un ciment naturel : une roche désignée poudingue

En provenance de la vallée Peace


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/MSSSDoc. 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

Curiosity est à l’extrémité du delta alluvionnaire de la

vallée Peace

Doc. NASA/JPL-Caltech/Univ. of ArizonaDoc. NASA/JPL-Caltech/MSSS

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 soleilDocs. NASA/JPL-Caltech/MSSS/Texas A et M University

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

Position de Curiosity Cooperstown le 28 octobre

Cooperstown le 4 novembre

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 solsDocs. ESA/DLR/FU Berlin

Doc. ESA/Omega/HSRC

Docs. ESA/DLR/FU Berlin

Opportunity sur un nouveau sitex

xSur le bord du cratère Endeavour

Murray Ridge

L’ascension a commencé en octobre

X

X

Sur les bords de Murray Ridge le 5 juin



Mars Reconnaissance Orbiter (USA)

CRISM permet l’analyse des sols

24m x24 m

310 m de large / 160 m prof.

Dépots hydrothermaux

Cone volcanique caldeira Nili Patera

Opportunity au sol

Phoenix en descente sous parachute

Pont résiduel sur tube de lave effondré


MAVEN Mangalyaan

Doc. NASA/Goddard Spaceflight Center

Docs. ISRO

Simulations sur TerreUtah (2002)

Russie (2007 2011)

Antarctique

Canada (2001)Mars Society

Objectif Mars

Concordia

NASA Floride -20m

Mars 500

Hawaï HI-SEAS (2013)

Comex (2012)

NASA Arizona (2010)

ÖWF (2011 -12-13)

Doc. ESA

Doc. Mars SocietyDoc.MDRS 43/équipe FR2

Doc.COMEX

Doc. NASA

Doc. NASA

Doc. HI-SEASDoc. 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

OBSERVATOIRE

HABSERRE (recyclage des eaux grises - 40% consommation)

Ø 8 m – 2 étages

Lien satellite avec la « Terre» Messages lus après 5 mn

Sas n°1

L’INSTALLATION MDRS DE L’UTAH

Doc.MDRS 43/équipe FR2

Doc. APM/MDRS 43/A. Souchier

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)

Le Véhicule de Reconnaissance de Paroi de l’association

organisée par le forum spatial autrichien ÖWF


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

DunesDust devil …

comme sur Mars





Doc. ÖWF

Restitution des efforts de pression

Transmission de nombreuses informations (rythme cardiaque, pressions partielles O2 et CO2, températures, voltages,…) Camera de casque

Le scaphandre Aouda (ÖWF)

Le véhicule de Reconnaissance de Paroi (APM)

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



Une des principales expériences: l’organisation et la conduite d’une

mission d’exploration

Doc. ÖWF Doc. ÖWF

Docs. APM/A.Souchier



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

Education

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