Mission de référence 3.0 de la NASA

En 1997, la NASA a publié la "Reference Mission" 1.0 pour le voyage habité vers Mars, avec une correction (addendum) qui date de 1998. On parle de la mission de référence 3.0. Voici les détails de cet addendum qui est également basé sur le concept "Mars semi-direct". La référence exacte de la publication est :
NASA Report EX13-98-036, "Reference Mission Version 3.0, Addendum to the Human Exploration of Mars: The Reference Mission of the NASA Mars Exploration Study", Juin 1998.

1. Résumé du scénario

2. Modifications majeures par rapport à la version 1.0

3. TransHab

La NASA a repris les données de la mission 1.0 et a cherché à optimiser l'habitat. Le concept TransHab a été proposé et a permis d'importantes réductions massiques. L'idée majeure est d'utiliser une structure gonflable à la place d'une structure rigide. Le gain structurel est de près de 4 tonnes pour le même volume habitable. D'autres optimisations sont proposées, par exemple pour réduire la masse des consommables du support vie, la masse les équipements de sortie extravéhiculaire ou la masse des systèmes de protection thermique. Au final, la masse de l'habitat de l'ERV est d'environ 27 tonnes dans la version 3.0 contre 52 dans la version 1.0 et le gain est du même ordre pour l'habitat martien. L'impact est très important, car cela réduit les besoins de taille du vaisseau, d'ergols pour le freinage, de taille du bouclier thermique, etc.

4. Tableaux de synthèse du contenu de chaque NTR

Pour la première mission, il y a donc 6 lancements de fusée Magnum, 3 assemblages en orbite et 3 fusées NTR qui sont envoyées vers Mars.

CHARGEMENT DE LA PREMIERE NTR : LE VEHICULE DE RETOUR (ERV)

Habitat
Système de support de vie 4661 kg
Affaires de l'équipage et consommables 12058 kg
Equipements pour sorties dans l'espace 243 kg
Systèmes de communications, informatique 320 kg
Equipement photovoltaïque (énergie solaire) 3249 kg
Système de contrôle thermique (aérofreinage) 550 kg
Structure de l'habitat 5500 kg
Equipement scientifique 600 kg
Pièces de rechange 1924 kg
Sous-total
NB : pour TEI il faut soustraire 7392 kg de consommables en excès
et ajouter la masse du MAV, 4829 kg + astronautes et roches =27042 kg
29105 kg
Système de propulsion pour le retour
en chimique CH4/O2
Masse sèche4806 kg
Ergols moteur principal28866 kg
Ergols des systèmes RCS1115 kg
Système de freinage aérocapture10180kg
Sous-total 44967 kg
Total charge utile NTR (=MOI masse pour insertion en orbite martienne)74072 kg
Total TEI (masse à renvoyer vers la Terre, consommables en moins, système de freinage aérocapture en moins, capsule en plus)61829 kg
NTRSystème de propulsion à vide23400 kg
Ergols du NTR pour TMI 50000 kg
Sous-total 73400 kg
TOTAL NTR 147472 kg



CHARGEMENT DE LA DEUXIEME NTR : LE CARGO

Charge utile à descendre sur Mars Capsule de remontée en orbite martienne (et de descente finale sur Terre) 4829 kg
Masse sèche de l'étage propulsif de remontée 4069 kg
Système de production de carburant in situ (39 tonnes de CH4/O2 à produire) 3941 kg
Stock d'hydrogène 5420 kg
Equipement photovoltaïque de secours 825 kg
Réacteur nucléaire de 160 kW 11425 kg
1 km de câbles pour l'alimentation électrique (le réacteur est déplacé à 1 km) 837 kg
Système de communication 320 kg
Laboratoire gonflable 3100 kg
DIPS (Dynamic Isotope Power Subsystem) de 15 kWe 1500 kg
3 rovers martiens non pressurisés 550 kg kg
3 robots mobiles télémanipulés 1500 kg
Réservoir pour le stockage de l'eau 150 kg
Equipements scientifiques divers 1770 kg
Sous-total 40236
Systèmes d'entrée, descente et atterrissage (EDL) Structure du véhicule3186 kg
Système de propulsion1018 kg
Ergols pour la descente10985 kg
Bouclier thermique (largué avant atterrissage) 9918 kg
Parachutes et autres mécanismes EDL700 kg
Sous-total 25807 kg
TOTAL en entrée martienne 66043 kg
TOTAL à l'atterrissage 44440 kg
NTRSystème de propulsion à vide23400 kg
Ergols du NTR pour TMI 45300 kg
Sous-total 68700 kg
TOTAL GENERAL NTR134743 kg



CHARGEMENT DE LA TROISIEME NTR : LE MODULE HABITE

Habitat Système de support vie 4661 kg
Affaires de l'équipage et consommables 12058 kg
Equipements pour sorties dans l'espace 243 kg
Appareils de communications, informatique 320 kg
Equipement photovoltaïque (énergie solaire) 3249 kg
Système de contrôle thermique (aérofreinage) 550 kg
Structure de l'habitat 5500 kg
Divers 1924 kg
Equipage (6 personnes) 500 kg
3 petits véhicule martiens non pressurisés 550 kg
Consommables pour sorties extravéhiculaires 446 kg
Combinaisons des cosmonautes (x6) 940 kg
Sous-total30941 kg
Systèmes d'entrée, descente et atterrissage (EDL) Structure du véhicule3186 kg
Système de propulsion1018 kg
Ergols pour la descente11381 kg
Bouclier thermique (largué avant atterrissage) 13580 kg
Parachutes et autres mécanismes EDL700 kg
Sous-total 29865 kg
TOTAL en entrée martienne 60806 kg
TOTAL à l'atterrissage 35145 kg
NTRSystème de propulsion à vide23400 kg
Ergols du NTR pour TMI 50000 kg
Bouclier anti-radiations associé au réacteur nucléaire3200 kg
Sous-total 76600 kg
TOTAL GENERAL NTR137406 kg

5. Aérocapture, entrée, descente et atterrissage

Cette partie mérite une attention particulière car c'est elle qui va subir des modifications importantes dans la version 5.0 de la mission de référence avec même des doutes sur la faisabilité. Les principales caractéristiques des systèmes EDL (entry, descent and landing) sont les suivantes :

6. Etudes complémentaires

Cette DRM 3.0 était focalisée sur l'optimisation des systèmes et la minimisation de la masse à envoyer vers Mars. En poussant le principe encore plus loin, la NASA a imaginé plusieurs options importantes conduisant à autant de scénarios complémentaires. On arrive ainsi au concept de NTR bimodale et aux scénarios avec propulsion électrique dont certains, un peu optimistes et futuristes ne nécessitent que 3 lancements avec une fusée Magnum. Ils sont présentés ci-dessous

6.1 NTR bimodale

Le réacteur nucléaire utilisé pour la propulsion peut également servir à produire de l'électricité pour l'habitat, d'où la bimodalité. Différentes options complémentaires sont proposées. En voici le résumé.

6.2 Scénarios ne nécessitant que 3 Magnums

6.3 Scénario "Combination Lander"

Commentaires : il n'y a pas de solution de secours en cas de problème avec l'atterrisseur. De plus, les hypothèses restent futuristes et la faisabilité douteuse, notamment pour le gain massique au niveau structurel et bouclier thermique (revu au contraire à la hausse dans le scénario 5.0) ou pour le déploiement de panneaux solaires produisant 1 MW. Toutefois, même si on ajoutait un autre Magnum au scénario, ce serait toujours bien plus efficace que le scénario de base. Ce scénario mériterait donc d'être approfondi.

6.4 Scénario Split Mission

Commentaires : les mêmes que pour le scénario "combination lander". Il y a un peu plus de solutions de secours grâce au cargo, mais un peu plus de complexité et sans doute aussi de risques d'échec de la mission avec la production automatique d'ergols.

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