Scénario de 2007 de l'équipe de SpaceWorks Engineering Inc.

1. Introduction

Nous présentons ci-dessous le scénario proposé en 2007 par une équipe de la société SpaceWorks Engineering Inc (SEI). La référence de l'article est :

2. Principales hypothèses du scénario

Il convient tout d'abord de préciser le contexte. Cette étude de Brad St Germain et ses collègues de SpaceWorks Engineering a été réalisée alors que les Américains sont tous persuadés qu'il y aura d'abord un retour vers la Lune, comme le prévoit le programme Constellation, d'où le titre de l'article ("utilizing lunar ..."). L'idée est donc d'exploiter au mieux les véhicules spatiaux prévus pour le programme lunaire afin de définir le scénario martien qui doit suivre. Elle repose sur les hypothèses suivantes :

3. Grandes étapes du scénario

Le scénario proposé est le suivant :

  1. Phase 1, positionnement du vaisseau habité du retour : 2 ares V sont nécessaires pour envoyer en LEO les différentes parties du vaisseau de retour qu'il faut assembler. Ce vaisseau est ensuite envoyé vers l'orbite martienne grâce à un système de propulsion dédié. A noter qu'il n'est pas prévu d'aérocapture pour ce vaisseau.
  2. Phase 2, positionnement de l'habitat de surface : 1 Ares V envoie vers Mars cet habitat de surface, inoccupé dans un premier temps, qui atterrit après aérofreinage.
  3. Phase 3, envoi du véhicule habité : 1 Ares V envoie en LEO l'habitat de transit et un petit atterrisseur martien amarré à celui-ci. 1 Ares I (à l'époque du programme Constellation, c'était le lanceur prévu) permet d'envoyer vers cet habitat un CEV, c'est à dire une capsule de type Orion avec 3 astronautes à bord. Cette capsule revient ensuite vers la Terre à vide tandis que le véhicule habité est envoyé vers Mars.
  4. Phase 4, atterrissage des astronautes : l'habitat de transit du voyage aller est abandonné, l'équipage entre dans l'atterrisseur. Ce dernier est composé d'un petit module de remontée en orbite et d'un rover pressurisé placé directement en dessous dans lequel doivent atterrir les astronautes. La forme de l'atterrisseur est étudiée pour que l'aérofreinage puisse se faire de manière efficace.
  5. Phase 5, jonction avec l'habitat : après atterrissage, le rover pressurisé est utilisé pour rejoindre l'habitat de surface. Suivent ensuite les 500 jours d'exploration.
  6. Phase 6, retour en orbite : à l'aide du rover pressurisé, les 3 astronautes rejoignent leur atterrisseur, au-dessus duquel figure le petit module de remontée en orbite. Ils embarquent dans ce dernier et décollent de Mars pour rejoindre le vaisseau de retour resté en orbite.
  7. Phase 7, retour vers la Terre : les ergols du vaisseau de retour permettent d'effectuer la dernière grande manoeuvre propulsive afin de repartir vers la Terre. A la fin du voyage, les astronautes entrent dans une capsule (restée attachée au vaisseau de retour) pour la réentrée atmosphérique terrestre.

4. Atterrisseurs martiens

Voici ci-dessous un schéma des atterrisseurs proposés dans ce scénario. A gauche, l'habitat. On peut noter l'espace vide central situé sous l'habitat : c'est là que le rover pressurisé est supposé se positionner, l'entrée se faisant par dessous. A droite, le rover pressurisé est placé tout en bas et au centre, afin de faciliter son déploiement sur la surface martienne. Au-dessus, comme pour les missions lunaires Apollo, le MAV (Mars Ascent Vehicle) est prêt pour le retour en orbite. A noter dans les 2 cas le diamètre de 10 mètres proposé pour le bouclier thermique.

5. Bilan massique

Les auteurs ont étudié les masses de chaque véhicule. Un résumé est présenté ci-dessous :

ELEMENTMASSE EN TONNES
Atterrisseur habitatHabitat 20,3
Etage de descente associé8,4
Système énergétique 2,9
Bouclier thermique 2,1
Adaptateur de la charge utile0,8
Total orbite martienne34,5
Atterrisseur avec rover
et véhicule de remontée
Rover pressurisé 4,1
Véhicule de remontée avec ergols14,4
Etage de descente9,9
Bouclier thermique 2,1
Total orbite martienne 30,5
Vaisseau de retour (ERV)Habitat du retour10,9
Capsule de réentrée finale6
Etage de propulsion pour TEI53,3
Total orbite martienne 70,1
Vaisseau amenant l'ERV
ERV70,1
Etage de freinage pour
insertion en orbite martienne
53,3
Etage pour TMI
(LEO vers Mars)
123,2
Total orbite terrestre
(2 Ares V et assemblage)
246,6
Vaisseau habité de
transit pour l'aller
Atterrisseur rover et MAV30,5
Habitat de transit transhab10,7
Adaptateur charge utile 1
Equipage (3 astronautes)0,3
Total orbite terrestre 42,5
Lancements directs avec Ares V
CU maximum 130 tonnes en LEO
CU maximum 42,9 tonnes en TMI
1. Atterrisseur habitat34,5
2. Véhicule de transit42,5 (juste <42,9)

6. Conclusion

Cette proposition est originale. Elle diffère notamment des autres propositions sur les points suivants : nombre d'astronautes réduit à 3, pas d'ISRU, propulsion tout cryogénique LO2/LH2, atterrissage des astronautes directement dans un rover pressurisé. On peut faire plusieurs remarques concernant la faisabilité :

Du point de vue de l'optimisation, il est dommage que le vaisseau amenant l'ERV n'exploite pas l'aérocapture. Ce vaisseau comprend un habitat gonflable et des panneaux solaires qui rendent l'aérocapture délicate. Mais dans ce cas, il aurait été intéressant de renoncer à ces options afin de mettre en oeuvre l'aérocapture et éviter le lourd système de propulsion avec ses ergols permettant la mise en orbite martienne (53 tonnes !), avec des répercutions évidentes sur l'étage TMI.

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