L'Agence Spatiale Européenne (ESA) a fait un pas en avant dans la préparation de sa participation à la mission fondatrice et historique de retour d'échantillons de la Planète rouge MSR (NdT : MSR pour " Mars Sample Return "), en annonçant le début d'une nouvelle phase industrielle.

La phase A2 devra s'intéresser à nombre d'éléments critiques de la mission et identifier les domaines clefs dans lesquels l'Europe pourrait participer dans le cadre de cette mission emblématique du programme européen " Aurora ".

La recherche de traces de vie extra-terrestre est un des buts essentiels de l'exploration spatiale, un élément moteur en particulier dans l'exploration de la planète Mars. La recherche de cette vie martienne est une clef permettant de répondre à la question plus générale de la vie dans l'univers, une question qui prend de l'ampleur et commence à trouver des réponses. C'est également sur un plan scientifique un des axes directeurs du programme Aurora d'exploration spatiale de l'ESA, qui a été approuvé lors du dernier conseil des ministres européens en charge des questions spatiales à Berlin, en décembre dernier.

En ce moment, quatre explorateurs automatiques en orbite scannent la surface de Mars à des résolutions jamais atteintes auparavant, parmi lesquelles la sonde européenne Mars Express, tandis qu'à la surface de la planète elle-même, deux robots de la NASA devraient être rejoints en 2013 par le robot ExoMars de l'ESA (NdT : les " Rovers " Sprit et Opportunity... s'ils sont toujours en service !). La mission ExoMars propulsera l'exploration martienne et la recherche de la vie extraterrestre à un niveau supérieur, grâce notamment à sa panoplie d'instruments de détection et à une capacité de forage dans le sol de la Planète rouge (une première !) pour y chercher des signes de vie. Ces missions, bien que devant nous apprendre beaucoup, sont cependant limitées, en ce qu'elles doivent amener sur Mars un véritable laboratoire, restreint en consommation électrique et en masse, et devant travailler dans un environnement difficile. Une question évidente se pose alors : pourquoi ne pas apporter Mars au laboratoire ? C'est le but de la mission de retour d'échantillons MSR.

La mission MSR est considérée par les chercheurs européens et internationaux comme un des jalons dans l'exploration de la Planète rouge, représentant un véritable bond en matière de recherche sur la vie extraterrestre, les scientifiques ayant tout loisir d'utiliser toute la panoplie d'installations de pointe, de laboratoires et d'instruments présents sur Terre. Cette mission représente aussi une étape critique dans l'optique d'une mission habitée en tant que but ultime, puisque les mêmes phases devront être mises en œuvre : atterrissage sur Mars, opérations de surface, décollage de Mars et retour sur Terre. Les développements technologiques nécessaires à la mission MSR sont également d'intérêt pour les missions d'exploration lunaire (en partie du moins).

L'ESA accorde une grande place à cette mission dans le cadre du programme européen Aurora, raison pour laquelle elle va prendre une part active dans une étude " systèmes " de la mission MSR, pour une durée de douze mois. Ce travail, qui s'appuie sur une première étape démarrée en 2003, a pour ambition de préparer l'Europe à jouer un rôle clef dans une mission MSR internationale. Le travail déjà réalisé a identifié comme point de départ de la mission MSR une approche basée sur deux lancements. Le premier lancement concerne l'orbiteur martien et la capsule de rentrée atmosphérique dans l'atmosphère terrestre, tandis que le deuxième concerne l'atterrisseur martien et le véhicule de remontée en orbite martienne. La phase A2 " Etude systèmes MSR ", qui va être menée par l'industrie européenne en coordination étroite avec l'ESA, se déroulera en deux grandes étapes.

La première étape s'intéressera à l'évaluation de diverses options techniques et aux choix impactant la conception générale de la mission. Ces options concernent par exemple le fait de savoir si l'orbiteur devra " capturer " la capsule d'échantillons en orbite martienne, ou bien si ce sera le véhicule de remontée qui devra s'arrimer de lui-même à l'orbiteur. C'est une affaire de choix et de compromis à faire, comme bien d'autres dans cette première phase, qui s'appuieront sur les développements technologiques et l'expérience acquise durant les phases initiales du programme Aurora.

La maturation de l'architecture de la mission inclura aussi la dimension internationale vis-à-vis des partenaires en vue d'une coopération future sur cette mission MSR. Un travail supplémentaire devra être effectué pour évaluer l'impact de différents domaines, tels que la mobilité, sur la mission MSR dans son ensemble, c'est-à-dire par exemple de pouvoir évaluer le coût lié à la capacité de se déplacer autour du point d'atterrissage pour sélectionner des échantillons spécifiques. Une fois cette maturation acquise, des plans de développement seront identifiés pour chaque élément de la mission présentant une criticité évidente.

La seconde étape de la phase A2 devra identifier, pour chacun de ces plans de développement, les étapes intermédiaires qui pourraient être accomplies au travers de missions dites " précurseur ". De telles missions incluraient des démonstrations de certaines technologies liées, par exemple, à la capacité de se poser en douceur et avec précision à la surface de Mars. On aurait ainsi une liste restreinte finale de concepts de missions " précurseur " candidates.

Ces deux phases devront être envisagées en étroite interaction avec la communauté scientifique, notamment à travers des ateliers scientifiques concernant aussi bien les objectifs et besoins liés à la mission MSR elle-même, que les missions " précurseur ". Les détails de ces ateliers scientifiques devraient être disponibles dans un très proche avenir.

A travers la phase A2 de la mission MSR (" Systems Study "), l'Europe ne vise pas seulement à être un partenaire clef dans cette mission fondatrice, mais à jouer un rôle moteur dans la définition même des étapes à entreprendre pour la réalisation de ces objectifs ambitieux.

Des étapes ultérieures dans la définition de la mission de retour d'échantillons martiens, s'appuyant sur les résultats et enseignements des travaux menés en phase A2, seront implémentées dans le cadre de " l'Exploration Core Programme ", c'est-à-dire l'élément du programme Aurora qui couvre les activités de préparation de l'exploration future de la Lune et de Mars, de manière robotique dans un premier temps, puis humaine.

Pour plus d'informations sur Aurora et la mission MSR elle-même, voir la page html du site de l'ESA : http://www.esa.int/SPECIALS/Aurora/SEMJAGNFGLE_2.html

Analyse et commentaires

L'engagement dans MSR est un élément clef, pour ne pas dire le seul concret avec ExoMars aujourd'hui, du programme Aurora. Comme il est souligné dans l'article, il présente une analogie frappante avec une mission habitée vers Mars de type " semi-directe ", dans laquelle intervient un rendez-vous avec un vaisseau de retour pré-posté en orbite martienne, en lieu et place d'un retour direct vers la Terre comme dans l'option " Mars Direct " proposée par Robert Zubrin. Si les options " directes " sont plus séduisantes du point de vue de la sécurité de la mission, sa flexibilité et sa simplicité logistique, la barre technologique est sans doute placée sensiblement plus haut en matière de conception du véhicule de retour sur Terre (l'ERV pour " Earth Return Vehicle "), qu'il soit automatique ou habité. L'option " semi-directe " semble être la plus probable, elle forme la base de la DRM (" Design Reference Mission ", habitée) publiée il y a quelques années par la NASA. Cette approche était également retenue lors de la première initiative avortée franco-américaine de mission automatique MSR au tournant du XXIème siècle.

Sur le plan politique, l'exploration martienne étant désormais engagée sur une trajectoire passant par l'astre des nuits, la réutilisation d'un maximum d'éléments et de technologies développés pour l'exploration lunaire sera un passage obligé, nécessitant une vigilance de tous les instants pour préserver un minimum de cohérence d'ensemble en vue d'une exploration conjointe sélène et martienne (voir à ce sujet " la Vision en danger " de Robert Zubrin). En l'état, sur le plan technique, l'architecture d'exploration habitée ESAS/" Constellation " américaine favorisera certainement l'option " semi-directe " plus " fragmentée " et complexe que " Mars Direct " : par exemple, le vaisseau de retour sur Terre attendant en orbite martienne sera très probablement constitué d'un habitat léger mais offrant un grand volume à l'équipage (gonflable ?), un étage de propulsion pour le retour vers la Terre et, au moins pour la capsule de rentrée, d'une partie du C.E.V. américain.

Il est donc vraiment important que l'Europe, si elle veut contribuer activement non seulement à l'exploration robotique, mais également habitée, de la Planète rouge, joue un rôle moteur dans cette mission MSR. Du point de vue de la préparation du futur (l'homme sur Mars), en particulier, trois domaines d'excellence se devraient d'être maîtrisés :

1. L' " aérocapture " martienne à forte pression dynamique.
2. Les opérations de guidage/pilotage/navigation de précision :
   • Atterrissage sur Mars
   • Rendez-vous en orbite martienne en vue d'un retour vers la Terre
3. La production in-situ du propergol (" carburant ") de l'étage de remontée en orbite martienne.

Ces trois points sont des technologies profitant aussi bien à l'exploration robotique qu'humaine, les points 1) et 2) bénéficiant plus particulièrement à toute initiative en matière d'exploration du système solaire, il devrait donc pouvoir se dégager un large consensus.

L'Europe a de nombreux atouts. Grâce notamment au démonstrateur technologique ARD, au succès de la sonde planétaire Huygens et au futur Rover ExoMars qui devra être déposé à la surface de la Planète rouge, elle pourra rapidement prétendre maîtriser la rentrée atmosphérique directe martienne ou terrestre (et au passage la mobilité de surface avec ExoMars), préambule à l'aérocapture. La qualité des instruments scientifiques européens n'est plus à démontrer non plus. Enfin, l'expérience acquise prochainement grâce à la mise en œuvre du cargo-ravitailleur ATV au bénéfice de la station spatiale internationale, avec un très haut degré d'automatisation, place l'Europe également en position de force.

La combinaison de l'aérofreinage/aérocapture " agressif " (bien que passif) par passage dans les couches denses de l'atmosphère martienne, pour l'orbiteur (au lieu d'un freinage propulsif actif), et de la production in-situ du " carburant " du véhicule de remontée en orbite martienne (couple Méthane/Oxygène liquides) laisse entrevoir des réductions sensibles de masse au lancement, de même qu'à la surface de Mars, que l'on peut traduire en terme de lanceurs plus petits ou, ce qui est sans doute plus intéressant, de masse accrue d'échantillons ramenés sur Terre. Les briques technologiques sont pour une bonne part déjà en place, mais des missions " précurseurs " proposées dans le cadre d'Aurora et permettant de tester la robustesse et l'efficacité de l'assemblage de ces briques constitueraient un investissement tout à fait rentable tant pour l'exploration robotique en général, et pour MSR en particulier, que pour l'exploration humaine.

Enfin, il apparaît que dans le cadre du programme ESAS/" Constellation ", si les Américains se sont réservés toute la partie " stratégique " leur permettant d'entreprendre en " solo " un certain nombre d'expéditions lunaires limitées dans le temps et en objectifs, ils n'ont pas fait mystère des limitations budgétaires avec lesquelles ils doivent composer, appelant l'Europe et les autres nations spatiales à participer activement au volet scientifique et à la valorisation de cette architecture. En clair, il est douteux qu'ils puissent aller seuls sur Mars, tout autant qu'il est douteux de penser que le CEV est le véhicule à tout faire. Que l'on se place dans l'optique d'un scénario " Mars Direct " ou " semi-direct " (et c'est le deuxième qui semble le plus probable), les explorateurs ne pourront se contenter de l'exiguïté de la seule capsule de rentrée du CEV (surtout pas à 6 personnes, ce qui semble être le chiffre retenu par la majorité des différents scénarii d'exploration), laquelle ne servirait vraiment que dans la dernière phase de la mission, pour ramener l'équipage et des échantillons géologiques sur Terre. Ils devront voyager dans un vaisseau différent, beaucoup plus grand. Cet habitat pourrait être envoyé en une seule fois sur la Lune grâce aux lanceurs lourds et atterrisseurs lunaires américains dans le cadre d'une exploration conjointe Lune/Mars articulée de manière rationnelle, et l'Europe aurait là aussi une carte à jouer, du fait de son expérience de conception de modules pour le vol habité (SpaceLab, ISS-Colombus, ATV…). L' " aérocapture " mentionnée plus haut intéresse directement la conception d'un tel habitat pour une utilisation martienne, une raison de plus pour l'Europe d'investir dans cette technologie et dans le développement de cet habitat, et pour les différentes sections de la Mars Society de mettre en avant ses stations analogues auprès des agences spatiales.

En conclusion, il y a tout intérêt à envisager la mission " Mars Sample Return " comme un précurseur robotique d'une mission habitée " semi-directe ", et à investir sans crainte dans les technologies clefs (" aérocapture ", guidage/pilotage/navigation de précision, production de carburant in-situ) qui font encore défaut à l'Europe, tant les retombées seraient importantes pour le programme Aurora dans son ensemble, qu'il soit robotique ou habité. Mais la pertinence de la mission MRS pour la préparation du futur sera d'autant plus grande qu'on la replacera au cœur d'une vision à long terme incluant le vol habité vers Mars. Aux sections de la Mars Society de promouvoir les options technologiques et les initiatives complémentaires permettant d'aboutir à un ensemble cohérent et à tous les passionnés de l'exploration spatiale en générale, scientifiques, décideurs ou enthousiastes, de faire valoir l'intérêt de la démarche, études et chiffres à l'appui !

Franck Marodon

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