Dans les articles précédents, nous avons passé en revue les avantages et les inconvénients des architectures de mission lunaires du strict point de vue du programme de base lunaire proprement dit, et nous nous sommes rendu compte que le plan "quadruple" actuellement à la mode (quadruple lancement-quadruple rendez-vous) était moins intéressant que les options faisant appel à des lanceurs lourds (Heavy Lift Vehicles ou HLVs) et qui ne nécessitent qu'un seul lancement par mission. Cependant, cette conclusion est encore plus valable quand on considère que la directive du Président réclame un programme Lune-Mars, pas seulement un programme lunaire. Le plan "quadruple" accepte une pléthore de développements supplémentaires, de coûts récurrents et de risques de la mission dans le seul but d'éviter les coûts de développement d'un lanceur lourd. Mais comme l'objectif du programme est d'envoyer des êtres humains sur Mars, il sera indispensable de développer un lanceur lourd et un puissant étage d'insertion sur trajectoire martienne. Du point de vu des coûts, le plan "quadruple" est deux fois perdant, puisqu'il entraîne le développement de beaucoup plus de matériel pour aller sur Mars.

Outre le fait que par sa complexité il impose des risques plus élevés aux explorateurs lunaires, le plan " quadruple " augmentera aussi les risques pour les explorateurs de Mars car de par son architecture il ne permettra pas de tester le matériel de la mission martienne. Par contre, si l'on met en oeuvre les options faisant appel à des lanceurs lourd avec de puissants étages supérieurs, les matériels directement exploitables pour l'exploration martienne habitée seront développés et testés très tôt au cours du programme lunaire. Cela réduira le risque inhérent à toute exploration humaine de Mars, et permettra d'atteindre la planète Rouge bien plus rapidement.

Le plan "quadruple" met aussi en cause la raison d'être du programme lunaire. L'objectif de la base lunaire, tel qu'énoncé dans la directive présidentielle, est de préparer la voie à l'exploration humaine de Mars. Le programme lunaire tel que défini dans l'architecture "quadruple" ne permet pas d'atteindre cet objectif. Il exposerait donc le programme à la critique, justifiée, qu'il ne tient pas ses promesses. L'exploration humaine de Mars offre la possibilité de résoudre des problèmes fondamentaux concernant la prévalence et la diversité de la vie dans l'univers. Il s'agit de questions d'un profond intérêt scientifique, philosophique et qui intéressent le public. Notre engagement dans cette quête fournit à ce programme un fondement intellectuel rationnel solide. Un système de transport lunaire correctement conçu pourrait soutenir directement cet objectif et rendre ainsi le programme lunaire beaucoup plus défendable dans les arènes scientifique et politique et auprès du grand public. C'est critique pour le succès du programme, parce qu'un programme de longue durée doit être capable de survivre à de nombreuses alternances politiques. En mettant en oeuvre le plan "quadruple" bâti sur un système de transport lunaire inutilisable par la mission martienne, nous risquons de porter un coup fatal au programme.

Mars Semi-direct.

Images NASA

Il en est ainsi car selon l'architecture de mission considérée, une mission martienne habitée exigera le lancement d'une masse de deux à quatre fois supérieure à celle d'une mission lunaire. Par conséquent une architecture qui exige quatre lancements et quatre rendez-vous pour accomplir une mission lunaire exigera de huit à seize lancements plus un nombre équivalent de rendez-vous pour une mission martienne. Donc si le plan "quadruple" et son importante quantité de matériel ne sont déjà pas réalistes pour un programme lunaire, ils deviennent complètement absurdes quand on étend le concept au programme martien.

Considérez à présent l'alternative que nous recommandons, une architecture de mission lunaire à Retour Direct que l'on effectue avec un unique lanceur lourd. Ce lanceur utilise un étage supérieur fonctionnant avec le couple hydrogène/oxygène capable d'envoyer 38 tonnes de charge utile depuis l'orbite basse terrestre sur orbite basse lunaire. Le delta-V exigé pour effectuer cette manoeuvre est de 4,2 km/s, soit exactement le même delta-V qu'il faut pour envoyer une charge utile depuis l'orbite basse terrestre vers Mars sur une trajectoire de six mois. De plus, s'il fallait décider de mettre un terme prématuré à la mission, cette trajectoire particulière renverra la charge utile sur Terre exactement deux ans après la date de départ. C'est l'option de retour libre la plus rapide envisageable pour une mission martienne, et il faut par conséquent la privilégier par rapport aux trajectoires à plus grande dépense d'énergie. Outre le fait qu'elles pénalisent beaucoup la mission en termes de plus grande puissance propulsive et de bilan de masse plus élevé, elles sont en fait moins sûres et rendent la survie au cours de la trajectoire à retour libre pratiquement impossible.

Donc un lanceur lourd avec un étage supérieur optimisé pour l'envoi de charges utiles significatives depuis l'orbite basse terrestre vers l'orbite basse lunaire constitue en fait le meilleur système pour envoyer des êtres humains sur Mars. Avec un tel lanceur, il est possible d'entreprendre des missions martiennes habitées sans assemblage orbital en mettant en œuvre un plan de mission à deux lancements, type Mars Direct, ou à trois lancements, type Mars Semi-Direct. (références: R. Zubrin et D. Tisserand "Méthodes Pratiques pour effectuer des Missions Martiennes Habitées à court terme," AIAA 93-2089, et R. Zubrin "The Case for Mars," The Free Press, Simon and Schuster, New York, 1996, "Cap sur Mars", 2004, aux éditions Henri Goursau pour la traduction française).

Par exemple dans le plan Mars Direct, le premier lanceur lourd envoie sur Mars un Véhicule de Retour sur Terre (Earth Return Vehicle ou ERV) avec des réservoirs de carburant vides. Ce véhicule de retour fabrique alors son carburant pour le voyage de retour en faisant réagir une petite quantité d'hydrogène amené depuis la Terre avec le dioxyde de carbone (CO2) de l'atmosphère martienne (laquelle est constituée à 95% de CO2.) Après cette opération, un second lanceur lourd envoie sur Mars un équipage de quatre personnes dans un grand module d'habitation ou "hab" (de conception très voisine de celle du hab employé pour le plan lunaire à retour direct) L'équipage atterrit à bord de son hab près du véhicule de retour (ERV), puis, au cours des dix-huit mois suivants, entreprend un programme intensif d'exploration qui utilise le "hab" comme base et comme laboratoire. À la fin de cette période de dix-huit mois, à l'ouverture de la fenêtre de lancement pour le retour sur Terre, l'équipage s'installe dans l'ERV et décolle pour un vol de retour de six mois. Le module d'habitation (hab) reste sur Mars, de telle sorte que chaque fois qu'on lance une nouvelle mission, un autre "hab" est ajouté à la base, ou alternativement, plusieurs minibases sont établies pour soutenir un programme d'exploration sur une plus vaste échelle géographique.

Si l'on préfère un équipage de six personnes, on peut mettre en œuvre le plan Semi-Direct à trois lancements. Si nécessaire, les marges de masse de la mission peuvent être fortement augmentées en remplaçant l'étage supérieur fonctionnant avec le couple hydrogène/oxygène par un étage réutilisable équipé d'un petit moteur fusée nucléothermique (NTR) de 15 000 livres de poussée. Des moteurs NTR de cette taille (et d'autres beaucoup plus gros) ont été testés au sol aux États-Unis dans les années soixante, leur faisabilité et leurs performances ne peuvent donc pas être mises en doute. De petits NTRs très flexibles et réutilisables pourraient aussi être utilisés avec des lanceurs de taille moyenne pour permettre des missions de grandes sondes robots à destination du système solaire extérieur avec des temps de vol de 2,7 années jusqu'à Jupiter. En utilisant une telle technologie d'étages nucléaires, réalisables à court terme, la capacité de lancement sur trajectoire transmartienne d'un lanceur lourd passerait de 38 à 60 tonnes.

Des éléments communs pour l'exploration lunaire et martienne, une manière rationnelle et économique d'atteindre les 2 objectifs.

Images Lockheed Martin

Nous n'avons pas besoin de vaisseaux spatiaux géants futuristes pour aller sur Mars. On peut y parvenir avec des lancements multiples du même système de transport qui permet d'aller sur la Lune - à condition de concevoir correctement le système de mission lunaire.

Enfin, il y a le problème de la synchronisation des programmes. Avec un programme lunaire qui emploie un matériel conçu seulement pour voyager vers la Lune tel que le prévoit le plan de lancement "quadruple", alors les contraintes budgétaires exigeront l'abandon de la base lunaire afin de permettre le transfert des ressources exigées pour la création et l'exploitation de nouveaux systèmes de transport vers Mars. Mais si l'on conçoit un ensemble d'éléments adaptés à la fois à la Lune et à Mars, alors les programmes lunaire et martien peuvent être menés en parallèle. Avec l'architecture lunaire de Retour Direct à lancement unique et production de propergol in-situ recommandée dans les précédents articles, deux lancements par an suffiront pour soutenir des activités continues qui permettront de visiter douze sites par an. Cela laisserait une grande marge en capacité de lancement pour organiser des missions habitées vers Mars, et aussi vers les astéroïdes proches de la Terre. Par contre le plan "quadruple" exigerait quatre lancements pour soutenir un programme lunaire anémique qui ne permettrait de visiter qu'un site par an et ferait de l'abandon de la base lunaire une condition préalable à toute poursuite de l'exploration spatiale.

Si nous voulons aller sur la Lune pour y rester, nous devons le faire avec des systèmes de transport spatial qui seront capables de soutenir aussi l'exploration martienne. Comme nous l'avons vu, de tels systèmes de transport sont également les meilleurs pour soutenir le développement de la base lunaire elle-même.

La bonne façon de concevoir un programme Lune-vers-Mars n'est pas de créer un système de transport à destination de la seule Lune, puis de le laisser tomber pour construire quelque chose d'autre quand le temps sera venu d'aller sur Mars. Au contraire, la meilleure façon de procéder est de commencer à concevoir la mission martienne la moins chère possible, puis de définir un système de transport lunaire qui emploie un sous-ensemble modulaire du matériel de mission martienne. En procédant ainsi, il ne sera nécessaire de développer qu'un seul ensemble de matériels au lieu de deux. Les missions lunaires valideront directement le matériel des missions martiennes, et les activités lunaires pourront se poursuivre après le début de l'exploration martienne. Ainsi conçu, ce programme permettra d'économiser des dizaines de milliards de dollars, plusieurs décennies, et des dizaines de vies humaines. Si nous procédons ainsi, nous pouvons pérenniser notre présence dans l'espace. Voilà la façon intelligente de procéder.

Le Dr Robert Zubrin, ingénieur en astronautique, est le président de la Mars Society et l'auteur de The Case for Mars (paru en français aux éditions Henri Goursau sous le titre Cap sur Mars), Entering Space et Mars on Earth (pas encore traduits en français).

2 - Le Plan de Mission