La question est loin d'être anodine. Quand on sait que 50% des atterrisseurs et rovers envoyés se sont écrasés et que la plupart des autres ont été très secoués, est-on capable d'atterrir sur Mars sans encombre ?
Inutile de rappeler le douloureux échec du module européen Schiaparelli en octobre 2016 pour se rendre compte que les crashs à l’atterrissage sur Mars ne sont pas que ceux des Russes des années 1960. Mais pourquoi est-ce si dur d’atterrir sur Mars ?
Une atmosphère trop légère
Pour atterrir sur Terre ou sur Vénus ou même sur Titan, on se sert de la présence d’une atmosphère plutôt dense pour freiner les engins. Une fusée qui rentre sur Terre passe ainsi de 28000 km/h à 300km/h en quelques minutes juste par frottements avec l’atmosphère. Un (très) bon bouclier thermique suivi de l’ouverture d’un parachute suffisent à assurer un atterrissage en douceur. Mais sur Mars, l’atmosphère moins dense, ne permet de passer que de 21000 km/h à 1500km/h. L’ouverture du parachute permet alors de ralentir à 300km/h et pour la suite il faut donc ajouter des rétrofusées. A priori on sait faire – enfin pour des rovers, car le maximum pour l’instant c’est l’atterrissage de Curiosity qui ne faisait qu’une tonne. Sauf que cela consomme énormément de carburant et plus le module est grand, plus il faut de carburant. Ce qui pénalise beaucoup le décollage depuis la Terre (en puissance nécessaire et en coût). C’est pourquoi les missions envisagées ne prévoient que quelques passagers (4 à 6), ou une station relais orbitale avec une liaison Mars-station orbitale spécifique ou dans le projet de SpaceX un ravitaillement en orbite. Outre cette première difficulté, Mars est capricieuse, selon sa météo le taux de poussières dans l’air peut énormément varier : il en résulte que l’engin peut rencontrer l’atmosphère plus tôt que prévu car elle se dilate (ce qui va modifier sa trajectoire d’atterrissage) et les frottements des poussières érodent de manière plus importante le bouclier thermique des engins (il doit donc être plus épais). En outre, Mars est fréquemment parcouru de vents violents (jusqu’à 250km/h), imprévisibles qui peuvent déstabiliser le vaisseau et le dévier de sa zone d’atterrissage prévue. On voit là que réussir un atterrissage sur Mars nécessite de prévoir des moyens de réajuster la trajectoire ou le déploiement des différents systèmes. C’est d’ailleurs là qu’a échoué Schiaparelli : en arrêtant trop tôt les rétrofusées par une erreur d’appréciation de la distance avec le sol. Par ailleurs, pour un vaisseau qui emporterait des humains, l’option parachute n’est pas envisageable, on ne sait pas fabriquer un tel outil pour un engin de plusieurs dizaines de tonnes lancé à 1500km/h.
La navette de Lockheed Martin
Lockheed Martin, partenaire de longue date de la Nasa, déjà en charge de la conception et de la fabrication de la capsule de transport de passagers Orion, a présenté en 2016 son projet, Mars Space Camp. Une station orbitale martienne pour la direction de robots et l’observation scientifique de la planète rouge. Un projet que l’entreprise a peaufinée depuis pour en détailler de nouveaux pans à l’occasion du dernier congrès international d’astronautique qui s’est tenu fin septembre en Australie.
Ainsi Lockheed Martin propose un véhicule capable de réaliser à peu près 6 allers-retours entre Mars et l’orbite. A l’occasion de chaque rotation, 4 astronautes peuvent descendre et séjourner sur la planète pendant 2 à 3 semaines. Baptisé le MADV pour Mars Ascent/Descend Vehicle, cette navette doit atterrir et décoller à la verticale. Le carburant utilisé serait de l’hydrogène liquide fabriqué à partir d’une électrolyse de l’eau séparant l’oxygène et l’hydrogène. L’énergie nécessaire à cette électrolyse serait fournie par des panneaux solaires. A l’origine, l’eau viendrait de la Terre mais à terme elle serait collectée depuis des glaces d’astéroïdes, de la Lune ou des lunes de Mars ou de Mars elle-même selon ce qui se développera dans l’avenir. L’eau sera livrée par des véhicules spatiaux dédiés qui pourraient être lancés par une entité commerciale à part. Deux MADV doivent être disponibles afin d’être sûr de ne pas laisser un équipage bloqué à la surface de la planète.
Le BFR en mode martien
De son côté SpaceX a donc misé sur un vaisseau unique. Le vaisseau BFR qui arrive sur Mars, entre dans l’atmosphère et atterrit sur le même modèle que les fusées Falcon 9 actuellement en service. Il utilise l’atmosphère de Mars pour le premier freinage et assure la fin du trajet en utilisant la technique de rétropropulsion supersonique. Avec cette technique, les moteurs de la fusée émettent un jet de réacteur contre le flot relatif supersonique de l’air qui augmente le freinage aérodynamique.
La trajectoire hyperbolique commence à une vitesse de 7,5 km/s et le pic d’accélération est de l’ordre de 5g (avec une référence terrestre). SpaceX estime que 99% de l’énergie sera dissipée aérodynamiquement. Vu le poids du vaisseau (à peu près 55 t), SpaceX a prévu de stocker pour l’ensemble du trajet 240 tonnes de méthane et 860 tonnes d’oxygène liquide. Mais la plus grande partie du carburant sert pour effectuer cette opération. Il faudra ensuite, produire ce carburant sur place pour assurer le redécollage et le retour vers la Terre.
Sophie Hoguin
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