!Université de Caen Basse-Normandie ! 11-10-2014
www.planete-mars.com
L’exploration de Mars
Docs. NASA
Les Mars Society Associations à but non lucratif visant à promouvoir l’exploration de Mars en particulier par l’homme
Mars Society US créée en 1998 par R. Zubrin Association Planète Mars Créée en 1999 par R. Heidmann Environ 140 membres Site: planete-mars.com Autres associations européennes Allemagne, Pays Bas, Suisse, UK, Italie, Pologne, Belgique, Autriche
Les modes d’action sont de type promotion (conférences, articles, livres – sortie de « Embarquement pour Mars » le 10 mai chez A2C Médias -, TV) mais si opportunité des actions plus concrètes sont entreprises en particulier dans le domaine de la simulation
Docs. APM/MDRS 43
Docs. APM/A. Souchier
Docs. APM/A2C médias/Manchu
DEUX PLANÈTES SŒURS
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Mais un ancien océan ?
La planète océan
La planète désert Une journée de 24h40mn
Docs. NASA
Doc. NASA/JPL/Goddard Spaceflight Center
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Au sol: des mini tornades de poussière
Mais une pression de seulement 7 mb (150 fois plus faible que sur Terre) et une atmosphère de gaz carbonique
ATMOSPHÈRE ET NUAGES
Et des grandes tempêtes de poussière
Docs. NASA/JPL-Caltech
Doc. NASA/JPL-Caltech/MSSS
PÔLES : CALOTTE AUSTRALEJusqu’à 3,5 km d’épaisseur de glace
2008: Mars Polar Lander posé sur de la glaceDoc. NASA/JPL-Caltech/Univ.of ArizonaDocs. NASA/JPL-Caltech/MSSS
La calotte polaire par le radar de Mars Express
Doc. ESA/NASA/JPL-Caltech/University of Rome/ASI/GSFC
Doc. ESA
Doc. NASA/JPL-Caltech/MSSS
Doc. Arizona State University/Ron Miller
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UNE PLANÈTE VOLCANIQUE OLYMPUS MONS : 22 KM DE HAUT
Docs. NASA/JPL-Caltech
GRANDES VALLEES DE DEBACLE Fonte de glace souterraine
Docs. NASA/JPL-Caltech/MSSSwww.planete-mars.com
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Dernier écoulement
Docs. NASA/JPL-Caltech/MSSS
Glace ?
Doc. NASA JPL
Nanedi Vallis
L’EAU SUR MARS : GRANDES VALLÉES FLUVIALES ANCIENNES
ET PETITS
ECOULEMENTS
RECENTS
PETITS ECOULEMENTS RECENTS Les écoulements du cratère Newton
Docs. NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona
La politique (coopération mondiale, création de réseaux)
POURQUOI NOUS IRONS SUR MARS et pourquoi l’exploration du système solaire
La science (le « fonctionnement » des planètes, la naissance de la vie)
La dynamisation des sociétés, l’aventure, le rêve
La technologie ( énergie, recyclage, robotique)
Docs. NASA/JPL-Caltech
Doc. NASA/Pat RawlingsDoc. NASA/Pat Rawlings
Docs. NASA
Docs. NASA
UNE BREVE HISTOIRE DU TEMPS…COMPAREE ENTRE DEUX PLANETES4,56 4 3 2 1 milliards d’années
Oxygène Organismes multicellulesLa lune
ArchéenHadéen Protérozoique Primaire Secon daire
1ères traces chimi-ques de vie
Cellules à noyau (eucaryotes)
1ers micro fossiles Cellules sans noyau (procaryotes)
Cristaux zircon - 4,4
TERRE
MARS
Noachien Hespérien Amazonien
Volcanisme actif Vallées de débâcle Lacs acides Sulfates Meridiani
Oxydation de surface – Libérations d’eau sporadiques et violentes
Valles MarinerisVolcan Olympus Mons
10 Ma dernières
laves et écoule-
ments
Oscillations axe 0,1 Ma ?
Rivières Océan Argiles
Fin du bombardement tardif
Disparition atmosphère
?
Docs DR
Le voyage vers Mars : le budget Delta V Delta V total
pour différentes missions !Orbite géostationnaire 11,7 Km/s Atterrissage Mars * 11,5 Km/s Atterrissage Lune 13,5 Km/s Aller retour Terre Lune 16,1 Km/s Aller retour Terre Mars * 18,0 Km/s Aller retour Terre Phobos * 14,7 Km/s !!• Entrée directe ou aerofreinage • 1 à 4 km/s à ajouter si capture retropropulsée !
Doc. APM
Au départ d’une orbite terrestre :
3,5 km/s pour atteindre Mars mais 10 km/s pour un aller retour
..Mercure
Vénus
Doc. ESA/CNES CSG/AE
Doc. Von Braun/Rolf Klep
50 ans de projets :
!Des solutions de
plus en plus légères
• Ergols plus efficaces : hydrogène et oxygène
!• Utilisation de l’atmosphère martienne pour aérofreinage ⇒ masse ÷ 2 !• Production sur Mars des ergols de retour ⇒ masse ÷ 2 !• Autres : propulsion nucléothermique ou nucléoélectrique
1950: 37000 t en LEO ! Mais 70 astronautes !
1960 : 2000 t
1990 : 400 t
pour comparaison
Ariane 5 = 20 t
Comment les masses LEO des missions martiennes humaines ont décru en 50 ans
Doc. L’espace à quoi ça sert
Doc. NASA/JSC
Exploration : les USA montrent la voie …
Un lanceur lourd (80-130t) fin 2017
Et autour de Mars vers
1er vol 4/12 /2014
Module de service européen
Docs. NASA
Un vaisseau interplanétaire Orion
5875 km
!Capture d’astéroïde en 2025
Doc. L’espace à quoi ça sert
Différents scenarios de mission martienne4Mars Direct par R. Zubrin !!!
4DRA 5 NASA par S. Borowski !!!!
4Missions nucléoélectriques
Mission 100% en propulsion chimique avec tout le carburant de retour produit sur Mars
Propulsion nucléothermique et une partie (remontée en orbite martienne) des ergols de retour produits sur Mars/
Doc. L’espace à quoi ça sert
Docs. NASA
Doc. Safran
4Les cas particuliers de Mars One et Inspiration Mars
4Les projets d’Elon Musk
A chaque étape du voyage son ou ses modes de propulsion (ou freinage)
Mise en orbite terrestre Chim. (et combien de rendez vous ?)
Injection vers Mars Chim. – Nucl. Th. – Nucl. electr.
Insertion en orbite martienne* Chim. – Nucl. TH. – Nucl. electr. – Aerobr. * Combinaisons possible
Atterrissage sur Mars Aerobr. – Parachutes – Chim. - (airbags)
Décollage de Mars Chim.
Orbite martienne à la Terre* Chim. – Nucl. Th. – Nucl.electr. * Combinaisons possible
Arrivée sur Terre Aerobr. – Parachutes
Entrée directe possible (ex: Curiosity)
Mais aussi prévoir les scénarios de repli si pannes ! Et différents scénarios concernant ce que l’on laisse en orbite martienne
Mars Direct, mission 100% propulsion chimique Caractéristiques
Image TMS
6 t de H2 transportées depuis la Terre et produisant 116 t d’oxygène et de méthane par réaction avec le CO2 de l’atmosphère martienne
- Lancement vers Mars d’un véhicule de retour avec les 6 t de H2 et l’unité de production d’ergols
Redondance pour le retour (1er équipage)
Redondance pour le retour (2ème équipage)
- Lancement d’un 2ème véhicule de retour avec 6 t de H2 et une unité de production d’ergols en redondance
- Lancement d’un nouvel équipage, etc
- Lancement de l’équipage avec l’habitat martien- 3ème lancement d’un véhicule de retour avec 6 t de H2 et une unité de production d’ergols
Doc. Mars Society
Le voyage de 6 mois (et même durée pour le retour)
Les radiations et en particulier les éruptions solaires => refuge central abrité derrière 15 cm d’eau – dose totale de radiations sur 2,5 ans = 70 rems contre 100 à 400 rems autorisés sur une vie
Microgravité=> gravité artificielle par rotation
Comportement psychologique de l’équipage => processus de sélection à conduire sur des équipages et pas des individus
Etage supérieur lanceur
Habitat
Et la fiabilité/redondance et maintenabilité des systèmes sur une mission de 2.5 ans !9 octobre 2013
Docs. Mars Society
Doc. APM
Quelques points clé
Parachutes toujours
possibles pour charges lourdes ? Ou freinage
final tout propulsif ?
Production automatique des ergols de retour 2 H2 + CO2 = CH4 + O2
Atmosphère martienne Pureté?
Entrée atmosphérique
Bouclier thermique de grande taille (déployable, gonflable); connaissance de l’atmosphère
Conservation du LH2 sur 12 mois *; production automatique in situ ; source nucléaire 100 kW ; * isolation de type satellite:1 t évaporée en 6 mois sur 7 t initiales
Transportés de la Terre
Doc. Manchu/APM
Doc. NASA/JSC
Doc. NASA
Doc. NASA
Deux ans plus tard : l’arrivée des hommes
Atterrissage à proximité du module de retour Puis 500 jours d’exploration
Et retour en chimique (2 étages) avec les ergols produits sur place
Véhicule pressurisé pour exploration longue distance; tenue des maté-riels à la poussière (joints, des scaphandres en parti-culier); effet de la pous-sière sur les hommes; contamination planétaire (dans les 2 sens)
Mise en orbite par aérocapture
Les télécom-munications sur Mars, la navigation (GPS)
Doc. Manchu/APM
Doc. NASA/Pat Rawlings
Doc. NASA
Doc. NASA
Doc. ESA
La mission DRA 5 NASA S. Borowski
8 lancements et 5 rendez vous pour assurer la mission
abort voisinage de Mars = rester en orbite
Doc. NASA
6 mois de voyage en micro-gravité aller (et 6 mois retour), l’orientation des panneaux solaire empêchant une mise en rotation pour gravité artificielle)
Structures gonflables
(intéressant sur Mars aussi)
La mission NASA en propulsion nucléaire
Doc. NASA
Doc. NASA
Doc. DR
La propulsion électrique- Un développement progressif en cours dans le monde -
Nasa HET essais à 75 kW = 3 N
Beaucoup de satellites géostationnaires avec de la propulsion électrique pour le maintien à poste ; quelques missions interplanétaires avec de la propulsion électrique (Smart 1 Europe ; Deep Space 1, Dawn USA); 1 à 4.5 kW (AEHF)
Essais de 5 kW et 20 kW (1N) en Europe (Snecma)
Chang Diaz VASIMR essais à 200 kW
Opérations
Démonstrations et développement
Recherche
Au-delà de 300 kw la question c’est la source de puissance. Il faut passer du solaire au nucléaire. La masse spécifique (kg/kW) est le facteur fondamental.
Doc. ESA
Docs. NASA
Doc. Safran
Doc. DR
Doc. Ad Astra
Missions à propulsion électriqueCaractéristique : une poussée très faible
1MW 60 N 10 MW 600N
300 j pour monter d’une 400/400 km à une 400/250 000 km (propulsion 1 MW pour charge utile 50 t)
- Adapté aux missions cargo
- Pour les missions humaines, il faut que les astronautes rejoignent le vaisseau à propulsion électrique après élévation de l’orbite
Panneaux solaires ou réacteur nucléaire ; la puissance spécifique kg/kW (15 kg/kW atteignable en nucléaire ?) ; gestion des déformations d’orbite avant l’élancement final ; déploiement des panneaux ou du radiateur.
160m
125m
102m
9m
16m
40t
58t
Ø8,4m
24t
Structures 11t
4,3m
9,3m
Ensemble bouclier + Réacteur + cycle de
conversion : 43t
51m
25°
Radiateurs 42t
Ensemble moteurs+ ergols + réservoirs : 68t x 2
Exemple de mission tout électrique:
10 MW - 355 t en orbite
Radiateur de 125 m sur 102
110 t de xénon
Solaire
Nucléaire
Doc. NASADoc. NASA/Glenn Research Center
Mars One2011: Création par Bas Lansdorp et Arno Wielders au Pays Bas; projet d’envoyer des hommes sur Mars pour un voyage sans retour; financement privé 2013 : Appel à candidatures; 202586 candidats Mai 2014 : Réduction à 705 2015 : Début de simulation sur Terre 2018 : Première mission robotique 2024 : Lancement d’un cargo lourd 2025 : Premier équipage sur Mars pour un budget de 6 milliards $
?Docs. Mars One
« Inspiration Mars »Proposition de Denis Tito en 2013 : un aller retour Terre-Mars-Terre en 500 j sans arrêt au passage (« Fly By ») avec 2 personnes
Objectif initial: ! - lancement en janvier 2018 - passage à 160 km de Mars en août 2018 - retour au printemps 2019 ! Report à une date indéterminé (2021?) Expérimentation en cours sur système de contrôle d’environnement
Docs. Inspiration Mars
Docs APM/R. Heidmann
Les projets d’Elon Musk
En attendant l’homme, l’exploration robotique continue
En orbite: Mars Express (Europe) Mars Odyssey (USA) Mars Reconnaissance Orbiter (USA)
***
*Au sol: Rover Opportunity (USA) 2012: Rover MSL Curiosity (USA) !A venir au sol: 2016: lander ExoMars 2016: InSight 2018: rover ExoMars 2020: Curiosity 2 2022-25: Phootprint …
!2012 : Phobos Grunt (Russie) Retour d’échantillons de Phobos
X
°! Et depuis qqs jours : Maven (USA Mangalyaan (Inde) ! 2016 : orbiter ExoMars (Europe+Russie)
*°
Succès !Echec !
**
°
°
°°
Docs. NASA/JPL-Caltech
Doc. NPO Lavochkin
MSL Curiosity : la maquette du CNES à l’échelle 1 en 2011… et la réalité 2012
Docs. A. Souchier
Doc. NASA/JPL-Caltech
MSL Curiosity: une arrivée complexe et réussie… Qui préfigure probablement les missions humaines
Doc. NASA/JPL-Caltech
MSL Curiosity : une arrivée complexe et réussie
Doc. NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona
Doc. NASA
Doc. NASA/JPL-Caltech
Doc. NASA/JPL-Caltech
Doc. NASA/JPL-Caltech
Et après l’atterrissage: le matériel éparpillé sur le sol du cratère
650 m
Doc. NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona
Les instruments de Curiosity
Chemcam
SAM Sample Analysis at Mars (détection C-H-O-N): -SAM GC (Chromatographe en phase Gazeuse) des laboratoires français LATMOS et LISA, -SAM QMS (Spectromètre de Masse Quadrupolaire) du Goddard SFC NASA -SAM TLS (spectroscope laser accordable) du Jet Propulsion Laboratory. -SAM comporte 77 fours dans lesquels les échantillons peuvent être chauffés jusqu’à 1100 °C.
DAN
1%-2m
REMS
RAD Chemin
APXS
Chemcam : laboratoires français IRAP et CEA pour le laser, télescope, caméra et électronique de commande
SAM
Docs. NASA/JPL-Caltech
Le cratère Gale et la mission de Curiosity
Ancienne vallée d’écoulement désignée Peace
Ancienne vallée d’écoulement
Aeolis Mons / Mont Sharp: 5500 m
Doc. NASA/Milliken/Anderson and Bell/Ryan Anderson)
Docs. NASA/JPL-Caltech/ESA/DLR/FU Berlin/MSSS
Curiosity est d’abord allé à Glenelg
À la confluence de 3 zones géologiques différentes
Doc. NASA/JPL-Caltech/MSSS
Doc. NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona
Des traces d’alluvions confirmées
Mars Terre
Petits galets noyés dans un ciment naturel : une roche désignée poudingue
En provenance de la vallée Peace
Docs. NASA/JPL-Caltech
1er forage effectué le 8/2/2013 et analyse du prélèvement
Ǿ 1,6 cm Prof 6,4 cm
Conclusion: l’eau qui s’écoulait ici il y a 3,7 milliards d’année n’était ni salée ni acide donc propice (ou pas défavorable) à la vie
Caractéristique argile (smectites)
Caractéristique action perchlorates sur HC: local ou pollution ?
Et phyllosilicates (argile) trouvés à Rocknest
Doc. NASA/JPL-Caltech/MSSSDoc. NASA/JPL-Caltech/GSFC
Doc. NASA/JPL-Caltech
Doc. NASA/JPL-Caltech/MSSS
Doc. NASA/JPL-Caltech
Doc. NASA/JPL-Caltech/MSSS
Curiosity est dans le delta alluvionnaire de la vallée Peace
Doc. NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona
Curiosity est à l’extrémité du delta alluvionnaire de la vallée Peace
Doc. NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona
Curiosity est à l’extrémité du delta alluvionnaire de la vallée Peace
Curiosity est à l’extrémité du delta alluvionnaire de la
vallée Peace
Doc. NASA/JPL-Caltech/Univ. of ArizonaDoc. NASA/JPL-Caltech/MSSS
Au passage un peu d’astronomie locale
Phobos (22km à 6240 km), Deimos (12 km à 20500 km) et la Lune (3474 km à 384000 km)
Phobos passe devant le soleilDocs. NASA/JPL-Caltech/MSSS/Texas A et M University
Après un an de séjour dans la zone Glenelg – Yellow Knife Bay, Curiosity s’est mis en route vers la base de la montagne Sharp
Position de Curiosity Cooperstown le 28 octobre
Cooperstown le 4 novembre
On peut suivre les aventures de Curiosity (et Opportunity) sur jpl.nasa.gov
Position le 19 juin
Docs. NASA/JPL-Caltech/MSSS
Doc. NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona
Son objectif: une vallée à la base du Mont Sharp/Aeolis Mons
V
V
V
Mais il lui faudra de nombreux mois
Et les roues s’usent !
Docs. NASA/JPL-Caltech/MSSS
Docs. NASA/JPL-Caltech/ESA/DLR/FU Berlin/MSSS
Position de Curiosity
Docs. NASA/JPL-Caltech/MSSS
Le 12 septembre 2014 Curiosity a atteint les 1ères couches
géologiques du Mont Sharp
Docs. NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona
Trajet à venir
Docs. NASA/JPL-Caltech/Univ. of Arizona
Argiles Sulfates
Mars Express (Europe) depuis 10 ans en orbite
OMEGA permet l’analyse des solsDocs. ESA/DLR/FU Berlin
Doc. ESA/Omega/HSRC
Docs. ESA/DLR/FU Berlin
Opportunity sur un nouveau sitex
xSur le bord du cratère Endeavour
Murray Ridge
L’ascension a commencé en octobre
X
X
Sur les bords de Murray Ridge le 5 juin
Docs. NASA/JPL-Caltech
Docs. NASA/JPL-Caltech/MSSS
Mars Reconnaissance Orbiter (USA)
CRISM permet l’analyse des sols
24m x24 m
310 m de large / 160 m prof.
Dépots hydrothermaux
Cone volcanique caldeira Nili Patera
Opportunity au sol
Phoenix en descente sous parachute
Pont résiduel sur tube de lave effondré
Doc. NASA/JPL-Caltech/MSSS
MAVEN Mangalyaan
Doc. NASA/Goddard Spaceflight Center
Docs. ISRO
Simulations sur TerreUtah (2002)
Russie (2007 2011)
Antarctique
Canada (2001)Mars Society
Objectif Mars
Concordia
NASA Floride -20m
Mars 500
Hawaï HI-SEAS (2013)
Comex (2012)
NASA Arizona (2010)
ÖWF (2011 -12-13)
Doc. ESA
Doc. Mars SocietyDoc.MDRS 43/équipe FR2
Doc.COMEX
Doc. NASA
Doc. NASA
Doc. HI-SEASDoc. A. Souchier
Doc. T. Travouillon, UNSW
Doc. IBMP
PREPARATION ENTRAINEMENT ET SIMULATION
Les installations de simulation permettent à des équipages d’opérer dans des conditions proches de celles d’une installation sur une autre planète
… mais la simulation n’est jamais à 100%
Ce qui peut être expérimenté:
- Adaptation des expériences scientifiques, des outils, des technologies, des méthodes aux conditions de l’exploration planétaire
- Optimisation des stratégies d’exploration (avec soft et hardwares correspondants)
- Facteurs humains
- Organisation (comment combiner efficacement la vie de l’équipage et les activités dans des domaines multidisciplinaires)
- Et un jour….l’entraînement des équipages
Docs. APM/MDRS 43
OBSERVATOIRE
HABSERRE (recyclage des eaux grises - 40% consommation)
Ø 8 m – 2 étages
Lien satellite avec la « Terre» Messages lus après 5 mn
Sas n°1
L’INSTALLATION MDRS DE L’UTAH
Doc.MDRS 43/équipe FR2
Doc. APM/MDRS 43/A. Souchier
Doc. ESA
MDRS 43 2006
Doc. APM/MDRS 43
Et en 2015 la Mars Society organise une simulation de un an dans l’habitat arctique
MDRS 43 2006
Doc. APM/MDRS 43
Doc. Mars Society
Simulation d’exploration de grottes martiennes (Dachstein – 26/4 au1/5/2012)
Le Véhicule de Reconnaissance de Paroi de l’association
organisée par le forum spatial autrichien ÖWF
Docs. APM/A. Souchier
Docs. APM/A. Souchier/ÖWF/J. Neuner
Doc ÖWF/Katja Zanella Kux
Docs. APM/A. Souchier
Un mois de simulation d’exploration martienne en février 2013 organisé par l’ÖWF autrichien
17 partenaires scientifiques 23 pays
La zone des Kess Kess – volcans fossiles sous marins de boue datant du Devonien (-416 à - 359 millions d’années)
Volcans de boue (?) sur Mars
DunesDust devil …
comme sur Mars
Docs. APM/A. Souchier
Doc ÖWF/Katja Zanella Kux
Doc. NASA/JPL-Caltech
Doc. NASA/JPL-Caltech/MSSS
Doc. ÖWF
Restitution des efforts de pression
Transmission de nombreuses informations (rythme cardiaque, pressions partielles O2 et CO2, températures, voltages,…) Camera de casque
Le scaphandre Aouda (ÖWF)
Le véhicule de Reconnaissance de Paroi (APM)
Essais 92 à 109 réalisés au Maroc
Doc ÖWF/Katja Zanella Kux
Docs. APM/A. Souchier
Doc. APM/A. Souchier
Delta (ÖWF)
De combien s’allongent les durées d’opération lorsque l’on opère en scaphandre
Le rover Magma (ABM space education Pologne)
Le rover Puli (Hongrie)
Hunveyor (A R Univ. Hongrie)
SREC (ENCS Bordeaux/APM)
Terrains accessibles aux quads
Median (University College UK)
Détection CH4
Abri déployable (Univ. Tech. Vienne)
Micro EVA (NASA/JPL)
Mesures de contamination des prélèvements
Et Compstress, LTSM, MAT /SEG/MEDINC, Geosciences, ERAS C3, Antipodes
Docs. APM/A. Souchier
Doc ÖWF/Katja Zanella Kux
Une des principales expériences: l’organisation et la conduite d’une
mission d’exploration
Doc. ÖWF Doc. ÖWF
Docs. APM/A.Souchier
Doc ÖWF/Katja Zanella Kux
Doc ÖWF/Katja Zanella Kux
Merci
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Et….Adhérez à
l’association Planète
Mars planete-mars.com
Simulation « Planète
Mars » aux Vaches
Noires le 14 mars 2014
Docs. APM/Gargouille Productions/I. Ebran