Juillet 2004

La nouvelle orientation " Space Exploration " donnée au programme spatial américain a marqué la 40^éme " Joint Propulsion Conference " de l'American Institute for Aeronautics and Astronautics , qui s'est déroulée du 11 au 14 juillet 2004 à Fort Lauderdale en Floride.

Une exposition sous le signe de l'exploration spatiale.

Deux tables rondes ont été consacrées à " l'Homme au delà de l'orbite basse ". La première avec, en particulier, Stephan Davis du service " Architecture pour l'exploration spatiale " du siège de la NASA et Marco Caporicci, responsable de la division " Transport spatial habité et rentrée atmosphérique " de l'Agence Spatiale Européenne (ESA), s'intitulait "définir la vision ". Stephan Davis a résumé la nouvelle orientation des activités NASA :  " Retourner sur la Lune avant 2020 en préparation de l'exploration humaine de Mars ". Les missions à poursuivre (avec le développement des technologies correspondantes ) sont les missions robotiques lunaires, les missions humaines lunaires, les missions robotiques martiennes, les missions humaines martiennes, les missions robotiques dans le reste du systèmes solaire, et les programmes de télescopes avancés pour l'étude des planètes extrasolaires. Les objectifs sont différents suivant les corps célestes ciblés. Pour la Lune, il s'agit de comprendre l'histoire du système solaire , de rechercher des ressources, et d'utiliser la Lune comme terrain d'expérimentation pour les technologies et composants nécessaires à l'ensemble du programme d'exploration. Pour Mars l'accent porte sur l'histoire de l'eau et de la vie. Pour les satellites de Jupiter, l'étude des océans souterrains (ou sous glaciaires) aura pour thème la chimie pré-vie. Quant aux planètes extra solaires, il sera recherché des sœurs de la Terre. Rappelons que la détection d'oxygène autour d'une planète suffirait à affirmer la présence de vie car l'oxygène ne peut être le constituant naturel d'une atmosphère planétaire.

Les activités à bord de la station seraient orientées sur l'homme pour soutenir le programme d'exploration. Le CEV, Crew Exploration Vehicule, doit voler, en démonstration prototype, en 2008 et être opérationnel  " vol humain " en 2014. Les missions robotiques lunaires doivent commencer en 2008 pour un retour de l'homme sur la lune Lune entre 2015 et 2020.

L'un des interlocuteurs, Dana Andrews, a dit qu'il fallait utiliser au maximum des lanceurs commerciaux (c'est- à- dire utilisés pour le lancement de satellites commerciaux entre des missions d'exploration spatiale), de manière à réduire les coûts, mais que l'on ne pourra pas faire l'économie d'un lanceur lourd qui lui n'aura pas d'applications commerciales. Il en déduit curieusement qu'il faut disposer d'un lanceur réutilisable à deux étages pour mettre en orbite terrestre les éléments du véhicule capable d'envoyer des astronautes vers Mars. Cette opinion apparaît très contestable. Ce qui l'est moins est son conseil de prévoir tous les ans des missions capables d'entretenir l'intérêt du public, donc également des politiques.

	Les USA maîtrisent maintenant les réservoirs cryotechniques légers en composite ; il faudra aussi pour les missions martiennes maîtriser le stockage longue durée de l'hydrogène liquide dans l'espace .

Marco Caporicci a rappelé que l'ESA avait déjà lancé son programme d'exploration spatiale dès fin 2001. Il a indiqué que, le 8 juillet 2004, les états membres ont approuvé le cadre légal du nouveau programme qui prend la succession d'Aurora pour la période 2004-2005, et qui devra être confirmé à la conférence des ministres en charge des activités spatiales des pays de l'ESA en juin 2005. Marco Caporicci a révélé des études ESA concernant l'établissement d'une base lunaire en utilisant une Ariane 5 améliorée, capable de placer 27 tonnes en orbite basse. Une telle Ariane 5 peut déposer une charge de 4100 kg sur la Lune. L'établissement d'une base de 40 tonnes demanderait environ 40 vols, ce qui le conduit logiquement à dire que le lanceur lourd est incontournable. L'utilisation d'un véhicule réutilisable, qui multiplie les éléments, est très défavorable, une partie appréciable de la masse du véhicule lunaire étant alors absorbée par des systèmes d'arrimage et rendez- vous. Les études d'une mission martienne construite à partir d'un lanceur de capacité 80 tonnes en orbite basse ont également été présentées .Cette capacité correspond à celle du lanceur lourd dérivé d'Ariane 5 ( 5 moteurs Vulcain et 4 accélérateurs à poudre à la base) étudié par le CNES en 1991.La mission ESA prévoit l'envoi de 6 astronautes, un séjour court de 30 jours, et l'absence de production d'ergols de retour sur place. Il en résulte une masse élevée au départ de l'orbite terrestre (1600 tonnes) et une longue période d'intégration en orbite, ce qui rend la mission difficile à imaginer en l'état. Marco Caporicci a également présenté une feuille de route indiquant comment l'Europe pourrait passer progressivement du véhicule de desserte logistique de la station, l'ATV (Automated Transfert Vehicule), à un véhicule d'exploration. D'abord, de l'ATV et de l'expérience de rentrée atmosphérique ARD conduite lors du 3 èème vol Ariane 5, un véhicule désigné CARV pour Cargo Ascent. Reentry Vehicule serait développé vers 2010. Disposant d'un système d'amarrage de plus grand diamètre, il permettrait l'approvisionnement de la station en racks , ainsi que le retour d'éléments inutiles. En parallèle, l'Europe acquérrait de l'expérience en matière de vols habités en lançant des astronautes à bord de Soyouz depuis la Guyane. Cela permettrait ensuite de passer à un vaisseau habité européen dérivé du CARV et équipé d'un étage propulsif pour les missions hors de l'orbite basse. Cet étage cryogénique de transfert serait une variante du futur étage supérieur cryotechnique ESCB d'Ariane 5, étant entendu qu'à ce moment, entre 2015 et 2020, le lanceur Ariane 5 aura été rendu compatible du vol humain. Cet exposé n'a naturellement pas parlé des obstacles budgétaires !

Lors de la séance de questions réponses qui a suivi ces interventions, il a été demandé si une menace pesait sur la poursuite du programme en cas de changement de président américain ; il a été répondu que la vision était assez généralement partagée par les républicains et les démocrates. Le plus important sera de maintenir l'intérêt du public sur la durée.

La deuxième table ronde rassemblait, en particulier, John Hutt, directeur du transport spatial dans le projet Constellation (le CEV) à la NASA, Mike Coats, l'astronaute maintenant vice- président " Space Exploration " également à la NASA, et Byron Wood, directeur de la division Rocketdyne de Boeing. Mike Coats a rappelé que les 3 points les plus importants pour l'exploration spatiale sont la propulsion, la propulsion et la propulsion. Il a souligné que, pour lui, aller au delà de l'orbite basse, c'était aller au delà de la Lune. Apollo 13 avait bénéficié d'un véhicule de secours, le module lunaire ; pour le vol martien, il faudra aussi des redondances de ce type. Il faudra également absolument maîtriser le stockage de longue durée des ergols cryotechniques ainsi que leur transfert. Mike Coats a proposé que la station internationale soit aussi utilisée pour essayer des propulsions nouvelles (et, de surcroît, ces expérimentations peuvent remonter l'orbite de la station). Byron Wood a indiqué que, si la solution Shuttle C (dérivé cargo de la navette), permettant de mettre 80 tonnes en orbite basse, était choisie, Rocketdyne disposerait de 12 à 16 moteurs SSME pour équiper ce lanceur à l'arrêt du programme navette, ce qui devrait suffire pour relancer la production et la qualification d'une version consommable et plus bas coût du SSME pour les lancements ultérieurs du Shuttle C. Les différents orateurs ont insisté sur l'intérêt de l'exploration spatiale pour remotiver les jeunes à entreprendre des études et des carrières techniques et scientifiques.

Une session exceptionnelle a porté sur les missions des rovers martiens ; ce sujet, en dehors du champ normal de préoccupation du colloque (le transport spatial), était bien sûr motivé par l'actualité. Y participaient trois personnalités du JPL : Jim Erickson (responsable des missions MER), Jessica Collisson (responsable des opérations de surface) et Albert Haldemann (responsable scientifique). Jim Ericksson a confirmé que le bilan énergétique, à l'entrée dans l'hiver martien, laissait supposer que les rovers devraient atteindre septembre. L'intérieur de l'un des rovers est déjà descendu plusieurs fois en dessous de moins 50° C '(les températures varient entre - 10 de jour et - 100 la nuit). Or le cristal sensible du spectromètre mini TES devrait rendre l'âme à moins 60. Cet instrument pourrait donc tomber en panne prochainement. L'une des roues de Spirit présente des signes de défaillance, avec une consommation électrique deux fois supérieure à la normale. La distance restant à parcourir avant la panne est évaluée entre 200 m et 2 km. La roue n'est malheureusement pas débrayable et frottera fortement sans toutefois bloquer la progression. Une deuxième roue en panne serait acceptable mais " avec trois roues en panne le rover deviendra un lander ". C'est peut-être ainsi que s'achèveront les missions de Spirit et Oportunity. En plus de la baisse du soleil sur l'horizon et du raccourcissement des jours, l' énergie électrique collectée par les panneaux solaires baisse à cause de l'accumulation de poussière qui est vraisemblablement liée à des phénomènes électrostatiques et du fait de l'éloignement du soleil de la planète. Le pronostic est que l'obscurcissement des panneaux solaires par la poussière va se stabiliser à - 30% mais ce n'est pas sûr.

Hamilton Sundstrand présentait le prototype de scaphandre martien testé à Devon. Les manchons bleus sont des protections thermiques supplémentaires. L'entrée dans le scaphandre s'effectue par le dos.

La mission de retour d'échantillons est maintenant vue vers 2014 pour le lancement et 2017 pour le retour.

	Entre 1968 et 1976 la NASA a déjà fait fonctionner pendant 40000 heures une turbomachine de Brayton qui permet la transformation de la puissance thermique fournie par un réacteur nucléaire en puissance électrique : ici 15 kW. Pour JIMO il faudra 10 fois plus de puissance.

Parmi les sessions classiques, environ 9 neuf ont traité de près le thème " exploration ". Trois sessions avaient pour seul thème le projet Prometheus, le développement de la propulsion nucléo électrique pour le vaisseau JIMO destiné à l'étude des satellites de Jupiter, Europe, Ganymède et Callisto, qui comportent de la glace. Le lancement est annoncé en 2015.

JIMO devrait se mettre en orbite successivement autour de chacun de ces satellites de Jupiter. La masse de deux fois 70 tonnes en orbite terrestre basse a été annoncée (encore en croissance par rapport à la valeur de 80 tonnes affichée il y a plusieurs semaines par Space News). Une grande partie de cette masse importante provient de l'orbite visée avant " allumage " de la propulsion, donc du réacteur : pour des raisons de sécurité, un périgée de 800 km est obligatoire avant de démarrer un réacteur nucléaire et l'orbite aurait de plus un apogée très élevé. 

Une session a traité de la propulsion et le du freinage des sondes MER A et B qui ont déposé Spirit et Opportunity sur le sol martien. Une autre a concerné l'aérocapture, y compris pour mise en orbite autour de Neptune ou Titan. Lors de la session sur la propulsion nucléothermique, Stan Borowski du NASA Glenn a présenté l'utilisation de la propulsion nucléothermique bimodale NTR/LANTR pour les missions lunaires. Le mode NTR est un mode thermique classique dans lequel le réacteur échauffe de l'hydrogène ejecté avec des impulsions spécifiques de 900 s. En mode LANTR, la poussée est augmentée par injection d'oxygène en aval du col. C'est un sujet sur lequel il travaille depuis de nombreuses années. Rocketdyne a parlé de dérivés du moteur nucléaire NERVA des années 60. Pratt et Whitney a décrit le projet TRITON dans lequel la propulsion est trimodale : un mode nucléothermique classique (67 kN de poussée et 911 s d'impulsion spécifique), un mode à augmentation de poussée par injection d'oxygène en aval du col (178 kN de poussée) et un mode de production d'électricité (200 kW avec le réacteur nucléaire à 10 % de puissance) pour alimenter une propulsion électrique. Une session était consacrée à l'analyse des missions possibles avec la propulsion électrique, tandis que 31 autres sessions traitaient des technologies des moteurs électriques. Une session spéciale traitait le cas des voiles solaires avec en particulier leur emploi pour une mission martienne. Enfin dans la session sur les lanceurs consommables, la moitié des présentations concernait les lanceurs lourds nécessaires pour l'exploration spatiale.

Le projet de moteur nucléaire tri mode de Pratt et Whitney : nucléothermique, nucléothermique à injection d'oxygène et nucléoélectrique - peut-être un peu complexe !

Vers une propulsion plasmique de forte puissance. Le propulseur de gauche a déjà une poussée de 1 newton (100 g force) pour 20 kW de puissance. Une batterie de 10 x 10 propulseurs de ce type suffirait à envoyer vers Mars un vaisseau de 50 tonnes .

Texte et photos : A.Souchier

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