L'idée d'explorer et de coloniser Mars n'a jamais été aussi vivante qu'aujourd'hui. Au cours des deux prochaines décennies, il existe plusieurs plans pour envoyer des missions en équipage sur la planète rouge, et même des plans très ambitieux pour commencer à construire une colonie permanente là-bas. Malgré l'enthousiasme, de nombreux défis importants doivent être relevés avant que de telles initiatives puissent être tentées.
Ces défis - qui comprennent les effets de la faible gravité sur le corps humain, les radiations et le coût psychologique d'être loin de la Terre - deviennent d'autant plus prononcés lorsqu'il s'agit de bases permanentes. Pour résoudre ce problème, l'ingénieur civil Marco Peroni propose une base martienne modulaire (et un vaisseau spatial pour la livrer) qui permettrait la colonisation de Mars tout en protégeant ses habitants avec une protection contre les radiations artificielles.
Peroni a présenté cette proposition à l'American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA) SPACE and Astronautics Forum and Exposition, qui a eu lieu du 17 au 19 septembre à Orlando, en Floride. La présentation a été l'une des nombreuses qui ont eu lieu le mercredi 19 septembre sur le thème «Mars Mission Architectures».
Pour le dire simplement, l'idée de coloniser Mars (ou n'importe où dans le système solaire) présente de nombreux défis - à la fois physiques et psychologiques. Dans le cas de la planète rouge, cela inclut son atmosphère mince et non respirante, son environnement très froid et le fait qu'elle n'a pas de champ magnétique. C'est ce dernier élément qui est particulièrement difficile car tout futur colon devra être protégé contre une quantité considérable de rayonnement.
En bref, la quantité moyenne de rayonnement à laquelle un humain est exposé sur Terre équivaut à environ 3,6 milliSieverts (mSv) par an, ce qui est dû à l'atmosphère dense de la Terre et au champ magnétique protecteur. Naturellement, cela signifie que les astronautes et les personnes qui s'aventurent au-delà de la Terre sont exposés à des quantités considérablement plus élevées de rayonnement solaire et cosmique.
Pour assurer la santé et la sécurité des astronautes, la NASA a établi une limite supérieure de 500 mSv par an ou de 2000 à 4000 mSv (selon l'âge et le sexe) au cours de la vie d'un astronaute. Cependant, Peroni estime qu'en fonction du temps qu'ils passent à l'intérieur, la quantité moyenne de rayonnement à laquelle un colon martien serait exposé serait d'environ 740 mSv par an. Comme Peroni l'a expliqué à Space Magazine par e-mail:
«La quantité de matériau pour un blindage efficace peut alors être bien au-delà de ce qui est réalisable pour la plupart des applications aérospatiales. Les parois en aluminium de l'ISS, par exemple, ont une épaisseur d'environ 7 mm et sont efficaces en LEO, mais il est peu probable que de tels boucliers soient suffisants dans l'espace interplanétaire, où ils pourraient même augmenter la dose absorbée à moins d'être sensiblement épaissis. »
Pour faire face à cette menace, les propositions précédentes ont recommandé de construire des bases avec des couches épaisses de sol martien - dans certains cas, en s'appuyant sur le frittage et l'impression 3D pour façonner un mur extérieur en céramique dure - et des abris d'urgence en cas de tempêtes solaires. D'autres propositions ont suggéré de construire des bases en tubes de lave stables pour fournir un blindage naturel. Mais comme Peroni l'a indiqué, ceux-ci présentent leur propre part de risques.
Ceux-ci incluent la quantité de matériel nécessaire pour créer des murs de bouclier efficaces et la menace de claustrophobie. Comme il l'a expliqué:
«Une étude de la NASA a révélé qu'une grande station spatiale ou un habitat nécessitait un blindage de 4 t / m2 du régolithe martien (considérant que sa densité est comprise entre 1000 kg / m3 en surface à 2000 kg / m3 à une profondeur de quelques cm, cela correspond à une épaisseur de 2 m, ou moins si le matériau est compacté [en étant] fritté par des lasers), pour atteindre un débit de dose efficace de 2,5 mSv / an…
«Un abri souterrain peut également être utilisé comme dortoir et pour toutes les activités dans lesquelles il n'est pas nécessaire de regarder à l'extérieur (comme regarder des vidéos ou profiter d'autres divertissements), mais vivre toujours dans des structures souterraines peut mettre en danger la santé psychologique des colons (claustrophobie), ce qui diminue également leur capacité à évaluer les distances à l'extérieur de l'avant-poste (difficultés à effectuer des tâches EVA) et peut être particulièrement mauvais dans le cas où l'une des activités de l'avant-poste est le tourisme spatial. Un autre problème est la construction de serres, qui devraient permettre à la lumière du soleil d’entrer pour alimenter les mécanismes biologiques des plantes. »
Comme alternative, Peroni suggère une conception pour une base qui fournirait son propre blindage tout en maximisant l'accès au paysage martien. Cette base serait transportée vers Mars à bord d'un navire avec un noyau en forme de sphère (mesurant environ 300 mètres (984 pieds) de diamètre) autour duquel les modules de base hexagonaux seraient disposés. Alternativement, Peroni et ses collègues recommandent de créer un noyau cylindrique pour abriter les modules.
Ce vaisseau spatial transporterait les modules et les habitants de la Terre (ou orbite cis-lunaire) et serait protégé par le même type de bouclier magnétique artificiel utilisé pour protéger la colonie. Celui-ci serait généré par une série de câbles électriques qui envelopperaient la structure du navire. Pendant le voyage, le vaisseau spatial tournerait également autour de son axe central à une vitesse de 1,5 tour par minute afin de générer une force de gravité d'environ 0,8 g.
Cela garantirait que les astronautes arrivent en orbite autour de Mars sans avoir souffert des effets dégénératifs de l'exposition à la microgravité - qui comprennent la perte de densité musculaire et osseuse, une vision compromise, une diminution du système immunitaire et de la fonction des organes. Comme l'explique Peroni:
«Aux limites de la« sphère itinérante », il y aura les systèmes de propulsion nécessaires à la fois au voyage et à la rotation contemporaine du vaisseau spatial, afin de générer de la gravité artificielle pendant l'aller-retour. Ces engins spatiaux ont été développés pour mieux intégrer les éléments porteurs du navire à la structure des modules. La structure portante de la sphère, qui constitue le corps du navire, est formée par un diagrid hexagonal et pentagonal et il est donc plus facile de connecter et d'agréger les modules, qui ont des formes similaires. "
Une fois en orbite martienne, la sphère du navire cesserait de tourner pour permettre à chaque élément de se détacher et de commencer à descendre à la surface martienne, en utilisant un système de parachutes, de propulseurs et de résistance à l'air pour ralentir et atterrir. Chaque module serait équipé de quatre pieds motorisés qui lui permettraient de se déplacer en surface et de se connecter aux autres modules d'habitation une fois arrivés.
Progressivement, les modules se disposeraient en configuration sphérique sous un appareil toroïdal. Tout comme celui protégeant le vaisseau spatial, cet appareil serait composé de câbles électriques à haute tension qui génèrent un champ électromagnétique pour protéger les modules du rayonnement cosmique et solaire. Un vaisseau spatial (tel que le BFR proposé par SpaceX) pourrait également s'écarter du noyau central du navire, transportant les futurs colons vers la planète.
Pour déterminer l'efficacité de leur concept, Peroni et ses collègues ont effectué des calculs numériques et des expériences de laboratoire à l'aide d'un modèle à l'échelle (illustré ci-dessous). À partir de cela, ils ont déterminé que l'appareil était capable de générer un champ magnétique externe de 4/5 Tesla, ce qui est suffisant pour protéger les habitants des rayons cosmiques nocifs.
Dans le même temps, l'appareil a généré un champ magnétique presque nul à l'intérieur de l'appareil, ce qui signifie qu'il n'exposerait les habitants à aucun rayonnement électromagnétique - et ne présente donc aucun danger pour eux. Chaque module, selon la proposition de Peroni, serait de forme hexagonale, mesurerait 20 m (65,6 pi) de diamètre et aurait suffisamment d'espace vertical à l'intérieur pour constituer un espace habitable.
Chacun des modules s'élèverait à environ 5 m (16,5 pi) au-dessus du sol (à l'aide de ses jambes motorisées) pour permettre au vent martien de s'écouler pendant les tempêtes de sable et empêcher l'accumulation de sable autour des modules. Cela garantirait que la vue de l'intérieur des modules, un élément clé de la conception de Peroni, ne serait pas obstruée.
En fait, la proposition de Peroni demande que la base soit ouverte autant que possible au paysage environnant à travers les fenêtres et les voûtes du ciel, ce qui permettrait aux habitants de se sentir plus étroitement liés à l'environnement et d'éviter les sentiments d'isolement et de claustrophobie. Chaque module pèserait environ 40 à 50 tonnes métriques (44 à 55 tonnes américaines) sur Terre - ce qui équivaut à 15 à 19 tonnes (16,5 à 21 tonnes américaines) en gravité martienne.
Une partie du poids initial inclurait le carburant nécessaire à la descente, qui serait versé pendant la descente et signifie que les habitats étaient encore plus légers une fois qu'ils atteignaient la surface de Mars. Comme pour les conceptions similaires, chaque module serait différencié en fonction de sa fonction, certains servant de dortoirs et d'autres d'installations de loisirs, d'espaces verts, de laboratoires, d'ateliers, de recyclage de l'eau et d'installations sanitaires, etc.
La touche finale sera la construction d'un «axe technologique», un tunnel piétonnier construit au-dessus du sol où des batteries, des panneaux photovoltaïques et de petits réacteurs nucléaires seraient stationnés. Celles-ci répondraient aux besoins électriques considérables de la base, qui comprennent la puissance nécessaire pour maintenir le champ magnétique. D'autres éléments pourraient inclure des garages et des entrepôts pour véhicules d'exploration, ainsi qu'un observatoire astronomique.
Cette proposition est similaire à bien des égards au concept de solénoïde à base de lune que Peroni a présenté au moins le Forum et exposition de l'AIAA sur l'espace et l'astronautique. À cette occasion, Peroni a proposé de construire une base lunaire composée de dômes transparents qui seraient enfermés à l'intérieur d'une structure toroïdale composée de câbles haute tension.
Dans les deux cas, les habitats proposés visent à assurer les besoins de leurs habitants - qui incluent non seulement leur sécurité physique mais aussi leur bien-être psychologique. Tourné vers l'avenir, Peroni espère que ses propositions favoriseront davantage de discussions et de recherches sur les défis particuliers de la construction de bases hors du monde. Il espère également voir des concepts plus innovants conçus pour y remédier.
«Cette recherche préliminaire pourrait encourager [le] développement futur de ces théories et une étude plus approfondie sur les thèmes et sujets abordés dans cette contribution, qui, pourquoi pas, à l'avenir [permettra] aux humains de réaliser le rêve de vivre sur Mars pendant longtemps sans être enfermé sous des cages de métaux lourds ou des cavernes de roche sombre », a-t-il déclaré.
Il est clair que toutes les colonies construites sur la Lune, Mars ou au-delà dans le futur devront être largement autosuffisantes - produire leur propre nourriture, eau et matériaux de construction in situ. Dans le même temps, ce processus et l'acte de vivre au quotidien seront fortement dépendants de la technologie. Dans les générations à venir, Mars sera probablement le terrain d'essai où nos méthodes de vie sur une autre planète seront testées et vérifiées.
Avant de commencer à envoyer des humains sur la planète rouge, nous devons nous assurer de proposer nos meilleures méthodes. Et n'oubliez pas de regarder cette vidéo de la base de modules déployée sur Mars depuis l'espace, gracieuseté de Marco Peroni Ingegneria:
