Comment la mission "ARM" va-t-elle aider la NASA a atteindre Mars?

La NASA développe la première mission d'identification, de capture et de déplacement d’un astéroïde sur une orbite stable autour de la lune.

Cet « Asteroid Redirect Mission » (ARM) fera grandement progresser la NASA dans sa quête de la planète rouge en testant les capacités nécessaires pour les futures missions habitées.

Démonstration de faisabilité et chemin vers Mars.

Depuis 40 ans, les astronautes dépendent de la Terre pour leur ravitaillement et soutien opérationnel. Beaucoup de missions à bord de vaisseaux spatiaux comme les capsules Apollo ou les navettes spatiales n’ont duré que quelques jours ou semaines et les séjours à bord de la Station spatiale internationale, en orbite basse, six mois. Les équipages à bord de la station spatiale peuvent revenir sur Terre en quelques heures en cas d'urgence. Nous appelons ces missions « Earth Reliant » (Dépendance à la Terre). Des tests à bord de la station spatiale nous aident à développer les moyens de briser ces liaisons de dépendance afin que les astronautes puissent être plus autonomes et aller plus loin dans le système solaire. La mission robotisée ARM et la mission avec équipage pour explorer l'astéroïde développeront davantage ces capacités dans une démonstration de faisabilité entre Terre et Mars ou dans l’espace que nous appelons cis-lunaire c'est-à-dire la zone autour de la lune. L'espace profond autour de la lune est différent de celui de l'orbite terrestre basse, mais très semblable à ce qu’un vaisseau spatial subirait lors d’un voyage vers Mars. Par exemple, les rayonnements solaire et cosmique ainsi que les micrométéorites y sont bien plus importants.

Le temps de transit Terre-Lune-Terre varie de neuf à onze jours pour un équipage et de dix à cent jours pour le fret avec notre technologie actuelle. Cela rend l’espace cis-lunaire idéal pour des tests nécessaires pour des missions de plus longue durée vers Mars ou les lunes de Mars.

Une mission humaine terre-Mars-terre pourrait durer 500 jours ou plus, y compris les six à neuf mois de transit dans chaque sens. Les missions vers Mars devront donc être «Earth Independent» (Indépendante de la Terre). Et pour devenir indépendantes, la NASA doit développer et tester grâce à ARM un certain nombre de nouvelles technologies et de capacités qui permettront ces futures missions.

Propulsion Solaire électrique.

L’utilisation de la propulsion solaire électrique (SEP pour Solar Electric Propulsion) est un élément important pour les futures missions qui enverront de plus grandes charges utiles dans l'espace profond et vers Mars. Contrairement à la propulsion chimique, qui utilise la combustion et une « buse » pour générer une poussée, la propulsion électrique solaire utilise l'électricité à partir de panneaux solaires pour créer des champs électromagnétiques qui accélèrent et expulsent des atomes chargés (ions) afin de créer une poussée très faible mais avec une propulsion très efficace. Par rapport aux propulseurs chimiques classiques, la mission ARM utilisera cinq à dix fois moins de gaz propulseur grâce à sa technologie SEP.

Cette mission va donc tester le plus grand et le plus avancé système SEP jamais utilisé pour des missions spatiales. Il permettra également de tester la façon dont le vaisseau spatial Orion, lancé par le SLS, peut s’arrimer et fonctionner avec un autre vaisseau spatial alimenté par la technologie SEP.

Trajectoire et navigation.

Comme nous allons apprendre à manœuvrer une grande masse comme un astéroïde en utilisant la propulsion à faible poussée et les champs de gravité de la Terre et de la lune, nous allons éprouver des technologies utiles pour les futures missions vers Mars. Pour ces missions, il faudra envoyer beaucoup plus de marchandises à une distance beaucoup plus grande que ce que nous envoyons actuellement vers la station spatiale et qui prend environ un à trois jours pour y arriver. La mission ARM permettra de perfectionner les techniques pour l'envoi de ces grandes masses en exigeant un ensemble précis de manœuvres pour intercepter l'astéroïde à une distance telle que les ordres de manœuvre seront décalés dans le temps. Atteindre la Lune exige également une précision très similaire à celle requise pour l'orbite de Mars. L'équilibrage de la puissance et le contrôle d'attitude très precis seront nécessaire pour exécuter cette partie de la mission ARM, qui sera une répétition du travail nécessaire pour pré-positionner des cargaisons en orbite autour de Mars.

En outre, la mission avec équipage dans l'espace cis-lunaire appelle un ensemble complexe de manœuvres de rendez-vous et d’amarrage avec l'engin spatial robotisé. L'insertion et le départ de l'orbite exigent également des manoeuvres très précises qui sont comparables à l'insertion et le départ de l'orbite de Mars

Progrès des combinaisons spatiales.

Certaines des combinaisons spatiales de la NASA utilisées aujourd'hui à bord de la Station Spatiale Internationale ont été conçues il y a 40 ans et nécessitent des ravitaillements réguliers de la part de la Terre. Ces combinaisons spatiales, appelées EMU (Extravehicular Mobility Units), sont vraiment des chefs-d'œuvre d’ingénierie - mais elles n'ont pas été conçu pour être facilement entretenues par l'équipage et sont généralement ramenées sur Terre pour être réparées. Les scaphandres conçus pour fonctionner dans l'espace lointain et sur la surface de Mars devront être améliorés au niveau du système de support de vie primaire (PLSS - Primary Life Support System). Par exemple sur Mars, l’atmosphère de dioxyde de carbone rendra la technologie de refroidissement du PLSS obsolète.

La NASA travaille sur un nouveau PLSS - L’ECLSS (Environmental Control and Life Support System) - qui permettra de protéger les astronautes par l'amélioration de l'élimination du dioxyde de carbone, le contrôle de l'humidité et la régulation de l'oxygène. Le système de refroidissement est également en cours de refonte pour recevoir des fluides qui auront été stockés de longues périodes dans l’espace et à une pression atmosphérique légèrement supérieure semblable à l'environnement de la surface de Mars. Nous sommes également en train d’améliorer la mobilité des gants, leur capacité thermique et leur dextérité.

Enfin, l’ECLSS est conçu pour durer longtemps et être réparé par les membres d’équipage dans l'espace ou sur Mars. Les astronautes testeront ce PLSS lors des sorties dans l'espace au cours de la partie habitée de la mission ARM (récupération d’échantillons sur l’astéroïde).

Prélèvement des échantillons et techniques de confinement

Les astéroïdes sont les blocs du système solaire primitif de la même matière qui a formé les planètes et les lunes.

Les astronautes préleveront des échantillons de l'astéroïde et les rameneront sur Terre pour une évaluation scientifique et leur études. En outre, l'interaction avec l'astéroïde pourrait fournir des données sur la structure interne de l'astéroïde et la réponse à de nombreuses questions depuis longtemps débattues sur leur composition.

Certains astéroïdes peuvent contenir des ressources que les astronautes pourraient utiliser comme extraire de l'eau ou de l'air respirable, créer du carburant ou même utiliser du matériau pour de l'impression 3-D. Cette expérience aidera aussi la NASA à se préparer à retourner des échantillons de Mars à travers le développement de nouvelles techniques de prélèvement en toute sécurité.

Ces techniques veilleront à ce que les êtres humains ne contaminent pas les échantillons tout en protégeant notre planète de tout danger potentiel contenu dans les échantillons retournés. En outre, les techniques pour atténuer l'exposition aux poussières des scaphandres, du système de support de vie primaire et l'intérieur du vaisseau spatial Orion seront utiles pour faire face à la poussière martienne.

Rendez-vous et arrimage.

Pour les futures missions habitées vers Mars, il faudra de nouvelles capacités de rendez-vous et d’amarrage. Nous ferons progresser le système d'amarrage international actuel que nous avons développé avec des partenaires internationaux à bord de la Station Spatiale Internationale. Une mission vers Mars pourrait nous obliger à assembler plusieurs véhicules dans l'espace cis-lunaire comme des habitats ou des modules de fret. Les astronautes pourront alors s'arrimer à ces véhicules avant de commencer leur voyage vers Mars. Au départ de Mars, ils devront également se réamarrer avec leur vaisseau spatial Orion pour le chemin du retour.

Grâce à la mission ARM, la NASA va aussi développer de nouveaux systèmes de capteurs pour permettre ce genre de rendez-vous et d’approche ainsi que des systèmes mécaniques et électriques pour joindre deux engins spatiaux ensemble. Ceux-ci seront les composantes essentielles de toute les futures missions vers l'espace cis-lunaire ou Mars.