En l'état actuel de nos connaissances, l'homme peut-il réaliser une mission habitée vers Mars dans la décennie à venir ?

I. Introduction

« That's one small step for man, one giant leap for mankind » ainsi parlait Neil Armstrong en foulant pour la première fois de l'humanité le sol lunaire. Après la Lune, atteindre Mars serait le prochain pas qui ferait avancer l’humanité. C’est actuellement l’une des seules planètes à notre portée et c’est sûrement la moins hostile à la vie humaine.

Mars est aujourd'hui étudiée sous tous ses angles. Chaque jour de nouvelles connaissances sont apportées par les chercheurs grâce aux rovers, aux sondes, aux télescopes et autres instruments de mesure depuis la terre ou directement sur Mars, voire depuis son orbite. Les deux dernières décennies ont permis d'apporter de nombreuses découvertes sur la planète grâce notamment aux programmes Mars Exploration Rover (MER), Discovery ou encore Mars Science Laboratory de la Nasa. Depuis 2003, c’est près de 13 sondes, atterrisseurs ou rovers qui ont réussi leur mission martienne. Toute cette expérience accumulée a permis à différentes agences spatiales d’envisager à présent un vol habité.

Habiter durablement sur Mars permettra son étude approfondie. Ce séjour pourrait nous permettre de mieux comprendre notre système solaire, comme la formation des planètes rocheuses ou encore agrandir notre connaissance sur l’univers en général. En outre, coloniser Mars pourrait devenir une nécessité impérieuse dans les siècles à venir. Que ce soit à cause de la surpopulation, le réchauffement climatique ou encore le manque de ressources, de nombreuses incertitudes sur l’avenir de la Terre existent et une possible future colonisation de Mars pour faire perdurer l’humanité n’est pas à exclure.

Par ailleurs, la "planète rouge" est au cœur des préoccupations : la Nasa vient notamment d’annoncer son futur projet de mission sur Mars le 16 novembre 2018 avec l’objectif d’y poser le pied à l’horizon 2030. Et l’entreprise gouvernementale n’est pas la seule à s’intéresser à Mars. L’Esa, Boeing, l’agence spatiale chinoise, Roscosmos, l'agence spatiale russe, ou encore SpaceX veulent un jour atteindre la fameuse planète rouge. Cette dernière entreprise, dirigée par Elon Musk, est la plus ambitieuse, avec l’objectif d’y construire une base et d’y poser le pied d’ici 2024.

Ces objectifs semblent optimistes, mais aller sur Mars est le défi technique le plus complexe que l’homme n’ait jamais réalisé. Nombreux sont encore les obstacles techniques pour réussir. Tant de paramètres sont à prendre en compte, le décollage, le voyage, l’atterrissage, la vie sur place, et enfin le retour, s’il est envisagé...

On peut alors se demander : En l'état actuel de nos connaissances, l'homme peut-il réaliser une mission habitée vers Mars dans la décennie à venir ?

Dans un premier temps, nous étudierons les caractéristiques importantes de la planète Mars à prendre en considération pour la conception de la mission. Puis, nous expliquerons quelle est la solution de transport envisagée par les ingénieurs aéronautiques. Après quoi, nous analyserons comment les astronautes pourront survivre sur place. Enfin, nous étudierons les techniques possibles pour le retour de la mission sur terre et synthétiserons les paramètres techniques et humains nécessaires au succès d'une telle mission sur Mars.

II. Les caractéristiques de Mars

1. Préambule

Avant de penser à aller sur Mars, il est déjà essentiel de connaître le mieux possible cette planète étrangère. En effet, une fois la mission démarrée, il n’y a pas de retour en arrière possible. Il est ainsi important de déterminer les critères d’habitabilité.

2. Histoire

Comme toutes les planètes de notre système solaire, Mars serait née il y a environ 4,6 milliards d’années. Peu après sa création, elle aurait subi un intense bombardement de météorites sur l’hémisphère austral, ce qui expliquerait la présence de ses nombreux cratères. La planète est observée depuis l’antiquité. Son nom vient du dieu romain de la guerre, du fait de sa couleur caractéristique rouge associée au sang.

3. Taille

Le diamètre de Mars est à peu près la moitié de celui de la Terre, à savoir un peu moins de 6 800 kilomètres. Son volume est de 163,18×10^9 soit environ 15% de celui de la terre.

4. Masse

La planète a une masse de 641,85x10^21 kg soit 10 % de celui de la Terre.

5. Gravité en surface

La gravité en surface en astronomie correspond à l’intensité du champ gravitationnel à la surface d’un objet astrophysique comme une planète ou une étoile. Elle se mesure en m/s². Dans le cadre de la mécanique classique, la gravité en surface, noté “g” est donnée par la formule du champ gravitationnel d’un objet sphérique :

g = GM/R^2 = µ/R^2, où :

● G est la constante de gravitation et vaut G = 6,6738 × 10⁻¹¹ m³.kg⁻¹.s⁻²

● M est la masse en kilogramme de l’objet en question, qui pour Mars vaut 641,85 × 10²¹ kg

● R est son rayon en mètres ; l’objet étant considéré comme à peu près sphérique, il équivaut pour Mars 3 389 500 mètres.

● µ est le paramètre gravitationnel standard associé à la masse de l’objet.

Ainsi :

● GM = 6,6738 × 10⁻¹¹ × 641,85 × 10²¹ = 4,2435 × 10¹³

● g = µ/R² = 4,2435 × 10¹³ / 3 389 500²

● g = 3,694 m/s² à 10⁻³

Avec 3,694 m/s² Mars a une gravité environ 63% plus faible que celle de la Terre qui est égale à 9,735 m/s².

6. Vitesse de libération

La vitesse de libération ou vitesse d’évasion correspond en physique à la vitesse minimale que doit atteindre un objet situé au périhélie de sa trajectoire pour échapper définitivement à l’attraction gravitationnelle d’un astre. Elle se calcule avec l’équation suivante :

Ve = √ (2GM / (R+d)) = √ (2µ / (R+d)), où :

● Ve est la vitesse d’évasion en mètres par seconde

● d est la distance de

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