Le Mars Colonial Transporter de SpaceX

Publié: février 10, 2016 par clemsen12 dans Spatial, Uncategorized
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Depuis plus de dix ans, le dirigeant et créateur de SpaceX Elon Musk nous donne des indices sur le développement supposé d’un lanceur super lourd et d’un vaisseau spatial associé. Ces engins spatiaux pourraient transporter à un prix abordable 100 tonnes de fret ou 100 personnes jusqu’à la surface de Mars.

L’objectif de ce ‘Mars Colonial Transporter’ (MCT) ou ‘Transporteur de Colonie Martienne’ en français, serait d’établir une vaste cité sur Mars qui pourrait devenir à terme un deuxième foyer auto-suffisant pour l’humanité.

Ces dernières années, alors que le concept du MCT évoluait, très peu d’informations sur son design ont été dévoilées. L’année dernière cependant, Musk a indiqué qu’il donnerait des détails sur le MCT au courant de l’année 2016. Plus récemment lors d’une conférence à Hong Kong, Elon Musk a précisé qu’il donnerait ces informations lors de l’International Astronautical Congress qui aura lieu cette année du 26 au 30 septembre à Guadalajara au Mexique. Cependant jusqu’à présent qu’est ce que l’on sait, qu’est ce que l’on suppose ? Voici ce qu’on peut imaginer.

Méthane

Pour un certain nombre de raisons, SpaceX a choisi d’utiliser du méthane liquide cryogénique comme carburant pour le MCT :

Le méthane peut être synthétisé sur Mars à partir de glace souterraine et du CO2 de son atmosphère. Cela permettrait d’augmenter drastiquement le masse qui pourrait être transportée sur Mars pour un lancement donné, parce que le carburant de retour vers la Terre n’aura pas à être emportée à l’allée.

  • Le méthane a une combustion plus propre que le kérosène (RP-1), moins de maintenance serait donc nécessaire.
  • Le méthane est plus dense et moins compliqué à manipuler que l’hydrogène liquide.
  • La température d’ébullition du méthane liquide et de l’oxygène liquide sont presque les mêmes, réduisant ainsi les besoins d’isolations thermique entre les réservoirs de carburant et d’oxydant.
  • Afin de réduire la taille des boosters, le méthane liquide peut être rendu encore « plus dense » en le refroidissant à une température proche de sa température de congélation.

 

Raptor

Un composant du moteur fusée Raptor de SpaceX passant un test statique. Photo Credit: NASA / Stennis

Le MCT utilisera un tout nouveau type de moteurs fusée : le Raptor. Sa combustion opérera à plus basse température et à plus basse pression. Cela signifie un environnement moins contraint, ce qui nécessitera peut-être moins de maintenance, moins de fatigue matérielle, une vie du moteur plus longue et un poids plus léger.

Une partie du Raptor sera fabriquée par impression 3D, utilisant des alliages de titane et d’Inconel. L’impression 3D permet une plus grande liberté dans le design et un prototypage plus rapide par rapport aux méthodes plus conventionnelles. Différents composants du Raptor sont actuellement testés sur le stand de test Stennis E2 de la Nasa.

Le Raptor existera en deux versions :  une version fonctionnant au niveau de la mer qui sera utilisée par le premier étage du booster, et une version fonctionnant dans le vide qui propulsera le deuxième étage/le vaisseau spatial.

Les estimations les plus récentes annoncent que le Raptor aura une poussée de 2300kN – environ trois fois la poussée des moteurs Merlin 1D utilisés actuellement par SpaceX, et environ un tiers de la poussée du moteur F-1 utilisé par Saturn V pour le mythique programme Apollo.

 

Une mission sur Mars

Un design à deux étages entièrement réutilisables (comprenant le booster plus le vaisseau spatial) a été adopté. Le « Mars Colonial Transporter » consistera en un booster pour le premier étage (de nom de code BFR – pour Big (Fuckin…) Falcon Rocket), et un deuxième étage qui sera l’élément de transport spatial (de nom de code BFS – pour Big (Fuckin…) Falcon Spaceship). Quels sont les différents éléments que comprendraient une telle mission ?
  1. Un booster lancera le deuxième étage/vaisseau spatial destiné au transport vers Mars contenant 100 tonnes de chargement en orbite terrestre basse, et retournera sur son site de lancement. Le transporteur utilisera tout son carburant pour atteindre l’orbite basse.
  2. Un booster lancera un deuxième vaisseau qui cette fois aura la fonction de ravitailleur, et retournera sur son site de lancement.
  3. Le ravitailleur fera un rendez-vous orbital avec le transporteur et remplira ses réservoirs de carburant.
  4. Le ravitailleur retournera sur le site de lancement pour être réutilisé.
  5. Les étapes 2 à 4 seront répétées jusqu’à ce que les réservoirs du transporteur soient entièrement remplis.
  6. Au bon moment le transporteur réalisera un allumage de ses moteurs pour le propulser sur une orbite qui l’emmènera vers Mars.
  7. Lors de l’approche de Mars le transporteur réalisera une série d’allumages précis de ses moteurs afin d’atterrir sur Mars dans une zone prédéterminée.
  8. Le matériel sera enlevé du transporteur
  9. Le réservoir du transporteur sera rempli à l’aide d’une centrale de production de carburant sur Mars
  10. Au bon moment le transporteur réalisera son lancement de la surface martienne afin de se placer sur une orbite de transfert vers la Terre pour son voyage retour.
  11. Pendant son approche de la Terre le transporteur réalisera une série d’allumages moteurs afin de réaliser une entrée dans l’atmosphère et un atterrissage sur le site de lancement.

La mission entière durera plus d’un an en raison des étapes 6 et 10, les orbites de transfert, qui dureraient quatre mois minimum chacune. De plus la fenêtre de lancement pour l’étape 6 n’arrive qu’une fois tous les 26 mois.

 

Le lanceur

 

Un rendu de ce que pourrait être l’échelle du MCT par rapport au lanceur Falcon 9 et au lanceur Saturne V. Image Credit: Reddit

Le lanceur n’aura pas de booster d’appoint et décolera et atterrira d’une manière proche de la fusée Falcon9 de SpaceX. Cependant pas moins de 30 moteurs Raptor fonctionnant au niveau de la mer seront nécessaires afin de générer suffisamment de poussée. En conséquence cette fusée pourrait être vraiment gigantesque : 15 mètres de diamètre et 120 mètres de haut – plus grand et 50% plus large que la fusée Saturn V qui avait emmené les Hommes sur la Lune.

 

Le vaisseau spatial

Le vaisseau spatial utilisera plusieurs moteurs Raptor fonctionnant dans le vide et sera très grand : 60 mètres de haut pour 15 mètre de diamètre. Une fois le vaisseau placé sur le lanceur, l’ensemble du MCT fera 180 mètres de haut, 60% plus grand que la fusée Saturn V.

D’après ce plan il y aurait deux versions du vaisseau spatial : un ravitailleur en orbite basse et un transporteur vers Mars.

Le ravitailleur en orbite basse comportera des réservoirs de carburant supplémentaires qui seront utilisés pour remplir les réservoirs du transporteur. Les deux modes du vaisseau spatial auront des ports d’arrimage pour transférer le carburant.

Le MCT apportera sur Mars jusqu’à 100kg de fret par passager. Pendant la première décennie les vols seront essentiellement destinés à du transport de matériel avec pas plus de 10 passagers par mission, alors qu’au file des décennies pas moins de 100 passagers par voyage pourront être atteints. Afin de pouvoir s’adapter facilement, le transporteur aura probablement une large gamme d’agencements possibles qui pourront emporter différents types de matériels et de modules passagers. L’espace individuel pour les passagers pourrait être plus proche de l’espace d’un SUV que d’une cabine de bateau. Avec le temps SpaceX pourrait choisir de mettre en place des quartiers vraiment magnifiques pour les passagers mais cela pourrait prendre peut-être deux décennies.

Pendant la première décennie, en raison du petit nombre de passagers, il pourra être intéressant de les emmener jusqu’au transporteur en orbite à l’aide de la capsule Dragon V2, éliminant ainsi le besoin de mettre en place immédiatement un système de secours sur le MCT.

Parce que les modules passagers seront compartimentés, plusieurs modules pourront rester dans le transporteur une fois sur Mars afin de permettre à des passagers de revenir sur Terre, alors que les autres modules pourront être sorti et servir de quartiers d’habitation à la surface de Mars.

Des sortes de grues pourront être nécessaires afin de pouvoir sortir dans de bonnes conditions ces modules à la surface de Mars.

Pendant le lancement terrestre le vaisseau aura probablement besoin d’une coiffe récupérable. Lors de la rentrée dans l’atmosphère terrestre celui-ci aura également besoin d’un grand bouclier de protection thermique, SpaceX n’a pas encore indiqué si un parachute sera utilisé.

SpaceX a montré un intérêt dans la propulsion électrique. Celle-ci permettrait de réduire le temps de transfert en orbite vers Mars (et par conséquent l’exposition aux radiation). Cela serait d’autant plus intéressant si des panneaux solaires ou un générateur nucléaire devaient être apportés sur Mars, ceux-ci pouvant également fonctionner pendant le voyage.

Un bouclier anti radiations sera également nécessaire afin de protéger les passagers contre de potentiels vents solaires. Et parce que l’eau apporte la meilleure protection contre les protons à haute énergie, les réserves d’eau pourront former le meilleur des boucliers.

Une des questions qui reste en suspens est comment les passagers seront prémunis contre les effets physiologiques d’une apesanteur prolongée. Si de l’exercice devait être réalisé tous les jours, cela impacterait la disposition des modules passagers. D’autre part si une gravité artificielle devait être mise en place par effet de rotation, cela pourrait impacter le design complet du vaisseau.

 

Le site de lancement

Centre Spatial Kennedy de la Nasa, Complexe de lancement 39A – Photo Credit: Carleton Bailie / SpaceFlight Insider

Si les dimensions du lanceur MCT sont correcte le complexe 39A du Centre Spatial Kennedy de la Nasa ne sera pas assez grand pour supporter le lancement d’une telle fusée. (SpaceX a pourtant signé un bail de 20 ans pour pouvoir l’utiliser) En conséquence SpaceX aura besoin d’un nouveau site de lancement plus grand, potentiellement sur le nouveau site de lancement de Brownsville au Texas.

Le diamètre du lanceur et du vaisseau spatial sera trop grand pour  réaliser leur transport par la route, l’usine de construction du lanceur devra donc être à côté du site de lancement. Les infrastructures de lancement devront aussi comporter un très grand bâtiment d’assemblage, un mécanisme de mise à la verticale de la fusée, un système de production, de stockage et de distribution de méthane et d’oxygène liquide.

 

La base martienne

Sur le site d’atterrissage sur Mars il devra y avoir des infrastructures de production du carburant qui pourront générer et stocker du méthane et de l’oxygène liquide à partir du CO2 de l’atmosphère martienne et de la glace présente sur place. Ces infrastructures seront alimentée à l’aide d’un réacteur nucléaire compact (6 mètres de haut pour 5 mètres de diamètre) qui générera également de la chaleur. Afin de récupérer de l’eau, ce qui est nécessaire, il faudra probablement creuser ou forer.

Afin d’établir une base martienne, plusieurs missions non habitées devront être accomplies avec succès avant d’envoyer des Hommes sur Mars.

 

Propos recueillis à partir du site http://www.spaceflightinsider.com auprès de l’auteur Nelson Bridwell. La vision exprimée dans cet article est celle de l’auteur et ne reflette pas nécessairement celle de Futurscience. Cependant l’exercice de prévision est intéressant.

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