Image composite qui représente la Terre et Mars. Au moins 56 millions de kilomètres les séparent et le voyage aller et retour est estimé à 520 jours avec un mois passé sur Mars.
Logo de la mission
Mars500 est un programme expérimental russe qui propose de simuler sur Terre le voyage aller et retour d'un équipage vers la planète Mars. Il est organisé par l'Institut des problèmes bio-médicaux (Institute for Bio-Medical Problems, IBMP) de l'Académie des sciences de Russie. Ce programme est le fruit d'une étroite collaboration entre l'IBMP, l’Agence spatiale européenne (ESA) et l'Agence spatiale fédérale russe (Roscosmos).
Cette expérience scientifique se compose de deux missions principales d'isolation. Une mission d'une durée de 105 jours est menée d'avril à juillet 2009 et sert à préparer la mission suivante de 520 jours qui a démarré le 3 juin 2010. Ces simulations reproduisent un vol spatial habité vers Mars avec des conditions très proches de celles envisagées pour atteindre cette planète hormis l'absence de gravité et les radiations. Les deux missions se déroulent à l'IBMP dans une installation spécialement aménagée pour des expériences d'isolement. L'équipage est composé de 6 membres qui doivent vivre et travailler de façon autonome dans cette installation constituée de plusieurs modules reliés entre eux. L'intérêt principal de ce programme est l'évaluation des effets psychologiques et comportementaux liés à l'isolement mais aussi de mieux comprendre les répercutions médicales sur l'organisme suite à de longues missions spatiales.
Contexte
L'institut des problèmes bio-médicaux (IBMP) situé à Moscou organise des études d'isolation depuis de nombreuses années. Une étude d'isolation d'un an a été menée en 1967-1968. L'ESA organise également des études d'isolation mais principalement depuis les années 1990 :
ISEMSI-90 (Isolation Study of European Manned Space Infrastructure) : Le programme qui a duré 28 jours s'est déroulé à Bergen (NUTEC-Norwegian Underwater Technology Centre) en Norvège avec une équipe composée de six hommes dans un module de 118 m, afin d'examiner notamment des facteurs de contaminations et des aspects psycho-physiologiques liés à l'isolation.
EXEMSI-92 (EXperimental campaign for European Manned Space Infrastructure) : Cette étude a été effectuée à l'IFM (Institute for Flight Medicine) de la DLR à Cologne en Allemagne dans un habitacle de 94,4 m durant 60 jours sur un groupe constitué de 3 hommes et une femme. Les objectifs principaux étaient l'organisation de la gestion d'un vol ainsi que des expériences psychologiques et physiologiques.
Technique de sociomapping visualisant la dynamique de groupe
L'IBMP propose de mener deux ans plus tard une nouvelle étude pour laquelle l'ESA coopère :
HUBES-94 (HUman Behaviour in Extended Spaceflight) : Ce programme qui se déroule à Moscou est réalisé avec 3 hommes sur une période de 135 jours. Les résultats obtenus lors des deux expériences précédentes permettent de mieux intégrer la psychologie des dynamiques de groupe et de la performance individuelle. Les conditions de cette étude ont été adaptées de façon à simuler la mission EuroMir-95 qui devait avoir lieu l'année suivante.
Pour ces trois expériences les résultats ont montré une désorganisation du groupe à mi-période et les conditions de confinement induisent de plus en plus de stress en fonction du temps, le processus d'adaptation n'est pas entièrement atteint. On observe que des comportements agressifs apparaissent, qu'un membre s'isole du groupe et que l'humeur du groupe décline.
En 1999, l'IBMP et le centre de recherche de la fédération russe dirigent un nouveau programme en collaboration avec des agences spatiales partenaires du programme de la Station spatiale internationale (ISS) : l'ESA, l'agence d'explorationaérospatiale japonaise (NASDA, aujourd'hui renommée JAXA) et l'agence spatiale canadienne (CSA) :
SFINCSS-99 (Simulation of the Flight of the International Crew on Space Station) : Cette étude se déroule comme la précédente à l'IBMP et fait intervenir 3 équipages, chacun situé dans des modules connectés et pouvant travailler et communiquer ensemble. L'un des équipages (4 russes âgés de 37 à 48 ans) est confiné durant 240 jours dans un module de 100 m, un second groupe (3 Russes et un Allemand âgés de 27 à 45 ans) pendant 110 jours dans un module de 200 m en rotation avec un troisième (4 nationalités différentes avec des âges compris entre 27 et 37 ans) sur 110 jours également. Cette expérience vise à observer les effets d'équipages mixtes et multi-culturels, vivant et travaillant en environnement confiné sur une longue période.
L'IBMP envisage en 2004 d'utiliser ses infrastructures afin de lancer un nouveau programme d'étude visant à simuler une mission vers Mars. L'institut invite alors l'ESA à participer dans ce programme qui prendra le nom de Mars-500. Du côté de l'ESA, le programme Mars500 fait partie du programme européen ELIPS faisant intervenir de nombreux scientifiques à travers l'Europe et vise à préparer efficacement les futures missions vers la Lune ou Mars.
Objectif du programme
L'intention du programme Mars500 est de récolter suffisamment de données, de connaissance et d'expérience pour aider à préparer un jour une réelle mission vers Mars. Ce programme expérimental fait intervenir de nombreuses équipes scientifiques (russes et européennes) dans des domaines différents mais principalement sur des expériences médicales et psychologiques. L'étude cherche notamment à déterminer les effets physiologiques et psychologiques sur les membres d'un équipage confinés dans un environnement restreint pendant une longue période. Les effets du stress, la régulation hormonale, les réponses immunitaires, la qualité du sommeil ou bien l'humeur sont par exemple des caractéristiques évaluées. À l'exception de l'impesanteur et des radiations (liées au rayonnement cosmique et aux éruptions solaires), les conditions qui sont intégrées lors de ces missions sont proches de celles d'un réel voyage vers Mars.
Installation expérimentale
Représentation d'une vue externe de l'installation.
L'expérience se déroule au sein d'un bâtiment spécialement aménagé de l'IBMP situé au nord-ouest de Moscou. L'installation forme un complexe expérimental constitué de cinq modules interconnectés. Il se compose de deux parties : l'une simule le véhicule spatial et l'autre sert à l'atterrissage et à l'activité sur la surface de Mars. Les conditions à bord des modules intègrent une atmosphère artificielle et une pression atmosphérique normale. Ce bâtiment de l'IBMP comprend aussi le centre de contrôle, des ateliers techniques et des bureaux.
Plan représentant les différentes parties à l'intérieur de l'installation. Le module SMS recouvre en réalité une partie du module EC-250
La première partie est constituée de 3 grands modules de vie interconnectés et pouvant être fermés hermétiquement :
Le module principal de vie nommé EC-150 (volume d'environ 150 m) :
C'est le plus important lieu de vie pour l'équipage. D'une longueur de 20 m sur 3,60 m de large il comprend 6 chambres individuelles (2,8x3,2 m), une cuisine, une salle à manger, un salon, une salle de contrôle et des toilettes. Ce module est relié aux modules EC-100, EC-250 et EC-50 via des sas.
Le module médical nommé EC-100 (volume d'environ 100 m) :
D'une longueur d'environ 12 m sur 3,20 m de large, il est relié par un sas au module EC-150. Des examens médicaux de routine (les prises de sang , de tension...) y sont principalement effectués et est aussi utilisé comme un laboratoire car des expériences y sont menées. Le module intègre un équipement médical qui permet la télémédecine. Équipé de 2 lits et de toilette, il permet également d'isoler un membre d'équipage malade et de le soigner.
Le module de stockage nommé EC-250 (volume d'environ 250 m) :
Ce module de 24 m sur 3,90 m se subdivise en 4 compartiments : le premier regroupe l'ensemble des réfrigérateurs où est stockée la nourriture, le second permet de stocker la nourriture non périssable et divers produits, le troisième contient des serres expérimentales et enfin le dernier une salle de sport, un sauna-douche ainsi qu'une salle de toilette. Ce module est relié par un sas au module EC-150.
La seconde partie de cette installation regroupe un module d'atterrissage et un autre qui simule la surface martienne :
Le module d'atterrissage nommé EC-50 (volume d'environ 50 m) :
Avec des dimensions de 6,3 m sur 6,17 m, il peut accueillir 3 membres d'équipage durant la phase d'orbite martienne, d'atterrissage et de vie sur Mars. Il contient 3 lits, 2 stations de travail, un toilette, une cuisine et une batterie de systèmes de contrôle - analyse ou communication pour effectuer différentes opérations et expériences. Ce module est relié par un système de sas aux modules EC-150 et SMS.
Le module « Simulateur de la surface martienne » (SMS) :
Ce module est une large chambre semi-cylindrique non-hermétique de 1 200 m qui simule la surface de Mars et qui doit être utilisé durant un mois par trois membres d'équipage au cours de la mission de 520 jours. Deux membres d'équipage pourront effectuer des sorties sur le sol martien et seront équipés de combinaisons spatiales qui ont été spécialement conçues pour ce programme.
Phase de préparation
Une première expérience a été menée en 2007 durant une période de 14 jours du 15 au 29 novembre. L'expérience s'est déroulée dans deux modules, le module de vie EC-150 et le module médical EC-100. Un équipage russe composé de cinq hommes et d'une femme a été sélectionné pour effectuer cette expérience. L'objectif étant principalement d'évaluer les caractéristiques techniques et opérationnelles des modules et de tester différents systèmes. L'équipage ne possède pas d'accès à Internet ou à la télévision. De nouveaux systèmes de survie, de contrôle et de surveillance ont été développés et le réseau télé-médical a été testé. Les résultats ont montré globalement l'efficacité des systèmes et des équipements permettant de valider une première phase de préparation du programme.
Dans le cadre de ce programme, l'IBMP a également mené en avril 2008 une étude pour évaluer l'état de l'organisme humain suite à un séjour prolongé dans un espace confiné avec une faible teneur en oxygène. Une réduction de la quantité d'oxygène permettrait de réduire la charge du vaisseau ainsi que le risque d'incendie à bord. Quatre hommes ont participé à cette expérience pendant près de deux semaines dans une chambre spéciale. Pour les six premiers jours la concentration en oxygène est normale puis est réduite progressivement et remplacée par de l'argon (que l'on trouve sur Mars).
Première mission: 105-jours
Cette première mission d'environ 13 semaines reproduit les conditions du voyage aller vers Mars, la mise en orbite sur la planète, l'atterrissage et enfin le retour vers la Terre. L'ensemble est cependant simulé sur une période plus courte et aucune période de simulation n'est prévue pour des activités sur la surface martienne. À noter que cette période de 105 jours n'est pas arbitraire car elle correspond à trois phases cycliques de 35 jours. Chaque phase a été identifié par la communauté scientifique comme étant une période pour laquelle des changements significatifs peuvent être détectés chez une personne causés par les conditions environnementales.
Sélection de l'équipage et phase d'entraînement
Les participants ont été sélectionnés séparément, l'équipe russe par l'IBMP et l'équipe européenne par l'ESA. La Russie déclare officiellement le 26 juillet 2006 rechercher des volontaires pour le programme. La participation des femmes à la simulation suscite de vives discussions car cela n'avait pas été clairement défini au départ. Finalement il est décidé que ce critère interviendrait seulement après les résultats obtenus par les volontaires. En novembre 2006 près de 230 demandes de participations ont été reçues. En décembre 2006, parmi les 150 demandes retenues figuraient 16 femmes et un couple marié. Les volontaires ont été invités à passer de nombreux examens médicaux à la clinique de l'IBMP.
L’ESA annonce un an plus tard en juin 2007 rechercher 12 volontaires intéressés par le projet de simulation. Près de 5 680 candidats des 18 états membres de l'ESA répondent à l'appel. Un an plus tard en mai 2008, seulement 32 candidats sont invités pour une nouvelle sélection (interview, examens médicaux et tests psychologiques) au Centre des Astronautes européens (EAC) situé à Cologne en Allemagne. Par la suite seuls 8 candidats sont retenus pour effectuer des examens médicaux approfondis à Moscou. La procédure de sélection des candidats est similaire à celle que doivent passer de réels astronautes. Différentes nationalités étaient représentées dans ce groupe de candidats : française, suédoise, allemande, belge et danoise. À l’issue des différentes phases de sélections (questionnaires, interviews et tests médicaux) quatre candidats volontaires européens ont été sélectionnés.
Finalement l'ESA rend publique le 11 décembre 2008 la liste des quatre volontaires retenus et l'IBMP annonce le 23 décembre 2008 la liste des six candidats sélectionnés.
Les dix candidats retenus (quatre Européens et six Russes) ont préparé leur isolation de 105 jours par un entraînement intensif de janvier à mars 2009. Cette préparation se compose de quatre étapes importantes :
Centre d'entraînement des Cosmonautes Youri Gagarine situé à l'extérieur de Moscou.
Cours et entraînements à la Cité des étoiles : une partie des activités s'est déroulée au Centre d'entraînement des Cosmonautes Youri Gagarine où les candidats suivent des cours théoriques et pratiques dans différents domaines comme en physique ou sur les systèmes de sécurité, quelques notions importantes de psychologie, des instructions sur les techniques de survie...
Stage de survie en forêt : il vise à simuler la survie d'un équipage qui a atterri en forêt et en attente de secours. Deux groupes de candidats sont formés. L'équipe doit être autonome durant cette période : construire des abris, entretenir un feu ou des appels de détresse jour et nuit... Des examens médicaux sont effectués avant et après et des tests psychologiques durant l'expérience.
Entraînement sur les expériences à l'IBMP : durant cette période chaque expérience a été présentée par les scientifiques en charge de l'expérience puis expérimentée, analysée et discutée par l'équipage afin de bien maîtriser la mise en place des protocoles et résoudre les problèmes potentiels.
Constitution d'une base de données : cette phase est nommée BDC (pour "Base Data Collection"). Peu avant le début de la simulation, les membres de l'équipage sont invités à effectuer toutes les expériences afin de récolter les premières mesures qui serviront par la suite de données de références.
Au cours de cet entraînement deux candidats européens ont été sélectionnés pour participer à la mission de 105 jours. Le Français Cyrille Fournier et l'Allemand Oliver Knickel ont été finalement choisis pour effectuer cette mission en compagnie de quatre candidats russes. Lors d'une conférence de presse à Moscou le 26 Février 2009 est annoncé le nom des six membres constituant l'équipage final et l'équipe réserviste, dite « backup ».
Pour les trois mois et demi d'isolation, les équipes scientifiques Russes, Européennes et Américainnes ont développé 72 expériences de recherche pour l'équipage de cette mission. Les recherches se concentrent principalement sur des aspects immunologiques, biologiques, sanitaires et hygièniques, biochimiques, cliniques, physiologiques et psychologiques.
La simulation
Quelques jours avant le départ de la mission, l'équipage a participé à un essai d'entraînement pendant trois jours en conditions réelles dans les modules. Cette répétition permet de vérifier que l'ensemble des expériences sont opérationnelles mais aussi pour les membres de l'équipage de s'assurer qu'ils disposent du nécessaire pour leur quotidien.
L’isolation sans interruption d’un équipage dans des conditions très proches de celles d’un vol vers Mars est une expérience unique. Cette première étude permettra de récolter des informations intéressantes pour les futurs vols habités particulièrement lors de missions de longues durées. L’ensemble de ces données permettra de préparer aussi la mission suivante de 520 jours.
L’expérience de 105 jours s’est déroulée du 31 mars au 14 juillet 2009 dans des modules spécialement aménagés situés à l'Institut russe des problèmes bio-médicaux (IBMP) à Moscou.
La mission a été un succès, tant au niveau des aspects techniques que du point de vue du suivi psychologique et du comportement des membres de l'équipage. La seule difficulté notable a été la gestion du sommeil à cause de l'allongement du rythme circadien.
Seconde mission: 520-jours
Une mission d'une durée de 520 jours a débuté le 3 juin 2010 et s'inscrit dans la continuité de l'étude menée sur 105 jours en 2009. Après environ trois mois d'entraînement les candidats sélectionnés embarquent pour un voyage de 520 jours dans la même installation que la précédente étude.
Vue de la Terre et de la Lune depuis une orbite de Mars. Photographié en 2007 par l'instrument HiRise de la sonde Mars Reconnaissance Orbiter.
Cette durée de 520 jours peut être décomposée en trois étapes importantes :
environ 250 jours sont nécessaires pour rejoindre Mars depuis la Terre. Au fur et à mesure de l'éloignement du vaisseau de la Terre, il apparaît un délai sur le signal radio lors des communications entre l'équipage et le centre de contrôle. Lorsque la position entre le vaisseau et la Terre est maximale près de 20 minutes peuvent s'écouler entre l'émission et la réception. Ce phénomène devrait également être simulé. De même les communications privées avec la famille ou les amis seront progressivement limitées comme pour un vol spatial.
ensuite il est prévu de simuler pendant environ 1 mois les activités scientifiques et la vie d'un équipage sur la planète. Un module spécifique indépendant du vaisseau principal a été conçu pour représenter la surface martienne. Lors de cette phase l'équipage est séparé en deux groupes, l'un d'eux doit rester à bord du vaisseau en soutien durant toute cette période.
près de 240 jours seront nécessaires pour effectuer le retour depuis Mars. La durée pour parcourir ce trajet devrait être plus courte en tenant compte de la charge plus faible du vaisseau par rapport à l'aller (notamment l'énergie de propulsion du vaisseau et l'alimentation consommée par l'équipage).
Sélection de candidats russes, européens et chinois
L'IBMP annonce en octobre 2009 rechercher encore des candidats volontaires pour participer au programme Mars500. De son côté l'ESA fait également un nouvel appel d'octobre à début novembre 2009 afin d'obtenir des candidats volontaires pour participer à cette mission de 520 jours. Le processus de sélection et le profil des candidats est très similaire à celui de la précédente mission.
Au mois de février, 11 candidats volontaires dont 4 Européens sont sélectionnés pour participer à l'entraînement de cette mission. Dans ce groupe de volontaires figurent 6 Russes, 2 Français, un Italien, un Belge et un Chinois. L'entraînement débute le 26 février 2010 pour une durée d'environ 3 mois. À l'issue de cette phase de préparation un équipage final de 6 membres est annoncé et est composé de 3 Russes, 2 Européens et un Chinois. Les candidats volontaires sont les suivants :
Les candidats ont reçu une formation très similaire à celle des volontaires de la mission de 105 jours comme le stage de survie en forêt ou les cours à l'IBMP. Contrairement à leur prédécesseurs aucune préparation ne s'est effectuée à la Cité des étoiles. Une partie de l'entraînement se déroulant sur la surface martienne, les candidats ont testé des combinaisons spatiales développées par l'équipementier russe NPP Zvezda. Ces combinaisons nommées Orlan-E sont une variante simplifiée de la réelle combinaisonOrlan-M et ont été spécialement conçues pour ce programme.
Une grande partie du programme des expériences scientifiques effectuées lors de la mission précédente est repris. Près de 105 expériences sont proposées pour cette mission, en majorité par les équipes russes et principalement sur des domaines de psychologie, physiologie et de biologie.
Les six membres d'équipage ont embarqué le 3 juin 2010 à bord de l'installation expérimentale pour cette mission d'isolation d'une durée de 520 jours sans interruption.
Les prochaines grandes étapes sont :
le 8 février 2011 : l'équipage se place en orbite sur Mars puis se divise en deux groupes pour une période de 30 jours. Une équipe reste dans le vaisseau principal, l'autre mène des activités et sorties sur la surface martienne (module SMS) à partir de module d'atterrissage (EC-50) ;
le 10 mars 2011 : départ de Mars et retour vers la Terre ;
le 5 novembre 2011 : atterrissage et fin de la mission.
