Mission habitée vers Mars - Définition

Les différentes phases d'une mission type vers Mars

Diagramme des variations de vitesse (Delta-v) en km/s nécessaires pour effectuer les déplacements entre les orbites terrestres, lunaires et martiennes

Le déroulement d'une mission habitée vers Mars comprend les étapes suivantes (en ne rentrant pas dans les raffinements des scénarios qui prévoient de pré positionner des vaisseaux) :

• le ou les vaisseaux sont lancés en orbite basse terrestre. Un arrêt en orbite basse terrestre est effectué pour optimiser la trajectoire vers Mars et éventuellement assembler les vaisseaux si ceux-ci ont été lancés en pièces détachées pour des raisons liées aux capacités des lanceurs ;
• le vaisseau est injecté sur une trajectoire vers Mars : on allume brièvement les moteurs de manière à quitter le puits de gravité terrestre. Depuis une orbite basse terrestre il faut au minimum accélérer le vaisseau de 3,8 km/s (pour réduire la durée du trajet on peut donner plus de vitesse au vaisseau mais il faut pouvoir décélérer à l'arrivée) soit :
  • 3,22 km/s pour atteindre la vitesse de libération,
  • 0,6 km/s supplémentaire pour parvenir jusqu'au point de transfert entre la Terre et Mars ;
• le trajet Terre-Mars est effectué sur l'inertie acquise avec éventuellement des corrections d'orientation qui consomment une quantité de carburant non significative. Selon que l'on souhaite optimiser ou non la durée est généralement comprise entre 180 jours et 260 jours ;
• le vaisseau se met en orbite basse martienne en décélérant de 2,3 km/s. Dans certains scénarios, le vaisseau qui assure la trajectoire interplanétaire Terre-Mars aller-retour est laissé en orbite par l'équipage qui utilise un autre vaisseau pour descendre sur Mars ;
• le vaisseau se pose sur Mars ce qui nécessite de faire chuter sa vitesse de 4,1 km/s en utilisant si possible uniquement des techniques passives exploitant la présence d'une atmosphère martienne (freinage aérodynamique, parachute) pour ne pas avoir à transporter de carburant à cet effet. Le module lunaire Apollo qui a dû atterrir sur la Lune en utilisant des fusées en l'absence d'atmosphère capable de le freiner consacre 50 % de sa masse (8 tonnes sur 16) en carburant pour décélérer de seulement 1,6 km/s ;
• l'équipage séjourne selon les scénarios de 30 à 550 jours sur Mars ;
• l'équipage quitte le sol martien à bord d'un étage de remontée qui doit atteindre une vitesse de 4,1 km/s pour se placer en orbite basse ;
• si le scénario le prévoit, l'équipage se transborde sur un vaisseau dédié au retour qui accélère de 2,3 km/s au minimum pour rejoindre l'orbite terrestre ;
• le trajet de retour dure selon les scénarios de 180 à 430 jours ;
• arrivé près de l'orbite terrestre l'équipage se transfère sur le vaisseau (Orion dans le scénario de la NASA) qui assure la rentrée atmosphérique (décélération d'au moins 11 km/s qui peut être obtenu sans consommation de carburant grâce à la densité de l'atmosphère terrestre) et le retour à Terre.

Dans le scénario préconisé par la NASA 4 vaisseaux sont nécessaires :

• un vaisseau dédié au transfert Terre-Mars et retour de l'équipage ;
• un vaisseau qui sert d'habitat à l'équipage sur Mars ;
• un vaisseau qui permet de remonter l'équipage du sol martien jusqu'en orbite terrestre ;
• un petit vaisseau avec lequel l'équipage arrivé à proximité de la Terre revient sur le sol terrestre.