COMBIEN DE TEMPS FAUT-IL POUR ARRIVER SUR MARS?

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Cet article a été initialement publié dans Space Magazine en juillet 2012, mais il a été mis à jour avec une vidéo connexe.

La planète Mars est l'un des objets les plus brillants du ciel nocturne, facilement visible à l'œil nu comme une étoile rouge vif. Tous les deux ans environ, Mars et la Terre atteignent leur point le plus proche, appelé «opposition», lorsque Mars peut être aussi proche que 55 000 000 km de la Terre. Et tous les deux ans, les agences spatiales profitent de cet alignement orbital pour envoyer des vaisseaux spatiaux sur la planète rouge. Combien de temps faut-il pour se rendre sur Mars?

Le temps de trajet total de la Terre à Mars prend entre 150 et 300 jours en fonction de la vitesse du lancement, de l'alignement de la Terre et de Mars et de la longueur du voyage que le vaisseau spatial prend pour atteindre sa cible. Cela dépend vraiment de la quantité de carburant que vous êtes prêt à brûler pour y arriver. Plus de carburant, temps de trajet plus court.

Histoire d'aller sur Mars:

Le premier vaisseau spatial à avoir fait le voyage de la Terre à Mars était le Mariner 4 de la NASA, qui a été lancé le 28 novembre 1964 et arrivé à Mars le 14 juillet 1965, prenant avec succès une série de 21 photographies. Le temps de vol total de Mariner 4 était de 228 jours.

La prochaine mission réussie sur Mars fut Mariner 6, qui décolla le 25 février 1969 et atteignit la planète le 31 juillet 1969; un temps de vol de seulement 156 jours. Le succès du Mariner 7 n'a nécessité que 131 jours pour faire le voyage.

Mariner 9, le premier vaisseau spatial à réussir son orbite autour de Mars, a été lancé le 30 mai 1971 et est arrivé le 13 novembre 1971 pour une durée de 167 jours. C'est le même schéma qui a persisté pendant plus de 50 ans d'exploration sur Mars: environ 150-300 jours.

Voici quelques exemples supplémentaires:

Viking 1 (1976) - 335 jours
Viking 2 (1976) - 360 jours
Mars Reconnaissance Orbiter (2006) - 210 jours
Phoenix Lander (2008) - 295 jours
Curiosity Lander (2012) - 253 jours

Pourquoi cela prend-il si longtemps?:

Si vous considérez le fait que Mars n'est qu'à 55 millions de kilomètres et que le vaisseau spatial voyage à plus de 20000 km / heure, vous vous attendez à ce que le vaisseau spatial fasse le voyage en environ 115 jours, mais cela prend beaucoup plus de temps. En effet, la Terre et Mars sont en orbite autour du Soleil. Vous ne pouvez pas pointer directement sur Mars et commencer à tirer vos roquettes, car au moment où vous êtes arrivé, Mars aurait déjà bougé. Au lieu de cela, les vaisseaux spatiaux lancés depuis la Terre doivent être dirigés vers Mars va être.

L'autre contrainte est le carburant. Encore une fois, si vous aviez une quantité illimitée de carburant, vous pointez votre vaisseau spatial vers Mars, tirez vos roquettes à mi-chemin du voyage, puis faites demi-tour et ralentissez pendant la dernière moitié du voyage. Vous pourriez réduire votre temps de trajet à une fraction du tarif actuel, mais vous auriez besoin d'une quantité impossible de carburant.

Comment se rendre sur Mars avec le moins de carburant possible:

La principale préoccupation des ingénieurs est de savoir comment amener un vaisseau spatial sur Mars, avec le moins de carburant possible. Les robots ne se soucient pas vraiment de l'environnement hostile de l'espace, il est donc logique de réduire le plus possible les coûts de lancement de la fusée.

Les ingénieurs de la NASA utilisent une méthode de voyage appelée orbite de transfert Hohmann - ou orbite de transfert d'énergie minimale - pour envoyer un vaisseau spatial de la Terre à Mars avec le moins de carburant possible. La technique a été proposée pour la première fois par Walter Hohmann qui a publié la première description de la manœuvre en 1925.

Au lieu de pointer votre fusée directement sur Mars, vous augmentez l'orbite de votre vaisseau spatial afin qu'il suive une orbite plus grande autour du Soleil que la Terre. Finalement, cette orbite coupera l'orbite de Mars - au moment exact où Mars est là aussi.

Si vous devez lancer avec moins de carburant, il vous suffit de prendre plus de temps pour élever votre orbite et augmenter le voyage vers Mars.

Autres idées pour réduire le temps de voyage vers Mars:

Bien qu'il faille un peu de patience pour attendre qu'un vaisseau spatial voyage 250 jours pour atteindre Mars, nous pourrions vouloir une méthode de propulsion complètement différente si nous envoyons des humains. L'espace est un endroit hostile et le rayonnement de l'espace interplanétaire pourrait poser un risque à long terme pour la santé des astronautes humains. Les rayons cosmiques de fond infligent un barrage constant de radiations cancérigènes, mais il y a un plus grand risque de tempêtes solaires massives, qui pourraient tuer des astronautes non protégés en quelques heures. Si vous pouvez réduire le temps de trajet, vous réduisez la quantité de temps que les astronautes sont bombardés de radiations et minimisez la quantité de fournitures dont ils ont besoin pour un voyage de retour.

Passez au nucléaire:
Une idée est fusées nucléaires, qui chauffe un fluide de travail - comme l'hydrogène - à des températures intenses dans un réacteur nucléaire, puis le fait exploser à une grande vitesse par une tuyère de fusée pour créer une poussée. Parce que les combustibles nucléaires sont beaucoup plus denses en énergie que les fusées chimiques, vous pourriez obtenir une vitesse de poussée plus élevée avec moins de carburant. Il est proposé qu'une fusée nucléaire réduise le temps de trajet à environ 7 mois

Devenez magnétique:
Une autre proposition est une technologie appelée Fusée à magnétoplasma à impulsion spécifique variable (ou VASIMR). Il s'agit d'un propulseur électromagnétique qui utilise des ondes radio pour ioniser et chauffer un propulseur. Cela crée un gaz ionisé appelé plasma qui peut être projeté magnétiquement à l'arrière de l'engin spatial à des vitesses élevées. L'ancien astronaute Franklin Chang-Diaz est pionnier dans le développement de cette technologie, et un prototype devrait être installé sur la Station spatiale internationale pour l'aider à maintenir son altitude au-dessus de la Terre. Lors d'une mission vers Mars, une fusée VASIMR pourrait réduire le temps de trajet à 5 mois.

Go Antimatter:
L’une des propositions les plus extrêmes consisterait peut-être à utiliser un fusée antimatière. Créée dans des accélérateurs de particules, l'antimatière est le carburant le plus dense que vous puissiez utiliser. Lorsque les atomes de matière rencontrent des atomes d'antimatière, ils se transforment en énergie pure, comme le prédit la célèbre équation d'Albert Einstein: E = mc². Il ne faudrait que 10 milligrammes d'antimatière pour propulser une mission humaine sur Mars en seulement 45 jours. Mais alors, produire même cette minuscule quantité d'antimatière coûterait environ 250 millions de dollars.

Missions futures sur Mars:

Même si certaines technologies incroyables ont été proposées pour raccourcir le temps de voyage vers Mars, les ingénieurs utiliseront les méthodes éprouvées de suivre les orbites de transfert d'énergie minimales à l'aide de fusées chimiques. La mission MAVEN de la NASA sera lancée en 2013 en utilisant cette technique, ainsi que les missions ExoMars de l'ESA. Il faudra peut-être quelques décennies avant que d'autres méthodes ne deviennent des techniques courantes.

Recherche plus approfondie:
Informations sur les orbites interplanétaires - NASA
7 minutes de terreur - Le défi d'atterrir sur Mars
Proposition de la NASA pour un moteur-fusée nucléaire
Hohmann Transfer Orbits - Université d'État de l'Iowa
Transferts minimaux et orbites interplanétaires
Nouveau vaisseau spatial antimatière amélioré pour les missions sur Mars - NASA
Astronomy Cast Episode 84: Se déplacer dans le système solaire

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Cet article est initialement paru dans Space Magazine en juillet 2012, mais il a été mis à jour avec une vidéo connexe.