Lors de l'envoi de vaisseaux spatiaux sur Mars, la méthode préférée actuelle consiste à tirer à pleine vitesse sur des vaisseaux spatiaux vers Mars, puis à effectuer une manœuvre de freinage une fois que le navire est suffisamment proche pour le ralentir et le mettre en orbite.
Connue sous le nom de méthode «Hohmann Transfer», ce type de manœuvre est connu pour être efficace. Mais c'est aussi assez cher et repose très fortement sur le timing. C’est pourquoi une nouvelle idée est proposée, qui impliquerait d’envoyer le vaisseau spatial en avant de la trajectoire orbitale de Mars, puis d’attendre que Mars arrive et le ramasse.
C’est ce que l’on appelle la «capture balistique», une nouvelle technique proposée par le professeur Francesco Topputo de l’Institut polytechnique de Milan et Edward Belbruno, chercheur associé invité à l’université de Princeton et ancien membre du Jet Propulsion Laboratory de la NASA.
Dans leur document de recherche, publié dans arXiv Astrophysics fin octobre, ils ont décrit les avantages de cette méthode par rapport aux méthodes traditionnelles. En plus de réduire les coûts de carburant, la capture balistique offrirait également une certaine flexibilité en ce qui concerne le lancement des fenêtres.
Actuellement, les lancements entre la Terre et Mars sont limités à une période où la rotation entre les deux planètes est juste. Manquez cette fenêtre et vous devez attendre encore 26 mois pour qu'une nouvelle apparaisse.
Dans le même temps, envoyer une fusée dans l'espace, à travers le vaste golfe qui sépare l'orbite de la Terre et de Mars, puis tirer des propulseurs dans la direction opposée pour ralentir, nécessite beaucoup de carburant. Cela signifie à son tour que l'engin spatial chargé du transport des satellites, des rovers et (un jour) des astronautes doit être plus grand et plus compliqué, et donc plus cher.
Comme Belbruno l'a déclaré à Space Magazine par e-mail: «Cette nouvelle classe de transferts est très prometteuse pour donner une nouvelle approche aux futures missions sur Mars qui devrait réduire les coûts et les risques. Cette nouvelle classe de transferts devrait être applicable à toutes les planètes. Cela devrait donner toutes sortes de nouvelles possibilités pour les missions. "
L'idée a été proposée pour la première fois par Belbruno alors qu'il travaillait pour le JPL, où il essayait de trouver des modèles numériques pour les trajectoires à basse énergie. "J'ai eu l'idée de la capture balistique pour la première fois au début de 1986 en travaillant sur une étude du JPL appelée LGAS (Lunar Get Away Special)", a-t-il déclaré. «Cette étude a consisté à mettre en orbite autour de la Lune un minuscule vaisseau spatial électrique solaire de 100 kg qui a été éjecté pour la première fois d'une cartouche spéciale Get Away sur la navette spatiale.
Le test du LGAS n'a pas été un succès retentissant, car il faudrait deux ans avant qu'il n'atteigne la Lune. Mais en 1990, alors que le Japon cherchait à sauver son orbite lunaire défaillante, Hiten, il a soumis des propositions pour une tentative de capture balistique qui ont été rapidement intégrées à la mission.
"Le temps de vol pour celui-ci était de 5 mois", a-t-il déclaré. "Il a été utilisé avec succès en 1991 pour amener Hiten sur la Lune." Et depuis ce temps, la conception du LGAS a été utilisée pour d'autres missions lunaires, notamment la mission SMART-1 de l'ESA en 2004 et la mission GRAIL de la NASA en 2011.
Mais c'est dans les missions futures, qui impliquent des distances et des dépenses de carburant beaucoup plus importantes, que Belbruno estimait que cette méthode bénéficierait le plus. Malheureusement, l'idée a rencontré une certaine résistance, car aucune mission ne semblait bien adaptée à la technique.
"Depuis 1991, lorsque Hiten du Japon a utilisé le nouveau transfert de capture balistique vers la Lune, il a été estimé que trouver un utile pour Mars n'était pas possible en raison de la distance beaucoup plus longue de Mars et de sa vitesse orbitale élevée autour du Soleil. Cependant, j'ai pu en trouver un début 2014 avec mon collègue Francesco Topputo. »
Certes, la nouvelle méthode présente certains inconvénients. D'une part, un vaisseau spatial envoyé avant la trajectoire orbitale de Mars mettrait plus de temps à entrer en orbite qu'un vaisseau qui se ralentit pour établir l'orbite.
De plus, la méthode de transfert Hohmann est éprouvée et fiable. L'une des applications les plus réussies de cette manœuvre a eu lieu en septembre, lorsque la mission Mars Orbiter (MOM) a fait son orbite historique autour de la planète rouge. Ce n'était pas seulement la première fois qu'une nation asiatique atteignait Mars, c'était aussi la première fois qu'une agence spatiale réalisait une orbite vers Mars du premier coup.
Néanmoins, les possibilités d’améliorations par rapport à la méthode actuelle d’envoi de vaisseaux sur Mars ont enthousiasmé les gens de la NASA. Comme James Green, directeur de la Division des sciences planétaires de la NASA, l'a déclaré dans une interview à Scientifique américain: «C'est une révélation. Cette [technique de capture balistique] pourrait non seulement s'appliquer ici à son extrémité robotique, mais aussi à son exploration humaine. »
Ne soyez donc pas surpris si les prochaines missions vers Mars ou le système solaire externe sont effectuées avec une plus grande flexibilité et avec un budget plus serré.
