L'Homme dans l'espace

Cet article est un compte-rendu de la conférence donnée par Pierre Auclair le mardi 01 Décembre à Polytechnique, vous pouvez trouver la présentation ici

Depuis notre enfance, notre imaginaire spatial s’est construit par les films de science-fiction et par la mémoire des grandes missions spatiales des années 1960-70. L’exploration spatiale et humaine s’y est imposée comme un objectif voire un futur de l’Homme au delà de sa maison qu’est la Terre. Malgré l’exaltante conquête spatiale de la guerre froide, il semble que l’Homme stagne aujourd’hui autour de la Terre et notamment à bord de l’ISS.

En se plaçant dans un contexte tout à fait propice à la conquête spatiale i.e. où les budgets alloués seraient illimités, j’aimerais soulever les différents obstacles à des missions interplanétaires humaines.

De nombreux problèmes identifiés voire résolus.

Les problèmes de l’eau et de l’air

Cycle de l'air et de l'eau

La gestion de l’eau et de l’air est crucial pour toute aventure humaine, d’autant plus dans l’espace. Différentes réactions chimiques permettent de créer un cycle de l’eau et de l’air efficace et durable grâce à des réserves d’hélium et de dioxygène. Ce cycle est un parfait exemple de problème résolu aujourd’hui et mis en application sur la station spatiale internationale.

Une gravité capricieuse

Retour d'astronautes

Lors d’une mission interplanétaire, typiquement une mission martienne, se pose la question des variations de la gravité. Micro-gravité dans l’espace profond et gravité faible sur Mars altèrent le corps humain et entraînent différentes détériorations : problèmes osseux, musculaires, cardiovasculaires, de pression intra-crânienne élevée, de perte de la vision etc…

Au retour d’une mission en orbite, les astronautes ne peuvent en général plus marcher d’eux même et doivent subir une rééducation adaptée. Au cours d’un voyage spatial, il parait donc nécessaire de mettre en place des solutions telles que des machines de musculation ou un système de gravitation artificielle induite par la rotation du vaisseau.

Le Nasa Human Research Program

Même si certains problèmes parmi les plus connus possèdent des solutions plus ou moins faciles à mettre en œuvre, il existe de nombreux problèmes moins médiatisés et cependant limitant quant à notre expansion spatiale.

Le Nasa Human Research Program (HRP) est un organisme de recherche qui a identifié 32 risques majeurs quant à la viabilité d’une mission extra-planétaire.

Projet de résolution des risques spatiaux

On remarquera que beaucoup de ces risques restent incontrôlés et que certains n’attendent pas de résolution avant les deux prochaines décennies. J’aimerais maintenant présenté certains de ces risques. Je ne prétends pas pouvoir vous faire un exposé complet de toutes les difficultés que rencontrent les astronautes dans l’espace profond.

Problèmes de nourriture

L’alimentation est un enjeu central de l’aventure spatial. Aujourd’hui, l’alimentation à bord de l’ISS se fait à partir de plats lyophilisés et de quelques produits frais grâce à des approvisionnements fréquents, la durée maximale d’une mission étant de quelques mois.

Au cours d’une mission interplanétaire pouvant durer plusieurs années, de nouveaux problèmes se posent. La solution d’approvisionnements fréquents n’est plus possible, du moins durant le voyage, et se posent donc des problèmes de conservation. L’ordre de grandeur de conservation des aliments utilisés aujourd’hui est d’un an et demi, ce qui est insuffisant. De plus on ne connaît pas les effets des radiations et des conditions de vie dans l’espace sur la conservation des aliments. A cela s’ajoute le volume que représentent de telles réserves, et la contrainte supplémentaire que cela ajoute.

Au delà de ces considérations, il faut aussi déterminer l’impact de cette nourriture sur l’équipage. On constate à bord de l’ISS des pertes de poids, des déshydratations, des pertes d’appétit et des carences. Dans l’espace les besoins journaliers d’un individu changent et l’alimentation doit les remplir en toute circonstance. Il faut de plus éviter la monotonie qui a un impact négatif sur le moral de l’équipage.

Cet été, les astronautes de l’ISS ont mangé la première laitue cultivée dans l’espace montrant que cultiver sa nourriture dans l’espace est possible. Peut-être est-ce là une pièce de la solution du problème.

Les radiations solaires et cosmiques

Les ceintures de Van Halen

La Terre est protégée du rayonnement solaire et cosmique par deux ceintures magnétiques appelées ceinture de Van Halen. La première dite intérieure s’étant jusqu’à 600 ou 1600 km en fonction de la direction par rapport au soleil et retient les protons à haute énergie. Le seconde, l’extérieure, s’étant jusqu’à 10 000 ou 75 000 km et retient les électrons. Lors d’un voyage interplanétaire, l’équipage est donc exposé à des radiations et des particules issues du soleil ou du reste de la galaxie, ce qui a de lourdes conséquences.

On remarquera que déjà un voyage vers la Lune (384 400 km) sort du bouclier magnétique terrestre et pose déjà la question de l’exposition aux radiations des astronautes des missions Apollo. Il se trouve que des calculs ont été effectués de manière suffisamment précise pour prédire la quantité de radiation reçue dans chaque portions du vaisseau et que celui-ci a été conçu pour optimiser la survie de l’équipage. Ces calculs étaient suffisamment précis pour savoir qu’il y avait un décalage de facteur cinq entre la dose reçue par les deux astronautes. De plus, une réseau au sol nommé SPAN (Solar Particle Alert Network) devait alerté l’équipage en cas d’événement solaire pour qu’ils puissent réorienter le vaisseau pour se protéger avec les réservoirs de propagols, d’oxygène et d’hydrogène.

Problème d’interface humain-machine

Derrière cette appellation aux relents de science-fiction se pose un réel problème. Une mission interplanétaire aurait une envergure beaucoup plus grande que toutes celles entreprises jusqu’à aujourd’hui. Les volumes de données seront telles que seul un ordinateur pourra les traiter, sans qu’un membre de l’équipage ni même un contrôle à Terre,du fait du décalage de la communication à grande distance, ne puisse intervenir.

La communication des informations utiles et vitales de l’ordinateur vers l’équipage est donc un enjeu majeur de recherche.

Conclusion

De nombreuses incertitudes demeurent qui empêchent toute mission sérieuse interplanétaire pour l’instant. Ces sujets sont des domaines de recherche actifs que la Nasa finance et qui sont nécessaires à l’expansion spatiale de l’Humanité. On remarquera que l’ISS est un formidable laboratoire pour expérimenter et trouver de nouvelles solutions pour aller toujours de l’avant.

Pour aller plus loin

Certaines figures utilisées dans cet article proviennent de ces documents. Le premier notamment.

https://oig.nasa.gov/audits/reports/FY16/IG-16-003.pdf

http://www.nasa.gov/pdf/146558main_RecyclingEDA%28final%29%204_10_06.pdf

http://www.nasa.gov/centers/marshall/pdf/104840main_eclss.pdf

http://humanresearchroadmap.nasa.gov/intro/

http://www.de-la-terre-a-la-lune.com/apollo.php?page=technos_cm_rayonnement