Quarante-cinq ans se sont écoulés depuis la dernière fois que des humains ont posé le pied sur un corps extraterrestre. Maintenant, la lune est de retour au centre des efforts non seulement pour explorer l'espace, mais pour créer un permanent, société spatiale indépendante.

La planification d'expéditions vers le voisin céleste le plus proche de la Terre n'est plus seulement un effort de la NASA, bien que l'agence spatiale américaine ait des plans pour une station spatiale en orbite lunaire qui servirait de base pour les missions martiennes au début des années 2030. L'Alliance de lancement unie, une joint-venture entre Lockheed Martin et Boeing, prévoit une station de ravitaillement lunaire pour les engins spatiaux, capable de supporter 1, 000 personnes vivant dans l'espace d'ici 30 ans.

Les milliardaires Elon Musk, Jeff Bezos et Robert Bigelow ont tous des entreprises visant à livrer des personnes ou des marchandises sur la lune. Plusieurs équipes en compétition pour une part du prix en espèces de 30 millions de dollars de Google prévoient de lancer des rovers sur la lune.

Nous et 27 autres étudiants du monde entier avons récemment participé au Caltech Space Challenge 2017, proposer des conceptions de ce à quoi pourrait ressembler une station de lancement et de ravitaillement lunaire pour des missions spatiales lointaines, et comment cela fonctionnerait.

Les matières premières pour le carburant de fusée

À l'heure actuelle, toutes les missions spatiales sont basées sur, et lancé de, Terre. Mais l'attraction gravitationnelle de la Terre est forte. Pour entrer en orbite, une fusée doit parcourir 11 kilomètres par seconde – 25, 000 milles à l'heure !

Toute fusée quittant la Terre doit transporter tout le carburant qu'elle utilisera pour atteindre sa destination et, si besoin, de retour. Ce carburant est lourd – et le faire avancer à des vitesses aussi élevées demande beaucoup d'énergie. Si nous pouvions faire le plein en orbite, cette énergie de lancement pourrait mettre plus de personnes, de cargaisons ou d'équipements scientifiques en orbite. Ensuite, le vaisseau spatial pourrait se ravitailler dans l'espace, où la gravité terrestre est moins puissante.

La Lune a un sixième de la gravité de la Terre, ce qui en fait une base alternative intéressante. La lune a aussi de la glace, que nous savons déjà transformer en un propulseur hydrogène-oxygène que nous utilisons dans de nombreuses fusées modernes.

Lune itinérante

Les missions Lunar Reconnaissance Orbiter et Lunar Crater Observation and Sensing Satellite de la NASA ont déjà trouvé des quantités substantielles de glace dans des cratères ombragés en permanence sur la lune.

Ces emplacements seraient difficiles à exploiter car ils sont plus froids et n'offrent pas de lumière du soleil pour alimenter les véhicules itinérants. Cependant, nous pourrions installer de grands miroirs sur les bords des cratères pour éclairer des panneaux solaires dans les régions ombragées en permanence.

Rovers du concours Lunar X Prize de Google et Lunar Resource Prospector de la NASA, lancement prévu en 2020, contribuerait également à trouver de bons emplacements pour extraire la glace.

Imaginer une base lunaire

Selon l'endroit où se trouvent les meilleures réserves de glace, nous pourrions avoir besoin de construire plusieurs petites bases lunaires robotiques. Chacun extrairait de la glace, fabriquer du propergol liquide et le transférer aux engins spatiaux de passage. Notre équipe a élaboré des plans pour accomplir ces tâches avec trois types de rovers différents. Nos plans nécessitent également quelques petites navettes robotiques pour rencontrer les véhicules de mission dans l'espace lointain à proximité en orbite lunaire.

Un rover, que nous appelons le Prospecteur, explorerait la lune et trouverait des emplacements glaciaires. Un deuxième rover, le Constructeur, suivrait derrière, construire une rampe de lancement et aménager des routes pour faciliter les déplacements du troisième type de rover, les mineurs, qui collectent réellement la glace et la livrent aux réservoirs de stockage à proximité et à une usine de traitement par électrolyse qui divise l'eau en hydrogène et oxygène.

Le constructeur construirait également une aire d'atterrissage où le petit vaisseau spatial de transport proche de la lune que nous appelons Lunar Resupply Shuttles arriverait pour collecter du carburant à livrer alors que le vaisseau spatial nouvellement lancé passerait par la lune. Les navettes brûleraient du carburant fabriqué par la lune et auraient des systèmes de guidage et de navigation avancés pour voyager entre les bases lunaires et leur vaisseau spatial cible.

Une station-service dans l'espace

Lorsque suffisamment de carburant est produit, et le système de livraison par navette est testé et fiable, notre plan prévoit la construction d'une station-service dans l'espace. Les navettes livreraient de la glace directement au dépôt de carburant en orbite, où il serait transformé en carburant et où les fusées se dirigeant vers Mars ou ailleurs pourraient accoster pour faire le plein.

Le dépôt aurait de grands panneaux solaires alimentant un module d'électrolyse pour faire fondre la glace puis transformer l'eau en carburant, et de grands réservoirs de carburant pour stocker ce qui est fait. NASA is already working on most of the technology needed for a depot like this, including docking and fuel transfer. We anticipate a working depot could be ready in the early 2030s, just in time for the first human missions to Mars.

To be most useful and efficient, the depot should be located in a stable orbit relatively near both the Earth and the moon. The Earth-moon Lagrangian Point 1 (L1) is a point in space about 85 percent of the way from Earth to the moon, where the force of Earth's gravity would exactly equal the force of the moon's gravity pulling in the other direction. It's the perfect pit stop for a spacecraft on its way to Mars or the outer planets.

Leaving Earth

Our team also found a fuel-efficient way to get spacecraft from Earth orbit to the depot at L1, requiring even less launch fuel and freeing up more lift energy for cargo items. D'abord, the spacecraft would launch from Earth into Low Earth Orbit with an empty propellant tank.

Puis, the spacecraft and its cargo could be towed from Low Earth Orbit to the depot at L1 using a solar electric propulsion tug, a spacecraft largely propelled by solar-powered electric thrusters.

This would let us triple the payload delivery to Mars. At present, a human Mars mission is estimated to cost as much as US$100 billion, and will need hundreds of tons of cargo. Delivering more cargo from Earth to Mars with fewer rocket launches would save billions of dollars and years of time.

A base for space exploration

Building a gas station between Earth and the moon would also reduce costs for missions beyond Mars. NASA is looking for extraterrestrial life on the moons of Saturn and Jupiter. Future spacecraft could carry much more cargo if they could refuel in space – who knows what scientific discoveries sending large exploration vehicles to these moons could enable?

By helping us escape both Earth's gravity and dependence on its resources, a lunar gas station could be the first small step toward the giant leap into making humanity an interplanetary civilization.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.