Si jamais nous avons l'intention d'envoyer des missions habitées dans l'espace lointain, il faut ensuite trouver des solutions pour assurer le ravitaillement des équipages. Pour les astronautes à bord de la Station spatiale internationale (ISS), qui reçoivent régulièrement des missions de ravitaillement depuis la Terre, ce n'est pas un problème. Mais pour les missions voyageant vers des destinations comme Mars et au-delà, l'autosuffisance est le nom du jeu.

C'est l'idée derrière des projets comme BIOWYSE et TIME SCALE, qui sont développés par le Centre de recherche interdisciplinaire dans l'espace (CIRiS) en Norvège. Ces deux systèmes visent à fournir aux astronautes un approvisionnement durable et renouvelable en eau potable et en aliments végétaux. En faisant ainsi, ils répondent à deux des besoins les plus importants des humains effectuant des missions de longue durée qui les mèneront loin de chez eux.

Même si l'ISS peut être réapprovisionnée en aussi peu que six heures (le temps entre le lancement et le moment où une capsule de ravitaillement s'amarrera à la station), les astronautes dépendent toujours des mesures de conservation lorsqu'ils sont en orbite. En réalité, environ 80% de l'eau à bord de l'ISS provient de la vapeur d'eau en suspension générée par la respiration et la sueur, ainsi que de l'eau de douche et de l'urine recyclées, qui sont toutes traitées avec des produits chimiques pour les rendre potables.

La nourriture est une autre affaire. La NASA estime que chaque astronaute à bord de l'ISS consommera 0,83 kg (1,83 livre-livre) de nourriture par repas, ce qui équivaut à environ 2,5 kg (5,5 lb) par jour. Environ 0,12 kg (0,27 livre) de chaque repas provient uniquement du matériau d'emballage, ce qui signifie qu'un seul astronaute générera près d'une livre de déchets par jour - et cela n'inclut même pas l'autre type de "déchets" qui provient de l'alimentation.

En bref, l'ISS s'appuie sur des missions de ravitaillement coûteuses pour fournir 20 % de son eau et la totalité de sa nourriture. Mais si et quand les astronautes établiront des avant-postes sur la Lune et sur Mars, ce n'est peut-être pas une option. Alors que l'envoi de fournitures sur la lune peut se faire en trois jours, la nécessité de le faire régulièrement rendra le coût d'envoi de nourriture et d'eau prohibitif. Pendant ce temps, il faut huit mois pour que le vaisseau spatial atteigne Mars, ce qui est totalement impraticable.

Il n'est donc pas étonnant que les architectures de mission proposées pour la Lune et Mars incluent l'utilisation des ressources in situ (ISRU), dans lequel les astronautes utiliseront les ressources locales pour être aussi autonomes que possible. Glace sur les surfaces lunaires et martiennes, un excellent exemple, seront récoltés pour fournir de l'eau potable et d'irrigation. Mais les missions dans l'espace lointain n'auront pas cette option pendant leur transit.

Pour assurer un approvisionnement durable en eau, Le Dr Emmanouil Detsis et ses collègues développent le contrôle intégré de la biocontamination des systèmes humides pour l'exploration spatiale (BIOWYSE). Ce projet a commencé comme une recherche sur les moyens de stocker l'eau douce pendant de longues périodes, surveiller en temps réel les signes de contamination, le décontaminer avec de la lumière UV (plutôt que des produits chimiques), et le distribuer au besoin.

Il en a résulté une machine automatisée capable d'effectuer toutes ces tâches. Comme l'a expliqué le Dr Detsis :« Nous voulions un système où vous allez de A à Z, du stockage de l'eau à la mise à disposition de quelqu'un à boire. Cela signifie que vous stockez l'eau, vous êtes en mesure de surveiller la biocontamination, vous pouvez désinfecter si vous le devez, et enfin vous livrez à la tasse pour boire… Quand quelqu'un veut boire de l'eau, vous appuyez sur le bouton. C'est comme une fontaine à eau."

En plus de surveiller l'eau stockée, la machine BIOWYSE est également capable d'analyser les surfaces humides à l'intérieur d'un vaisseau spatial à la recherche de signes de contamination. C'est important, en raison de l'accumulation d'humidité dans les systèmes fermés comme les engins spatiaux et les stations spatiales, ce qui peut provoquer une accumulation d'eau dans les zones impures. Une fois cette eau récupérée, il devient alors nécessaire de décontaminer toute l'eau stockée dans le système.

"Le système est conçu en pensant aux futurs habitats, " ajouta le Dr Detsis. " Donc une station spatiale autour de la lune, ou un laboratoire de terrain sur Mars dans les décennies à venir. Ce sont des endroits où l'eau a pu rester là quelque temps avant l'arrivée de l'équipage."

Le projet Technology and Innovation for Development of Modular Equipment in Scalable Advanced Life Support Systems for Space Exploration (TIME SCALE) est conçu pour recycler l'eau et les nutriments dans l'intérêt de la croissance des plantes. Ce projet est supervisé par le Dr Ann-Iren Kittang Jost du Centre de recherche interdisciplinaire dans l'espace (CIRiS) en Norvège.

Ce système n'est pas sans rappeler le système de culture modulaire européen (EMCS) ou le système Biolab, qui ont été envoyés à l'ISS en 2006 et 2018 (respectivement) pour mener des expériences biologiques dans l'espace. En s'inspirant de ces systèmes, Le Dr Jost et ses collègues ont conçu une « serre dans l'espace » qui pourrait cultiver des plantes et surveiller leur santé. Comme elle l'a dit :« Nous (avons besoin) de technologies de pointe pour cultiver de la nourriture pour l'exploration spatiale future vers la Lune et Mars. Nous avons pris (l'ECMS) comme point de départ pour définir des concepts et des technologies pour en savoir plus sur la culture des cultures et plantes en microgravité."

Tout comme ses prédécesseurs, Biolab et l'ECMS, le prototype TIME SCALE repose sur une centrifugeuse rotative pour simuler la gravité lunaire et martienne et mesure l'effet que cela a sur l'absorption des nutriments et de l'eau par les plantes. Ce système pourrait aussi être utile ici sur Terre, permettant aux serres de réutiliser les nutriments et l'eau et une technologie de capteurs plus avancée pour surveiller la santé et la croissance des plantes.

Des technologies comme celles-ci seront cruciales lorsque viendra le temps d'établir une présence humaine sur la lune, sur Mars, et pour le bien des missions dans l'espace lointain. Dans les années à venir, La NASA prévoit de faire le retour tant attendu sur la lune avec le projet Artemis, ce qui sera la première étape de la création de ce qu'ils envisagent comme un programme d'"exploration lunaire durable".

Une grande partie de cette vision repose sur la création d'un habitat orbital (la passerelle lunaire) ainsi que sur l'infrastructure à la surface (le camp de base Artemis) nécessaire pour soutenir une présence humaine durable. De la même manière, lorsque la NASA commence à effectuer des missions en équipage vers Mars, l'architecture de la mission fait appel à un habitat orbital (le camp de base de Mars), probablement suivi d'un sur la surface.

Dans tous les cas, les avant-postes devront être relativement autonomes car les missions de réapprovisionnement ne pourront pas les atteindre en quelques heures. Le Dr Detsis a expliqué, "Ce ne sera pas comme l'ISS. Vous n'allez pas avoir un équipage constant tout le temps. Il y aura une période où le laboratoire pourrait être vide, et n'aura pas d'équipage jusqu'à ce que le prochain quart arrive dans trois ou quatre mois (ou plus). L'eau et d'autres ressources seront là, et il peut accumuler des micro-organismes."

Des technologies qui peuvent garantir la salubrité de l'eau potable, nettoyer, et en approvisionnement constant - et que les plantes puissent être cultivées de manière durable - permettront aux avant-postes et aux missions dans l'espace lointain d'atteindre un niveau d'autosuffisance et d'être moins dépendants de la Terre.