La NASA a récemment demandé à la communauté scientifique de l'aider à trouver des idées innovantes sur les moyens de mener à bien sa mission Mars Sample Return (MSR). Cela faisait suite à un rapport d'un comité indépendant qui estimait que le prix de 11 milliards de dollars américains (8,7 milliards de livres sterling) était trop élevé et que le calendrier 2040 était trop éloigné.

En bref, le plan ambitieux consistait à collecter des échantillons de roches cachés dans des conteneurs par le rover Perseverance de la NASA et à les livrer aux laboratoires sur Terre. Perseverance explore le cratère Jezero de Mars, qui aurait autrefois abrité un ancien lac, depuis 2021. La mission livrerait les échantillons en envoyant un atterrisseur transportant une fusée (l'atterrisseur de récupération d'échantillons de la NASA) à la surface de Mars. P>

Perseverance livrerait ensuite les échantillons de roches mis en cache à l'atterrisseur, avec de petits hélicoptères drones livrés sur l'atterrisseur en guise de secours. Les échantillons de Perseverance seraient ensuite lancés sur l'orbite de Mars à l'aide de la fusée de l'atterrisseur. Un vaisseau spatial déjà en orbite martienne, le Earth Return Orbiter, intercepterait alors ces échantillons et les livrerait sur Terre.

Voir les délais repoussés dans le futur n’est pas nouveau. Cela s'est produit avec les projets de la NASA de retourner sur la Lune et la mission européenne ExoMars pour trouver de la vie sur la planète rouge. S'il est bon d'être réaliste quant aux délais, le paysage de l'exploration spatiale a changé au cours des deux dernières décennies, alors que des organisations comme la NASA sont confrontées à des difficultés financières et à des pertes d'emplois à grande échelle.

Les superpuissances étatiques n’envoient plus des gens sur la Lune avec d’énormes budgets comme elles le faisaient à l’époque d’Apollo. L'innovation et l'efficacité sont donc essentielles pour rendre l'exploration spatiale financièrement possible.

Les entreprises privées accaparent une plus grande part du marché spatial en Occident. Il s’agit d’un moment décisif pour l’exploration spatiale et d’un signal d’alarme pour poursuivre l’innovation qui freine les dépenses. L'alternative est de risquer d'abandonner la dernière frontière.

Un essai pour les astronautes

Le retour d’échantillons sur Mars a le potentiel d’être révolutionnaire sur le plan scientifique à plusieurs égards. Il a été découvert que les roches collectées dans le cratère Jezero, en particulier sur un affleurement appelé Pic Bunsen, sont constituées de minéraux déposés dans l'eau.

Sur Terre, les minéraux déposés dans l’eau sont efficaces pour piéger les matières biologiques, telles que les micro-organismes. Ils peuvent également donner une indication des conditions climatiques au moment de la formation de la roche.

Il y a des limites à la science qui peut être réalisée avec des instruments scientifiques qui sont également suffisamment légers pour être chargés sur un rover. La capacité d'analyser des échantillons de roche martienne dans un laboratoire sur Terre pourrait fournir des informations approfondies sur les possibilités de vie dans l'espace.

Mais il existe une raison encore plus fondamentale pour laquelle le retour des échantillons de Mars est si important. C'est un tremplin pour envoyer des humains sur Mars. Le programme d'exploration spatiale habitée de la NASA vise explicitement à placer des humains sur Mars.

Si vous ne pouvez pas rapporter un échantillon de roche, comment pourrez-vous ramener un astronaute ? Le stockage en toute sécurité et le retour des marchandises par lancement depuis une autre planète vers la Terre, d'une manière économiquement viable, sont tous nécessaires pour une mission humaine sur Mars.

Les missions dans l’espace sont dangereuses, les astronautes ne pouvant pas compter sur le contrôle de mission à plus de 100 millions de kilomètres. Toute tentative de mettre des bottes sur Mars doit être effectuée de manière progressive afin de réduire les risques.

Un certain nombre d'agences spatiales du monde entier explorent les missions potentielles visant à livrer des échantillons de matière provenant de Mars ou de ses lunes, notamment la Chine et le Japon. Cet intérêt s'explique en partie par le fait qu'il s'agit d'une preuve de concept pour les atterrissages humains, bien qu'à plus petite échelle.

Innovation et miniaturisation

Malgré l'importance de la mission, la NASA doit encore réduire le budget de retour des échantillons sur Mars de 11 milliards de dollars à 8 milliards de dollars pour pouvoir la réaliser. Même si un plan révisé vise à rationaliser l'architecture de la mission pour la rendre moins complexe, comme le suggère l'appel à idées de la NASA, l'innovation du monde universitaire devra être intégrée au niveau de la conception.

Il existe de nombreux exemples où les ingénieurs proposent déjà des innovations en matière de matériel d'exploration spatiale qui pourraient offrir de telles efficacités. Par exemple, des rovers plus petits et plus légers, capables de résister aux environnements difficiles d'autres corps planétaires, pourraient réduire les coûts et offrir d'autres avantages.

Un châssis non conventionnel basé sur la façon dont les poissons de sable se déplacent sur les rivages pourrait aider les rovers à surmonter de gros obstacles avec moins de roues, réduisant ainsi leur poids et leur taille.

Le poids des rovers pourrait également être réduit en explorant des méthodes innovantes de forage et d’échantillonnage. Les solutions prototypes dotées de mécanismes internes prenant en charge des forets plus légers et un stockage étendu des échantillons devraient être une priorité pour les concepteurs. Cela pourrait ne pas aider la mission actuelle de retour d'échantillons sur Mars, qui utilisera un rover déjà sur Mars, mais cela pourrait réduire le coût des futures missions d'échantillonnage.

La NASA qui demande à la communauté scientifique de trouver de nouvelles façons de procéder au retour des échantillons sur Mars est une reconnaissance du fait que les choses ne peuvent pas continuer ainsi. L'exploration spatiale doit adopter l'innovation, et une première étape pour cela consiste à s'engager avec le monde universitaire.

Pour consolider et accélérer la recherche transitionnelle, le transfert des connaissances des inventeurs originaux en laboratoire vers le terrain sera vital pour la longévité du domaine et dépendra de relations plus étroites et durables avec les universitaires et les groupes de recherche s'intéressant à l'espace.

Les entreprises privées qui se lancent dans la course à l'espace (et les nouvelles puissances spatiales comme l'Inde, la Chine, l'Arabie saoudite et les Émirats arabes unis) ont montré qu'elles étaient prêtes à regarder au-delà des conceptions qui ont fonctionné jusqu'à présent, en adoptant l'innovation pour améliorer la rentabilité.

À moins que les organisations traditionnelles ne commencent à réfléchir sérieusement à la façon dont l'innovation et le transfert de connaissances peuvent rendre l'exploration spatiale moins chère, elles devront se poser des questions difficiles à l'avenir si elles veulent continuer à participer à l'exploration spatiale de pointe.