Land & Joint Systems Chapitre 8 L’Homme dans l’Espace Thierry Midavaine Mai 2005

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1 Land & Joint Systems Chapitre 8 L’Homme dans l’Espace Thierry Midavaine Mai 2005 thierry.midavaine@fr.thalesgroup.com

2 2 Date and references Land & Joint Systems Sommaire 1.Introduction 2.Les véhicules 3.L’environnement spatial et l’homme 4.Mission vers Mars

3 3 Date and references Land & Joint Systems 1. L’homme dans l’Espace Demeure un exploit Depuis le 12 avril 1961 : ~200 hommes et femmes en orbite autour de la Terre, 27 hommes autour de la Lune dont 12 sur la Lune (1968-72) 437 jours en orbite dans Mir par Valeri Vladimirovitch (1994-95) 747 jours en trois missions pour Sergueï Vassilievitch Avdeïev ~15 morts Pourquoi l’homme doit il aller dans l’espace? 1.L’homme au service d’une mission 2.L’homme dans l’espace sujet de mission A quel prix ?

4 4 Date and references Land & Joint Systems 2. Les véhicules Le lancement et le retour sur Terre La fusée à usage unique Le lanceur réutilisable Freiner, pénétrer dans l’atmosphère, se poser sur terre ou sur la mer La sécurité

5 5 Date and references Land & Joint Systems Les véhicules et lanceurs pour l’homme Un véhicule de lancement et de retour sur Terre sûr et économique: 1967- Russie: Soyouz TMA 1981- USA: La navette spatiale 2004- Chine: La capsule Longue Marche Arrêt des programmes Bouranes, Hermes …

6 6 Date and references Land & Joint Systems Les navettes 1972 Lancement du programme Space Shuttle (Navette Spatiale) avec moteur. Les russes entreprendront le programme Bourane : un planeur accroché à une fusée qui sera abandonné pour raison de coût. Rockwell International réalisera 6 Navettes pour le compte de la NASA. Le premier proto étant uniquement destiné à la validation du domaine de vol et de son transport sur le dos d’un 747. Endeavour sera lancé en remplacement de Challenger Enterprise 1978 - 1981 Columbia 1981 - 2003 Challenger 1983 -1986 Discovery1984 – Atlantis1985 – Endeavour1989 – exploitation prévue jusqu’en 2020

7 7 Date and references Land & Joint Systems Le décollage Poussée totale de 3000 tonnes Deux boosters à poudre 1000 tonnes de Morton Thiokol Trois moteurs cryogèniques de 200 tonnes de poussée et un réservoire de 703 tonnes de propergoles Deux moteurs de changement d’orbite de 10 tonnes Moteurs de contrôle d’attitude L’orbiteur à une masse de 100 tonnes dont 30 tonnes de charge utile avec un équipage de 4 à 7 hommes et femmes. En 6min 30 la navette atteint l’altitude de 120km

8 8 Date and references Land & Joint Systems Le retour sur Terre Freinage pour passer de 28000 à 385 km/h Température de rentrée de 1500°C à 2300°C Protection de 34 250 tuiles de silice de 7,2 tonnes

9 9 Date and references Land & Joint Systems Les super-lanceurs La Delta IV Heavy (13 tonnes en orbite de transfert geosynchrone) évoluera afin d’avoir une capacité d’injecter une masse de 20 tonnes sur une trajectoire de libération vers la planète Mars.

10 10 Date and references Land & Joint Systems Les stations orbitales Saliout 1 – 7 exploitées de 1971 à 1985 (Saliout 7 sera occupée 1075 jours) pour des missions militaires, et scientifiques. Saliout 7 accueillera Jean Loup Chrétien le premier spationaute français. Skylab (USA) 1973 – 1974 (neuf mois) 77 tonnes MIR 1986 – 2000 constituée de 6 modules pour une masse totale de 140 tonnes qui accueillera 137 spationautes. ISS (alpha ou MIR2) 2000 à

11 11 Date and references Land & Joint Systems 3. L’environnement spatial et l’homme

12 12 Date and references Land & Joint Systems Les dangers mortels pour l’homme La cinématique du décollage, du vol orbital et du retour sur Terre Le vide Les rayonnements cosmiques Le vent solaire et ses éruptions Les ceintures de radiations de Van Allen Les micro-météorites et les débris

13 13 Date and references Land & Joint Systems Les problèmes physiologiques La nausée : le problème des vertiges et nausées est connu depuis les premiers vols Le rayonnement solaire hors atmosphère Difficulté de travailler en microgravité (perte de la force de réaction). Paresse des muscles (en particulier du cœur), perte de masse.

14 14 Date and references Land & Joint Systems Les effets du rayonnement sur l’homme Les rayonnements EM: UV, X et  La radioactivité : e -, p +, He 2+ … à haute énergie Principes d’action Microscopique Ionisation des atomes Altération des liaisons chimiques, de l’ADN et ARN entrainant la mort de la cellule Macroscopique Cancers (multiplication et croissance désordonnées des cellules) Mutations génétiques Radiodermites (brulures sur la peau, cloques) Stérilité Cataracte Effets hématologiques

15 15 Date and references Land & Joint Systems L’exposition de l’homme L’équivalent de dose ED en rem (roëtgen equivalent for man) ou en Sv (Sievert). Avec ED = D. FQ D la dose en rad ou en Gray, FQ facteur de Qualité (1 pour les X et , 10 neutrons, 20 pour les ions lourds) Par an est soumis à 0,24 rem ou 2,4 mSv (70% naturel, 30% médical) soit 10 9 ionisation par secondes. Une exposition de 450 rad sur le corps entraîne la mort avec une proba de 50% dans le mois. Une exposition maximale de 150rem sur un an et 25 rem sur un mois sont les limites d’exposition professionnelle.

16 16 Date and references Land & Joint Systems 4 cas d’exposition 1.Orbite basse A 300km la dose est de 0,1rem/jour Une éruption solaire majeure en orbite polaire peut induire une exposition de 100 rem 2.Sortie extravéhiculaire Exposition faible en orbite basse, par contre à haute altitude et hors champ magnétique terrestre la situation change : Qq mrem provenant des rayons cosmiques Pour une éruption solaire majeure de 20 à 300 rem par heure. 3.Mission sur la Lune (base protégée par 30cm de régalithe. Exposition de 6 à 15 rem par trimestre (suivant l’activité solaire) 4.Mission vers Mars Exposition de 50 rem par an pendant le voyage avec la protection de la structue et des réserves. Au retour: une exposition de 140rem par an qui peut être agravée par des irruptions solaires. Sur Mars on estime l’exposition de 10 à 20 rem avec la protection apportée par l’atmosphère.

17 17 Date and references Land & Joint Systems Le recrutement Avant la navette, recrutement entièrement militaire, pilotes sportifs caractères et psychologie compatible

18 18 Date and references Land & Joint Systems 4. Mission vers Mars

19 19 Date and references Land & Joint Systems Le Milieu volume de l’habitacle O 2 pression éclairage température Système de l’habitacle Les stocks nourriture plantes H 2 O O 2 Les rejets H 2 O O 2 CO 2 urines sels CH 4 Le retraitement La photosynthèse Générateurs de retraitement Générateur d ’O 2 par électrolyse de l ’eau L’énergie Panneaux solaires pile à combustible réacteur nucléaire Distillation des eaux usées

20 20 Date and references Land & Joint Systems Production d’électricité Panneau solaire Constante solaire 1/R 2 Rendement des cellules et vieillisement Pile à combustible Consommation d’hydrogène et d’oxygène Génération d’eau Pile atomique

21 21 Date and references Land & Joint Systems Production d’oxygène Distillation et électrolyse de l’eau usée

22 22 Date and references Land & Joint Systems L’exploration de la planète Mars Protection des hommes contre les radiations (au retour). L’aéro-capture Retour d’échantillons sur Terre (Mars sample return) Programme Aurora Pas avant 2030 Raccourcir le vol ?

23 23 Date and references Land & Joint Systems Conclusion Station permanente pour une production de valeur ajoutée… ??? Exploitation industrielle en orbite terrestre Manipulation de produits à haut risque pour la Terre. Exploitation des propriétes du milieu pour la production. Le tourisme La Lune ??? (exploitation de l’Helium3) L’exploration de Mars 2030 + Exploiter les ressources minières des astéroïdes et des comètes Explorer des mondes où  t = 2R/c rend les télémesures et télécommandes inappropriées pour le pilotage, guidage Un destin inéluctable de coloniser d’autres espaces !?! Vie d’une société humaine de manière autonome (biosphère 3???)