Depuis le vol du soviétique Youri Gagarine en 1961, une douzaine d’Américains sont allés sur la Lune entre odyssée de l’espace1969 et 1972 et moins de 600 humains ont tourné autour de la Terre dans des stations spatiales en orbite basse.
Alors que les Etats-Unis préparent avec leur programme Artemis un retour sur la Lune en 2027, plus d’un demi-siècle après la dernière mission Apollo et que la Station Spatiale Internationale (ISS) approche de sa fin de vie, il est temps de dressera un bilan d’un demi-siècle de vols spatiaux habités. On reviendra ici sur les motivations de ces programmes et sur ce qu’ils ont apporté à l’économie, à la technologie, à la science, … et on évoquera les perspectives.
Revenons sur l’histoire du vol spatial habité. Au départ, il y avait les rêveurs :
Ensuite il y a eu les prophètes, et d’abord le russe Constantin Tsiolkovski (1857-1935) dont on connait la célèbre citation : « La Terre est le berceau de l’humanité, mais on ne passe pas sa vie entière dans son berceau ».
Il y eut enfin les politiques et les ingénieurs :
Le premier vol spatial habité fut celui de Youri Gagarine le 12 Avril 1961 dans le contexte de la rivalité spatiale USA-URSS. Ce qu’on a appelé « la conquête de l’espace » était une composante majeure de la guerre froide entre les deux grandes puissances de l’époque. Dans l’imagerie populaire associée à cette rivalité, le cosmonaute soviétique incarnait l’homme nouveau et la supériorité du système communiste, tandis que l’astronaute américain était l’éclaireur ou le pionnier en route vers une nouvelle frontière à conquérir, l’espace, version moderne du « go west, young man ! ».
Quelques étapes au cours des années 60 jalonnèrent cette compétition :
- la première femme dans l’espace (Vostok, URSS 1963),
- le premier vol en équipage (Voskhod, URSS 1964),
- la première sortie extravéhiculaire (Voskhod, URSS 1965),
- le premier rendez-vous en orbite (Gemini, USA 1965).
Si les Soviétiques réussirent le premier retour automatique d’échantillons lunaires en 1970 lors de la mission Luna 16, qui fut suivie par Luna 20 en 1972 et Luna 24 en 1976, ils furent battus dans la compétition qui les opposait aux Américains pour être les premiers à déposer des hommes sur la Lune : en Juillet 1969, le succès de la mission Apollo 11 mit fin à cette course à la Lune. 6 missions Apollo se sont posées sur la Lune entre 1969 et 1972.
Les Soviétiques se recentrèrent ensuite sur l’occupation permanente de l’orbite basse avec le premier vol de longue durée (Saliout 1, URSS 1971) puis les stations orbitales, de Saliout 1 (1971) à Saliout 7 (1982-1991) puis MIR (1986-2001). L’objectif des stations spatiales soviétiques était d’apprendre à vivre et travailler en environnement spatial afin de préparer de futures missions habitées dans l’espace lointain.
Après l’éphémère station spatiale américaine Skylab (1973-1974) et le rendez-vous orbital entre un vaisseau américain Apollo et un vaisseau russe Soyouz en 1975, qui marqua la fin du programme Apollo, les USA se consacrèrent au programme de navette spatiale (1981-2011) et au développement de la Station Spatiale Internationale (ISS).
La navette spatiale avait été imaginée comme un véhicule à tout faire, aussi bien pour desservir une station orbitale comme la future ISS que pour accomplir des missions autonomes comme l’emport dans sa soute d’un module laboratoire de type Spacelab ; celui-ci devait voler une trentaine de fois entre 1981 et 2000.
Le programme ISS avait été initié sous la présidence Reagan en 1984, avec une invitation lancée aux alliés des USA pour qu’ils rejoignent le projet. En 1985, l’Europe, le Canada, le Japon décidaient de participer. Par ailleurs un accord de coopération spatiale USA – Russie fut signé en 1993 après l’effondrement de l’URSS, qui se matérialisa d’abord par des opérations conjointes Shuttle – MIR (1994-1998) puis par la participation de la Russie à l’ISS. La station est composée de deux ensembles, les modules américains plus l’européen et le japonais d’une part, les modules russes d’autre part.
La construction de l’ISS débuta en 1998 et son assemblage fut terminé en 2011. La desserte était assurée par le lanceur russe Soyouz avec les véhicules Soyouz (transport d’équipages) et Progress (transport de fret), et par la navette spatiale US jusqu’à l’arrêt de celle-ci en 2011. Sans moyen autonome d’accès à l’ISS et pour ne pas dépendre des Russes, les Américains lancèrent le programme COTS (Commercial Orbital Transportation Services, Service de transport commercial orbital), afin de confier à des acteurs privés la desserte de l’ISS. Depuis 2020, ils disposent des véhicules Dragon et du lanceur Falcon de la société Space X. Les opérations de l’ISS, qui devaient s’arrêter en 2024, ont été prolongées jusqu’en 2030.
Après le refus des Etats-Unis d’une participation chinoise à l’ISS, la Chine a développé son propre programme de station orbitale. Lancée en 2021 la station orbitale Tian Gong est desservie par les véhicules Shen Zhou (transport d’équipages) et Tian Zhou (transport de fret).
A quoi sert l’ISS ?
Les occupants de l’ISS passent la plus grande partie de leur temps à la maintenance du complexe orbital et à l’entretien de leur forme physique. Ils font aussi beaucoup de com[1] !
Est-ce un observatoire permanent de la Terre et de l’espace ? Les satellites automatiques font aussi bien ou mieux, et en continu, pour beaucoup moins cher.
Est-ce un grand laboratoire en orbite ? Il faut souligner ici que la recherche scientifique n’était pas l’objectif premier de l’ISS. À l’origine, son but était essentiellement politique. Dans une vision optimiste, c’est un grand projet technologique en coopération internationale. Dans une vision pessimiste, il s’agit pour les USA d’assécher les ressources consacrées à l’espace par leurs partenaires qui sont aussi leurs concurrents.
Cependant l’ISS constitue pour les scientifiques une opportunité pour réaliser certaines expériences utilisant les conditions de micropesanteur à bord (voir encadré).
Qu’est-ce que la micropesanteur ?
Imaginons que je monte en haut d’une tour très haute et que je lance une pierre droit devant moi. Elle décrit une courbe (un arc de parabole) avant de rencontrer le sol. Si je donne à la pierre une vitesse horizontale de plus en plus élevée, elle atterrira de plus en plus loin. Au-delà d’une certaine valeur de la vitesse, sa trajectoire ne rencontrera plus la surface de la Terre et sa chute ne s’arrêtera pas : elle orbitera autour de la Terre. De la même façon le mouvement, sous l’effet de la seule force de gravité, d’un vaisseau spatial en orbite terrestre est une chute libre permanente. À l’intérieur du vaisseau tous les objets tombent de la même façon, quelle que soit leur masse. Ils flottent donc librement comme si la pesanteur avait disparu. Ils sont en micropesanteur (en anglais « microgravity »)[2].
Cette quasi absence de pesanteur effective agit surtout sur les phases fluides. En effet au sol le comportement des fluides est fortement réglé par les effets de la pesanteur. Il devient possible d’étudier en micropesanteur des phénomènes physiques masqués en pesanteur normale.
Cela concerne notamment :
- le transport de matière et de chaleur dans les fluides (en pesanteur normale la convection l’emporte sur la diffusion),
- la forme des interfaces entre un fluide et une autre phase (principalement régie au sol par les forces de capillarité),
- la dynamique de séparation de phases (e.g. eau – huile).
Ces travaux ont des applications dans la gestion des fluides dans les systèmes spatiaux. Les expériences en micropesanteur intéressent aussi certains thèmes en physique de la matière condensée comme la croissance cristalline et la solidification des alliages. Cependant en créant un bruit mécanique la présence et l’activité des astronautes à bord perturbe les expériences de physique, qui préfèreraient un vaisseau inhabité (ce qui impliquerait aussi moins de contraintes de sécurité).
Par ailleurs les vols orbitaux de longue durée ont à l’évidence des applications en médecine spatiale afin de mieux connaître le comportement de l’organisme en micropesanteur et mettre au point des techniques d’adaptation dans la perspective d’éventuelles futures missions interplanétaires :
- les tissus de soutien (déminéralisation des os, fonte musculaire),
- le système cardiovasculaire (la distribution du sang dans l’organisme),
- le système neurosensoriel (équilibre postural, orientation dans l’espace, conflits sensoriels et mal des transports).
Quel est le bilan scientifique de l’ISS ? Après des débuts incertains, l’ISS a permis de réaliser des travaux de qualité mais a cependant produit peu de résultats scientifiques de tout premier plan.
L’ISS a-t-elle rapporté des retours économiques ? Dans les années 80, certains évoquaient les milliards de dollars qui seraient générés par la fabrication dans l’espace de matériaux nouveaux ou améliorés (on parlait des futures « usines de l’espace » !). Ces promesses n’ont pas été tenues, mais l’industrie aérospatiale a obtenu de juteux contrats de développement. C’est comme à l’époque de la ruée vers l’or, où seuls les vendeurs de pelle (et aussi les tenanciers de saloon) se sont enrichis !
Pourquoi le vol spatial habité ?
Revenons maintenant à notre propos. Pourquoi le vol spatial habité ?
On peut avancer des motivations irrationnelles ou sportives ou mystiques : parce que c’est le propre de notre espèce d’aller voir ailleurs si l’herbe est plus verte, ou parce que l’espace est là et parce que c’est difficile, ou encore parce que la « destinée manifeste » de l’humain est de coloniser le système solaire, puis la galaxie, puis l’univers entier.
Ou bien des motivations écologiques (?) : parce qu’il faudra chercher un refuge pour l’humanité quand la Terre sera devenue inhabitable (voir le film Interstellar). Vu la dégradation rapide de notre environnement au cours des deux derniers siècles, et étant donné que le système stellaire le plus proche (alpha Centauri) est à 4 années-lumières de la Terre et qu’on n’a pas jusqu’à présent détecté de planète indubitablement habitable dans l’univers proche[3], imaginer un exode des Terriens n’est pas crédible.
Ou encore des motivations technologiques et économiques : le secteur spatial permet de développer et d’entretenir des capacités technologiques et une industrie performante. Cependant, les retombées technologiques directes du vol spatial habité sont modestes, et se seraient sans doute produites de toutes façons.
Et même des motivations scientifiques, mais ce n’est pas l’objectif principal. Le retour scientifique des missions spatiales automatiques est sans commune mesure avec celui des missions spatiales habitées.
Les motivations politiques et médiatiques constituent l’objectif principal : il s’agit pour un pays de montrer son savoir-faire et de gonfler la fierté nationale. On a rappelé plus haut la rivalité spatiale Etats-Unis URSS dans le contexte de la guerre froide et on a souligné à propos de l’ISS que son objectif premier était politique. L’importance majeure de cette composante politique transparait dans le rapport américain de 2009 “Review of United States Human Space Flight Plans Committee” ou rapport Augustine, du nom du rapporteur du groupe de travail qui l’a élaboré. Les objectifs du rapport étaient de définir les orientations des futurs programmes US de vols habités. Or, il n’en fournit aucune justification explicite (il s’attache à la question du comment le faire et non pas du pourquoi le faire). Il n’identifie pas non plus de destination privilégiée (la Lune, Mars, des astéroïdes géocroiseurs). Il transparait cependant une motivation implicite : il s’agit de mettre en œuvre un grand programme technologique international, bien entendu sous leadership US.
Cependant, on s’efforce sur Terre de réduire autant que possible l’intervention humaine dans les environnements dangereux tels que les grands fonds océaniques ou l’industrie nucléaire. Or l’espace est un milieu particulièrement hostile. Avec les progrès considérables de l’intelligence artificielle et de la robotique, y envoyer des humains sera de moins en moins pertinent.
De plus, le vol spatial habité coûte TRES cher (voir encadré), alors que les défis globaux auxquels l’humanité doit désormais faire face, à commencer par le défi climatique, devraient mobiliser les énergies.
Quelques éléments de coût :
- opération et utilisation de l’ISS : de l’ordre de 300 M€/an pour l’Europe (Conseil Ministériel de l’ESA à La Haye en 2008) et 8 % des droits
- mission robotique au sol de la Lune : 500 à 600 M€ (estimation DLR)
- mission robotique au sol de Mars (Curiosity, Perseverance, ExoMars) : de l’ordre de 1 G€
- retour d’échantillons de Mars (mission robotique) : 3 à 5 G€ à partager entre l’Europe et les USA (estimation du groupe de travail i-Mars)
- développement et réalisation d’une mission habitée à la surface de la Lune : 60 à 80 G€ (estimation CNES)
- développement et réalisation d’une mission habitée à la surface de Mars : 600 à 800 G€ (estimation CNES)
- développement d’une capacité européenne autonome de vol habité vers l’orbite basse : 10 à 15 G€ sur 10 ans + opérations (estimation CNES)
La coopération internationale
La coopération internationale est organisée à travers divers forums et groupes de travail spécialisés tels que l’International Mars Exploration Working Group (IMEWG) et l’International Lunar Exploration Working Group.
L’International Space Exploration Coordination Group (ISECG) est un club de 14 agences spatiales visant à élaborer une stratégie coordonnée d’exploration habitée, « a Shared Roadmap for Expanding Human Presence into the Solar System » selon ses termes de référence. L’ISECG a élaboré un document : Global Exploration Roadmap dont la dernière version, publiée en Janvier 2018, a été complétée en Octobre 2022. Ce groupe, de facto dominé par les USA, a identifié la Lune comme objectif à court terme.
On peut aussi mentionner l’International Space Exploration Forum (ISEF), un forum international censé se tenir au niveau politique, c’est-à-dire au niveau des ministres en charge du spatial, afin de s’accorder sur une approche commune en matière d’exploration spatiale. Cependant les intérêts et les motivations des participants sont trop différents pour qu’il en sorte autre chose que des idées générales.
Perspectives
Un programme de vols habité qui se limiterait à l’occupation de l’orbite basse n’aurait guère d’intérêt. Le seul objectif réalisable à court/moyen terme est un retour durable à la Lune. C’est l’objet du programme américain Artemis auquel participe l’Europe, le Canada et le Japon. Au plan scientifique, la Lune n’est pas dénuée d’intérêt, qu’il s’agisse de la science de la Lune ou de science sur la Lune[4]. L’objectif pourrait être l’installation d’une base lunaire, ou d’un ensemble de bases coopératives, sur le modèle des stations antarctiques. Elles seraient sans doute visitables, plutôt qu’habitées en permanence, avec une grande part de robotique, et fonctionneraient idéalement dans le cadre d’un programme réellement international, incluant les partenaires de l’ISS et aussi la Chine, l’Inde, etc mais est-ce réaliste ? Peut-on aussi envisager une exploitation des éventuelles ressources lunaires à des fins économiques ? Les milliards de dollars des « usines de l’espace » évoquées plus haut incitent à la prudence. Il n’est d’ailleurs pas évident que ce soit compatible avec le Traité de l’Espace de 1967[5].
Après la Lune, Mars ?
Après la Lune, la seule planète du système solaire qui semble possiblement accessible aux humains, bien que dans un futur encore indéterminé, est Mars, dont l’histoire géologique, climatique, et éventuellement biologique, en font un objectif scientifique majeur. Mais un vol habité vers Mars n’est pas réalisable à court terme[6] alors que l’exploration de la planète par des robots est extrêmement fructueuse pour un coût relativement modeste.
Y a-t-il d’autres destinations pour d’éventuelles missions habitées dans le système solaire ? On peut penser à une mission dans l’espace proche vers un astéroïde géocroiseur, mais, sauf à en faire une mission précurseur de missions habitées vers Mars destinée à tester certaines étapes clés, il n’y a aucune valeur ajoutée de l’homme par rapport au robot. On peut aussi penser à certains satellites des planètes géantes comme Titan, satellite de Saturne, ou Europe, satellite de Jupiter, au terme d’un très long voyage de plusieurs années. D’ailleurs, on ne se déplace pas aisément dans le système solaire. Il y a des fenêtres de lancement dépendant des positions respectives des planètes de départ et d’arrivée, et les missions dans l’espace lointain suivent toujours des trajectoires complexes utilisant l’assistance gravitationnelle d’autres planètes afin de faire des économies substantielles d’ergols et donc de masse embarquée.
Le tourisme spatial. Le vol habité pour tous ?
Au cours des années récentes, plusieurs initiatives privées lancées par des pontes de la High Tech américaine veulent permettre à des particuliers de connaître le frisson d’accès à l’espace, bien qu’il s’agisse plutôt d’un saut de puce dans la stratosphère[7]. C’est un loisir de milliardaire. C’est aussi un gaspillage considérable de ressources et une aberration pour l’environnement. En résumé, le tourisme spatial est activité indécente, mais qui restera heureusement marginale.
Conclusion
A la suite d’un changement ou d’une révélation qui bouleverse nos habitudes d’agir ou de penser, nous réagissons en traversant en général plusieurs phases. Après le choc initial vient d’abord une phase de déni, pendant laquelle nous refusons de voir le changement et nous cherchons à nous accrocher à la vision présente. Ensuite, quand il ne nous est plus possible de persister dans le déni, la peur nous étreint, ou la révolte. Nous envisageons alors des stratégies de contournement à travers lesquelles nous nourrissons l’espoir que le changement pourrait encore être évité. Puis vient la dépression à constater la vanité de cet espoir, et enfin l’acceptation et la résignation. Ici, c’est notre finitude que nous devons accepter. Nous savons que notre vie en tant qu’individu est limitée dans le temps et il est permis de penser que notre existence en tant qu’espèce est aussi limitée dans le temps[8]. Nous devons désormais accepter qu’elle soit également limitée dans l’espace. Le vol spatial habité est une tentative pour sortir des limites de notre planète mais nous resterons à jamais prisonniers de la Terre et de son voisinage proche.
[1] Voir https://bonneviller.blog/thomas-pesquet-s-est-gratte-le-nez-a-bord-de-l-iss/
[2] En toute rigueur, seul le centre de masse du vaisseau est en chute libre sous l’effet de la gravité. Un point distant du centre de masse ressent des forces d’inertie. De surcroît le vaisseau subit des forces non gravitationnelles comme le frottement atmosphérique résiduel. C’est pourquoi on ne doit pas parler d’apesanteur ou d’impesanteur mais de micropesanteur.
[3] Voir https://bonneviller.blog/a-la-recherche-de-planetes-habitables/
[4] Voir https://bonneviller.blog/une-base-lunaire-reellement-internationale-devrait-etre-le-prochain-objectif-des-vols-spatiaux-habites/
[5] « Traité sur les principes régissant les activités des États en matière d’exploration et d’utilisation de l’espace extra-atmosphérique, y compris la Lune et les autres corps célestes ».
[6] Voir https://bonneviller.blog/chronique-martienne-le-fantasme-de-lhomme-sur-mars/
[7] Voir https://bonneviller.blog/tourisme-spatial-on-decolle-a-pleins-tubes/
[8] Comme les autres espèces qui ont peuplé la Terre, à moins que la nôtre ne réussisse à maîtriser sa propre évolution, comme en rêvent les transhumanistes. Mais son ubris peut aussi provoquer son extinction, voir https://bonneviller.blog/l-atlantide-c-est-nous/ et https://bonneviller.blog/un-homo-pas-si-sapiens/