Mars Direct

Le plan prévoit plusieurs lancements utilisant des lanceurs lourds de taille similaire à la Saturn V des missions Apollo , potentiellement dérivés de composants de la navette spatiale . Cette fusée, baptisée « Ares », utiliserait des propulseurs d'appoint à propergol solide avancés de la navette spatiale , un réservoir externe modifié de cette dernière et un nouveau troisième étage à oxygène liquide/hydrogène liquide pour l' injection de la charge utile au-delà de l'orbite martienne. Ares placerait 121 tonnes sur une orbite circulaire de 300 km et enverrait 47 tonnes vers Mars.

Le véhicule de retour sur Terre est un engin à deux étages. L'étage supérieur abrite les quartiers d'habitation de l'équipage durant son voyage de retour de six mois depuis Mars. L'étage inférieur contient les moteurs-fusées et une petite unité de production chimique.

L'unité d'habitat martienne est un véhicule à deux ou trois ponts offrant un environnement de vie et de travail complet à un équipage. Outre des cabines individuelles assurant une certaine intimité à chaque membre d'équipage et un espace pour ses effets personnels, l'unité d'habitat martienne comprend un espace de vie commun, une petite cuisine, une salle d'exercice et des sanitaires avec système de purification d'eau en circuit fermé. Le pont inférieur constitue l'espace de travail principal de l'équipage : de petits laboratoires pour la recherche en géologie et en sciences de la vie, des espaces de stockage pour les échantillons, des sas pour accéder à la surface de Mars et une zone d'habillage où les membres d'équipage se préparent aux opérations de surface. Une protection contre les rayonnements nocifs, aussi bien dans l'espace qu'à la surface de Mars (par exemple, les éruptions solaires ), est assurée par un abri anti-tempête dédié, situé au cœur du véhicule.

L'unité d'habitat martienne comprendrait également un petit rover pressurisé, stocké dans la partie inférieure du module et assemblé à la surface de Mars. Propulsé par un moteur à méthane, il est conçu pour étendre la portée des missions d'exploration martienne des astronautes jusqu'à 320 km.

Depuis sa proposition initiale dans le cadre du programme Mars Direct, l'unité d'habitat martienne a été intégrée par la NASA à sa mission de référence pour la conception de Mars (Mars Design Reference Mission). Cette mission utilise deux unités d'habitat martienne : la première, sans équipage, est envoyée sur Mars et offre un laboratoire dédié, ainsi que la capacité d'embarquer un rover plus imposant. La seconde, avec un équipage, est entièrement aménagée en espaces de vie et de stockage.

Pour prouver la viabilité de l'unité d'habitat martien, la Mars Society a mis en œuvre le programme de stations de recherche analogues à Mars (MARS), qui a établi un certain nombre d'unités d'habitat martien prototypes à travers le monde.

En réponse à certaines critiques, Zubrin et Weaver ont développé une version modifiée de Mars Direct, appelée Mars Semi-Direct. Cette mission comprend trois engins spatiaux, dont un véhicule d'ascension martien (MAV). Le véhicule de retour (ERV) reste en orbite martienne pour le voyage de retour, tandis que le MAV, sans équipage, atterrit et produit les ergols nécessaires à la remontée vers l'orbite de Mars. L'architecture de Mars Semi-Direct a servi de base à plusieurs études, notamment aux missions de référence de la NASA.

Soumis à la même analyse de coûts que le rapport à 90 jours , le programme Mars Semi-Direct devrait coûter 55 milliards de dollars sur 10 ans, un montant compatible avec le budget existant de la NASA.

Mars Semi-Direct est devenue la base de la mission de référence de conception 1.0 de la NASA, remplaçant l' initiative d'exploration spatiale .

Le modèle de la NASA, appelé mission de référence de conception , dans sa version 5.0 au 1er septembre 2012, prévoit une mise à niveau matérielle significative (au moins trois lancements par mission, au lieu de deux), et envoie l'ERV sur Mars entièrement ravitaillé, le plaçant en orbite au-dessus de la planète pour un rendez-vous ultérieur avec le MAV.

Avec l'avènement potentiellement imminent de lanceurs lourds à bas coût , Zubrin a imaginé une mission habitée vers Mars à un coût considérablement réduit, grâce au matériel développé par la société de transport spatial SpaceX . Dans ce plan simplifié, un équipage de deux personnes serait envoyé sur Mars par un unique lancement de Falcon Heavy , le vaisseau Dragon servant d'habitat pour le voyage interplanétaire. Un espace de vie supplémentaire pourrait être ajouté, si nécessaire, grâce à des modules gonflables. Les problèmes liés à l'apesanteur prolongée seraient traités de la même manière que dans le plan Mars Direct de base : un câble reliant le vaisseau Dragon à l'étage TMI (Trans-Mars Injection) permettrait la rotation du vaisseau.

Les caractéristiques du bouclier thermique du Dragon permettraient une descente en toute sécurité si des fusées d'atterrissage suffisamment puissantes étaient disponibles. Des recherches menées au centre de recherche Ames de la NASA ont démontré qu'un Dragon robotisé serait capable d'atterrir de manière entièrement propulsée sur la surface martienne. Sur place, l'équipage disposerait de deux vaisseaux Dragon équipés de modules gonflables servant d'habitats, de deux véhicules de récupération d'énergie (ERV), de deux véhicules d'ascension martiens et de 8 tonnes de fret.

Les études de la Mars Society et de Stanford conservent le profil de mission initial à deux véhicules de Mars Direct, mais augmentent la taille de l'équipage à six personnes. Une étude de Donald Barker et de l'AIAA, intitulée Solar System Longboats, utilise également un système à deux véhicules et un équipage de six personnes, mais répartit celui-ci entre deux paires de véhicules identiques (chacune avec un équipage de trois personnes, mais capable de transporter les six en cas d'urgence), et ajoute un espace de vie gonflable et un abri anti-radiations à eau au véhicule de secours.

La Mars Society Australia a développé sa propre mission de référence Mars Oz , composée de quatre personnes , basée sur Mars Semi-Direct. Cette étude utilise des modules biconiques incurvés pour un atterrissage horizontal et repose sur l'énergie solaire et la propulsion chimique tout au long de la mission , tandis que Mars Direct et les modules DRM utilisaient des réacteurs nucléaires pour l'alimentation électrique en surface et, dans le cas des modules DRM, également pour la propulsion. La mission de référence Mars Oz se distingue également par l'hypothèse, fondée sur l'expérience acquise avec la Station spatiale internationale, que la gravité de rotation ne sera pas nécessaire.