(Image: © NASA)
Rod Pyle est un auteur, journaliste et historien de l'espace qui a écrit treize livres sur l'histoire, l'exploration et le développement de l'espace pour de grands éditeurs publiés en sept langues. Il est le rédacteur en chef du magazine Ad Astra, la publication trimestrielle imprimée de la National Space Society, et ses articles ont souvent été publiés dans Space.com, Live Science, Futurity, Huffington Post et Wired.
Dans son dernier livre "Espace 2.0, "sorti aujourd'hui (26 février), Pyle donne un aperçu de ce qui va suivre pour l'exploration spatiale, l'extraction des ressources et la colonisation. Cet extrait du chapitre 14," Truck Stops in Space ", explique comment l'infrastructure sera essentielle à l'expansion humaine. au-delà de la Terre.
Lisez l'extrait:
Infrastructure n'est pas un mot très excitant. En termes de priorités d'un responsable de la publicité, il n'a absolument rien du flash et de l'éblouissement d'un lancement de fusée ou des premières bottes sur Mars. Mais quand on discute de la nouvelle ère du vol spatial et des nouvelles opportunités commerciales qui se présentent, c'est tout. L'infrastructure rendra le développement et l'installation de l'espace abordable et routinier. C'est la seule voie sérieuse à suivre. C'est pourquoi de nombreuses personnes du secteur spatial en parlent avec une telle passion. L'infrastructure est ce dont il s'agit.
Donc qu'est-ce infrastructure spatiale, exactement? Peut-être qu'une métaphore s'impose. L'infrastructure spatiale ressemble beaucoup aux services qui rendent votre vie quotidienne vivable dans la société moderne. Lorsque vous vous levez le matin, vous actionnez un interrupteur d'éclairage - l'alimentation électrique qui fait partie de l'infrastructure. Prendre une douche? L'eau sanitaire est une infrastructure. Faire sortir la voiture du garage pour aller au travail? Les routes et les autoroutes sont des infrastructures. Vous avez eu l'idée. Le gaz pour lequel vous vous arrêtez, le Starbucks au volant et Internet qui vous envoie les 113 courriels que vous parcourez lorsque vous arrivez au travail - tous font partie de l'infrastructure de la vie quotidienne.
Bien sûr, les éléments spécifiques de l'infrastructure spatiale qui seront nécessaires dépendent de la façon dont nous procédons. On pourrait d'abord construire des dépôts de carburant en orbite, ou peut-être des bases en orbite pour la construction de structures gigantesques. Des entreprises privées envisagent de construire des hôtels en orbite. Aux États-Unis et en Chine, des groupes industriels et universitaires étudient des satellites à énergie solaire qui pourraient fournir de l'énergie pour des opérations dans l'espace ainsi que pour des utilisations sur Terre. Certains concepts de mission dans l'espace lointain nécessiteront des stations intermédiaires pour l'assemblage de navires à destination de Mars et au-delà. Les flottes de fusées réutilisables construites par SpaceX, et bientôt ULA et Blue Origin, font également partie de l'infrastructure spatiale. Ce ne sont que quelques exemples.
L'espace est une industrie tellement immature que l'idée d'une infrastructure satisfaisante est relativement basique. Au lieu de l'autoroute fraîchement pavée, nous prendrons une autoroute à deux voies. Nous avons encore besoin de carburant, mais nous nous contenterons du régulier au lieu du premium. Pas de collations ou de boissons énergisantes de cinq heures nécessaires - donnez-nous simplement l'essentiel pour faire prospérer cet effort. Essentiellement, nous avons besoin de l'équivalent de bureaux de base, d'hôpitaux, d'hôtels, de stations-service, de ruelles et d'arrêts de camions en orbite terrestre et au-delà. Dans la nouvelle ère spatiale, si nous voulons aller au-delà du modèle expéditionnaire de l'exploration spatiale humaine - de courts voyages pour découvrir d'autres mondes, puis un retour à la maison - une infrastructure robuste sera cruciale. Si nous souhaitons étendre la portée de notre espèce au-delà de la Terre, pour vivre et travailler dans l'espace, l'infrastructure est, après des capacités de lancement abordables, la prochaine étape critique dans le règlement de l'espace. Et pour Space 2.0, les participants qui construisent cette infrastructure espèrent que cela leur rapportera un profit au fil du temps, essentiel à l'investissement privé.
La National Space Society a lancé son Space Settlement Summit en 2017, et c'est maintenant un événement annuel. La première année, plusieurs des meilleurs penseurs ont imaginé et mis en œuvre Space 2.0, y compris des entrepreneurs privés, des dirigeants de la NASA, des responsables militaires et des particuliers de la communauté des investisseurs. Ils n'étaient pas là uniquement pour discuter de l'espace colonies - avant-postes humains dans l'espace - mais aussi des problèmes liés à l'infrastructure nécessaire pour permettre l'espace règlement - le développement de l'espace sous de nombreuses formes, à la fois robotiques et humaines, pour le bénéfice mondial. Les deux sont inextricablement liés.
Comme tant de sujets dans Space 2.0, il peut être plus facile d'envisager des objectifs éloignés plutôt que immédiats. Nous voulons que les dépôts de carburant dans l'espace, l'extraction des ressources fournissent ce carburant, la fabrication à l'aide d'autres ressources in situ, les avant-postes, les stations, les communautés et bien plus encore. Mais les premières étapes pour atteindre ces objectifs sont les plus épineuses.
Les humains ont passé les six dernières décennies à faire des tirets expéditionnaires dans l'espace. Il y a eu ces premières incursions en orbite. le saut vers la lune . puis près de cinquante ans en orbite autour de la Terre, à la fois dans les stations et les engins spatiaux. Mais rien de tout cela n'est une véritable infrastructure. La navette spatiale n'avait qu'une réutilisation limitée. Même l'ISS est une étape intermédiaire et uniquement utilisable via un réapprovisionnement continu à partir de la Terre. Le but ultime de l'infrastructure spatiale est la disponibilité continue des actifs et des ressources nécessaires pour vivre et travailler dans l'espace, sources spatiales - l'eau et les matériaux de construction de la lune et des astéroïdes, par exemple.
L'une des principales conclusions du Space Settlement Summit était qu'aucune réponse unique ne pouvait permettre une infrastructure spatiale. Il existe une variété de plans et d'idées, et nous devons collecter et convenir du meilleur sous-ensemble disponible et tracer la voie à suivre.
L'entrepreneur de la NASA et cadre du NSS, Bruce Pittman, a résumé l'importance des infrastructures au début de la procédure: "L'idée est d'entamer un dialogue sur la façon de travailler au sein du système solaire pour les cinquante prochaines années. Il faudra plus que des fusées, alors élargissons la Nous devons parler de l’économie de l’espace lointain. Nous savons comment gagner de l’argent sur GEO - orbite terrestre géosynchrone - comment pouvons-nous clôturer le dossier commercial au-delà de cela?
Cette déclaration formulait une question importante à laquelle était confrontée toute la communauté spatiale, mais en particulier les non-scientifiques. Je dis cela parce que nous pouvons toujours formuler une justification pour aller dans l'espace pour science - La NASA, l'ESA et le Roscosmos russe le font depuis des décennies. Mais la science spatiale a toujours été soutenue par le gouvernement et les contribuables, et n'est pas intrinsèquement axée sur le profit, bien que les retombées du développement technologique qu'il génère sont tangibles. Affaires dans l'espace augmentera les rendements économiques de façon mesurable. En effet, le secteur des télécommunications à lui seul a fait des milliards de dollars en orbite, mais pour déplacer l'humanité plus profondément dans l'espace et lui permettre de rester, un modèle économique solide est essentiel - le terme "économie de l'espace lointain" dit tout.
Dans les premiers stades, cela signifie utiliser les ressources les plus faciles à atteindre de la manière la plus simple. Eau du sol lunaire et dépôts de glace possibles sur la Lune, ainsi que l'eau contenue dans les astéroïdes, peuvent potentiellement être utilisés pour le carburant, l'eau potable, l'air respirable et le carburant de fusée. Les dépôts de glace martienne et son atmosphère contiennent les composants nécessaires pour les mêmes produits. Le sol lunaire, astéroïde et martien peut tous être exploités pour créer des briques, du béton et des structures imprimées en 3D. Le métal, le verre et d'autres éléments peuvent également être extraits de chacun de ces corps. Les travaux en cours à l'ISS et dans les installations de recherche du monde entier ont démontré que les plantes comestibles peuvent être cultivées et produites en apesanteur et sur d'autres planètes, avec les techniques appropriées. Avec des stocks suffisants de semences et quelques sources améliorées de nutrition adéquate, la nourriture ne devrait pas poser de problème majeur.
Donc, si nous envisageons un moment où nous aurons permis le développement de ces fournitures de base, nous pouvons envisager la prochaine étape. Pittman a ensuite discuté d'un avenir où ces ressources auraient été extraites et stockées dans des dépôts de carburant. "Si j'ai un surplus de marchandises, je peux commencer à les vendre à d'autres personnes", a-t-il expliqué. "C'est ainsi que vous faites avancer la frontière, et le processus continue. Ce que nous voulons savoir maintenant, c'est comment y parvenir au moindre coût et avec le plus de flexibilité."
Soyons plus précis sur ce que cela signifie vraiment. Il n'est pas surprenant que de nombreuses personnes intelligentes réfléchissent à diverses parties de l'infrastructure spatiale à grande échelle depuis des décennies à la NASA, dans les entreprises aérospatiales et dans les universités. Mais le financement de Space 2.0 est limité et de nouvelles initiatives à l'échelle du programme d'atterrissage lunaire Apollo sont peu probables. Les navettes spatiales coûteuses financées par les contribuables appartiennent au passé et il est peu probable que nous construisions une autre station spatiale de 150 milliards de dollars avec les impôts. Les programmes d'infrastructure tentaculaires entrent dans la même catégorie - le financement gouvernemental à lui seul ne sera pas suffisant. Un nouveau modèle doit être trouvé pour faciliter la construction de cette infrastructure. Bien que la création d'une infrastructure précoce dépendra sans aucun doute de l'argent de la NASA, probablement via des partenariats commerciaux tels que les accords commerciaux de la NASA pour réapprovisionner l'ISS, l'investissement privé fera finalement avancer ce processus.
Un exemple de ce type de partenariat a été présenté à la conférence par George Sowers, ancien vice-président de l'ULA et actuellement professeur à la Colorado School of Mines. Le plan dont il a parlé est appelé CisLunar-1000, L'initiative de l'ULA visant à faire vivre et travailler 1 000 personnes dans l'espace d'ici 2045 dans une économie autonome. Le plan est centré sur le remorqueur spatial ACES, dont vous vous souviendrez peut-être au chapitre 9. ACES pourrait être utilisé pour transporter des fournitures - air, eau, carburant, etc. - de l'endroit où il est extrait dans l'espace jusqu'à celui où il est le plus nécessaire, puis stocké dans les dépôts. Certains de ces dépôts seront en orbite autour de la Terre, d'autres par la Lune et certains éventuellement près et sur Mars.
"Il y a [environ] dix milliards de tonnes d'eau sur les pôles lunaires. Nous pouvons commencer par des services de ravitaillement", a expliqué M. Sowers. L'eau provenant de sources lunaires serait transformée en combustible, puis stockée. "Cette disponibilité de carburant prévoit des routes commerciales utilisant ACES et XEUS." XEUS est un atterrisseur lunaire robotique qui pourra transporter des fournitures utiles de la surface lunaire aux dépôts de stockage.
Alors que les entrepreneurs spatiaux étudient les moyens d'extraire, de transporter et de stocker ces ressources, cela peut finalement s'avérer trop risqué, même pour les milliardaires sans partenariats gouvernementaux. Lori Garver, ancienne administratrice adjointe de la NASA, estime que les partenariats du gouvernement avec l'industrie privée sont un bon moyen d'encourager la croissance du secteur. "Je suis un grand partisan de la démocratie et du capitalisme, et les étendre dans l'espace est une idée fabuleuse."
Certains peuvent voir une contradiction dans les termes ici - pourquoi le gouvernement et, en fin de compte, les contribuables devraient-ils financer ou cofinancer ces efforts uniquement pour apporter des bénéfices aux sociétés à l'avenir? Garver répond avec élégance à cette question: "Comme nous l'avons vu dans notre société capitaliste, le gouvernement investit dans des choses difficiles, élimine une partie du risque et permet au secteur privé d'entrer et d'ouvrir de nouveaux marchés. Cela fera des vols spatiaux plus compétitif et signifie que nous allons dans l'espace en tant que civilisation en tant que société juste et démocratique. Donc pour moi, un programme spatial du futur ne cesse d'élargir l'enveloppe tandis que les secteurs privés entrent et construisent derrière, et parfois sautent un peu à venir, mais ils sont en fait symbiotiques. " Et, poursuit-elle, lorsque les préoccupations privées élargissent cette infrastructure, les avantages économiques reviennent finalement à la nation qui les a financés, comme ce fut le cas pour les chemins de fer au XIXe siècle et les compagnies aériennes au XXe.
Nos expériences sur Terre ont démontré que la concurrence entre entités, commerciales ou non, stimule l'innovation et la croissance. Les entreprises spatiales seront les mêmes - la concurrence entre les entreprises, grandes et petites, offrira un accès abordable à l'accès, à la vie et au travail dans l'espace, et bénéficiera en fin de compte aux économies nationale, puis mondiale. Malgré les milliards investis par des gens comme Musk et Bezos, le gouvernement aura toujours un grand rôle à jouer, aux États-Unis et à l'étranger.
La NASA représente l'avant-garde de ce type de partenariat public-privé. Aucune autre agence spatiale nationale n'a été confrontée à l'essor d'un secteur entrepreneurial aux niveaux qui se sont produits aux États-Unis. Comme nous l'avons vu, cela s'est déjà traduit par des collaborations innovantes et enrichissantes. Mais la relation entre la NASA, les sociétés aérospatiales traditionnelles et les entrepreneurs présente un point idéal. Identifier le bon mélange sera l'un des défis les plus profonds pour la NASA, et pour les gouvernements d'autres nations spatiales, au cours de la prochaine décennie ou deux.
L'implication est que la NASA continuerait de passer d'une agence «nous gérons toutes les grandes entreprises américaines de science spatiale et de vols spatiaux humains» à une «nous travaillons avec vous dans l'espace en faisant d'abord les choses difficiles et en investissant dans le secteur privé pour faire le repos "organisation. La NASA a toujours embauché des entrepreneurs externes - les sociétés aérospatiales traditionnelles - pour construire la plupart de son matériel spatial. Jusqu'au XXIe siècle, cela se faisait principalement avec des contrats à prix coûtant majoré - les entrepreneurs sont payés pour leurs dépenses liées à l'exécution du contrat, puis versés une somme supplémentaire pour leur permettre de réaliser des bénéfices.
Au cours de la dernière décennie, la NASA a déplacé une partie de ses achats de ce modèle vers ce qu'on appelle des «contrats à prix fixe», ainsi que d'autres accords similaires, pour travailler de manière améliorée avec SpaceX et Boeing afin de transporter des astronautes vers l'ISS. L'objectif est de partager les risques et les récompenses, et d'inciter les entrepreneurs à investir davantage de leurs propres ressources dans le développement de nouvelles technologies spatiales. Cela permet à la NASA de sous-traiter des tâches de routine, telles que l'exploitation de l'ISS, le lancement de fusées et, à terme, la création de dépôts pour les carburants dérivés de l'espace. La NASA peut ensuite poursuivre les missions spatiales plus exotiques orientées vers la science et l'exploration - à la fois robotiques et en équipage - avec lesquelles elle a connu un tel succès par le passé.
L'idée que la NASA devrait contribuer à soutenir le développement des infrastructures spatiales avec des accords de coopération a un large soutien. La question est alors de savoir comment réaliser au mieux ce type de collaboration. À quoi ressemblerait une telle infrastructure dirigée par la NASA? Comment les dollars de la NASA sont-ils dépensés par rapport à l'investissement privé? Où s'arrêtent les missions de la NASA et où commencent les missions privées et entrepreneuriales? Qui en profite et comment?
Bill Gerstenmaier, administrateur associé pour l'exploration humaine et les opérations de la NASA, suggère un plan pour mélanger les actifs de la NASA et ceux de l'industrie privée. "Si quelqu'un veut construire un atterrisseur, j'ai l'infrastructure. Si j'ai une capacité d'habitation, comme un Capsule d'Orion, Je peux alors potentiellement utiliser le transport de marchandises du secteur privé vers et depuis une installation sur la lune. J'ai toutes les pièces d'infrastructure qui permettront à quelqu'un d'autre, pour le prix d'un atterrisseur, d'avoir une capacité de surface lunaire. Ensuite, nous ferions équipe avec eux. pour aller et venir de la lune. Cela permet à la NASA d'acquérir plus d'expérience à la surface de la lune. Je n'ai donc pas à payer pour cela dès le départ; cela est couvert par les intérêts d'une autre partie qui veut faire des choses là-bas. C'est notre approche générale. "
Dans ce modèle, la NASA fournit les parties d'une entreprise qu'elle a déjà développée ou qui ont du sens pour elle de se développer, et l'industrie privée comble les lacunes des partenariats coopératifs public-privé, éventuellement à sa guise. La croissance du marché des satellites de communication fournit ici quelques exemples utiles. Les premières versions ont volé en 1958 sous le parrainage de la NASA. Puis, dans les années 1960, davantage de satellites ont été envoyés en orbite, sous contrat avec la NASA et construits par des entrepreneurs privés. En 1962, Telstar a été le premier satellite de communication à lancement privé, une coentreprise entre AT&T, Bell Laboratories, les services postaux nationaux britannique et français et la NASA. Beaucoup d'autres ont suivi.
Un exemple de la façon dont cela pourrait évoluer en ce qui concerne les infrastructures spatiales serait que la NASA fournisse les fusées pour se rendre sur la lune, tandis que l'industrie privée fournit les atterrisseurs et les machines de surface pour l'extraction et le traitement des ressources. C'est exactement ce que propose Blue Origin avec son atterrisseur Blue Moon, et la startup Moon Express de la Silicon Valley avec ses robots d'exploration lunaire. L'expansion éventuelle de tels partenariats pourrait voir l'extraction de minerais lunaires et la construction de structures avec du matériel lunaire raffiné, avec des occupants humains soutenus par de l'eau et de l'oxygène extraits de la lune.
Depuis 1985, l'astronaute pionnier Buzz Aldrin a parlé et écrit largement sur ses idées pour les infrastructures de transport spatial. Il envisage des vaisseaux spatiaux qui suivent des orbites permanentes entre la Terre et Mars, afin de réduire considérablement le coût et la complexité de l'envoi d'un grand nombre de personnes et de marchandises sur cette planète. Ces vaisseaux spatiaux sont appelés Aldrin Cyclers.
Le principal objectif des concepts d'Aldrin est la colonisation permanente de l'espace par les humains. Il prévoit une progression logique des capacités de maintien des êtres humains sur la Lune puis sur Mars, enclave de plus en plus éloignée permise par ses prédécesseurs, à commencer par de nouveaux laboratoires en orbite terrestre basse. La conception évolutive est une caractéristique clé, tout comme l'utilisation des ressources sur la lune, la gravité artificielle et une combinaison de systèmes de transport à haute efficacité et à forte poussée. La participation internationale sera importante. Ces approches permettent un moyen robuste et abordable de déplacer les gens de la Terre vers Mars: les cyclistes. 120
Dans les conceptions d'Aldrin, ces cyclistes utilisent l'assistance à la gravité fournie par Mars lorsqu'ils passent devant la planète pour revenir sur Terre. Des corrections de trajectoire périodiques seraient apportées par un système de propulsion, à partir de moteurs-fusées chimiques ou de moteurs solaires-électriques modernes, qui utilisent la lumière du soleil pour alimenter une poussée à plus faible puissance mais de plus longue durée. Dans les deux cas, la majeure partie du vol est un «trajet libre».
La beauté du concept de cycliste est que la grande masse du véhicule n'a besoin d'être lancée et assemblée qu'une seule fois, puis continue son voyage sans fin entre les mondes tant qu'il fonctionne. De petites navettes feraient des trajets de la Terre au cycliste, puis du cycliste à Mars lorsque le cycliste passe devant ses différentes destinations. Les cyclistes seraient capables de transporter l'équipement de survie nécessaire pour soutenir l'équipage. Même le blindage massif contre les radiations requis ne serait plus un problème - les matériaux de la Terre, ou trouvés dans l'espace, ne doivent être obtenus qu'une seule fois, puis volés indéfiniment. Les plus gros cycleurs pourraient inclure des centrifugeuses qui fourniraient un environnement à faible gravité à l'équipage, ce qui les aiderait à maintenir leur santé pendant un vol spatial prolongé. Les cyclistes volaient par paires, un traversant la jambe sortante tandis qu'un second suivait ce parcours en sens inverse, voyageant de Mars à la Terre, simultanément.
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Tandis que Infrastructure Ce n'est peut-être pas un mot passionnant, c'est certainement une perspective passionnante: la création d'installations d'extraction, de transport et de stockage des ressources spatiales près de la Terre, de la Lune et, éventuellement, de Mars ouvrira le système solaire aux humains d'une manière qui n'était auparavant connue que dans science fiction. Cela se traduira non seulement par des opportunités accrues d'exploration et de développement de l'espace, mais également par de réels avantages pour les personnes sur le terrain. Des centaines de milliers d'emplois dans le monde devront être pourvus pour soutenir ces efforts, et les retours sur investissement dans l'espace commenceront à décoller de manière significative une fois que les infrastructures réelles auront commencé à réduire les coûts et à augmenter les opportunités. Il est temps d'en faire une réalité.
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