Les contraintes humaines ne sont pas celles auxquelles on ne pense pas directement, et elles comptent pourtant parmi les plus importantes pour un voyage spatial de longue durée. Les scientifiques ont donc créé et imaginé des solutions à ces problèmes.
La gravité
Selon Tsiolkovski, pionnier russe de l'aéronautique, la gravité peut être rétablie durant un voyage spatial en maitenant une rotation constante du vaisseau sur lui même. Mais ce système n'est pas une solution radicale, comme on peut bien évidemment s'en douter. Ce système, en effet, nécessite une adaptation de la part des astronautes à cette rotation, notamment lors des déplacements des astronautes (passer d'un zone mobile a une zone fixe, avancer perpendiculairement à l'axe de rotation...).
Le psychique
Ensuite, vient le problème du mental. Les scientifiques ne peuvent ici utiliser aucune nouvelle technologie, seul l'humain peut se suffir. Alors, quelle solution docteur ?
Et bien il sera indispensable de mettre en place un support psychologique. Avec un voyage vers une exoplanète, on change véritablement de dimension. Ce voyage dure plusieurs années et en cas de problèmes, un retour immédiat est impossible. L'assistance de la Terre sera fortement limitée par le délai de transmission des ondes radios (plus de 10 à 20 minutes). Il sera alors bien difficile de mettre en place une assistance psychologique efficace. Les membres de l'équipage seront livrés à eux mêmes, ils ne pourront compter ni sur un retour, ni sur des secours.
Des experts pourraient être embarqués dans le vaisseau afin de surveiller et éventuellement soigner d'éventuels problèmes psychiques. Les scientifiques ont imaginé différentes solutions pour éviter ces éventuels problèmes : des fausses pannes techniques pourront être créés, de manière à ressouder l'équipage. Il sera aussi possible de détourner l'agressivité de l'équipage en faisant jouer le rôle de bouc émissaire à un expert en psychologie de la mission.
De l'eau, de la nourriture et de l'oxygène!
Ces problème sont déjà plus ou moins résolus :
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Pour la nourriture, la seule contrainte est que cette nourriture ne doit pas émettre de miettes ou autres particules pouvant aller se glisser dans les circuits ou les bouches d'aération. Il existe donc déjà de la nourriture compressée, en pack ou autre n'émettant aucunes particules lors de la consommation. Mais comme nous l'avons déjà vu, une solution ne vient que très rarement sans contraintes : ces nourritures n'ont aucun goût, et on en revient à manger toujours la même chose, ce qui peut devenir très lassant à la longue.
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Pour l'eau, il existe des sortes de "purificateurs d'urines", qui recyclent l'urine des astronautes de l'équipage, pour la rendre potable. Comme toujours, ceci entraîne une contrainte supplémentaire que l'on imagine facilement: l'idée seule de boire son urine tous les jours, pour se brosser les dents comme pour boire ne ravirait personne, et on rejoint ici un peu le contexte d'une contrainte physiologique.
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Pour l'oxygène, il suffit d'embarquer à bord un recycleur d'air, ou bien tout simplement des réserves d'oxygène embarquées. Ici, très peu de contraintes : il suffira d'un peu d'énergie supplémentaire si on opte pour un recycleur, et de prévoir un vaisseau un peu plus massif si lon envisage des réserves (mais il faut savoir que ce moyen reste dangereux, car si une réserve d'oxygène assez énorme pour entamer un tel voyage s'enflamme, l'équipage n'aura aucune chance de survie).
Tsiolkovski.
Equipage de Mars 500, mission engagée dans le but de tester les limites psychiques des hommes.
L’entraînement spatial
Avant d’être confrontés à l’espace, les apprentis astronautes doivent en maîtriser tous les aspects depuis la Terre.
A – L’entraînement avancé sur Terre comme au ciel
Quelques soient les missions et les qualités du spationaute, un vol dans l’espace, se prépare quatre années à l’avance. En effet, une préparation intensive attend tout astronaute sélectionné pour un programme spatial.
Quelque soit le projet, les astronautes suivent une formation dans plusieurs domaines scientifiques. Ils débutent leur formation par des cours intensifs en informatique, mécanique spatiale, science des réseaux, physique de l’atmosphère ou encore relations publiques. À cet enseignement général s’ajoute l’apprentissage des systèmes les plus importants de la navette spatiale (trajet aller), de l’ISS et de Soyouz (la capsule russe utilisée pour le retour sur Terre).
Le futur spationaute doit posséder des qualités physiques et intellectuelles avancées, ce qui lui permettra de mieux résister aux variations de pesanteurs et aux situations difficiles.
L’entraînement préalable aux différentes missions s’articule autour de plusieurs axes, qui varient selon le rôle de l’individu dans la mission (ingénieur, technicien…) et la durée de cette dernière. Les futurs voyageurs de l’espace doivent, dans un premier temps, s’accoutumer aux variations de pesanteur qu’ils devront subir lors de leur vol, puis simuler le travail qu’ils devront effectuer en vol lors de leur mission.
La phase d’entraînement est plus longue que la mission elle-même et s’avère être l’une des phases les plus importantes pour le bon déroulement de la mission. Le programme d’entraînement regroupe des cours théoriques, des séances en simulateur, des séances d’information, des visites et des exercices à bord d’avions. Parallèlement à cet entraînement de base, les spécialistes de charge utile sont également formés de façon plus spécifique en fonction des expériences scientifiques qu’ils devront exécuter dans l’espace. « Briefings » et cours se suivent pendant plusieurs mois.
Présentation de la technologie développée et embarquée, pilotage et utilisation du matériel… Tout est minutieusement enseigné aux astronautes par des instructeurs de l’agence spatiale ou ceux dépêchés par les entreprises sous-traitantes comme le MIT (travail en collaboration avec la NASA).
B – Les simulations
Tous les astronautes se préparant à une mission, qu’ils soient spécialistes de charge utile ou spécialistes de mission, doivent répéter la totalité de la mission à de nombreuses reprises au cours d’exercices appelés « simulations ». Chaque mission est planifiée à la minute près et les horaires de tous les membres d’équipage sont habituellement très chargés.
Toutes les expériences prévues sont répétées au préalable et un astronaute aura effectué des centaines de simulations avant d’aller dans l’espace. Lors du déroulement de ces simulations, les membres de l’équipage doivent faire face à toutes sortes de défaillances. Leurs réactions sont par la suite étudiées afin d’évaluer leur efficacité en situation réelle. Cette façon de procéder vise à leur donner la meilleure préparation possible en prévision de tout incident pouvant survenir durant une mission. L’équipage étudie les modalités d’évacuation d’urgence et procède à des répétitions afin d’être prêt, s’il advient un problème durant le lancement. Sauter dans l’eau alourdi par les 40 kg que pèsent la tenue d’éjection au lancement, évacuer la navette par la trappe latérale et conduire le véhicule blindé spécial en cas d’évacuation d’urgence du tablier de lancement, sont au nombre des exercices que les astronautes pratiquent lors de leur préparation à un vol spatial. Toute éventualité a été prévue et les astronautes doivent savoir comment abandonner la navette en cas d’urgence.
C – L’impossibilité de simuler les conditions réelles d’une véritable mission
Un des plus gros problèmes dans l’entraînement des astronautes pour un vol dans l’espace est l’impossibilité de simuler sur Terre l’absence de pesanteur, la gravité zéro sur une longue période.
Chaque entraînement est réalisé en gravité terrestre 1g. Il ne permet pas de simuler les conditions réelles d’une véritable mission dans l’espace ou sur la lune. Dès le début des vols habités, des avions spécialement aménagés ont permis de simuler durant une vingtaine de secondes seulement la gravité zéro en réalisant des trajectoires de vol spéciales, des paraboles. Mais cette courte durée ne permettait pas de réaliser tout le programme d’une sortie dans l’espace .
La grande révolution fut l’utilisation de grand bassin d’eau à partir de 1966. Les astronautes en scaphandres ainsi que des maquettes de leur vaisseau spatial étaient immergés dans d’immenses bassins et simulaient durant des heures toutes les taches de l’entraînement.
D – L’entraînement quotidien requis
La matière grise ne suffit pas , à elle seule, pour mener à bien un vol dans l’espace.
L’absence de gravité peut être très traumatisante. Elle a aussi des conséquences sur la santé.
Il est difficile de se rendre compte, à quel point l’organisme est soumis à des changements : muscles, ossature, équilibre, vue… sont sérieusement mis à rude épreuve pendant leur séjour extraterrestre. Si bien que d’importants entraînements sportifs sont concoctés pour préparer le corps des astronautes à ces perturbations. Au programme : natation, musculation, assouplissements, ou encore course à pied. Et ceci durant toute la durée de leur carrière.
Dans le cadre de leur entraînement général, les astronautes ont du aussi apprendre à vivre et survivre dans des milieux hostiles en cas d’atterrissage forcé dans des lieux reculés, les forêts ou les déserts. Les parachutes de leur cabine pouvant servir à faire une tente. Les astronautes ont ainsi tué et mangé des serpents dans la jungle de Panama et marché sur la lave volcanique des îles Hawaï.
En moyenne, un astronaute de retour sur terre, après quelques semaines passées dans l’espace, a perdu près de 20% de sa masse musculaire.
Il vaut, donc, mieux être sportif pour embrasser la carrière d’astronaute.
Futur astronaute durant la phase d'entraînement.
Exemple d'entraînement.
E – Se frotter à l’impesanteur : le vol parabolique
Pour éprouver sur Terre l’impesanteur, qui permet de se déplacer dans l’espace en flottant., les apprentis astronautes embarquent à bord d’avions spéciaux, tels le Boeing 707 de la NASA ou l’Airbus-Zéro G. Une fois à 10 000 mètres d’altitude, l’engin effectue une chute libre d’environ 2 500 mètres donc tout ce qui se trouve à bord se met à flotter. Après une vingtaine de secondes, le pilote remet les gaz. L’exercice semble violent, mais dans l’avion il se déroule tout en douceur ! Ce genre de vols permet donc aux futurs « héros de l’espace » de s’adapter à effectuer des tâches en impesanteur, mais aussi s’adapter physiquement et biologiquement à l’état d’impesanteur.
F – Le fauteuil tournant sur trois axes et la chaise tournante
Ces entraînements permettent également d’exercer l’individu aux perturbations qu’il risque de subir pendant le vol.
Le fauteuil tournant sur trois axes et la chaise tournante permettent un entraînement complet dans toutes les dimensions pour le futur voyageur de l’espace. Harnaché solidement, l’astronaute va pivoter sur lui-même de plus en plus vite. L’équilibre s’en trouve, par la suite, sensiblement affecté à cause d’une perturbation de l’oreille interne . Cette désorientation est bien connue des hommes de l’espace. Elle se traduit aussi par des nausées et autres maux de tête. On parle de mal de l’espace.
Photographie d'une chaise tournante.
G – Le tabouret tournant
Le but de cet entraînement est de s’habituer à pallier les sensations de désorientation, dues notamment à l’oreille interne. Il s’agit donc d’un entraînement que l’on pourrait associer au fauteuil sur trois axes, bien qu’ici, la sensation de désorientation est d’avantage produite par la vitesse à laquelle la chaise tourne sur elle même. Le but est le même que dans les entraînements spécifiés précédents.
H – Passer à la centrifugeuse
Se faire essorer comme une vulgaire salade ! Tous les astronautes y passent. Cet entraînement a un objectif clair. Soumettre le corps à des forces extrêmement importantes pour le préparer au décollage et autres phases de vol soumises à des pressions considérables. Un passage en centrifugeuse amène à éprouver des niveaux d’accélération élevés.
La centrifugeuse se présente sous la forme d’une capsule située au bout d’un bras mécanique, long de 18 mètres. Celui-ci tourne de plus en plus vite pour reproduire ces poussées. L’entraînement en centrifugeuse est essentiel pour le futur spationaute. En effet, cet appareil, grâce à son mouvement de rotation soumet l’individu à une forte accélération qui perturbe la circulation des différents liquides du corps humain. La centrifugeuse permet donc de tester la capacité d’un individu à subir d’importantes accélérations (allant de 10 à 15G), mais elle permet aussi à l’individu de s’entraîner à subir ces accélérations, qui interviennent dans la phase de décollage et de retour sur terre de la fusée ou de la navette.
Cet entraînement soumet donc le corps à des pressions très importantes, que l’on retrouve encore une fois dans différentes phases du vol, notamment au décollage.
(voir Animation : http://fr.rian.ru/infographie/20110420/189219157.html).
I – L’entraînement en piscine
L’eau est un terrain d’entraînement privilégié. L’eau est aussi utilisée pour les stages de survie, au cas où le vaisseau n’atterrirait pas au bon endroit. Pour recréer ces conditions particulières, l’eau est le meilleur endroit. Les premiers à développer cet entraînement sous l’eau sont la NASA, dans les années 60.
Les astronautes chargés des sorties extra-véhiculaires ont un régime bien particulier : le barbotage. Pour être au plus proche des conditions et des sensations obtenues en impesanteur, ils s’entraînent en effet dans de gigantesques piscines. Parés de leur équipement complet, ils évoluent dans l’eau au milieu de reproductions des modules de l’ISS sur lesquels ils devront travailler une fois dans l’espace. Ces exercices permettent d’acquérir les bons réflexes et ainsi d’éviter les erreurs qui peuvent être fatales. L’entraînement en piscine est une autre solution pour simuler les conséquences de l’impesanteur sur le corps humain. En effet en piscine, comme en impesanteur, il est difficile et coûteux en énergie d’effectuer le moindre geste. C’est pourquoi les spationautes s’entraînent à effectuer les manœuvres qu’ils auront à effectuer lors de leurs sorties dans l’espace en piscine. De plus pour être totalement opérationnel, lorsqu’ils s’entraînent en piscine, ils revêtent un scaphandre, de même poids et d’encombrement similaire à celui qu’ils devront porter dans l’espace. Ils s’entraînent dans une piscine appelée "hydrobassin", mesurant 23m de diamètre pour 12m de profondeur, elle contient 5 millions de litres d’eau, on y plonge des maquettes grandeur nature du matériel spatial.
Cet entraînement dure des dizaines d’heure ; il permet de pallier les moindres accrocs ou oublis fatals, comme oublier de s’arrimer à la navette ou la station et s’en éloigner sans retour possible.
Photographie d'un tabouret tournant entrain de fonctionner.
Photographie d'une imposante centrifugeuse.
Photographie d'un entraînement en piscine.
J – L’entraînement géologique
Avec Apollo, est venu s’ajouter l’entraînement "géologique". De 1962 à 1972, les astronautes se sont rendus au quatre coins des États unis, ainsi que sur les îles Hawaï, Islande et Canaries sur des sites géologiques présentant une similitude avec leur activité lunaire. Encadrés par un professeur de géologie, les différents équipages ont pu simuler, sur place, leurs activités lunaires notamment pour les missions Apollo 11. 408 heures ont été passées à l’étude de la lune sur terre et 62 sorties réalisées sur le terrain par les équipages des vols dont 18 pour Apollo 16.
Afin d’ entraîner les astronautes au pilotage, la NASA a conçu le LLTV, surnommé le "lit cage volant", capable de décoller, de se mouvoir au-dessus du sol et de se poser. Les essais ont eu lieu à la base d’Ellington, situé à quelques kilomètres au nord du centre de Houston.
Carte montrant où se situe Houston.
Photographie du "lit cage volant" conçu par la NASA.
K – Apprendre le russe en trois mois
Pas question de s’envoler pour l’espace sans maîtriser la seconde langue "officielle" : le russe. D’où un apprentissage intensif de deux mois (6 heures de cours par jour + 2 heures de conversations + 4 à 5 heures de travail personnel), suivi d’un mois en immersion dans une famille, à Saint-Pétersbourg. Ainsi, en un trimestre un astronaute absorbe le programme qu’un lycéen assimile en 5 ans. Indigeste, peut-être, mais indispensable pour être ensuite capable de tout apprendre de la capsule Soyouz, à la Cité des étoiles (Moscou)… en version originale !
L – Simuler la vie à bord de la station spatiale internationale
Après les 18 mois de l’entraînement de base, les futurs astronautes entrent dans le vif du sujet.
Pendant 6 mois à un an, ils se familiarisent avec toutes les opérations qu’ils sont susceptibles de réaliser lors d’un séjour dans l’espace. Décollage en navette, arrimage à l’ISS, sortie extra-véhiculaire, reprogrammation des ordinateurs de bord, entrée dans l’atmosphère à bord d’un Soyouz… tout y passe. Et chaque geste est répété jusqu’à devenir un automatisme. On utilise pour cela des simulateurs proches des jeux vidéos, ou encore, des maquettes grandeur nature reproduisant, par exemple, les modules de l’ISS. Tous ces équipements sont répartis dans différents pays partenaires (États-Unis, Russie, Europe, Japon, Canada), les astronautes voyagent donc beaucoup.
M – À chacun sa spécialité
Chaque membre de l’équipage a une fonction bien particulière.
Aussi, chaque "élève" acquiert des savoirs spécifiques. Certains se qualifient pour être ingénieur de bord sur la capsule Soyouz. D’autres se spécialisent dans les sorties extra véhiculaires, la manipulation de bras robotiques qui permet l’assemblage ou la maintenance d’éléments de la station spatiale. Il y en a même qui reçoivent une formation médicale comparable à celle d’une infirmière anesthésiste.
Il faut quasiment apprendre un deuxième métier avant de prétendre aux étoiles.
N – Un mal pour un bien
Les méthodes semblent radicales mais elles portent leur fruit.
Le meilleur exemple étant Neil Armstrong. Avant de fouler le sol lunaire, l’astronaute a fait preuve de sang froid au moment de l’alunissage d’Apollo XI. Le LEM, module transportant les deux scientifiques sur la Lune, était au bord de la panne sèche et les commandes dysfonctionnaient : ils allaient au crash. Toutefois, Neil Armstrong est passé en manuel et on connaît la suite. Ses pulsations cardiaques affichaient, à ce moment précis, 80 par minute ; alors que Buzz Aldrin enregistrait 160 pulsations par minute.
Pour conclure, on note donc bien que l’adaptation de l’homme à l’espace a toujours été un défi majeur dans la conquête spatiale, notamment dans les voyages dans l’espace. Plus les technologies avancent, plus les études menées sont pertinentes, plus l’Homme est entraîné de manière performante à aller dans l’espace. Les situations auparavant courantes de « mal de l’espace » ou de conflits entre les différents membres d’un équipage son actuellement bien gérés, que ce soit au sol ou en vol. L’homme parvient ainsi à repousser ses limites physiques sans qu’il y ait pour autant d’importantes conséquences lors de son retour sur Terre.
Les études sur l’adaptation de l’homme à l‘espace sont donc alimentées régulièrement, et l’on semble vouloir pousser l’homme à aller toujours plus loin, et à repousser davantage ses limites. Ainsi les voyages sur Mars sont aujourd’hui envisagés, et l’adaptation de l’homme à l’espace sur de longs vols semblent rester une préoccupation majeure. L’avenir de la conquête de l’espace dépend donc plus que jamais de l’adaptation de l’homme dans l’espace.
Neil Armstrong devant le module lunaire Eagle (LEM) de la mission spatiale Apollo XI, Lune, 21 juillet 1969.