Programme Artemis
Le programme Artemis est un programme spatial de l'agence spatiale américaine (NASA) destiné à envoyer des hommes la Lune un peu plus de cinquante ans après la fin du programme Apollo qui avait le même but (dans la mythologie gréco-latine Apollon et Artémis sont frère et sœur).
Le contexte[modifier | modifier le wikicode]
En 1961, après que l'URSS ait réussi à envoyer avant les américains un satellite en orbite autour de la terre, puis 3 ans 1/2 après un homme en orbite autour de la terre, le président des États-Unis à décidé de faire encore mieux en envoyant des hommes sur la lune avant 1970. Dans ce but, le gouvernement américain a choisi de financer la réalisation du programme Apollo.
Le pari de John Fitzgerald Kennedy ayant été gagné, moins d'argent a été consacré à la suite de ce programme entraînant l'annulation des missions Apollo 20 puis Apollo 18 et Apollo 19 et l'abandon de l'idée de Wernher von Braun, le spécialiste de l'astronautique américaine, d'envoyer des missions habitées vers la planète Mars.
Par la suite, plusieurs présidents américains ont tenté de faire voter des crédits pour la relance du programme spatial habité américain vers la lune, quelquefois avec l'intention d'y construire une base permanente, et les missions habitées vers Mars, mais sans succès.
Ce n'est qu'en 2019, alors que la Russie a comme projet d'installer une station spatiale autour de la lune et que la Chine envisage d'envoyer des taïkonautes sur la lune que le président américain Donald Trump a réussi a obtenir le financement de missions habitées vers la lune.
Entre temps, la NASA avait commencé à travailler à la réalisation d'un lanceur suffisamment puissant pour envoyer des missions habitées vers la planète Mars, le SLS. C'est ce lanceur qui est utilisé
La fusée[modifier | modifier le wikicode]
Une fusée est composée de deux partie :
- le lanceur qui est composé de gros moteurs, de réservoirs et de carburant et qui permet d'accélérer la fusée à une très grande vitesse ;
- la charge utile qui est la partie de la fusée qui atteindra l'orbite terrestre une fois que le lanceur lui aura donné une vitesse suffisante, et ira éventuellement au delà grâce à ses propres moteurs.
Pour le programme Artemis, le lanceur s'appelle SLS (abréviation de Space Launch System, c'est à dire Système de lancement spatial) et la charge utile est composée du vaisseau Orion avec sa tour de sauvetage à laquelle sera rajoutée le module lunaire Altaïr.
Le lanceur SLS[modifier | modifier le wikicode]
Pour lancer un vaisseau spatial en orbite autour de la terre, il faut l'emmener à une vitesse d'au moins 28440 kilomètres par heure soit 7,9 km pas seconde. C'est environ 30 fois la vitesse d'un avion à réaction. Mais il faut aller encore plus vite (vers 40 000 km/h) pour quitter définitivement l'orbite de la terre. Pour atteindre ces vitesses, il faut beaucoup d'énergie.
Le problème est que le carburant qui permet de fournir cette énergie alourdit la fusée. Et du coup, il faut encore plus d'énergie pour lui faire acquérir la même vitesse.
C'est pour cette raison qu'on utilise des fusées à étages. Une fois que le premier étage a consommé son carburant, on le laisse retomber dans la mer et la fusée est plus légère pour continuer à accélérer.
Alors que le lanceur Saturn V du programme Apollo comportait 3 étages, comme beaucoup de lanceurs du siècle dernier, le lanceur SLS n'en comporte que deux, mais son premier étage est complété par des propulseurs à poudre qui permettent d'augmenter très fortement la puissance au moment du décollage.
Le premier étage du SLS mesure 61 mètres de haut pour 8,4 mètres de diamètre. Il pèse 85,4 tonnes à vide. On le remplit d'oxygène et d'hydrogène liquides. Lorsque le plein est fait, il pèse 979,5 tonnes.
Sur ce premier étage sont fixés 2 propulseurs d'appoint à poudre dérivés de la navette spatiale américaine. Ils mesurent 53 mètres de haut pour 3,71 mètres de diamètre. Ils pèsent chacun 733,1 tonnes au moment du décollage mais ne pèseront que 85,4 tonnes une fois vides.
Le deuxième étage mesure 13,70 mètres de haut pour 5,10 mètres de diamètre. Il pèse 4 tonnes à vide et 32 tonnes une fois le plein d'oxygène et d'hydrogène réalisés. Après les missions Artemis 1, Artemis 2 et Artemis 3, ce deuxième étage devrait être remplacé par un deuxième étage plus haut afin d'e pouvoir envoyer des charges utiles plus lourdes.
Le vaisseau Orion[modifier | modifier le wikicode]
Le vaisseau Orion est composé de trois parties. Le module de commande où seront quatre astronautes lors des voyages vers la lune, mais il pourrait en transporter 7 pour un vol de courte durée vers la station spatiale internationale. C'est la seule partie du vaisseau qu'on récupérera au moment du retour sur terre. Pour cela, au bas du module de commande, il y a un bouclier thermique destiné à supporter la chaleur produite lors du retour dans l'atmosphère terrestre.
Au dessus du module de commande, il y a la tour de sauvetage destinée à arracher le vaisseau Orion du lanceur et à le faire atterrir ou amerrir plus loin si au moment du décollage ou dans les premières minutes du vol le lanceur a une défaillance et risque d'exploser.
En dessous, du module de commande il y a le module de service qui fournit de l'électricité, de l'air et de l'eau à l'équipage. Ce module est équipé de panneaux solaires pour recharger ses batteries en électricité. Il y a aussi des moteurs et donc du carburant pour assurer les corrections de trajectoire vers la lune, une fois le 2ème étage largué, puis le retour vers la terre en fin de mission.
Le module lunaire[modifier | modifier le wikicode]
Le cahier des charges initial de la NASA prévoyait que le module destiné à transporter des hommes de l'orbite au sol lunaire puis de les faire remonter en orbite lunaire puisse transporter 4 personnes, c'est à dire l'ensemble des passagers d'un vaisseau Orion.
Toutefois, pour la mission Artemis 3 prévue en 2025 ou 2026, il a été décidé de se contenter d'un module plus petit, pour 2 personnes seulement. C'est la société SpaceX qui a été choisie pour développer le Starship HLS qui jouera ce rôle.
Une autre module lunaire devra donc être mis au point par la suite pour transporter davantage de passagers.
Déroulement d'un lancement[modifier | modifier le wikicode]
Les réservoirs d'oxygène et d'hydrogène liquides sont remplis seulement quelques heures avant le lancement. En effet, rester sous forme liquide, ils doivent être très froids, tout particulièrement l'hydrogène qui est liquide à -253 °C, soit seulement 20 °C de plus que la température minimale possible appelée zéro absolu (-273,15 °C). En mettant l'hydrogène et l'oxygène sous forme liquides dans les réservoirs, on peut en mettre beaucoup plus que s'ils étaient gazeux. Mais il ne faut pas qu'ils se réchauffent car s'ils redeviennent gazeux, la pression fera éclater les réservoirs.
Les moteurs du premier étage sont allumés un peu plus de 8 secondes avant le décollage. Si la poussée mesurée est suffisante, on allume les propulseurs à poudre. Dès qu'ils sont allumés, la fusée décolle. Entre temps, le pas de tir aura été aspergé d'eau pour le protéger de la chaleur et des vibrations qui se produisent au moment du décollage.
La fusée a décollé verticalement, mais au bout de 7 secondes, elle prend une position inclinée en direction de l'est. En effet, en partant vers l'est, une fusée profite de la vitesse de rotation de la terre sur elle-même. Ça économise de l'énergie pour envoyer un satellite en orbite ou au delà.
Après 2 minutes 12 secondes de vol, la fusée est à 48 km d'altitude et se déplace 5871 km/h. À ce moment là, les propulseurs à poudre se séparent du premier étage, s'éteignent peu après et retombent dans l'océan atlantique un peu plus de 3 minutes après (5 minutes et 24 secondes après le décollage).
La fusée, elle continue à monter, propulsée par les moteurs du premier étage. 3 minutes et demie après de décollage, la tour de sauvetage est largée. La fusée est à ce moment là à 88 km d'altitude et vole à 8400 km/h. Elle continue à accélérer jusqu'à 8 minutes 20 secondes après le décollage. À ce moment là, sa vitesse atteint 32280 km/h et son altitude 162 km. Le premier étage est arrêté se se sépare de la fusée 10 secondes après. il ne retombera dans l'océan pacifique qu'un peu plus d'une heure et demie après et entre temps aura fait une bonne partie du tour de la terre.
Ce qui reste de la fusée continue à monter en ralentissant légèrement. 51 minutes après le décollage, la fusée est à 2083 km d'altitude, ce qui correspond au point le plus haut de son orbite, et vole à un peu plus de 27100 km/h. Les moteurs de 2ème étage sont allumés pendant au moins 20 secondes pour rehausser le point le plus bas de l'orbite (périgée) afin que cette partie de la fusée ne retombe pas elle aussi dans l'océan comme le fera le premier étage. Selon la suite de la mission, le deuxième étage peut être allumé plus ou moins longtemps selon que l'on veuille économiser le carburant ou au contraire se rapprocher davantage d'une orbite circulaire qui permettra de rester en orbite autour le la terre pendant plusieurs jours avant de faire le trajet vers la lune.
Le voyage vers la lune[modifier | modifier le wikicode]
Dans le cas de la mission Artemis 1, c'est environ 1 heure et demie après le lancement que les moteurs de 2ème étage de la fusée sont rallumés. Le moment précis dépend du moment exact du lancement et de la position de la lune dans le ciel. Aussi, les chiffres du graphique ci-dessus qui existait quelques semaines avant le lancement ne doivent pas être considérés comme la valeur exacte.
La fusée est accélérée en direction de la lune. En 28 minutes, sa vitesse passe d'environ 31000 km/h à près de 42000 km/h. 10 minutes après, le 2ème étage se sépare du vaisseau Orion.
Si la suite du trajet vers le lune se faisait à environ 40000 km/h, la lune serait atteinte en un peu moins de 10 heures. Mais il y a toujours la terre qui attire la fusée vers elle et la ralentie. De plus, en astronautique, on tente d'avoir à utiliser le moins de carburant une fois l'engin spatial en orbite, ceci afin d'alléger la charge utile, car plus la charge utile est lourde, plus il faut d'énergie et donc de carburant pour la faire quitter la terre. Donc, on utilise juste l'énergie qu'il faut pour faire le voyage.
À l'époque des mission Apollo, le voyage terre-lune prenait 3 jours. Pour Artemis 1, il s'est écoulé 9 jours entre le lancement et le passage de la capsule Orion derrière la lune.
Une fois derrière la lune, le vaisseau Orion rallume des moteurs pour ralentir et se placer en orbite autour de la lune où elle y reste quelque jours
Le voyage retour[modifier | modifier le wikicode]
Lorsqu'il est temps de repartir vers la terre, la capsule Orion est de nouveau accélérée. Il suffit qu'elle est assez d'élan pour franchir le point où l'attraction de la terre devient plus forte que celle de la lune. La terre étant plus grosse que la lune, ce point est plus près de la lune que de la terre et une fois qu'il est franchi, la capsule va vers la terre en accélérant. Le voyage retour est plus court que le voyage aller.
Le vaisseau Orion arrive à la vitesse de 11 km par seconde (39600 km/h) au voisinage de la terre. Le carburant disponible dans son module de commande ne permet pas de beaucoup le ralentir et seule la capsule Orion est équipée d'un bouclier thermique capable de supporter le freinage par frottement sur l'air lors de la rentrée dans l'atmosphère terrestre. La capsule Orion se sépare de son module de service. Les deux rentreront dans l'atmosphère, mais le métal du module de service fondra et peut être se vaporisera avant d'avoir rejoint la mer.
La capsule Orion rentre dans l'atmosphère sous un angle précis. À 80 km d'altitude, la température du bouclier thermique s'élève à 2700 °C mais le frottement de l'air ralentit la capsule. À 6 km d'altitude, de petits parachutes le ralentissent encore plus, puis ce sont de plus gros parachutes qui les remplacent. Lorsque la capsule Orion arrive près du niveau de la mer, elle ne descend plus qu'à un dizaine de mètres par seconde.
Les missions du programme Artemis[modifier | modifier le wikicode]
Le programme Artemis commence par une série de 3 missions appelées la phase 1. Ensuite, auront lieu les missions de la phase 2 destinées à installer une station permanente au pôle sud de la Lune, à la fois pour pouvoir mieux étudier celle-ci et pour se préparer à envoyer des missions vers la planète Mars.
Les missions de la phase 1 s'appellent Artemis 1, Artemis 2 et Artemis 3.
Artemis 1[modifier | modifier le wikicode]
_(cropped).jpg)
La mission Artemis 1 consiste à vérifier le bon fonctionnement du lanceur SLS et à réaliser un vol inhabité vers la lune avec le vaisseau Orion.
À cette occasion, le lanceur SLS vole pour la première fois. Sur le vaisseau Orion, la tour de sauvetage a été testée dès 2010 et un retour sur terre (ou plutôt en mer) de la capsule Orion a été réalisé avec succès depuis l'orbite terrestre en 2014. Mais en revenant de la lune, la vitesse de rentrée dans l'atmosphère terrestre sera supérieure. En conséquence, il faut vérifier que le boucler thermique de la capsule Orion supporte bien l'échauffement supplémentaire.
Cette mission n'est pas habitée, mais des mannequins ont été mis à la place des passager avec des capteurs pour mesurer les accélérations au moment du lancement. Il y a aussi des mesures de la quantité de particules très énergétiques, donc dangereuses, envoyées par le soleil qui rentreraient dans le vaisseau. Sur terre, où même dans l'ISS qui vole assez bas, on reçoit très peu ces particules qui restent dans les ceintures de Van Allen, sauf vers le pôles où elles créent des aurores boréales. Mais pour aller sur la lune, il faudra traverser les ceintures de Van Allen.
Le lancement d'Artemis 1 était prévu le 29 août 2022, mais suite à des problèmes de refroidissement d'un des moteurs du premier étage (on saura plus tard que c'est un capteur de température qui fonctionnait mal), puis à des problèmes d'étanchéité lors du remplissage des réservoirs en oxygène et hydrogène liquide, et finalement à cause de 2 ouragans au voisinage de la Floride, le lancement n'a finalement eu lieu que le mercredi 16 novembre 2022 un peu avant 7 h 50 du matin, heure française.
Malgré cette série de retards, le lancement s'est très bien déroulé. Les deux étages du SLS ont fonctionné comme prévu envoyant le vaisseau Orion en direction de la lune. Il est arrivé près de la lune le vendredi 25 novembre, et pendant qu'il passait derrière la lune, vers 13 H, heure française, il a actionné ses moteurs pour ralentir afin de rester en orbite autour de la lune. Enfin, le 5 décembre, il a quitté l'orbite lunaire en direction de la terre où il est arrivé le dimanche 11 novembre à 18 h 40, heure française. Cette mission a été un succès complet.
Seul problème sans grande importance, lorsqu'il était à proximité de la lune, le vaisseau Orion a envoyé dans l'espace plusieurs petits satellites pour faire différents types de mesures. Certains ont bien fonctionné, d'autres pas. Mais cela n'a pas d'effet sur la suite du programme Artemis.
Artemis 2[modifier | modifier le wikicode]
La mission Artemis 2 est assez semblable à Artemis 1. Sa plus grande différence est qu'elle embarque des passagers humains qui devront passer derrière la lune et revenir.
Alors que les mission Apollo envoyaient 3 astronautes autour de la lune parmi lesquels à 6 reprises deux d'entre eux sont descendu sur la lune, les mission Artemis embarqueront 4 astronautes.
Il est prévu que les astronautes de mission Artemis 2 soient 3 américains et un canadien.
Il y a malgré tout des différences au niveau du trajet effectué par la vaisseau Orion. Lors de la mission Artemis 1, la mise en route des moteurs pour quitter l'orbite terrestre et aller vers la lune s'est fait moins de 2 heures après le décollage. Pour Artemis 2, elle sera plus tardive afin que les astronautes puissent bien tester les équipements avant de partir vers la lune.
Lors de la mission Artemis 1, le vaisseau Orion est resté plusieurs jours autour de la lune. Pour la mission Artemis 2, il se contentera de passer derrière la lune avant de repartir vers la terre. C'est le trajet minimal qui, lors du programme Apollo a été effectué par la mission Apollo 13 suite à une explosion durant le trajet aller qui a nécessité d'annuler le débarquement sur la lune afin de pouvoir ramener l'équipage vivant sur terre.
En comparaison, lors du vol d'Apollo 8 (première fois que des hommes sont allé vers la lune), fin décembre 1968, l'équipage a tourné 10 fois autour de le lune avant de repartir vers la terre.
Le départ de la mission Artemis 2 initialement planifié pour le mois de mai 2024 a été repoussé d'abord à novembre 2024, puis à septembre 20251. Une des raisons invoquée est que les tuiles de protection thermiques d'Orion lors de son retour dans l"atmosphère terrestre ont été endommagées plus que prévu.
Les noms des astronautes qui participeront au voyage ont été dévoilés le 3 avril 2023. Ce sont :
- Commandant de bord : Gregory Reid Wiseman États-Unis, NASA ;
- Pilote : Victor J. Glover, États-Unis, NASA ;
- Spécialiste de mission 1 : Christina Koch, États-Unis, NASA ;
- Spécialiste de mission 2 : Jeremy Hansen, Canada, Agence spatiale canadienne.
Artemis 3[modifier | modifier le wikicode]
Contrairement au programme Apollo dans lequel la fusée Saturn V emportait en un seul lancement tout le matériel nécessaire pour :
- envoyer 3 hommes autour de la lune dans une capsule spatiale qui les ramènera sur terre,
- permettre à deux d'entre eux de descendre sur la lune puis de revenir dans la capsule spatiale;
La mission Artemis 3 prévoit de lancer séparément le vaisseau Orion et le module de descente sur la lune. L'intérêt de faire des lancements séparés est de pouvoir utiliser des lanceurs moins puissants.
Un module Starship HLS sera donc lancé depuis la terre en direction de la lune. Puis, le vaisseau Orion sera lancé vers la lune avec 4 passagers. Il s'amarrera au vaisseau Starship qui sera en orbite autour de la lune.
Deux des astronautes (un homme et une femme) iront dans le vaisseau Starship qui descendra vers la lune et s'y posera.
Comme dans le cas du LEM du programme Apollo, l'étage de descente du vaisseau Starship restera sur la lune et seul l'étage de remontée rejoindra le vaisseau Orion avec les 2 astronautes.
Ensuite, le vaisseau Orion repartira vers la terre en ramenant l'équipage complet.
Il n'est pas précisé ce que deviendra le module de remontée du Starship HLS une fois que ses 2 occupants auront rejoint le vaisseau Orion.
La mission Artemis 3 était prévue au mieux pour 2025, mais probablement en 2026. Le calendrier annoncé par le NASA le 9 janvier 2024 prévoit ce lancement à partir de septembre 2026.
Missions suivantes[modifier | modifier le wikicode]
L'un des buts du programme Artemis est de construire une ou plusieurs bases habitables permanentes sur la lune.
Pour cela, des vaisseaux automatiques enverront à la surface de la lune un habitat gonflable.
Il est aussi prévu de mettre en orbite autour de la lune une station spatiale lunaire : la Lunar Gateway. Une fois celle-ci en place, les vaisseaux Orion et les vaisseaux Starship s'amarreront à la station en orbite autour de la lune et les astronautes venant de la terre passeront par cette station spatiale avant de descendre sur la lune. Puis ils y repasseront de nouveau avant de repartir vers la terre. Il est prévu que cette station en orbite atour de la lune serve à partir de la mission Artemis 4. Par contre, la mission Artemis 3 pourra avoir lieu même si cette station spatiale n'est pas encore prête.
Des vaisseaux ravitailleurs pourraient remplir de carburant les vaisseaux Starship. Dans les projets de vaisseaux pour descendre sur la lune, il y a eu l'idée d'un vaisseau de 4 places avec un module servant à la fois à la descente et à la remontée vers la station spatiale. Dans ce cas, le vaisseau devient réutilisable si on peut le réapprovisionner en carburant et ce carburant pourrait être fabriqué à la surface de la lune.
La lune étant plus petite que la terre, tout ce qui est sur la lune, que ce soit des personnes, des objets et des véhicules spatiaux pèse 6 fois moins lourd que sur la terre. Pour cette raison, on a besoin de beaucoup moins d'énergie pour quitter la surface de la lune en direction d'une orbite lunaire, que pour quitter la terre en direction d'une orbite terrestre.
Les missions en direction de la lune pourraient être aussi une étape pour effectuer des mission habitées vers la planète Mars. D'abord parce que la construction d'un habitat permanent sur la lune sera l'occasion de mettre au point des techniques qui serviront plus tard à créer une base martienne. Comme lorsqu'elle est au plus proche de la terre, la planète Mars est quand même 150 fois plus loin que l'est la lune, commencer par la lune peut faire gagner du temps. Ensuite, lancer depuis la terre une fusée vers la planète Mars demande plus d'énergie que de la lancer vers la lune. Mais si c'est depuis la lune qu'on lance la fusée en direction de Mars, une fusée plus légère suffira et le passage par la lune peut permettre de faire des économies.
Vikiliens pour compléter[modifier | modifier le wikicode]
Voir aussi[modifier | modifier le wikicode]
Vidéos[modifier | modifier le wikicode]
Références[modifier | modifier le wikicode]
|
