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Une fusée sur son pas de tir.
NASA

Le programme Artemis de la NASA et de ses partenaires, dont l’Agence spatiale canadienne, a pour objectif d’envoyer des astronautes sur la surface lunaire à l’horizon 2025.

Le but ultime des trois missions Artemis? Jeter les bases de l'exploration de l'espace lointain, comme pour des missions habitées vers Mars.

« C’est un programme très ambitieux. Il faut s’assurer de développer des véhicules sécuritaires pour les membres de l’équipage », explique Isabelle Tremblay, directrice Astronautes, sciences de la vie et médecine spatiale à l’Agence spatiale canadienne (ASC).

Un vaisseau spatial autour de la Terre.
Un vaisseau spatial autour de la Terre.
NASA
Photo: Pendant Artemis I, Orion s'aventurera à des milliers de kilomètres au-delà de la Lune.  Crédit: NASA

ARTEMIS I

Le décollage de la première mission, qui était prévu pour le 29 août 2022 à partir du Centre spatial Kennedy près du cap Canaveral, en Floride, a été reporté en raison de problèmes techniques. Il pourrait maintenant se dérouler le vendredi 2 ou le lundi 5 septembre. En cas de nouvel échec, le vol serait reporté à la fin du mois.

Il sera l’occasion pour la NASA de tester sa nouvelle fusée SLS (Space Launch System) qui s’envole pour la première fois avec, à son extrémité, le vaisseau spatial Orion.

Ce premier vol d'essai sans équipage durera de 26 à 42 jours et parcourra plus de 2 millions de kilomètres. Orion survolera la surface lunaire à plus de 100 km d'altitude, mais se rendra également bien au-delà grâce à la force gravitationnelle de l’astre, qui propulsera le vaisseau vers une nouvelle orbite rétrograde à environ 70 000 km de la Lune. Une première pour un vaisseau habitable.

Durant cette mission, la capsule Orion demeurera dans l'espace plus longtemps qu'aucun autre vaisseau d'astronautes ne l'a fait sans s'amarrer à une station spatiale.

Artemis I permettra aux ingénieurs de la NASA de vérifier les systèmes de la fusée SLS et du vaisseau durant toutes les étapes de la mission, la rentrée atmosphérique, l'amerrissage et la récupération du module d'équipage dans le Pacifique.

Cette mission sera surtout l’occasion de tester le bouclier thermique du vaisseau d’Orion, le plus grand jamais construit, puisqu’il atteint 5 mètres de diamètre. À son retour dans l'atmosphère terrestre, il devra supporter une vitesse de 40 000 km/h et une température de 2800 °C.

Un homme et une femme travaillent sur une énorme structure ronde dans un hangar.
Des employés de la NASA préparent le bouclier thermique qui protégera la capsule Orion lors de la mission Artemis II.Photo : NASA/Isaac Watson

Le vaisseau sera freiné jusqu'à 480 km/h par l'atmosphère, puis à 32 km/h par des parachutes, jusqu'à son amerrissage au large de la ville de San Diego.

Il sera ensuite embarqué sur un navire de la marine américaine.

En outre, un mannequin sera installé dans le siège du commandant du vaisseau. Vêtu de la nouvelle combinaison de la NASA, il enregistrera l'accélération et les vibrations subies par les astronautes.

La NASA a installé de nombreuses caméras dans l’habitacle afin de suivre le voyage du point de vue d'un passager.

Deux bustes, nommés Helga et Zohar, composés de matériaux imitant des os et des organes humains, seront aussi du voyage. L'un sera vêtu d'une veste antiradiation, l'autre non.

Deux hommes en combinaison dans une cabine de pilotage.
Deux hommes en combinaison dans une cabine de pilotage.
NASA/Robert Markowitz
Photo: Des ingénieurs spécialistes des combinaisons spatiales montrent la disposition des astronautes au lancement dans une reproduction du vaisseau Orion.  Crédit: NASA/Robert Markowitz

ARTEMIS II

La deuxième mission est prévue en 2024. Artemis II reprendra le parcours du premier vol, mais cette fois avec un équipage de quatre astronautes. Un Canadien participera à cette première mission lunaire habitée depuis 1972.

On deviendra le deuxième pays, après les États-Unis, à envoyer un astronaute ou une astronaute vers la Lune, s’enthousiasme Mme Tremblay.

Le candidat canadien n’est pas encore sélectionné.

« L’assignation des astronautes est un processus complexe. Les agences spatiales doivent se concerter pour s’assurer d’assembler un équipage dont les astronautes ont des expertises complémentaires qui permettront de réaliser les objectifs de la mission. »

— Une citation de  Isabelle Tremblay

L’astronaute sélectionné prendra ainsi part à la toute première mission habitée du programme Artemis. C’est un équipage qui sera composé de pionniers qui testeront l’ensemble des systèmes du véhicule spatial. Ils seront entraînés pour tous les scénarios imaginables. Ils devront avoir beaucoup de sang-froid, ajoute Mme Tremblay.

La NASA a également annoncé qu'une femme et une personne issue des minorités participeront à l'une des missions lunaires.

La durée exacte de cette mission reste à confirmer, mais celle-ci devrait durer au moins dix jours. Elle pourra cependant être prolongée jusqu'à trois semaines.

Encore une fois, les ingénieurs du programme analyseront les données recueillies concernant tous les systèmes et les instruments de vol, afin d’assurer le succès de la troisième mission, qui atteindra un autre niveau de complexité.

On prévoit qu’Artemis II sera lancé environ deux ans après Artemis I, estime Isabelle Tremblay.

Illustration artistique montrant des astronautes travaillant à la surface de la Lune.
Illustration artistique montrant des astronautes travaillant à la surface de la Lune.
NASA
Photo: Illustration artistique montrant des astronautes travaillant à la surface de la Lune.  Crédit: NASA

ARTEMIS III

Le troisième volet doit se dérouler à partir de 2025. Quatre astronautes participeront à cette mission, le point culminant du programme, durant laquelle deux d’entre eux atteindront la surface lunaire grâce à un atterrisseur.

Selon les plans de la NASA, la durée de la mission sera de 25 à 34 jours. Des astronautes seront présents sur le sol lunaire pendant 6 jours et demi.

C’est l’atterrisseur lunaire qui servira d'habitat durant la mission et qui ramènera les deux astronautes à la capsule Orion.

Plan large de la fusée SLS sur son pas de tir.
Plan large de la fusée SLS sur son pas de tir.
NASA
Photo: La SLS lors de son transport vers le pas de tir.  Crédit: NASA

Les composantes du programme

La fusée SLS de 98 mètres peut atteindre une vitesse de 39 400 km/h. Son rôle? Placer la capsule Orion, qui la coiffe, sur la trajectoire lunaire.

La NASA a dû adapter ses installations du complexe de lancement 39 au Centre spatial Kennedy, qui étaient utilisées pour lancer les navettes spatiales, pour lancer sa nouvelle fusée composée de onze sections.

Les onze sections de la fusée SLS.
Les moteurs-fusées (1), les propulseurs d'appoint (2), le premier étage (3), l’adaptateur d'étage (4), le deuxième étage (5), l’adaptateur d'étage d’Orion (6), l’adaptateur du vaisseau (7), les panneaux de protection du module de service (8). Le module de service (9), le vaisseau Orion (10) et la tour de sauvetage (11) forment l’ensemble de la charge utile (12).Photo : NASA/MSFC

Le premier étage mesure 61 mètres de long pour un diamètre de 8,4 mètres. Il contient deux réservoirs qui peuvent contenir 2763 m3 d'hydrogène et d'oxygène liquide. Quatre moteurs, qui ne sont pas réutilisables, y sont rattachés.

Le lanceur utilise aussi deux propulseurs d'appoint d’une longueur de 53 mètres pour un diamètre de plus de 3,5 mètres. Ils fournissent 80 % de la poussée totale au décollage. Ils sont largués environ deux minutes après le décollage pour tomber dans l’océan Atlantique. Selon la NASA, les moteurs et les propulseurs exerceront une poussée environ 15 % plus forte que celle de la fusée Saturn V utilisée lors des missions Apollo.

Environ 8 minutes après le décollage, le premier étage se détache à son tour du second étage, qui est long de près de 14 mètres pour un diamètre de 5 mètres. Celui-ci est propulsé par un moteur-fusée.

Impression artistique du vaisseau spatial Orion de la NASA en orbite basse terrestre.
Impression artistique du vaisseau spatial Orion de la NASA en orbite basse terrestre.
NASA
Photo: Impression artistique du vaisseau spatial Orion de la NASA en orbite basse terrestre.  Crédit: NASA

La capsule Orion

Le vaisseau de 24 tonnes et le module de service sont placés au bout du deuxième étage de la fusée. Une tour de sauvetage la coiffe et doit préserver l'équipage en cas de défaillance de la fusée durant les premières minutes de vol.

Après avoir effectué un tour de la Terre après le lancement, l’étage fournira la poussée nécessaire à Orion et au module de service pour atteindre la Lune, environ 1 h 30 après le décollage. Le deuxième étage sera ensuite largué à son tour.

Orion peut transporter quatre astronautes à la fois lors des voyages lunaires. Ce vaisseau ressemble beaucoup à celui des missions Apollo avec un module de commande, où séjourne l'équipage, et un module de service, qui est largué au retour avant la rentrée atmosphérique.

Le programme Artemis prévoit aussi la construction d’une station orbitale et d’une base à la surface de la Lune.

Illustration artistique montrant une station spatiale en orbite autour de la Lune.
Illustration artistique montrant une station spatiale en orbite autour de la Lune.
NASA
Photo: Représentation artistique de la station Gateway.  Crédit: NASA

La station Gateway

Environ six fois plus petit que l’actuelle Station spatiale internationale (SSI), l’avant-poste lunaire Gateway sera assemblé un module à la fois à partir de 2026 grâce aux lanceurs de la NASA et au secteur privé. Les deux premières sections seront le module de propulsion et l’avant-poste d'habitation.

La SSI est en orbite autour de la Terre à 400 km, alors que Gateway se trouvera en orbite autour de la Lune environ 1000 fois plus loin, à 400 000 km de la Terre, explique Stéphane Desjardins, gestionnaire de projet, exploration spatiale à l’ASC.

Gateway servira de point de départ aux missions habitées et robotisées sur la Lune, de laboratoire scientifique et technologique, mais aussi de point d’escale et de centre contrôle pour les missions sur la Lune.

Éventuellement, elle pourra devenir le point de départ pour les missions martiennes.

La station pourra accueillir jusqu’à quatre astronautes. Gateway ne sera pas habitée en permanence comme la SSI. Des astronautes ne s’y trouveront que quelques mois par année en fonction des missions, note Stéphane Desjardins.

À l’heure actuelle, la NASA prévoit au moins une mission habitée par année vers la station orbitale dans laquelle des astronautes pourront rester jusqu’à trois mois.

Impression artistique de la station spatiale lunaire Gateway, où l’on peut voir le Canadarm3, avec la Lune en arrière plan.
Représentation artistique de l'apparence de la station lunaire Gateway, où l’on peut voir le Canadarm3 et la capsule Orion.Photo : NASA

Pour cette raison, la robotique y prendra une place de premier plan. Le Canada fournit au programme le Canadarm3, la troisième version de son bras robotisé qui sera maintenant intelligent, ce qui lui permet de fonctionner de façon beaucoup plus autonome.

« L’ensemble des tâches de maintenance, de réparation et d’inspection de la station Gateway, et même des expériences scientifiques, seront réalisées par le système robotisé intelligent. »

— Une citation de  Stéphane Desjardins, ASC

Le Canadarm3 est muni de deux bras, un grand de 8,5 m de long et un petit beaucoup plus agile.

Illustration artistique du Canadarm3 devant la Lune.
Illustration artistique du Canadarm3.Photo : NASA/ESA

Il pourra même prendre certaines décisions lorsqu’il ne sera pas contrôlé par l’équipage. Non seulement le Canadarm3 assurera sa propre maintenance, mais il pourra se réparer lui-même, s’enthousiasme M. Desjardins, qui ajoute que l’intelligence artificielle est incorporée dès la conception des logiciels.

En outre, le grand bras pourra saisir des vaisseaux spatiaux ou déplacer des modules de la station dans l’espace, tandis que le petit pourra déplacer du matériel et des outils autour de la station.

Les déplacements du Canadarm3 seront rendus possibles grâce à un système de bornes, des interfaces mécaniques qui sont également conçues et fabriquées au Canada, et qui seront envoyées avec les premiers modules en 2024.

Impression artistique du Canadarm3 qui se trouvera à la station Gateway.
Impression artistique du Canadarm3 qui se trouvera à la station Gateway.Photo : NASA/ASC

Ces interfaces mécaniques électrifiées permettront au Canadarm3 de se positionner pour réaliser ses tâches et assureront l'alimentation électrique, la transmission de données et une liaison vidéo.

Il va pouvoir se déplacer d’une borne à l’autre en se fixant à l’une et en se détachant de l’autre. Un peu comme un slinky se déplacerait dans un escalier.

Une douzaine de bornes permettront au grand bras de se déplacer et de réaliser ses activités, tandis qu’environ trois douzaines d’autres serviront de bases pour le petit bras, pour les outils ou pour les charges utiles.

Dans les plans actuels, le bras canadien doit être acheminé à la station en 2027, mais l’échéancier pourrait encore changer.

À la différence des précédentes versions, le Canadarm3 sera contrôlé complètement à partir du Canada, mentionne M. Desjardins.

Représentation artistique d'une base lunaire permanente.
Représentation artistique d'une base lunaire permanente.
ESA/Pierre Carril
Photo: Représentation artistique d'une base lunaire permanente.  Crédit: ESA/Pierre Carril

Une base lunaire permanente

À la suite des trois premières missions, la NASA et ses partenaires prévoient construire une base permanente directement sur la Lune. Ainsi, selon la NASA, des astronautes pourraient se trouver en orbite autour de la Lune, mais aussi à sa surface.

Les premières missions seront d’abord de courte durée, mais elles se prolongeront au fur et à mesure que le camp évoluera et que ses capacités augmenteront. À terme, l'équipage pourra y rester plus longtemps, parfois même jusqu'à deux mois d'affilée.

Les procédures entre la station Gateway et la surface lunaire seront développées de la même manière que celles des futures missions habitées sur Mars. L’objectif de la NASA est de se servir de l'expérience acquise avec ses missions lunaires pour ses voyages à destination de Mars.

L’agence spatiale ambitionne aussi d’envoyer sur la surface lunaire un véhicule et des robots, dont certains atteindront la surface avant les missions habitées.

Simulation d'un robot sur la Lune dans l'espace.
Simulation d'un robot sur la Lune dans l'espace.
NASA Ames/Daniel Rutter
Photo: Le robot VIPER scrutera la surface de la Lune à la recherche de glace et d’eau en 2023.   Crédit: NASA Ames/Daniel Rutter

Des astromobiles sur la Lune

La NASA et l’ASC ont créé des programmes d’exploration lunaire en parallèle à Artemis pour permettre aux entreprises privées de développer leurs capacités de lancer des charges utiles vers la Lune, mais aussi de développer des technologies et préparer le terrain aux futures missions plus éloignées dans le système solaire. On pense entre autres aux missions habitées vers Mars, dont la distance moyenne de la Terre est évaluée à rien de moins que 225 millions kilomètres.

Une grande partie des savoirs qui permettront de développer les missions pour la Lune sera transférable vers l’exploration du système solaire lointain ou l’espace profond, estime Erick Dupuis, qui était jusqu’à récemment directeur du développement de l'exploration spatiale à l’ASC.

Dans le cadre de son programme CLPS (Commercial Lunar Payload Services), la NASA prévoit lancer l’astromobile VIPER à partir de 2024 dans la région du pôle Sud où atterriront les premiers équipages. Muni d’une foreuse et de trois instruments, il analysera la glace d'eau présente dans le régolithe du fond d’un cratère.

Un véhicule astromobile cubique monté sur quatre roues se déplace sur la surface de la Lune.
Représentation artistique du VIPER sur la surface lunaire.Photo : NASA

Le Programme d'accélération de l'exploration lunaire (PAEL) de l’Agence spatiale canadienne prévoit envoyer sa propre astromobile à l’horizon de 2026. Il sera lancé en collaboration avec le programme CLPS, et l’un de ses deux instruments sera américain.

On veut positionner l’industrie canadienne pour qu’elle tire parti de l’économie lunaire naissante. Il y a plein de compagnies qui se développent partout dans le monde pour lancer des charges utiles vers la Lune. On veut que les entreprises canadiennes s’insèrent dans cette chaîne d’approvisionnement, explique Erick Dupuis.

L’astromobile canadienne s’inscrit dans cette volonté. D’environ 30 kg, le robot sera de la taille d’une table de salon, explique M. Dupuis. Le robot devra ainsi résister à la nuit lunaire, qui dure environ 14 jours terrestres et qui avoisine les -200 degrés Celsius, et aux températures diurnes qui oscillent entre 100 et 200 degrés Celsius.

On parle ici de 300 degrés Celsius de différence entre le jour et la nuit, ce qui représente un énorme défi technique pour un petit robot, note M. Dupuis.

« Il pourrait devenir le premier robot à survivre à la nuit lunaire sans recours à l’énergie nucléaire. »

— Une citation de  Erick Dupuis

Le robot collectera des données de la surface et le sous-sol lunaire, y compris dans les zones d'obscurité permanente, et prendra des images.

L’Agence spatiale canadienne annoncera à l’automne 2022 le concept retenu.

Un astronaute regarde l'horizon à la surface de Mars.
Un astronaute regarde l'horizon à la surface de Mars.
iStock
Photo: Un astronaute regarde l'horizon à la surface de Mars.  Crédit: iStock

Le futur se prépare maintenant

Comme le programme Apollo, il y a plus de 50 ans, et la gestion de la Station spatiale internationale, depuis plus de 20 ans, Artemis permettra de tester de nouvelles technologies et de nouvelles procédures qui jetteront les bases de l’exploration spatiale lointaine des prochaines décennies.

La création d'une base lunaire permettra également aux scientifiques de mieux cerner comment le corps humain réagit dans un autre environnement que la Terre.

Toutes ces nouvelles connaissances et cette expérience permettront peut-être à l’humanité de visiter Mars ou même des astéroïdes. Une chose est certaine, la NASA s'y prépare déjà. En mai, dernier, l’agence spatiale a appelé l'industrie, le monde universitaire, la communauté internationale et les autres intéressés à lui fournir des propositions pour atteindre ses objectifs d'exploration de l'espace lointain. La NASA les a invités à partager leurs idées concernant 50 éléments nécessaires à la réussite de telles missions, notamment concernant le transport, les infrastructures et les opérations.

Photos : NASA, ASC, JPL-CALTECH, ESA, iStock

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