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La colonisation de la Lune Le début d'une grande Aventure (I) Nous avons décrit l'histoire de l'astronautique et des premiers pas de l'homme sur la Lune, une aventure extraordinaire mais aussi à haut risque qui nous a permis de mieux comprendre comment l'être humain peut survivre et voyager dans l'espace proche. Grâce aux missions lunaires, nous avons également appris beaucoup choses sur la Lune, sa formation, son évolution et son activité actuelle. Mais comme toute mission d'exploration découvrant un nouveau monde, face à une ressource à fort potentiel, les agences spatiales ne se contenteront pas des découvertes du programme d'Apollo et des missions orbitales. Au cours du XXIe siècle, l'être humain redébarquera sur la Lune et ce sera pour y établir une base permanente, le début d'une nouvelle grande Aventure.
En 1958, voici comment Wernher von Braun[1] imaginait la première sortie du LEM dans son roman de réalité-fiction : "[John et Larry] ouvrirent lentement la porte extérieure et contemplèrent le magnifique panorama montagneux du cratère lunaire peu profond au fond duquel ils avaient accosté. Le spectacle était grandiose quoique désolé. On pouvait voir près de l'horizon un Soleil qui brillait sur un fond d'un noir de velours parsemé de myriades d'étoiles. Les pics lunaires projetaient de longues ombres noires, sans la moindre couleur ou nuance, et tout le paysage n'était fait que de contrastes accusés. Mais là-bas, près de l'horizon aussi, ils pouvaient apercevoir quelque chose d'une beauté frappante et qui différait de tout ce qui les entourait : le disque multicolore de la Terre d'où ils venaient [...], avec ses nuances bleuâtres, verdâtres, rougeâtres et d'un blanc brillant. C'étaient les seules taches de vraie couleur en vue. Dans toutes les autres directions brillaient les myriades d'étoiles calmes. Elles ajoutaient de l'éclat au panorama désolé et évoquaient le charme d'une nuit étoilée dans le désert." Il ne pouvait être plus visionnaire. Les archives de la NASA : Apollo Archive - Apollo archives - Apollo 11
Aujourd'hui la Lune est à porté de main, de la main de l'Homme lui-même ainsi que nous le rappelle la NASA. L'exploration lunaire débuta à l'initiative des Soviétiques qui lancèrent la sonde Luna 1 en 1959. Les Etats-Unis lancèrent avec succès leur première sonde automatique Pioneer 4 la même année et continuèrent sans interruption jusqu'en 1973. Ils lancèrent au total 37 vaisseaux spatiaux, dont 6 missions habitées Apollo entre 1969 et 1972. Au total, Russes et Américains lancèrent ainsi 81 vaisseaux spatiaux à la conquête de la Lune jusqu'en 1976. Puis il y eut un grand sommeil. Mais l'aventure lunaire reprit sa marche en avant. La Lune présente en effet un intérêt scientifique tel qu'on y envoya plusieurs sondes explorer à nouveau sa surface à partir de 1990. Après l'échec de la mission japonaise Hiten (Muses A) en 1990, deux sondes américaines sont parties à la recherche de traces d’eau dans les régions polaires de la Lune, autour des quelques rares cratères qui ne reçoivent jamais la chaleur du Soleil. Clementine fut mise en orbite polaire autour de la Lune en 1994 et Lunar Prospector la suivit en 1998. Précisons que le vecteur de cette dernière avait été construit sur base d’un missile ICBM Minuteman et contenait également les cendres de l’astronome Eugène Shoemaker, celui-là même qui découvrit de nombreuses comètes parmi lesquelles chacun aura reconnu la défunte Shoemaker-Levy 9. Eugène Shoemaker était également passionné par l’astronautique et manqua de peu d’être enrôlé comme astronaute. La seule et unique mission européenne fut Smart-1, un démonstrateur à propulsion électrique qui se mit avec succès en orbite lunaire en 2004. Au terme de ses deux années de vol, elle s'écrasa "avec succès" sur la Lune. Puis il y eut la mission japonaise Kaguya (ou Selene) en 2007, équipée d'une caméra haute définition HDTV fabriquée par NHK, et les missions se succèdent. A voir sur le blog : Kaguya révèle le cratère lunaire Tycho en 3D (2009) Paysage lunaire en 3D révélé par la sonde Kaguya (2008)
Au total, en 2022 on recensait 139 missions lunaires (depuis Pioneer 0 en 1958) organisées par 7 agences spatiales mais 43 missions ont échoué et 5 partiellement (perte de contrôle, panne d'électricité ou alunissage manqué). 36 autres missions sont planifiées jusqu'en 2028 par les différentes agences spatiales dont Artémis de la NASA (une liste complète des missions lunaires est tenue à jour sur le site anglophone de Wikipédia). La colonisation de la Lune Vivrons-nous demain sur la Lune ? Malgré la mise en veilleuse de l’exploration de la Lune pendant près de 30 ans, celle-ci n’a jamais été délaissée par les professionnels. Indépendamment des décisions politiques, toutes les agences spatiales ont planifié des missions vers la Lune à part décennie 2020. Tout a commencé par de nouvelles missions de prospections.
Citons déjà le succès de la mission japonaise Lunar A qui déploya des pénétrateurs sismiques dans la surface de la Lune en 1999. Fiers de ce dernier succès, tant le Japon, l'ESA que la NASA planchent sur de nouvelles sondes bon marché mais spécialisées qui s'envoleront bientôt explorer le sol lunaire, pour citer la sonde SMART-1 de l'ESA par exemple qui était équipée d'un moteur ionique. Si la colonisation de la Lune annoncée par le président Bush en 1989 fut annulée par le Congrès, le président George Bush, Jr reprit son idée et comptait bien la mener à son terme. A la veille de sa réélection en 2004, il annonça qu'il souhaitait que la NASA établisse une base permanente sur la Lune à partir de 2015 et construise en parallèle un site de lancement vers Mars. Comme le rappela le porte-parole de la NASA : "cette fois nous y allons pour y rester. C'est une 'top priorité'." Mais depuis les choses ont changé et le projet fut postposé. Michael Griffin, alors administrateur de la NASA, estimait le coût de ce programme à 104 milliards de dollars, voisin du prix actualisé du programme Apollo mais 30% moins cher que le programme de la station ISS. Pour les prochaines missions habitées vers la station ISS, vers la Lune et au-delà, la NASA avait élaboré le programme Constellation mais le président Barack Obama l'annula en 2010. Il sauva cependant le projet de vaisseau Orion et émit le souhait de bâtir une base lunaire avant d'entrevoir un vol habité vers Mars vers 2035. Pour cela, la NASA et ses contractants (dont plus de vingt entreprises européennes pour le SLS) ont dû développer une nouvelle fusée, un nouveau module cargo et un nouveau vaisseau habité (cf. les vaisseaux spatiaux Falcon, SLS, Dragon et Orion). De son côté, l'agence japonaise JAXA envisage également de débarquer des hommes sur la Lune à partir de 2025. Ce jour là, le savoir-faire Japonais prendra un tout autre sens et leur technologie sera plus que jamais en concurrence directe avec celle de la NASA, de l'ESA et la CNSA chinoise. L'Inde a également posé un satellite sur la Lune en 2008 mais n'a pas annoncé son intention d'y déposer des hommes. La Chine (CNSA) est de nouveau dans la course à la Lune. Après avoir réussi à poser la sonde spatiale Chang'e-3 sur la Lune en 2013 (dont voici les vidéos de CCTV), elle posa la sonde spatiale Chang'e-4 sur la face cachée de la Lune début 2019 et la sonde spatiale Chang'e-5 en décembre 2020 qui ramena 2 kg de roches lunaires. Plus ambitieux, la Chine envisage également de débarquer un homme sur la Lune après 2025 et d'installer une base lunaire habitée en permanence vers 2040. Quant à l'Europe, en 2019 le groupe Ariane annonça qu'il allait "étudier une mission lunaire pour l'ESA" avec un alunissage prévu avant 2025. La mission serait dédiée à l'exploration minière. Puis plus personne n'en entendit parler comme si l'ESA avait abandonné la partie. Aux dernières nouvelles, ce projet est retardé voire annulé au bénéfice d'une collaboration avec la NASA autour de la future base lunaire. Ceci confirme que malgré sa population deux fois plus nombreuse que celle des Etats-Unis, l'Europe de l'espace n'a pas les moyens de ses ambitions sans parler des tensions internes entre ses membres (notamment de l'Allemagne qui juge la politique de l'ESA inadaptée).
Le nom Artémis fut choisi par la NASA car dans la mythologie grecque c'est la soeur d'Apollon (Apollo en anglais). Sachant ce que coûta le programme Apollo tant en vies humaines (3 morts) que financièrement et les risques encourrus, faut-il croire les déclarations annonçant un nouveau débarquement de l'homme sur la Lune ? Pour les Etats-Unis, il s'agit avant tout d'une stratégie politique pour valoriser le savoir-faire des entreprises américaines au détriment des autres nations spatiales, le lanceur Ariane et les fusées russes et chinoises étant toujours des concurrents indésirables aux yeux de certains Républicains. Pour l'Europe, la Russie et la Chine c'est plus une question de prestige que d'affaire; ils ne peuvent pas laisser la Lune aux Américains et passer au yeux du public comme des outsiders ou des nations incapables de réussir une mission lunaire habitée. Dans cette éventualité, l'ESA serait considérée comme un acteur de second ordre voire peu fiable et perdrait le support de ses membres et ses budgets. Ceci dit, l'ESA n'a pas les moyens financiers pour se battre à égal avec ses concurrents. De plus, suite à la guerre en Ukraine et l'annulation de sa collaboration avec la Russie, l'Europe ne peut plus bénéficier des lanceurs Soyouz et ne peut compter que sur deux exemplaires de sa nouvelle fusée Ariane 6 dont le vol inaugural aura lieu le 9 juillet 2024. A défaut de moyens, l'ESA et des dizaines d'entreprises européennes n'ont pas d'autre alternative que de participer au programme lunaire Artémis. Mais au-delà de ces rivalités politiques et technologiques, aucune nation spatiale ne peut ignorer le potentiel offert par les ressources lunaires, même si aucun pays n'envisage de les exploiter avant 2040 ou 2050 et encore, avec des moyens très limités. Nous verrons si ces effets d'annonces seront suivis d'actions concrètes car l'histoire nous a montré que les programmes sont souvent retardés de plusieurs années ou annulés, sans même parler des soi-disant projets de missions habitées vers Mars ou de colonies spatiales à la O'Neil qui n'ont jamais vu le jour faute d'intérêt réel des Américains et de la communauté internationale. A
voir : NASA's Artemis 1 rocket prepares for first test flight,
CBS, 2021 A consulter : Space Launch System, Boeing Artemis 1 : Get boarding Pass, NASA, 2022 Enregistrez votre prénom et nom pour recevoir votre ticket pour le vol d'Artémis 1
Artémis I Initialement, selon les premières prévisions de la NASA, une fusée SLS portant le vaisseau Orion non habité devait effectuer un vol d'essai autour de la Lune en 2020. Un an plus tard, la fusée n'était toujours pas prête. En 2022, trois tentatives de lancements furent annulées suite à de nouveaux problèmes techniques avec les moteurs cryogéniques et le passage de la tempête tropicale Ian dans les Caraïbes, forçant la NASA à ramener la fusée dans son hangard (cf. NASA). La NASA a finalement lancé la fusée Artémis I portant le vaisseau Orion le 16 novembre 2022 à 1h47 locale, 50 ans après la mission Apollo 11. La mission Artémis I dura 26 jours. On pouvait suivre virtuellement la mission en temps réel via le site Track Artemis de la NASA. On reviendra sur les fusées Falcon et SLS. Artémis II La mission Artémis II a prit un an de retard sur le planning et est prévue pour 2025. Il s'agit d'un vol orbital habité au cours duquel quatre astronautes, trois Américains et un Canadien, survoleront la Lune, sans y alunir. Comme Apollo 8, 9 et 10 à l'époque, la mission a pour objectif de s'assurer que toutes les étapes de la mission se déroulent bien. Artémis II sert à vérifier si on peut contrôler le vaisseau Orion comme prévu, communiquer sans problème avec la Terre, etc. A
voir : Artemis I Close Flyby of the Moon,
NASA Track Artemis, NASA Artemis I Launch to the Moon (Official NASA Broadcast), NASA Artemis Launch, Cady Coleman
Artémis III Le but d'Artémis III est de tester la phase d'alunissage et de décollage de la Lune. Le docking ou amarrage entre le vaisseau Orion et le Gateway n'est pas encore certain mais possible. Cette mission devrait durer 10 jours. Pour la NASA, la mission lunaire Artémis III est tout à fait concrète et devait se dérouler en plusieurs étapes : 1°. Lancement sur orbite d'une fusée SLS Artémis III au sommet de laquelle se trouve le vaisseau habité et autonome Orion 2°. Mise sur orbite d'une fusée-cargo contenant le matériel dont le module lunaire 3°. Assemblage du module lunaire ou d'autres modules avec le vaisseau Orion et transport de l'ensemble vers la Lune. 4°. Alunissage, premiers pas et décollage de la Lune. 5°. Retour du vaisseau Orion et atterrissage sur Terre. Artémis IV A l'heure actuelle, la NASA a proposé un scénario alternatif avant la mission lunaire. La fusée Artémis III resterait en orbite terrestre afin de tester l'amarrage entre le vaisseau Orion et l'alunisseur Starship (voir ci-dessous). C'est la mission Artémis IV qui embarquerait les astronautes qui se poseront sur la Lune. Concernant le carburant des fusées, si de petits moteurs électriques peuvent être fabriqués à partir de la transformation du CO2 en oxygène, l'hydrogène ne sera pas utilisé comme combustible (ergol) car il est trop difficile à stocker (l'hydrogène s'évaporant à -252.98°C, il exige des moyens de conservation soit cryogéniques soit à hautes pressions voire à base d'hydrures sous forme solide). Comme SpaceX et d'autres constructeurs, la NASA utilisera encore longtemps des moteurs-fusées à oxygène-méthane car ces ergols sont plus faciles à produire et à stocker que l'hydrogène (le méthane peut aussi être fabriqué à partir du CO2 et de la lumière, cf. M.Robert et al., 2017). L'alunisseur Après le vaisseau Orion qui reste l'élément clé du programme Artémis avec le propulseur SLS, l'alunisseur est indispensable pour se poser et décoller de la Lune. Le contrat initial de la NASA fut confié à SpaceX qui signa en 2021 un contrat de 2.9 milliards de dollars mais complété par une participation propre de SpaceX d'au moins un milliard de dollars. Blue Origin porta plainte contre la NASA pour n'avoir sélectionné qu'une seule entreprise alors qu'habituellement elle en choisit deux pour à la fois faire jouer la concurrence et réduire les risques. Finalement, en 2023 Bill Nelson confia le développement d'un second alunisseur pour la mission Artémis V à Blue Origin qui travaille sur ce projet en collaboration avec Lockheed Martin, Draper, Boeing, Astrobotic et Honeybee Robotics. C'est un contract de 3.4 milliards de dollars. Pour rappel, le programme Apollo utilisait un module lunaire (LEM, Lunar Excursion Module) pour se poser et décoller de la Lune. Cette solution fut retenue par Blue Origin. En revanche, l'alunisseur de SpaceX est une version modifiée de la fusée Starship dont la mise au point reste donc tout aussi délicate qu'une fusée (les premiers vols montés sur son lanceur Super Heavy en 2023 se sont soldés par des explosions). Starship est une fusée habitée réutilisable dont le premier étage appelé Super Heavy est équipé de 33 moteurs Raptor permettant à la fusée de décoller et revenir sur la terre ferme. De plus, pour atteindre la Lune, Starship devra être ravitaillé en carburant en vol, une opération risquée et qui n'a pas encore été testée. Les certifications Comme en Europe où l'AESA (Agence Européenne de la Sécurité Aérienne) certifie les nouveaux avions, les équipements et la formation des pilotes, aux Etats-Unis, la FAA (Federal Aviation Agency) certifie les vaisseaux aériens et la formation des pilotes comme des astronautes et la FWS (U.S. Fish and Wildlife Service) assure la préservation de la vie sauvage. La FAA et la FWS exigent que les entreprises spatiales dont SpaceX respectent les réglementations américaines, en particulier la FWS qui veut éviter que les fusées ne polluent et dégradent l'environnement. En 2024, le retour de Starship n'avait toujours pas été certifié. Cette situation énerva Elon Musk car elle impacta directement le planning et embarrassa la NASA car la procédure de certification risquait de retarder la prochaine mission prévue en 2024 de 6 mois. Artémis III : les Américains sur la Lune En mai 2019, l'administration Trump soumit un amendement au budget de l'année fiscale 2020 afin d'augmenter le budget de la NASA de 1.6 milliard de dollars dans le but d'accélérer le débarquement d'astronautes américains sur la Lune prévu en 2024, portant le budget de la NASA à 23.5 milliards de dollars soit 9% de plus qu'en 2019 (cf. The New York Times et Reuters). Mais revers de la médaille, selon l'agence AP, pour augmenter ce budget, Trump n'a pas hésité à couper dans les fonds de la NASA réservés à l'éducation après avoir déjà coupé des fonds réservés à la science. Mais ce projet de débarquement anticipé sur la Lune n'est pas gagné car l'administration Trump ne connaissait même pas la somme exacte à investir pour respecter son planning. A consulter : NASA's RASC-AL Competition Exploration Technology Development Program, NASA Les nouvelles technologies d'exploration (robot, rover, habitat, etc)
Le changement d'administration en 2021 avec l'élection du président Joe Biden modifia le budget et le planning. On estime qu'il faudrait que la NASA se voit octroyée 4 milliards de dollars supplémentaires par an jusqu'en 2024 pour atteindre son objectif de 40 milliards de dollars ! Mais en pratique il faudrait doubler cette enveloppe et donc trouver dans la poche du contribuable américain quelque 40 milliards de dollars supplémentaires d'ici 2024... Rappelons que la fusée Artémis revient à 4.1 milliards de dollars (cf. Ars Technica). Dans un rapport d'audit du Bureau de l'Inspecteur Général (IOG) de la NASA publié le 10 août 2021, l'IOG déclara que l'agence spatiale est en passe de dépenser plus d'un milliard de dollars pour développer ses nouvelles combinaisons spatiales mais que les deux premières combinaisons xEMU ne seront pas prêtes avant "avril 2025 au plus tôt. Compte tenu de ces retards anticipés dans le développement de la combinaison spatiale, un atterrissage lunaire à la fin de 2024, comme le prévoit actuellement la NASA, n'est pas réalisable." Officieusement, pour que la NASA respecte son planning, on lui proposa de confier la fabrication des combinaisons xEMU à SpaceX. Finalement le développement des combinaisons xEMU et lunaires fut confié à Axiom Space en collaboration avec Prada pour son expertise et à Collins Aerospace. L'échéancier du programme lunaire, tel qu'établi par l'ancien vice-président Mike Pence fut jugé irréaliste par l'équipe de transition du président Biden. Mais la NASA souhaitait toujours envoyer des astronautes sur la Lune en 2024. Aux dernières nouvelles (2024), selon Bill Nelson, administrateur de la NASA, "Nous ajustons notre calendrier, pour viser Artémis II en septembre 2025, et septembre 2026 pour Artémis III." Ensuite, le programme lunaire et le type d'habitat qui sera installé ne sont pas encore clairement définis ni planifiés. Les seuls projets dont la construction ou la fabrication était en cours ou terminée en 2024 sont les combinaisons spatiales, le lanceur Artémis I de SpaceX, le vaisseau Orion de Lockheed Martin ainsi que les modules d'alunissage de SpaceX et de Blue Origin. Reste à construire et assembler les éléments du Gateway lunaire et ensuite la base lunaire. Prochain chapitre
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