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Lunar Gateway

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Lunar Gateway
Station spatiale
Description de cette image, également commentée ci-après
Station spatiale Gateway (vue d'artiste).
Données générales
OrganisationDrapeau des États-UnisNASA
Drapeau de l’Union européenneESA
Drapeau du JaponJAXA
Drapeau du CanadaASC
ConstructeurMaxar Technologies
Northrop Grumman
Type demissionStation spatiale
StatutEn développement.
LancementPremier module en Novembre 2025
LanceurFalcon Heavy,SLS Block 1B.

Caractéristiques techniques
Orbite
Orbitelunaire rectilinéaire
Périapside3 000 km
Apoapside70 000 km
Période de révolution7 jours

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La configuration de la plate-forme orbitale lunaire, telle qu'elle figure dans la présentation HEOMD du.

LaLunar Gateway ou plus simplementGateway (anciennementLunar Orbital Platform-Gateway (« portail en orbite lunaire ») ou LOP-G, anciennementDeep Space Gateway (« portail sur l'espace lointain »), est un projet destation spatiale placé enorbite sélénocentrique proposé en 2017 par laNASA. La station a initialement pour objectif de préparer lesastronautes aux expéditions dans l'espace interplanétaire (Lune, Mars) en leur permettant d'y séjourner une cinquantaine de jours ainsi que de roder le fonctionnement d'unengin spatial loin du support procuré par la Terre. En 2019, la NASA lance leprogrammeArtemis, dont l'objectif est de ramener deshommes à la surface de la Lune initialement dès 2024[1]. Dans le cadre de ce projet, il est prévu que la station spatiale serve de relais entre la Terre et la surface lunaire pour les équipages et certains équipements.

Dans l'état actuel du projet, laLunar Gateway doit comprendre dans une première phase (2025) deux modules : PPE (Power and Propulsion Element) regroupe des fonctions de support (télécommunications, énergie et propulsion) tandis que HALO (Habitation and Logistics Outpost) sert de module d'habitation. Deux autres modules, ESPRIT et I-HAB, fournis par l'Europe et le Japon, doivent permettre d’accroître les capacités (ergols, télécommunications, sas scientifique) et le volume habitable de la station spatiale. Ces modules doivent être lancés par les fuséesFalcon Heavy etSLS. La station spatiale doit circuler sur une orbite dite NRHO (orbite de halo presque rectiligne) depériode orbitale de sept jours (3 000 - 70 000 km), qui présente l'avantage d'être très stable et de réduire les interruptions des liaisons avec la Terre.

Historique

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Le développement de la station spatiale lunaireLunar Gateway vise initialement à donner un objectif au programme spatial habité américain à la suite de l'abandon en 2010 du programme Constellation, qui devait ramener des hommes sur la Lune) et, en 2017, de la missionARM (détournement d'un petit astéroïde géocroiseur). À la suite de la réactivation en 2019 des ambitions lunaires par le présidentTrump (programmeArtemis), la station spatiale lunaire doit servir de relais entre la Terre et la surface de la Lune.

Vue d'artiste d'un vaisseau Orion visitant la station Lunar Orbital Platform-Gateway.

Abandon par la NASA de l'Asteroid Redirect Mission

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En 2010, l'arrêt pour raisons budgétaires duprogrammeConstellation, dont l'objectif est de ramener l'homme sur le sol lunaire, semble annoncer le repli du programme spatial habité américain sur l'orbite terrestre basse. Toutefois la même année, la NASA décide de poursuivre le développement d'un lanceur lourdSLS et du vaisseau spatialOrion. Ces engins spatiaux doivent être utilisés pour réaliser des missions interplanétaires d'une complexité croissante dans le but de déposer deshommes sur Mars. La stratégie ainsi définie, baptisée « Flexible Path » est beaucoup plus progressive que ce qui était envisagé dans les projets martiens antérieurs. Avant de poser l'homme sur Mars, il est prévu de mener des missions autour de laLune, sur des astéroïdes proches puis sur la lune martiennePhobos pour mettre au point les matériels et gagner en expérience. Les premières missions de SLS et Orion à destination de l'espace cislunaire sont progressivement définies au cours des années suivantes. Toutefois la stratégie d'exploration du système martien reste vague. La première mission est l'envoi d'un équipage à la surface d'unastéroïde géocroiseur : l'Asteroid Redirect Mission doit combiner l'étudein situ de cet objet et tester les nouveaux matériels notamment en déplaçant une roche de 4 mètres de diamètre située à la surface de l'astéroïde pour la placer sur une orbite lunaire[2]. Toutefois en interne à la NASA comme au Congrès peu de personnes soutiennent cette mission et celle-ci est finalement annulée en[3]. Cette annulation replace la Lune au cœur du programme spatial habité.

Schéma d'un vaisseau conçu pour permettre un séjour de500 jours dans l'espace interplanétaire.

En parallèle, à compter de 2012, la NASA réalise plusieurs études d'un engin spatial de grande taille (leDeep Space Habitat ou DSH) qui doivent permettre à des équipages d'effectuer des séjours de longue durée (de 60 à 500 jours) dans l'espace interplanétaire dans le cadre de missions à destination desastéroïdes géocroiseurs, de la Lune et de Mars. Les engins spatiaux étudiés fournissent un espace habitable et reprennent certains des concepts mis au point pour les modules de la Station spatiale internationale. Ils doivent être lancés par le lanceur géantSpace Launch System et fonctionner avec le vaisseauOrion. Ils utilisent le système d'amarrageIDSS[4]

Regain d'intérêt pour la Lune des agences spatiales russe et européenne

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La Russie annonce au milieu de la décennie 2010 qu'elle projette de développer une station orbitale lunaire, laLunar Orbital Station et d'envoyer des humains à la surface de la Lune à l'horizon 2030 en utilisant le vaisseauFederatsia en cours de développement. De son côté, l'Agence spatiale européenne lance en 2015 l'idée d'unvillage lunaire, c'est-à-dire d'une base permanente sur laLune développée par l'ensemble des nations spatiales.

Lancement du projet

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En, la NASA précise la stratégie de son programme spatial habité. Elle annonce le développement d'une station spatiale placée en orbite lunaire baptiséeDeep Space Gateway (DSG). Celle-ci peut accueillir des équipages pour une durée de 42 jours. Elle comprendra un module d'habitation, un module de propulsion et éventuellement un module servant de sas. La station DSG est assemblée à partir de composants transportés par le lanceur lourdSLS et est desservie par le vaisseauOrion. Il est prévu que, dans une première phase, les équipages qui doivent occuper la station à partir de 2025 l'utilisent pour apprendre à vivre et à travailler en orbite lunaire et se préparer ainsi aux missions à destination de la planète Mars. Cette phase permettra également de réaliser des rendez-vous orbitaux loin de l'orbite terrestre basse. La NASA indique qu'elle compte faire appel aux entreprises privées et aux partenaires internationaux pour les missions de ravitaillement. Les missions utilisant la station spatiale doivent constituer une répétition avant l'envoi demissions vers Mars qui constituent l'objectif final du programme. Pour transporter les équipages jusqu'à Mars, l'agence spatiale prévoit de développer un vaisseau spatial de grande taille, leDeep Space Transport. Celui-ci sera lancé vers la station lunaire par une fusée SLS, complètera son ravitaillement à son arrivée, avant d'être lancé vers Mars avec un équipage de quatre à cinq personnes[5],[6],[7]. Le, la NASA signe des contrats avec plusieurs industriels (Boeing,Lockheed Martin,Northrop Grumman,Sierra Nevada etMacDonald, Dettwiler) pour mener des études de conception du module de propulsion (PPE) de la future station spatiale[8].

Le,Jim Bridenstine,administrateur de la NASA, dévoile les grands axes du programmeExplore Moon To Mars lors d'une conférence aucentre spatial Kennedy qui replace le programme de la station spatiale lunaire dans la stratégie à long terme du programme spatial habité américain[9]. L'envoi d'astronautes vers la planète Mars est prévu à l'horizon 2030 après une décennie passée à l'étude des séjours longue durée dans l'espace, en orbite autour de la Lune[10].

Développement

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Logo du projet Lunar Gateway.

Le premier budget consacré au développement de la station spatiale lunaire, qui est rebaptisé à cette occasionLunar Orbital Platform – Gateway, est soumis en 2018. Un montant de504 millions dedollars américains est affecté au projet pour l'année 2019 tandis que 2,7 milliards doivent être dépensés d'ici 2023. La station doit comprendre dans sa configuration initiale deux modules : le module PPE (Power/Propulsion Module) prend en charge les fonctions de propulsion et de production d'énergie tandis que le module HALO (Habitation and Logistics Outpost) sert de logement aux astronautes. Deux modules supplémentaires, un sas et un module logistique, sont prévus dans un deuxième temps[11]. En, la NASA sélectionneMaxar Technologies pour la réalisation du module PPE pour un montant de 375 millions de dollars[12]. La réalisation du second module HALO est confiée àNorthrop Grumman[13]. Début 2021, la NASA sélectionne la fuséeFalcon Heavy deSpaceX pour le lancement des deux modules qui doit avoir lieu en 2025[14].

En mars 2020, la NASA passe commande auprès de la sociétéSpaceX d'une version dérivée du cargo spatialSpaceX Dragon, baptiséeSpaceX Dragon XL, pour assurer le ravitaillement de la station spatiale lunaire. Le vaisseau doit permettre le transport de3,4 tonnes de fret pressurisé et de une tonne de fret non pressurisé. Il sera lancé par une fuséeFalcon Heavy. Le vaisseau ne revient pas sur Terre mais est chargé de déchets au bout d'une durée maximale de un an et se place enorbite héliocentrique à la fin de sa mission. La NASA n’apporte aucune précision sur le budget alloué à cette commande et sur le nombre d'engins nécessaires pour assurer le support de la station spatiale[15].

Coopération internationale

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Pour ce projet, la NASA souhaite poursuivre la politique de coopération internationale mise en œuvre pour la construction et l'exploitation de laStation spatiale internationale. La Russie, partenaire principal dans cette dernière, donne son accord en septembre 2017[16]. Mais en janvier 2021,Dmitri Rogozine, responsable de l'agence spatiale russeRoscosmos, annonce que la Russie a décidé de ne pas participer à ce projet qu'elle trouve trop lié aux intérêts américains[17].

L'agence spatiale canadienne est la première organisation à confirmer sa participation au programme[18]. Le Canada est chargé de fournir un bras robotique,Canadarm3, aux fonctionnalités similaires à celles deCanadarm 2 en service à bord de la Station spatiale internationale[19].

Le programmeArtemis et la station spatiale

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Article principal :ProgrammeArtemis.

Les plans de la NASA sont en partie modifiés par la décision en avril 2019 du président américainDonald Trump d'accélérer son programme lunaire. Celui-ci fixe à 2024 la date du retour des astronautes sur le sol lunaire[20]. Pour répondre aux demandes du président, l'agence spatiale américaine lance leprogramme Artemis qui s'appuie en partie sur les développements déjà lancés dont la station spatiale lunaire. Dans ce nouveau contexte, laLunar Gateway doit servir de relais entre la Terre et la surface de la Lune. Toutefois en mars 2020, la NASA décide que, pour que l'assemblage de la station spatiale ne constitue pas une source de blocage, les premières missions vers le sol lunaire pourront être réalisées sans passer par la station spatiale lunaire[21]. Dans le cahier des charges du vaisseau lunaire HLS chargé de déposer les astronautes sur le sol lunaire, un rendez-vous en orbite lunaire entre le vaisseau Orion et le HLS est une option pour laquelle le candidat peut opter. Par contre, pour les missions dites « durables » à compter de 2028, la station lunaire devient obligatoire notamment pour permettre la réutilisation de tout ou partie du vaisseau lunaire[22]. Pour les premières missions du programmeArtemis, la priorité est donnée aux deux modules nécessaires pour les missions qui doivent se dérouler sur le sol lunaire, les modules PPE et HALO.

Orbite

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La station spatiale lunaire est positionnée sur une orbite NRHO. Ce schéma montre les orbites NRHO L1 et L2 nord et sud. L'orbite retenue est une L2 sud.

La station lunaireLunar Gateway est placée sur une orbite rectilinéaire autour de la Lune (orbite de Halo)[23]. Ses composantes diverses doivent être lancées par l'intermédiaire du lanceur spatial lourd américainSpace Launch System, ou des lanceurs russesProton ouAngara. La station est desservie par le vaisseauOrion de laNASA et de l'ESA puis, ultérieurement par leFederatsia russe. Le transport de fret peut se faire à l'aide de cargos dérivés de l'HTV japonais ou duCygnus américain deNorthrop Grumman.

La station spatiale est placée sur une orbite autour de la Lune dite NRHO (Near Rectilinear Halo Orbit). C'est uneorbite de halo dont lapériode orbitale est de 7 jours, le périsélène (le point le plus proche de la Lune) est de 3 000 km et l'aposélène de 70 000 km[24]. Cette orbite est sélectionnée parce qu'elle présente plusieurs avantages[25],[23] :

Pour vérifier la stabilité de cette orbite, la sonde spatialeCAPSTONE a été lancée le 28 juin 2022, exceptionnellement depuis laNouvelle-Zélande.

  • Orbite de la station spatiale lunaire
  • Simulation montrant l'orbite de la station spatiale, la Lune servant de point fixe.
  • Simulation montrant l'orbite de la station spatiale vue par un observateur placé au-dessus dupôle Nord de la Lune.

Caractéristiques techniques

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Pour les premières missions du programmeArtemis, la priorité est donnée aux deux modules nécessaires pour les missions qui doivent se dérouler sur le sol lunaire, les modules PPE et HALO. À terme, la station spatiale lunaire comprendra également les modules ESPRIT (télécommunications, propulsion et sas scientifique) et I-HAB (habitation).

Module PPE (énergie et propulsion)

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Le module PPE (Power and Propulsion Element) produit l'énergie et permet la propulsion de la station. Ce module a une masse comprise entre huit et neuf tonnes. La production électrique est assurée par des panneaux solaires fournissant 50 kW d'électricité[26] et la propulsion est fournie par des moteurs ioniques de 12 kW complétés par des moteurs-fusées à ergols liquides[27]. Le module dispose également de systèmes de télécommunications permettant d'assurer la liaison avec la Terre d'une part et la surface de la Lune d'autre part. La construction de ce module a été confiée en à la sociétéMaxar Technologies (autrefois SSL) pour un montant de375 millions US$. Le module devait être mis à disposition pour un lancement initialement prévu fin 2022[26], date remise actuellement à 2025.

Module HALO (habitation)

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Le module d'habitation HALO (Habitation and Logistics Outpost) également baptisé MHM (Minimal Habitation Module) sert de module d'habitation. Développé par la sociétéNorthrop Grumman, il est inspiré du cargo spatialCygnus. De forme cylindrique, il comporte deux ports d'amarrage radiaux pour permettre l'amarrage du vaisseau Orion et des cargos chargés du ravitaillement et deux autres ports d'amarrage dans l'axe pour se fixer aux autres modules de la station spatiale. Le module pressurisé dispose d'un système de communications, d'unsystème de support de vie permettant à un équipage de quatre personnes de vivre durant30 jours dans le volume fourni par ce module et le vaisseau Orion. Le module HALO doit être fourni par Northrop Grumman de manière à permettre son lancement fin 2025[28]. Le 20 février 2025, la structure primaire pressurisée du module HALO est présentée dans le centre de production de Thales Alenia Space, à Turin avant son expédition vers les Etats-Unis[29].

La station spatiale lunaire sera en 2025 limitée à deux modules : le module d'habitation HALO (2 sur le schéma) et le module fournissant l'énergie et la propulsion PPE (4). Sur le schéma sont amarrés les autres vaisseaux impliqués dans les premières missionsArtemis : un vaisseau de ravitaillement (3), le vaisseau Orion (1) et le vaisseau lunaire (5), qui doit déposer l'équipage sur la Lune.

Module I-HAB (habitation)

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LeCislunar Habitation Module,International Habitation Module (I-HAB), est utilisé pour les séjours de longue durée à bord de la station spatiale. Il est conçu pour accueillir jusqu'à quatre astronautes[30],[31]. Ce module est en conception (phase A/B1) en parallèle parAirbus[32] etThales Alenia Space[33].

Module ESPRIT (télécommunications et propulsion)

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ESPRIT (European System Providing Refueling, Infrastructure and Telecommunications)[34] permet le stockage des ergols, d'assurer la propulsion et les télécommunications et pourrait comporter un sas à expériences. Il est lancé avec le PPM[35]. Comme pour i-HAB, l'Agence spatiale européenne lance deux études (phase A/B1) en parallèle avecAirbus[32] etThales Alenia Space[33].

Autres modules

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D'autres modules sont à l'étude, mais leur développement n'est pas lancé en 2022.

  • LeGateway Logistics Module est utilisé pour des expériences et la logistique à bord de la station spatiale. L'équipement inclut un bras robotisé. Il doit être envoyé pendant la missionArtemis III[27].
  • LeGateway Airlock Module est utilisé pour effectuer lessorties extravéhiculaires (EVA). Il aurait pu être fourni par la Russie[36] si elle avait maintenue sa participation au programme. Il doit être envoyé pendant la mission Artemis 4[27].
  • Des habitats additionnels peuvent être développés par le Japon ou la Russie (si elle avait maintenue sa participation au programme).
  • LeCanadarm 3, fourni par l'Agence spatiale canadienne, est similaire auCanadarm 2 en fonction à bord de la Station spatiale internationale. Long de 8,5 mètres et d'une masse de 715 kilogrammes, il dispose de sept degrés de liberté. Il est équipé de six caméras en couleurs et4K dont deux panoramiques (360°). Les éléments du bras pourront être détachés et réparés à l'intérieur de la station spatiale[19].

L'Agence spatiale européenne peut proposer le port d'amarrage standardisé qu'elle développe[Quand ?] avec la société britanniqueQinetiQ : l'International Berthing and Docking Mechanism, mise en application de la normeInternational Docking System Standard (IDSS, mécanisme international d'accostage et d'amarrage). Ce standard doit également être adopté par la Russie et le secteur privé, ce qui laisse à penser qu'il devient une norme internationale. L'Agence spatiale canadienne souhaite tester unevoile solaire à bord de l'avant-poste[37].

Configuration de la station spatiale lunaire dans saconfiguration finale (proposée en juillet 2018) :A Module propulsion et génération électrique -B ESPRIT ; sas scientifique, stockage, télécommunications, réservoirs ergols -C Petit volume pressurisé pour agrandir la partie habitable -D etE Modules d'habitation -F Bras robotique -G Stockage des consommables et des équipements -H Sas -I Véhicule assurant les transports entre la surface lunaire et la station pour transporter des petits frets -J Vaisseau Orion. Dans l'encadré en bas à droite comparaison de la taille la station spatiale lunaire et de celle de la station spatiale internationale.

Cargo spatial SpaceX Dragon XL

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Un cargo spatial Dragon XL en approche de la station spatiale lunaire (vue d'artiste).

Le futur cargo spatialSpaceX Dragon XL est chargé de transporter le fret (consommables, pièces détachées) de la Terre jusqu'à la station spatiale lunaire. Au retour, il doit emporter les déchets et se placer sur une orbite héliocentrique. Ce cargo spatial est dérivé duSpaceX Dragon utilisé pour ravitailler la station spatiale internationale. Pour la mission lunaire, il doit être lancé par la fuséeFalcon Heavy. Selon le cahier des charges de la NASA, l'engin spatial doit être capable de transporter au moins3,4 tonnes de fret dans sa soute pressurisée et une tonne fixée à l'extérieur. Il sera capable de rester au moins un an amarré à la station spatiale lunaire en fournissant ainsi un volume supplémentaire à l'équipage[15]. En 2023 il est encore en phase de développement[38].

Déploiement de la station spatiale

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Le lancement de la station spatiale doit être effectué par les lanceursFalcon Heavy etSLS. Ce dernier est utilisé dans sa version Bloc 1B, plus puissante que la Bloc 1. Ce surcroit de puissance est utilisé pour lancer simultanément le vaisseau spatial Orion avec son équipage et un des modules de la station spatiale. Le lancement de la station spatiale doit débuter en 2025[14].

Historique des lancements
Date lancementMissionLanceurComposants lancésRemarque
Novembre 2025Falcon HeavyPPE etHALODéploiement station dans sa version minimale[14].
septembre 2028Artemis IVSLS Block 1BI-HABI-HAB est lancé avec le vaisseau Orion.
mars 2030Artemis VSLS Block 1BESPRIT….

Notes et références

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Notes

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Références

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  1. ↑(en) « T-minus Five Years and Counting », surThe Planetary Society(consulté le)
  2. ↑(en) Chris Bergin, « Taking aim on Phobos – NASA outline Flexible Path precursor to man on Mars », nasaspaceflight.com,.
  3. ↑(en) Jeff Foust, « NASA closing out Asteroid Redirect Mission »,SpaceNews,.
  4. ↑(en) David Smitherman et Tiffany Russell, « Deep Space Habitat Configurations based on International Space Station Systems », NASA,.
  5. ↑(en) Jason Davis, « NASA unveiled new plans for getting humans to Mars, and hardly anyone noticed »,Planetary Society,.
  6. ↑(en)Kathryn Hambleton, « Deep Space Gateway to Open Opportunities for Distant Destinations », surwww.nasa.gov, NASA(consulté le).
  7. ↑Jason CrusanRobyn Gatens, « Cislunar Habitation & Environmental Control & Life Support System », surwww.nasa.gov, NASA(consulté le).
  8. ↑« A quoi va servir (et ressembler) la Station spatiale lunaire internationale »,Le Huffington Post,‎(lire en ligne, consulté le).
  9. ↑SarahLoff, « Moon to Mars Event at Kennedy Space Center », surNASA,(consulté le)
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  12. ↑(en) Stephen Clark, « NASA chooses Maxar to build keystone module for lunar Gateway station », surSpaceflight Now,(consulté le).
  13. ↑(en) Stephen Clark, « NASA taps Northrop Grumman in sole-source agreement to build Gateway habitat », surSpaceflight Now,
  14. ↑ab etcSeanPotter, « NASA Awards Contract to Launch Initial Elements for Lunar Outpost », surNASA,(consulté le)
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Bibliographie

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Voir aussi

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Articles connexes

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Liens externes

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