Orion est unvéhicule spatial de laNASA conçu pour transporter un équipage de quatre astronautes au-delà de l'orbite terrestre basse pour une mission de trois semaines. Il est placé en orbite par lelanceur lourdSLS. Utilisé dans le cadre duprogrammeArtemis, il a pour rôle, de façon similaire auvaisseauApollo, de transporter les équipages jusqu'à l'orbite lunaire et de les ramener sur Terre une fois leur mission accomplie. Deux vols sans équipage ont été effectués respectivement en (EFT-1) et (Artemis I). Le premier vol avec équipage est programmé pour (missionArtemis II).
À l'origine,Orion est développé dans le cadre duprogrammeConstellation (2006), dont l'objectif est d'emmener deshommes sur la Lune à l'horizon 2022 et de remplacer lanavette spatiale pour la relève des équipages de laStation spatiale internationale. En, le programmeConstellation est abandonné et, après avoir envisagé d'annuler le développement du vaisseau, la NASA décide de poursuivre son développement pour de futures missions de survol de la Lune et des astéroïdes, et éventuellement le transport de l'équipage de la Station spatiale internationale. Finalement, le vaisseau est intégré dans l'architecture du programmeArtemis, qui en 2025 doit ramener des hommes à la surface de la Lune au plus tôt en 2027.
Orion reprend l'architecture duvaisseauApollo avec unecapsule conique contenant l'habitacle dans lequel séjourne l'équipage, unmodule de service dans lequel est rassemblé tout ce qui n'est pas nécessaire au retour sur Terre et unetour de sauvetage, qui est utilisée en cas de défaillance du lanceur. Le module de service est largué avant larentrée atmosphérique. L'ensemble a une masse d'environ27 tonnes, dont16 tonnes pour le module de service. Contrairement à ses prédécesseurs, il utilise despanneaux solaires pour la production d'énergie. Il dispose d'un volume habitable plus que doublé par rapport au vaisseauApollo et d'unsystème d'amarrage similaire à celui de la navette spatiale américaine. Le vaisseauOrion est conçu pour se poser en mer à son retour sur Terre et est réutilisable. Le module de commande est fourni parLockheed Martin tandis que le module de service, qui est dérivé de l'ATV, est fourni parAirbus Defence and Space dans le cadre d'un accord avec l'Agence spatiale européenne.
Les caractéristiques des engins spatiaux du programmeConstellation sont rendues publiques le. Le vaisseau spatial habité principal est désigné sous l'appellation deCrew Exploration Vehicle (CEV) avant d'être baptiséOrion le. Ce nom est celui d'une des navettes du film2001, l'Odyssée de l'espace (1968), ainsi que d'une étude devaisseau spatial propulsé par l'énergie nucléaire. La NASA annonce le que le véhicule sera construit parLockheed Martin. Le vaisseau spatial doit être lancé par un nouveau lanceur,AresI.
Les premiers essais sont alors prévus pour 2008 avec un vol non habité pour 2011, un vol habité pour et un premier retour des astronautes sur laLune pour 2019, mais ces dates sont repoussées du fait de la faiblesse des ressources financières affectées au programme[1].
À la suite de son investiture, le président américainBarack Obama demande à lacommission Augustine, créée à cet effet le et composée de spécialistes de l'astronautique issus de l'industrie de la recherche et de la NASA, d'examiner les conséquences du retrait de lanavette spatiale américaine sur le programme de laStation spatiale internationale et d'effectuer une revue du programme Constellation, lequel est confronté à la fois à des problèmes budgétaires et de planification. Le comité rend son rapport le. En ce qui concerne le programmeConstellation, ses principales conclusions sont que la NASA a besoin d'un complément budgétaire annuel de trois milliards de dollars pour pouvoir atteindre les objectifs qui lui sont fixés[2]. Elle constate que le lanceurAresI, qui doit permettre le lancement du vaisseauOrion, rencontre des problèmes techniques qui devraient pouvoir être résolus mais que sa mise au point tardive diminue fortement son intérêt. Le comité estime préoccupant le coût de production du vaisseauOrion, par ailleurs soumis à de fortes contraintes (masse, coût de développement)[3]. Le président Barack Obama annonce le qu'il va proposer l'annulation du programmeConstellation en avançant trois motifs : un budget en dépassement, le retard pris sur les échéances et l'absence d'innovations intégrées dans le projet[4]. Le, le président Obama approuve le « NASA AuthorizationAct 2010 », qui confirme l'arrêt du programme[5].
À la suite de l'abandon du programme Constellation, l'arrêt du développement du vaisseau spatial est envisagé. La NASA lance un appel d'offres auprès de prestataires privés pour transporter les équipages vers la Station spatiale internationale et il n'existe pas de plans fermes pour des missions au-delà de l'orbite terrestre. Néanmoins, la NASA annonce le que le développement du vaisseau spatialOrion se poursuit. L'agence spatiale américaine prévoit de l'utiliser pour lancer des missions orbitales vers la Lune ou les astéroïdes géocroiseurs à l'horizon 2020. Il doit également servir de solution de secours si les prestataires privés ne parvenaient pas à remplir leurs objectifs de desserte de la station spatiale. Le vaisseau est baptiséMulti-Purpose Crew Vehicle (MPCV) « Orion »[6].
Le développement dumodule de service a été repoussé pour étaler les coûts.
La NASA et l'Agence spatiale européenne négocient depuis 2011 l'utilisation d'une version évoluée du module de service de l'ATV européen. Cette proposition de l'Agence spatiale européenne (ESA) lui permet de payer en nature sa participation à laStation spatiale internationale[7], qui n'est plus couverte par la livraison des vaisseaux ATV. En effet, le dernier vaisseau cargo ATV livré par l'ESA en 2014 n'assure le paiement du séjour que jusqu'en 2017. Cette décision de l'ESA a été validée en par le conseil des ministres européens réunis à Naples pour statuer sur l'activité de l'Agence spatiale européenne au cours des prochaines années. La solution retenue a été validée par le gouvernement américain et officiellement annoncée en[8],[9]. Ce module est construit pour450 millions d'euros sous la maîtrise d'œuvre d'Airbus à Brême.
Un modèle destiné à des tests au sol ().
Le modèle EFT-1, après sa dernière soudure, qui a volé en 2014 ().
Un modèle destiné à des tests au sol est placé dans une chambre acoustique chez le constructeurLockheed Martin.
Conçu dans le cadre duprogrammeConstellation, le vaisseau utilise une architecture dite « en ligne ». Le vaisseau est placé au sommet d'un lanceur classique à l'image des vaisseaux duprogrammeApollo dontOrion s'inspire fortement. La formule duplaneur adoptée pour la navette spatiale américaine n'a pas été retenue.Orion peut transporter quatre astronautes pour des vols de 21 jours et sept astronautes vers l'orbite basse où il peut séjourner dans l'espace durant six mois attaché à la station spatiale[10],[11]. Lespiles à combustible qui alimentaient en énergie la génération des vaisseaux précédents sont abandonnées au profit depanneaux solaires. Le vaisseau dispose d'uneécoutille de typeAPAS, leNASA Docking System, similaire à celle utilisée par lanavette spatiale américaine pour s'amarrer à laStation spatiale internationale. L'atmosphère de la cabine est composée d'un mélange d'azote et d'oxygène dans des proportions qui peuvent être modulées. Ce choix, identique à ce qui est pratiqué sur les vaisseaux russes, diverge de la solution adoptée sur les différents vaisseaux spatiaux américains des années 1960-1970 qui, pour économiser de la masse, utilisaient une atmosphère d'oxygène pur (choix qui s'était avéré dangereux après la catastrophe d'Apollo 1). Les spécifications du module de service ne sont connues qu'à travers le cahier des charges établi pour leprogrammeConstellation dont les missions ne sont plus d'actualité. À l'époque, il est envisagé que la propulsion et les réserves d'ergols du module de service lui permettent d'effectuer des changements de vitesse totaux de1,4 à1,5km/s[12].
Module de commande dans lequel se tient l'équipage.
Orion est composé de trois modules : le module de commande dans lequel séjourne l'équipage, le module de service qui regroupe les équipements qui ne sont pas indispensables pour le retour sur Terre (propulsion, consommables, énergie) et latour de sauvetage qui permet au vaisseau de revenir au sol en cas de défaillance du lanceur.
Comparaison des caractéristiques d'Orion avec d'autres véhicules lunaires
Module de l'équipage.Tableau de bord du module de commande d'Orion.
Le module de commande ou module d'équipage (Crew Vehicule), dont la section est de forme conique, transporte l'équipage, du fret et des instruments scientifiques. Ce module peut s'amarrer à lastation spatiale internationale. C'est la seule partie du vaisseau qui revient sur Terre après chaque mission. Le volume pressurisé est de 19,56 m3 et le volume habitable est de 8,95 m3[13].
Les composants structurels du module de commande et la coque pressurisée sont réalisés dans unalliage aluminium-lithium(en) de couleur vert olive utilisé précédemment pour la réalisation de la version allégée duréservoir externe de la navette spatiale américaine utilisée à partir de 1998. La coque pressurisée comprend plusieurs composants — cloison avant, cloison arrière, tunnel de communication, cylindre du module — qui sont assemblés en utilisant la technique dusoudage par friction. Le cylindre et la cloison arrière servent de support pour un treillis de poutrelle qui ajoute de la rigidité à l'ensemble et sert de support aux points d'attache des sièges de l'équipage, aux systèmes installés dans la coque pressurisée et aux armoires de rangement. La coque pressurisée comporte quatre hublots : deux hublots horizontaux et deux hublots inclinés permettant d'observer vers l'avant du vaisseau pour les opérations d'amarrage. De nombreux équipements ne nécessitent pas de se trouver à l'intérieur de la coque pressurisée :avionique, réservoirs d'ergols, batteries, systèmes de contrôle de l'environnement. Ils sont installés principalement autour du tunnel de communication situés à l'avant du vaisseau. La coque pressurisée et les équipements externes sont recouverts par des panneaux en nid-d'abeilles de titane qui fournissent une première isolation thermique et sont chargés de bloquer les micrométéorites[14]. Avant le lancement puis après l'amerrissage, les astronautes entrent et sortent de la capsule via une écoutille latérale trapézoïdale de 82 cm de largeur en bas pour 61 cm en haut, et 82 cm de hauteur[15].
L'équipage peut être dangereusement irradié si uneéruption solaire se produit dans la direction du vaisseau alors que celui-ci se situe dans l'espace interplanétaire en dehors de la protection de lamagnétosphère terrestre ou de la Lune. Dans ce cas de figure, l'équipage a pour consigne de se réfugier dans les deux grands rangements situés au centre du vaisseau entre le plancher et le bouclier thermique en utilisant les sacs que contiennent ces placards pour se protéger autant que possible desparticules solaires[18].
Le module de service regroupe l'ensemble des équipements qui ne sont pas indispensables pour le retour sur Terre. On y trouve la propulsion principale et les réservoirs d'ergols associés ainsi que les consommables (eau, oxygène, azote) utilisés par l'équipage. Les panneaux solaires qui produisent l'énergie électrique du vaisseau ainsi que les radiateurs qui assurent l'évacuation de la chaleur excédentaire sont également logés dans le module de service. Un système environnemental permet de contrôler la température des composantes du véhicule et du fret. Il est largué avant le retour sur Terre[19]. Le module de service est également équipé d'une soute permettant d'emporter du fret non pressurisé ou des instruments scientifiques. La version du module de service utilisée pour le premier vol est développée par l'ESA au titre de paiement pour le séjour des astronautes européens à bord de laStation spatiale internationale entre 2017 et 2020. En effet, le dernier vaisseau cargo ATV livré par l'ESA en 2014 n'assure le paiement du séjour que jusqu'en 2017. Fin 2014, la NASA a commandé un seul exemplaire de ce module baptiséEuropean Service Module(en) pour le volArtemis I et en a commandé cinq autres pour les volsArtemis II àArtemis VI.
Le module de serviceESM(en) a une longueur de 2,72 mètres (tuyère exclue) pour un diamètre de 4,5 mètres. Sa masse à sec est d'environ 3,8 tonnes et il peut emporter 9,2 tonnes d'ergols. Il est composé de plusieurs sous-ensembles : un cylindre supérieur, une plateforme supportant les réservoirs principaux d'ergols, un cylindre principal, une plateforme inférieure, un étage regroupant les équipements et une enveloppe protégeant l'ensemble des micrométéorites.
L'énergie électrique est fournie par despanneaux solaires en X qui reprennent l'architecture utilisée sur le vaisseau cargoATV de l'ESA. Chaque branche du X est composé de trois panneaux solaires utilisant descellules solaires à triple jonction à l'arséniure de gallium permettant de transformer 30 % de l'énergie solaire en électricité soit une amélioration de 17 % par rapport aux panneaux de l'ATV. L'European Service Module (ESM) fournit ainsi 11 kW au niveau de l'orbite basse terrestre. Une fois déployés, les panneaux solaires portent l'envergure du vaisseau à 18,8 mètres. Les quatre ailes disposent de deuxdegrés de liberté : elles peuvent tourner autour de leur axe pour maximiser l'énergie produite et s'incliner par rapport à l'axe longitudinal du vaisseau de -60° à +55° pour réduire les forces exercées lorsque le vaisseau utilise sa propulsion pour accélérer ou décélérer[14].
Latour de sauvetage (LAS ouLaunch Abort System) est le système qui est utilisé pour sauvegarder le vaisseau, si le lanceur est victime d'une défaillance grave susceptible de mettre l'équipage en danger. Doté de son propre système de propulsion et fixé au-dessus du vaisseau, il permet d'écarter le module d'équipage (CM ouCrew Module) du lanceur tout en lui faisant prendre suffisamment d'altitude pour que les parachutes puissent être déployés et freiner le vaisseau avant son atterrissage. Il comprend lacoiffe et la tour de sauvetage (LAT ouLaunch Abort Tower). La coiffe est une structure en composite qui recouvre et protège la capsule contre la chaleur, la pression de l'air et l'environnement acoustique. Le système de sauvegarde comprend trois moteurs à propergol solide. Le moteur principal, d'une poussée de 181 tonnes, est chargé d'écarter le module de commande du lanceur. Le moteur de contrôle d'attitude utilise un générateur de gaz à propergol solide avec huit tuyères montées tout autour de sa périphérie pour orienter l'ensemble. Il permet d'exercer une poussée de 3,2 tonnes dans chacune des huit directions. Le moteur d'éjection est utilisé pour séparer la tour de sauvetage du vaisseau. Si la tour de sauvetage a été activée, cette séparation intervient une fois que le moteur principal a achevé sa tâche pour permettre aux parachutes de se déployer. Si le vol se déroule normalement, l'éjection de la tour de sauvetage est réalisée après six minutes de vol alors que le vaisseau se trouve à 91 km d'altitude[20].
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Le premier étage hisse le second étage et Orion sur une trajectoire suborbitale. Nommé Interim Cryogenic Propulsion Stage, il est allumé une première fois près de l'apogée afin d'effectuer la manœuvre d'élévation du périgée. Il est ensuite rallumé près du périgée, pour effectuer l'injection lunaire (TLI).
Le vaisseauOrion est conçu pour pouvoir réaliser des missions au-delà de l'orbite terrestre. Il peut également assurer le transport d'équipages vers laStation spatiale internationale[21] au cas où les sociétés chargées du transport des équipages dans le futur ne parviendraient pas à tenir leurs engagements.
Mission test, ayant pour but de démontrer les capacités de latour de sauvetage(Launch Abort System - LAS) à propulser l'équipage à une distance de sécurité suffisante, ainsi que le désamarrage entre la tour de sauvetage et le module de commande Artemis(Command Module - CM) puis l'ouverture des parachutes. Ce test a permis la collecte de données sur les contraintes structurelles subies par leLAS et le module de commande[23],[24].
Vol d'essai de la capsuleOrion avec une maquette du module de service.Premier vol spatial du vaisseau.
Après avoir bouclé deux orbites autour de la Terre, le vaisseau a effectué unerentrée atmosphérique à une vitesse égale à 84 % de celle atteinte dans le cadre d'une mission vers la Lune. L'objectif était de tester la tenue dubouclier thermique ainsi que le déploiement des parachutes[25]. Le lancement a lieu le[26].
Mission test, ayant pour but de démontrer le fonctionnement de latour de sauvetage lors d'une phase d'ascension, ce qui implique un désamarrage et une poussée suffisante pour s'éloigner d'unétage de fusée en fonctionnement. Pour cela, latour de sauvetage et une maquette sans parachutes du module de commandeOrion ont été montés sur un étage de fusée deNorthrop Grumman[27],[28].
Il s'agit du premier vol d'Orion dans sa configuration finale, pour une mission inhabitée qui comporte une insertion en orbite lunaire sur une orbite de type DRO (distant retrograde orbit).Orion a été lancé par leSpace Launch System (SLS) pour la première fois. L'Agence spatiale européenne a fourni le module de service pour cette mission. La durée de la mission, lancée le 16 novembre, est de 25 jours. Le 11 décembre 2022, Orion amerrit[29] dans l'océan Pacifique au large de la Basse-Californie, au Mexique.
Artemis II (2026) - Il s'agit du premier vol habité d'Orion. Le véhicule sera à nouveau lancé par leSpace Launch System (SLS). Un équipage de quatre astronautes (trois américains et un canadien) réaliseront une mission en boucle autour de la Lune en suivant unetrajectoire de retour libre vers la Terre (commeApollo 13). Ce sera la première mission habitée vers la Lune depuisApollo 17 en 1972. L'Agence spatiale européenne fournira un deuxièmemodule de service pour cette mission. Cette mission permettra aussi de testerOrion enorbite terrestre avant l’injection vers la Lune.
Artemis III (2027) - Il s'agit du deuxième vol habité d'Orion. Le véhicule sera à nouveau lancé par le SLS. Un équipage de deux astronautes (un homme et une femme) réalisera une mission sur la Lune, les deux autres astronautes resteront à bord d'Orion. Ce sera la premièremission habitée sur la Lune depuisApollo 17 en 1972. L'Agence spatiale européenne fournira un troisième module de service pour cette mission.
Troisième vol habité et deuxième atterrissage sur la Lune du programme. Deuxième mission habitée duStarship HLS. Première mission vers la stationLunar Gateway et première utilisation du SLSBlock 1B, livraison du module européen d'habitationI-Hab.
Quatrième vol habité et troisième atterrissage sur la Lune du programme. Première mission habitée duBlue Moon HLS. Deuxième mission vers la stationLunar Gateway et livraison du module européen de ravitaillement et d'observationLunar View.
Cinquième vol habité et quatrième atterrissage sur la Lune du programme. Atterrisseur lunaire en attente de sélection. Troisième mission vers la stationLunar Gateway et livraison du module de sasémirati, dernier module de la station.
SLS Block 1B
Centre spatial Kennedy SLC-39B
En projet
Missions envisagées dans le cadre du programmeConstellation avant 2010
Selon les plans originaux,Orion devait être lancé par le lanceurAresI pour les missions vers l'orbite basse (desserte de laStation spatiale internationale) comme pour les missions vers la Lune. Le lanceur lourdAresV, capable de satelliser 125 tonnes de son côté, aurait été chargé de la mise en orbite du moduleAltair, chargé d'atterrir sur la surface lunaire et qui joue un rôle analogue à celui dumodule lunaire(LM) du programme Apollo. Comme dans le scénario des missions Apollo, l'équipage aurait placé l'ensemble formé parOrion et Altair en orbite lunaire puis utilisé le module Altair pour descendre sur le sol lunaire puis en revenir. Toutefois, contrairement aux missions Apollo, c'est l'ensemble de l'équipage qui serait descendu sur le sol lunaire. LaNASA retient à l'époque ce concept éprouvé et donc moins cher qui permet théoriquement de limiter les risques de retard : la NASA doit en effet disposer d'un moyen de transport pour remplacer la navette spatiale américaine dont le retrait est effectif depuis 2011. Depuis 2011, la NASA dépend des vaisseaux russesSoyouz pour l'envoi de sesastronautes dans l'espace. Cette tâche va être affectée aux futursCST-100 Starliner deBoeing etCrew Dragon deSpaceX.
Vue d'artiste de l'Orion version 2008 et de l'ISS.
Vue d'artiste de la première version de l'Orion (Crewed Exploration Vehicle) et dumodule lunaire Altaïr.
↑La masse exacte du véhicule, des deux modules et des ergols embarqués varie légèrement lors de chaque mission. Ces chiffres correspondent à ceux de la missionArtemis II.
La première date est celle du lancement du lancement (du premier lancement s'il y a plusieurs exemplaires). Lorsqu'elle existe la deuxième date indique la date de lancement du dernier exemplaire. Si d'autres exemplaires doivent lancés la deuxième date est remplacée par un -. Pour les engins spatiaux autres que les lanceurs les dates de fin de mission ne sont jamais fournies.