Si tout se passe comme prévu, la Chine deviendra bientôt le troisième pays derrière les États-Unis et l’Union soviétique à renvoyer avec succès un échantillon de matériel lunaire. Leur mission Chang’e 5, qui était conçue pour collecter 2 kilogrammes (4,4 livres) de terre et de roches à la surface de la Lune, s’est jusqu’à présent déroulée sans accroc. En supposant que le vaisseau spatial de retour loue avec succès l’atmosphère terrestre et atterrit en toute sécurité le 16 décembre, la Chine sera officiellement intronisée dans un club très exclusif d’explorateurs de la Lune.

Bien sûr, les vols spatiaux sont extrêmement difficiles et la rentrée atmosphérique est particulièrement difficile. Tout pourrait arriver dans les prochains jours, il serait donc prématuré de célébrer la mission Chang’e 5 comme un succès complet. Mais même si les contrôleurs au sol perdent le contact avec le véhicule à son retour sur Terre, ou s’il brûle dans l’atmosphère, la Chine reviendra de cette mission avec une riche expérience précieuse qui guidera son programme lunaire pour les années à venir.

En fait, on pourrait dire que cela a toujours été le véritable objectif de la mission. Bien qu’il y ait beaucoup de connaissances scientifiques et pas une quantité insignifiante de fierté nationale à gagner en ramenant quelques kilos de roches lunaires sur Terre, ce n’est un secret pour personne que la Chine a de plus grandes aspirations en ce qui concerne notre voisin céleste le plus proche. Depuis le lancement du Chang’e 1 en 2007, le programme chinois d’exploration lunaire a progressé à travers plusieurs phases opérationnelles, chacune plus techniquement difficile que la précédente. Chang’e 5 représente la troisième phase du plan, avec seulement la création d’une station de recherche robotique avant que le pays n’annonce qu’il procédera à un atterrissage en équipage dans les années 2030.

Ce qui permet d’expliquer pourquoi, même pour un échantillon de retour de la Lune, Chang’e 5 est une mission extrêmement complexe. Un examen attentif du matériel et des techniques impliqués montre un profil de mission beaucoup plus difficile qu’il n’était strictement nécessaire. La conclusion logique est que la Chine a intentionnellement pris le long chemin afin de pouvoir l’utiliser comme une course à vide pour les missions les plus difficiles qui restent à venir.

L’héritage de Luna

Modèle de Luna 16 au musée de l’astronautique

Alors que la plupart des gens associent les roches lunaires au programme Apollo, l’Union soviétique a également mené une série de missions de retour d’échantillons robotiques réussies dans les années 1970. Les trois missions Luna n’ont rapporté qu’une petite fraction du matériel que la NASA a fait avec leur véhicule avec équipage beaucoup plus grand et plus ambitieux, mais elles ont prouvé que même avec la technologie relativement primitive de l’époque, le retour d’échantillons lunaires pouvait être effectué à un niveau beaucoup plus bas. coût et sans risque pour la vie humaine.

Il va de soi que la réplication des missions Luna des années 1970 serait toujours le moyen le plus rapide et le moins cher de renvoyer un échantillon de la Lune. Selon les normes d’aujourd’hui, les capteurs, caméras et équipements de communication utilisés sur ces premiers atterrisseurs sont absolument archaïques. Les matériaux modernes et la technologie des batteries permettraient également un engin beaucoup plus léger qu’il y a 50 ans, bien que la masse de lancement de 5727 kg (12626 lb) du Luna 16 aurait toujours été dans la capacité de charge utile du booster chinois Long 5 mars.

L’appeler facile serait certainement un peu exagéré. Après tout, la technologie et les matériaux modernes ne suffisaient pas à eux seuls à empêcher Israël Beresheet atterrisseur de s’écraser sur la surface lunaire. Mais la Chine avait déjà placé plusieurs engins robotiques sur la Lune, donc ajouter une étape de retour inspirée de Luna à l’atterrisseur Chang’e 5 aurait été le moyen le plus rapide d’atteindre leurs objectifs. Au lieu de cela, ils ont fait quelque chose de très différent.

Échos d’Apollon

Quand on parle de Chang’e 5, on ne parle pas vraiment d’un seul vaisseau spatial, mais d’une «pile» de plusieurs véhicules distincts qui ont chacun un rôle spécifique. Une fois que l’engin était en orbite autour de la Lune, l’atterrisseur s’est séparé et est descendu indépendamment à la surface. Des échantillons de sol et de roche ont ensuite été chargés dans un véhicule d’ascension plus petit monté au sommet de celui-ci. Ce petit vaisseau a décollé de la Lune, laissant l’atterrisseur derrière lui et s’est amarré avec le module de service qui était resté en orbite. Les échantillons ont été transférés vers le module orbital, qui s’est ensuite détaché du véhicule d’ascension et a utilisé son moteur pour quitter l’orbite lunaire et commencer le trajet retour du voyage. En fin de compte, seule une petite capsule fera tout le chemin du retour et atterrira sur Terre.

Le promoteur du LOR John Houbolt en 1962

Si cela vous semble familier, c’est parce qu’il s’agit de la même architecture de mission utilisée lors des missions Apollo habitées. Connu officiellement sous le nom de Lunar Orbit Rendezvous (LOR), ce concept a été sélectionné par la NASA car il permettait un booster beaucoup plus petit que ce qui aurait été nécessaire autrement. Un seul vaisseau spatial capable de voler vers la Lune, d’atterrir, puis de revenir sur Terre serait extrêmement lourd; en grande partie parce que le propulseur nécessaire pour le retour sur Terre ne serait rien de plus qu’un poids mort lors du voyage sur la surface lunaire et retour.

Avec l’approche LOR «poupée gigogne», chaque phase ultérieure de la mission est accomplie par un engin plus petit et plus léger. L’inconvénient est qu’il est beaucoup plus complexe sur le plan opérationnel, ce qui nécessite que deux vaisseaux spatiaux se rencontrent et accostent en orbite lunaire. Pour la NASA, cela signifiait des années de recherche et développement supplémentaires avant qu’Apollo ne puisse jamais se diriger vers la Lune. Cela a conduit directement au projet Gemini, une série de missions utilisées pour développer les techniques de navigation et d’amarrage qui seraient éventuellement utilisées lors du rendez-vous lunaire d’Apollo.

On sait peu de choses sur les projets de la Chine en ce qui concerne l’exploration humaine de la Lune, mais il va de soi qu’ils utiliseront la même architecture LOR testée que la NASA a démontrée lors d’Apollo et continueront à utiliser pendant le programme Artemis. En testant des techniques de rendez-vous et d’amarrage automatisés pendant les missions robotiques de Chang’e, la Chine pourrait potentiellement éviter de dépenser le temps et l’argent nécessaires pour son propre programme de style Gemini avec équipage.

C’est en forgeant qu’on devient forgeron

L’équipage d’Apollo 10 a eu l’honneur d’effectuer le premier rendez-vous et d’amarrer en orbite lunaire dans le cadre de la «répétition générale» pour l’éventuel atterrissage effectué lors de la mission Apollo 11, mais Chang’e 5 marque la première fois qu’un tel exploit a été accompli par un engin robotique. Alors que les véhicules télécommandés se sont précédemment amarrés en orbite géostationnaire, les défis uniques de l’exécution d’une opération aussi délicate en orbite autour d’un autre corps en font une réalisation technique considérable.

L’orbiteur Chang’e 5 et le véhicule d’ascension se rencontrent en orbite.

C’est pourquoi la Chine a veillé à faire des essais en premier. La mission Chang’e 5-T1 a été lancée en 2015 pour démontrer certaines des techniques qui seraient nécessaires pour finalement revenir de la Lune. Cela comprenait le test de la capacité de la capsule échantillon à rentrer en toute sécurité dans l’atmosphère terrestre et l’exécution de plusieurs manœuvres d’amarrage simulées.

Même si le véhicule n’avait qu’un partenaire virtuel avec lequel s’entraîner, cette expérience pourrait être considérée comme analogue aux dernières missions Gemini, qui demandaient aux astronautes d’amarrer leur vaisseau spatial avec le véhicule cible Agena sans pilote en orbite terrestre basse. Quand est venu le temps de la vraie chose, le rendez-vous et la capture du véhicule d’ascension Chang’e 5 se sont parfaitement déroulés le 5 décembre. Il y aura une autre occasion de collecter des données sur l’amarrage lunaire autonome pendant la mission Chang’e 6 au pôle sud de la Lune, qui devrait actuellement se produire d’ici 2024.

Il est encore trop tôt pour dire quel impact ces essais robotiques auront sur leurs homologues avec équipage dans les années 2030, mais une chose est sûre: la Chine en sait désormais beaucoup plus sur les rendez-vous lunaires et l’amarrage que les États-Unis avant le Programme Apollo.

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