D’ici la fin de la décennie, le programme Artemis de la NASA espère avoir remis des bottes sur la Lune pour la première fois depuis 1972. Mais pas pour les courtes escapades touristiques de l’ère Apollo : l’agence spatiale souhaite envoyer des missions régulières composées de missions internationales. les équipages jusqu’à la surface lunaire, où ils disposeront éventuellement d’installations de vie et de travail permanentes.
L’objectif est de transformer la Lune en un avant-poste scientifique, ce qui nécessite une infrastructure de livraison de charge utile bien plus performante que le module lunaire Apollo (LM). La NASA a demandé à ses partenaires commerciaux de concevoir des atterrisseurs lunaires avec équipage capables de transporter des dizaines de tonnes sur la surface lunaire, SpaceX et Blue Origin ayant finalement obtenu des contrats pour construire et démontrer leurs véhicules au cours des prochaines années.
À première vue, les deux atterrisseurs semblent avoir très peu de choses en commun. Le SpaceX Starship est une fusée élégante et imposante qui ressemble à un film de science-fiction des années 1950 ; tandis que l’atterrisseur Blue Moon utilise une conception plus conventionnelle qui rappelle un Apollo LM modernisé. La dichotomie est intentionnelle. La NASA estime qu’il existe un niveau intégré de redondance opérationnelle fourni par les entreprises utilisant deux approches très différentes pour atteindre le même objectif. Si l’un des atterrisseurs était retardé ou s’avérait défectueux d’une manière ou d’une autre, le travail parallèle de l’autre société ne serait pas affecté.
Mais malgré leurs différences, les deux atterrisseurs utilisent une technologie commune, et elle est assez importante. Si grande, en fait, qu’aucun des atterrisseurs ne pourra toucher la Lune tant qu’elle ne sera pas perfectionnée. Ce qui est pire, c’est qu’à ce jour, il s’agit d’une technologie presque entièrement non éprouvée qui n’a jamais été démontrée à l’échelle requise.
Fonctionner à vide
Logiquement, plus la charge utile que vous souhaitez mettre en orbite (ou au-delà) est grande, plus la fusée dont vous avez besoin est grande. Bien sûr, il y a des limites à ce que nous pouvons faire en termes de science des matériaux, de technologie des moteurs et même d’économie. Ainsi, vous pouvez rapidement arriver au point où une fusée devient tout simplement trop grosse pour être pratique. Une fois que vous avez atteint ce point, vous devez commencer à chercher d’autres moyens de mettre votre masse cible en orbite. Pour des projets comme la Station spatiale internationale, cela impliquait de diviser la structure en modules plus petits qui pouvaient être lancés individuellement et assemblés en orbite.
SpaceX et Blue Origin ont essentiellement le même problème : leurs atterrisseurs, si l’on inclut le propulseur dont ils auront besoin pour atterrir sur la Lune et redécoller, sont tout simplement trop lourds pour être lancés. Les deux sociétés développent des propulseurs lourds pour sortir leurs atterrisseurs respectifs de la gravité terrestre et les placer en orbite terrestre basse, mais c’est le mieux qu’elles puissent faire. Alors, comment vont-ils amener des astronautes sur la Lune ?
Bien que les techniques diffèrent légèrement, les deux sociétés devront charger leurs atterrisseurs avec les propulseurs nécessaires pour mener à bien les missions alors qu’elles sont déjà dans l’espace. Et dans les deux cas, l’équipage humain de l’atterrisseur ne décollerait pas de la Terre tant que son voyage vers la surface lunaire n’aurait pas fait le plein et ne les attendrait pas.
Lune bleue
Selon le plan actuel, une seule fusée New Glenn sera capable de décoller l’atterrisseur Blue Moon de la Terre et de l’envoyer à la station Lunar Gateway. Mais une fois sur place, l’atterrisseur n’aura pas assez de propulseur pour effectuer une descente propulsée vers la surface lunaire, et encore moins pour décoller.
Ainsi, une fois que l’atterrisseur aura atteint la porte lunaire, deux autres fusées New Glenn seront lancées. L’un embarquera un module de propulsion et de navigation, et l’autre un module de stockage de propulseur. Une fois en orbite, ils se connecteront les uns aux autres pour devenir ce que Blue Origin appelle le Cislunar Transporter.
À ce stade, des fusées New Glenn supplémentaires seront lancées, chacune transportant des propulseurs à charger dans le transporteur Cislunar. Une fois le transporteur rempli, il se dirigera vers la passerelle lunaire, où il pourra rencontrer l’atterrisseur et le ravitailler. Le nombre de lancements nécessaires pour remplir le Cislunar Transporter n’est pas connu publiquement, et il est tout à fait possible que même Blue Origin ne connaisse pas le nombre exact tant que le matériel n’est pas plus mature.
Vaisseau spatial
Starship est unique dans le sens où il constitue en fait l’étage supérieur de sa fusée d’appoint, le Superheavy. Ainsi, pour atteindre l’orbite terrestre, Starship devra dépenser la grande majorité des propulseurs dont il était chargé sur Terre. Une fois sur une orbite stable, le vaisseau spatial disposera de suffisamment de propulseur pour manœuvrer, mais loin d’être suffisant pour effectuer le voyage vers la Lune.
Pour ravitailler le Starship en route vers la Lune, SpaceX lancera plusieurs versions « tanker » du vaisseau spatial. Ces vaisseaux-citernes seront réduits au strict nécessaire pour économiser de la masse par rapport à la version atterrisseur, ce qui signifie qu’ils pourront transporter plus de propulseurs dans le même volume. Chaque pétrolier réutilisable s’amarrera à l’atterrisseur et transférera autant de propulseur que possible tout en en laissant suffisamment à bord pour effectuer son propre atterrissage sur Terre.
Dans certaines versions du plan, ces pétroliers transféreront en fait leurs propulseurs dans une troisième variante « Dépôt » du Starship avant le lancement de l’atterrisseur lui-même. Même si l’ajout d’une troisième variante du Starship rendrait cette approche légèrement plus coûteuse et complexe, l’avantage est que l’atterrisseur pourrait rester au sol jusqu’à ce que le dépôt soit rempli, ce qui rend le processus de ravitaillement plus résistant aux retards qui pourraient survenir lors du lancement du Starship. pétroliers.
Tout comme pour l’atterrisseur Blue Moon, on ne sait pas actuellement combien de lancements seront nécessaires pour remplir complètement l’atterrisseur, mais les estimations situent ce nombre entre 10 et 20. La seule manière dont ce processus de ravitaillement sera économiquement viable, voire pratique, est si les pétroliers et les propulseurs super-lourds qui les lancent peuvent être renvoyés rapidement et à moindre coût.
Développement très motivé
Malgré le fait que Blue Origin et SpaceX ont lié le succès de leurs atterrisseurs lunaires respectifs à la capacité de les ravitailler rapidement et en toute sécurité en orbite, il n’y a tout simplement aucun précédent pour une telle opération. Jusqu’à présent, les études se sont concentrées sur le ravitaillement de petits satellites, à l’aide de monoergols relativement simples comme l’hydrazine. Mais remplir les réservoirs de Starship ou de Blue Moon signifiera déplacer de manière autonome des centaines de tonnes d’oxygène liquide cryogénique, de méthane et d’hydrogène entre les vaisseaux spatiaux. Les raccords, les pompes, la tuyauterie, les vannes et l’isolation nécessaires pour faciliter ce type de transfert de propulseur n’ont jamais été testés dans l’espace et pourraient nécessiter de nombreuses itérations pour être perfectionnés.
Si Artemis veut ramener des astronautes sur la Lune, c’est un problème qui doit être résolu rapidement. De son côté, la Direction des missions de technologie spatiale de la NASA a attribué en 2020 plusieurs contrats destinés à étudier divers aspects du transfert orbital de propulseur. SpaceX s’est spécifiquement vu garantir 53,2 millions de dollars s’il pouvait démontrer le déplacement de 10 tonnes d’oxygène liquide entre deux réservoirs à bord d’un vaisseau spatial en vol. Bien que loin d’être aussi complexe que le déplacement de liquides entre deux véhicules, ce premier test devrait néanmoins fournir des données critiques et donner à SpaceX la possibilité de tester une partie du matériel impliqué.
Dans une récente présentation détaillant les progrès du programme Artemis, il a été révélé que SpaceX pourrait tenter la démonstration du transfert de propulseur lors du prochain vol d’essai de Starship, bien qu’un responsable de la NASA ait précisé plus tard qu’« aucune décision finale sur le calendrier n’a été prise ». Il se peut que SpaceX veuille effectuer un vol de démonstration orbital complet à son actif avant de passer au test du propulseur, mais le temps presse. S’ils ne parviennent pas à démontrer le transfert de propulseur en 2024, la chronologie déjà fragile d’Artemis s’effondrera presque certainement.
En termes simples, il n’y aura pas de retour sur la Lune dans un avenir proche sans transferts de propulseurs en orbite. Mais avec des milliards de dollars de contrats Artemis en jeu, SpaceX et Blue Origin seront très motivés pour surmonter cet obstacle technique dès que possible.
