OBJECTIF LUNE (2: le
retour)
Après 3 décennies d'occupation et d'exploitation de
l'orbite basse terrestre, différentes agences spatiales,
suivant les succès des sondes interplanétaires, se
positionnent pour partir explorer l'espace lointain,
au-delà de l'orbite terrestre. Avant de s'élancer hardiment
« là où personne n'est encore allé », de nombreux
pays envisagent de faire une halte sur notre satellite, ce
dernier fournissant un ban d'essai relativement peu coûteux
et suffisamment proche pour tester hommes et matériel. Ces
tests présentent une importance particulière pour des
nations qui veulent accéder au club très fermé des
explorateurs du système solaire alors qu'elles n'étaient,
il y a quelques décennies, que des pays sous-développés.
Alors que va s'ouvrir le 26 février la troisième conférence
sur l'exploration de l'espace (1), nous allons examiner les
différentes missions lunaires non habitées qui vont
s'élancer, prochainement, à la reconquête de notre
satellite.
Viser la Lune (cela ne
fait plus peur)
A 384000 km de
la Terre (environ 1 seconde-lumière), la Lune fournit un
terrain de jeu et un support de rêve pour les différentes
agences spatiales désireuses d'y afficher leur maîtrise des
délicates techniques de l'astronautique. Bien que sa
surface ait été parcourue par de nombreuses sondes
américaines et soviétiques, et foulée par une douzaine
d'astronautes, de nombreux mystères demeurent et des
domaines tels que la géologie lunaire, l'histoire de notre
satellite, sa topographie précise où sa composition
chimique détaillée restent à explorer.
Partir pour la Lune n'est pas un exploit irréalisable à
l'orée du 21e siècle : la volonté politique manque
plus que la technique. En effet, la plus grande dépense
d'énergie consiste pour un satellite ou une sonde à
atteindre l'orbite terrestre. A partir de là, une
accélération minime peut lui ouvrir toutes grandes les
portes du système solaire. Les satellites en orbite basse
(autour de 200 km) tournent autour de la Terre à environ 9
km/s. Les satellites géostationnaires (comme ceux qui nous
régalent des programmes culturels de canalsat, par
exemple), qui tournent à la même vitesse que notre planète
et semblent donc rester fixes dans le ciel, sont en orbite
à 36000 km au dessus de nos têtes. Pour attendre cette
orbite, il suffit de les faire passer de 9 à 10,38 km/s :
une variation de vitesse minime (consommant donc peu
d'énergie) peut modifier énormément l'orbite d'un
satellite, lui permettant d'atteindre la Lune à peu de
frais. Ainsi, en ajoutant seulement 0,58 km/s à la vitesse
de notre satellite de télévision directe, le point le plus
éloigné de son orbite (l'apogée) passe de 36000 à 380000
km. Il convient de doser l'effort précisément, parce que si
on se trompe de seulement 0,15 km/s, notre satellite se
libérera à jamais de l'influence de la Terre et s'en ira
explorer l'univers jusqu'à la fin des temps. Entre ces deux
valeurs, il y a de la marge pour raccourcir le voyage: de 2
jours et demi au maximum à 12 h seulement si l'on dépasse
légèrement (de 1,5 km/s) la vitesse de libération. Voilà du
pain béni pour les agences de communication, car ici les
résultats suivent presque immédiatement les lancements, et
l'on peut médiatiser les deux sans voir retomber le soufflé
médiatique pendant que la sonde navigue longuement entre
les planètes, des années durant. Cela permet d'éviter les
mésaventures comme celle de la sonde cométaire européenne
Rosetta, une « naufragée de l'espace » à cause
d'un lancement raté d'Ariane, qui doit rencontrer la comète
Churyumov-Gerasimenko en 2015 au lieu de sa cible initiale,
Wirtanen, prévu en 2011: pendant que cette sonde multiplie
les tours et détour dans le système solaire, ses aventures
ne sont connues que d'une poignée de passionnés alors que
les images lunaires de la sonde japonaise sélène ont déjà
fait le tour du net...
Si l'on s'arrange pour modifier l'orbite d'un satellite au
moment précis où l'on est sûr que la Lune se trouvera au
voisinage immédiat de son apogée, il est donc très
« facile » de le faire percuter notre satellite
(ce qui a été réalisé dès 1959 par Luna 2). En réalité,
l'heure du lancement doit être précisément calculée parce
qu'il est nécessaire que le point de l'orbite lunaire que
l'on veut atteindre se trouve dans le plan comprenant la
zone de lancement.
Mais viser la Lune n'est pas tout: pour se satelliser et à
fortiori se poser sans dommages, il faut freiner. Et, fort
logiquement, plus on va vite et plus il faut freiner fort,
ce qui consomme du carburant, donc alourdit les missions...
Lorsqu'une sonde a accompli les 9/10 de son voyage,
l'attraction lunaire dépasse celle de la Terre. Si rien ne
la freine, elle atteindra la Lune avec sa vitesse à ce
moment-là, additionnée de 2,4 km/s (soit quand même 8500
km/h), qui correspondent à la contribution de l'attraction
lunaire. Pour se satelliser, à 1000 km d'altitude par
exemple, notre sonde devra ralentir jusqu'à environ 1 km/s
(en ralentissant moins, elle pourra orbiter plus bas,
sachant que la limite avant le crash est de 1,67 km/s). Il
faudra de plus conserver du carburant pour maintenir
l'orbite si l'on désire tourner longtemps: l'attraction
combinée de notre planète et du soleil a tendance à
déstabiliser rapidement une sonde en orbite lunaire, qui
devra se réajuster, en vitesse et donc altitude,
périodiquement.
Atteindre la Lune en bon état ne relève donc plus d'une
difficulté surhumaine, d'autant que les progrès de la
technologie, depuis les années 70, permettent de simplifier
considérablement la tâche:
–De
nombreuses procédures autrefois traitées au sol peuvent
être réalisées dans la sonde elle-même, car son
informatique de bord est immensément plus puissante,
performante et sure que ne l'était celle d'un programme
comme Appolo. Cela économise des infrastructures, des
transmissions et réduit donc le coût de la mission.
–La proximité de la Lune permet une communication « en
temps réel »: un message envoyé vers la sonde et
revenant vers la terre ne prendra que 2s, ce qui permet un
pilotage « a distance » relativement facile
(c'est ainsi que les premiers rovers lunaires, les
Soviétiques lunokhod, ont été télécommandés depuis la Terre
en 1971 comme des jouets d'enfant)
–l'informatique plus puissante, consommant moins d'énergie,
des panneaux solaires plus performants, des instruments
scientifiques miniaturisés permettent de réaliser des
sondes très légères, donc faciles à lancer (elles peuvent
même profiter d'un lancement commercial – la sonde Smart1 a
ainsi été envoyée vers la Lune comme « passager
clandestin » d'un lancement Ariane. Cette légèreté
réduit le coût des missions (qui est surtout celui du
lancement), ce qui les met à la portée de nombreux pays.
De fait, une
nouvelle course à la Lune est bien en train de s'engager,
de nombreuses nations désirant affirmer leur expertise
technique en investissant le « camp
d'entrainement » lunaire, avant, peut être, de regarde
plus loin. Réalisons donc l'inventaire hétéroclite des
forces et des stratégies en présence.
Le
programme du lièvre américain
A tout seigneur
tout honneur, la NASA a présenté un (trop?) ambitieux
programme de retour sur la Lune, vue comme une simple étape
de validation avant un vol historique vers Mars. Dès
Octobre 2008, la sonde Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO)
se placera pendant un an à 50 km d'altitude au dessus de la
Lune pour repérer des sites d'alunissage, étudier les
ressources géologiques ( en particulier pour établir s’il
existe de la glace au niveau des cratères polaires) et le
rayonnement solaire au niveau de la surface. Les études
réalisées seront axées sur les dangers de l'environnement
lunaire pour la vie humaine dans l'optique de missions
habitées de longue durée. Les cartes dressées auront, pour
certaines, une précision de l'ordre du mètre. Pour
maintenir son orbite, LRO emportera environ une demi-tonne
de carburant.
Cette sonde n'est que l'avant garde d'un ensemble
permettant une exploration de longue durée de notre
satellite: ayant tiré la leçon de l'expérience d'Appollo,
qui avait permis la conquête de la Lune, mais s'était
retrouvé inutile le soir même de sa réalisation, la NASA a
mis au point un programme « d'invasion » durable
de la Lune.
Ainsi, LRO devrait être suivie d'autres sondes (une par an
jusqu'en 2018) capables de réaliser une cartographie très
précise, ainsi que d'un ensemble de satellites qui
demeureront autour de la Lune pour y créer un système de
localisation comparable au GPS terrestre. Une sonde devrait
se poser en douceur dès 2009, probablement dans des sites
du pôle Sud, ces derniers étant susceptibles (LRO le
confirmera éventuellement) de contenir de l'eau et d'autres
ressources nécessaires à la vie humaine. Le dépôt de deux
rovers automatiques, en 2010 puis 2013, suivra. Ils seront
chargés de mesurer les ressources en oxygène, hydrogène et
eau du sol lunaire dans le but de sélectionner des sites
d'alunissage pour un vol habité et, plus tard (beaucoup
plus tard...) une base permanente. Le retour de l'homme (ou
des femmes) sur la Lune est prévu pour 2018 (si le congrès
n'annule pas tout cela après les élections).
Les Russes arrivent
(peut-être)
Continuateur
d'un passé glorieux, les sondes Luna ayant ramené
automatiquement des échantillons de sol lunaire sur Terre
et deux rovers « lunokhod » (« marcheur
lunaire ») ayant parcouru les plaines lunaires en 1971
et 1973 pendant 11 mois, les scientifiques Russes ont
annoncé officiellement (2) leur intérêt pour l'exploration
« industrielle » (sic) de la surface lunaire. Le
programme de l'agence spatiale russe (la FSA) se base sur
des vols habités vers 2030, mais envisage surtout pour cela
une collaboration avec les Européens de l'ESA. On en est
encore uniquement au stade des voeux pieux. La tradition
d'opacité restant de mise dans la Fédération de Russie, le
programme lunaire automatique semble passé aux oubliettes,
la Russie se spécialisant dans les vols habités. Des
déclarations contradictoires sur le programme russe
n'aident pas a y voir clair: alors que le responsable de
roskosmos déclare en 2006 que « la Russie ne possède
pas de programme particulier d'étude et d'exploration de la
Lune étant donné que ce chemin nous l'avons déjà voici
trente ans »(3) la corporation Energia (constructrice
de lanceurs) prévoit de poursuivre le recyclage à l'infini
des vaisseaux soyouz, ces derniers étant inclus dans un
très ambitieux système de transport habité réutilisable
entre la Terre et la Lune...
Il semble surtout que la FSA désire se spécialiser dans des
collaborations tous azimuts visant à exploiter son
savoir-faire en matière de vol habité plutôt que de sondes
automatiques. En septembre 2007 des contacts ont été pris
avec l'agence spatiale indienne, l'ISRO, pour réaliser une
sonde automatique munie d'un rover mobile. Il est plus que
probable que la Russie fournirait la plate forme
d'alunissage alors que les scientifiques indiens se
chargeraient du rover mobile, conçu comme un laboratoire
d'analyse itinérant.
La voie lumineuse de
l'avenir radieux
En son temps, regrettable plus que
regretté, le dictateur Mao enrageait de constater les
succès spatiaux de l'URSS voisine. Il ne comprenait pas que
la Chine ne soit pas capable « d'envoyer même une
pomme de terre dans l'Espace ». Quelques décennies
plus tard, la Chine dispose d'un parc de fusées
performantes (les « longues marches » dérivées de
missiles balistiques intercontinentaux) et a mis en place
dès janvier 2004 un programme lunaire nommé « Chang
e ». La première phase de ce programme est déjà
accomplie : le 24 octobre 2007, une fusée longue marche 3A
a envoyé vers la Lune Chang-e1, sonde qui va cartographier
en trois dimensions la surface lunaire et analyser la
composition de sa surface. Les premières vues nous sont
parvenues, divulguées au compte goutte par les autorités de
la « République » populaire.
L'étape suivante, prévue pour
2012, consistera à faire alunir une sonde porteuse d'un
rover qui explorera la surface, puis, enfin, de parvenir à
reproduire en 2017 le retour d'échantillon réussit oar les
Russes en 1970 avec Luna 16. Histoire de s'améliorer quand
même un peu en 42 ans, les échantillons ramenés sur Terre
seraient auparavant sélectionnés (peut-être par un rover
mobile) et non pas collectés au hasard, afin de permettre
sur Terre une analyse précise de matériaux d'un grand
intérêt scientifique. La Chine se verrai bien déposer un
astronaute sur la Lune vers 2030 (si possible avant les
Russes, ce qui assurerait le repos aux mânes du maître de
la révolution culturelle....).
L'Inde se lance
Disposant d'une industrie informatique
prospère et d'une série de lanceurs, l'ISRO (Indian Space
Resarch Organisation) va lancer début avril 2008 sa
première sonde lunaire, "Chandrayaan-1". Cette sonde va
(une fois encore) cartographier finement la surface lunaire
et valider les techniques indiennes. Toutefois, certains
instruments (imageur infrarouge et analyseur aux rayons X)
utilisés sont identiques à ceux utilisés par la sonde
européenne smart1.
Bien que des collaborations avec les Russes soient
envisagées, la suite du programme, Chandrayaan 2, pourrait
constituer en la préparation d'une mission habitée vers la
Lune. Il va de soi que le gouvernement Indien préférerai,
autant que possible, voir un de ses ressortissants gambader
sur la Lune avant qu'un Chinois n'ait pu y mettre les
pieds, c'est à dire avant 2020.
Rule Britannia
Voyant l'ESA
avancer à pas comptés et pérorer indéfiniment, les natifs
d'Albion, cultivant leur particularisme insulaire, en sont
venus à imaginer des missions lunaires spécifiquement
britanniques. Après tout, la grande Bretagne possède une
grande tradition d'exploration, et même l'échec de la sonde
martienne Beagle ne saurait refroidir l'ardeur des
scientifiques et ingénieurs anglais (apparemment, seuls
l'euro ou le système métrique sont capables de réaliser cet
exploit). La grande Bretagne envisage deux missions
lunaires caractérisées par leur originalité et leur
légèreté. Ainsi, la sonde moonlight (de la taille de quatre
grosses valises) permettrait d'étudier en 2010 la structure
profonde de la lune au moyen d'un « pénétrateur »
qui s'enfoncera de 2m environ dans le sol, créant des ondes
sismiques analysées in situ et permettant une meilleure
connaissance des profondeurs lunaires. Une seconde mission
« Moonraker » (rien à voir avec James Bond!)
déposerai un rover mobile à la surface lunaire.
Si ces projets sont strictement nationaux, il faut y voir
l'intention de favoriser l'industrie aérospatiale
britannique, mais aussi, si possible, la possibilité
d'arriver en douceur sur la Lune avant que la commission
européenne n'ai terminé l'examen préliminaire du rapport
introductif sur l'intérêt d'envisager la possibilité
éventuelle de la réalisation possible d'une mission lunaire
avec assolissage en douceur...
Une des difficultés sera bien entendu de trouver un
lanceur, mais de petites sondes peuvent êtres facilement
casées dans des lancements commerciaux sans trop de
difficultés et pour un coût raisonnable.
L'Europe, sans voix
claire.
La première
sonde lunaire européenne, SMART-1, a été lancée le 27
septembre 2003 par une Ariane 5, s'est satellisée autour de
la Lune et a fini par la percuter le 3 septembre 2006. Si
ce crash n'a rien d'exceptionnel, ce n'est pas le cas de la
sonde qui, en fait, n'était qu'un prétexte pour valider
plusieurs technologies nouvelles susceptibles de modifier
profondément l'exploration de l'espace
lointain:
–L'utilisation d'un moteur ionique, nouveau type de
propulseur qui, actif pendant tout le vol, se caractérise
par une très faible poussée qui peut être maintenue très
longtemps (le moteur de smart1 développe une poussée
équivalente à celle exercée par une feuille de papier A4
sur votre main – pas de quoi être collé au siège!). C'est
ce moteur, allumé à des moments précis, qui a permis de
transférer la sonde d'une orbite terrestre vers la Lune. Il
s'agit d'accélérer les ions d'un gaz au moyen d'une grande
différence de tension, la sortie des ions (ici, on utilise
de l'argon) donnant la poussée nécessaire sous forme d'une
accélération peu intense, mais continue.
–Un système autonome de prise de décision, la sonde
possédant une « intelligence » artificielle plus
développée.
–Un mode de communication avec la Terre par laser
complétant celui par radio. Cela permet d'envoyer dans un
temps court de grands volumes de données (de nombreuses
missions récentes ont été le cadre d'une perte de données
collectées par les sondes, mais mal transmises ou
perdues...)
–Des panneaux solaires d'un nouveau type (2 fois 7 m2)
fournissant 1900 W, soit le triple de ce que l'on rencontre
le plus souvent. Cette énergie est utilisée ici non
seulement pour l'alimentation des instruments, mais aussi
pour la propulsion, ce qui explique son importance.
Smart 1 se présentait sous la forme d'un cube de 1m de
coté, et a mis plus d'un an (16 mois) à atteindre la Lune
(le moteur ionique est très économique, son rendement étant
dix fois celui d'un propulseur chimique, mais il ne faut
pas être pressé, l'Europe détenant ainsi le record de
lenteur pour un voyage Terre-Lune!).
La suite des ambitions européennes reste à définir: l'ESA
envisage des collaborations, mais ne semble pas se doter
d'un programme clair d'exploration du système
solaire.
Le soleil (Levant) à
rendez-vous avec la Lune
Désireux de participer et de collaborer à
l'étude de la Lune, le Japon entend bien montrer qu'il
maîtrise pleinement la technologie des sondes robotiques
(on pouvait s'en douter). Le pays dispose en outre de
lanceurs « légers » parfaitement capables
d'envoyer des sondes partout dans le système solaire, sa
récente exploration d'un astéroïde l'ayant confirmé
(4).
L'intérêt
pour notre satellite est aussi lié à la vieille rivalité
avec la Chine. Si les sondes japonaises pouvaient atteindre
et explorer la Lune avant les Chinois, ce serait tout
bénéfice pour le nationalisme nippon. La JAXA prévoit un
programme d'exploration classique: sonde en orbite, rover
puis retour automatique d'échantillons. Ce programme a
débuté le 14 septembre 2007 où une fusée H2A à lancé la
sonde kaguya (5). Entre autres particularités, cette sonde
est la première à embarquer en orbite une caméra HD qui va
réaliser des reportages exclusifs pour la chaîne de TV
nationale NHK. La vision HD de notre Terre levant au
lentement au-dessus de la surface lunaire fera, à n'en pas
douter, les délices des murs de TV des hypermarchés d'ici
quelques mois ! Outre le cinéma, Kaguya embarque 14
instruments dédiés à l'étude de l'origine et de l'évolution
de la Lune. Une de ses particularités est de libérer deux
minisatellites, l'un servant de relais de communication et
l'autre à l'étude précise du champ de gravité
lunaire.
Cosmos 2999 ?
Au terme de
cette revue rapide, on ne peut que remarquer à quel point
les objectifs scientifiques et techniques affichés se
doublent d'une volonté politique forte: comme dans les
années 60, l'accès à l'espace, au-delà de l'orbite
terrestre, est une façon de s'affirmer pour de nouvelles
nations, de se confirmer (voire de se rassurer) pour celles
qui ont déjà vécu la course à la Lune. Toutefois, les
efforts engagés livreront, presque accessoirement
pourrait-on dire, de nombreuses et nouvelles données sur la
composition, l'origine et l'histoire de notre satellite.
Notre planète étant la seule du système solaire à posséder
une lune aussi grosse par rapport à sa taille (au point
même d'être qualifiée de planète double), il serait utile
de savoir si cette particularité a joué un rôle, au-delà
des marées et de l'orbite terrestre, sur le développement
de la vie ou la géologie particulière de notre planète.
Si les ambitieuses et coûteuses missions habitées (bases
lunaires qui nous ramènent aux séries de notre jeunesse,
vols permanents, tourisme même....) risquent fort de se
retrouver rattrapées par des réalités économiques bien
terrestres, le faible coût des missions automatiques leur
assure par contre une bonne probabilité de réalisation.
L'armada hétéroclite de sondes et de rovers qui vont, dans
la prochaine décennie, parcourir notre satellite, nous
assurera à la fois une meilleure connaissance du couple
Terre-Lune et de nouveaux sujets d'émerveillements et de
découverte. Dans les années 60, les premières photos de la
terre flottant seule dans l'espace avaient amené une
réflexion sur la fragilité de notre biosphère, aussi, même
si nous n'avons pas que la Terre, de nouvelles images et de
nouvelles connaissances permettront de nourrir de futures
générations de chercheurs, d'ingénieurs et d'explorateurs
dans leur effort pour aller « vers l'infini et
au-delà » !
Références
L'actualité spatiale est
abondamment traitée sur le net. Celui qui lit l'anglais
tirera profit des sites des différences agences spatiales
mentionnées dans l'article. En langue française, deux sites
se détachent des autres:
http://www.flashespace.com/
http://www.capcomespace.net
A explorer, la magnifique
site, d'un esthétisme oriental certain, présentant les vues
de la sonde Kaguya : http://wms.selene.jaxa.jp/index_e.html
1 - 3rd Space Exploration Conference &
Exhibit 50 Years of Space Exploration: Taking the Next
Giant Leap . 26 - 28 février 2008, Colorado Convention
Center, Denver, USA
2 -12 avril
2007 Nikolaï Sevastianov, président de la corporation
spatiale Energya, “L'heure est enfin venue d'envisager
une mise en valeur industrielle de la Lune. Il faut le
faire compte tenu du caractère limité des réserves
terrestres de matières premières minérales et du
développement rapide de la civilisation”.
3
- Andreï Kisliakov, RIA Novosti, 22 avril 2006
4
- La sonde Hayabusa a réussi en partie l'exploration du
petit astéroïde Itokawa en Novembre 2005.
5
- http://www.selene.jaxa.jp/index_e.htm