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Chang'e 5

Sonde spatial lunaire chinoise de retour d'échantillon
Chang'e 5
sonde spatiale
Description de cette image, également commentée ci-après
Schéma de la sonde spatiale.
Données générales
Organisation Drapeau de la République populaire de Chine CNSA
Constructeur Drapeau de la République populaire de Chine CAST
Programme Chang'e
Domaine Géologie de la Lune
Type de mission Mission de retour d'échantillons
Statut En développement
Lancement Vers Mi-2020
Lanceur Longue Marche 5
Caractéristiques techniques
Masse au lancement 8,2 tonnes
Atterrisseur 3,8 tonnes

Chang'e 5 ou CE-5 (du chinois : 嫦娥五号 ; pinyin : cháng'é wǔ hào, de Chang'e, déesse de la Lune dans la mythologie chinoise) est une mission chinoise de retour d'échantillon du sol lunaire dont la date de lancement est planifiée vers décembre 2019. La sonde spatiale doit ramener sur Terre un échantillon du sol lunaire d'une masse pouvant atteindre deux kilogrammes. L'atterrisseur, qui doit se poser sur le sol lunaire près du Mons Rümker dans l'océan des Tempêtes, dispose de plusieurs instruments. Il s'agit de la première mission de retour d'échantillons de sol lunaire depuis la mission soviétique Luna 24 qui a eu lieu en 1976.

La sonde spatiale d'une masse de 8,2 tonnes est composée de quatre modules : un module de service prenant en charge le trajet entre la Terre et la Lune, un atterrisseur d'une masse de 3,8 tonnes chargé de se poser sur la Lune, un étage de remontée qui doit ramener les échantillons de sol en orbite lunaire et une capsule de retour qui rapporte ceux-ci sur Terre. Les ingénieurs chinois ont opté pour un scénario de retour d'échantillons complexe : l'étage de remontée, au lieu de revenir directement sur Terre (scénario des sondes soviétiques du programme Luna), a rendez-vous avec le module de service : l'échantillon est alors transféré dans la capsule de retour qui est ramenée à proximité de la Terre et qui s'en détache pour effectuer une rentrée atmosphérique.

Chang'e 5 fait partie du programme chinois d'exploration lunaire Chang'e. La mission fait suite aux orbiteurs Chang'e 1 (lancement en 2007) et 2 (2010) et les rovers Chang'e 3 (2013) et 4 (2018) .

Déroulement de la mission (prévisionnel)Modifier

Chang'e 5 est une sonde spatiale particulièrement lourde (8 tonnes) ce qui impose que son lancement soit effectué par la fusée Longue Marche 5, le plus puissant des lanceurs dont dispose la Chine. La sonde spatiale comprend un module de service, un atterrisseur lunaire, un étage de remontée et une capsule chargée de ramener l'échantillon sur Terre. Le module de service, qui est équipé d'une propulsion adaptée, est chargé d'injecter la sonde spatiale sur orbite lunaire de 200 km avant de larguer l'ensemble constitué par l'atterrisseur et l'étage de remontée. L'atterrissage de ces deux éléments se fait en deux temps : il commence par abaisser le périsélène de son orbite à 15 km avant d'entamer la descente vers la surface de la Lune. Celle-ci, qui dure 700 secondes, comprend d'abord une phase de décélération durant laquelle l'altitude passe de 15 à 2 km puis une descente verticale. La vitesse verticale est annulée lorsque l'atterrisseur atteint une altitude de 100 mètres. Celui-ci se maintient alors à cette altitude afin d’identifier d'éventuels obstacles sur le sol puis il descend en maintenant sa vitesse constante jusqu'à une altitude de 4 mètres. Il coupe alors sa propulsion et tombe en chute libre. L’atterrissage a lieu au début de la journée lunaire (d'une durée de 14 jours terrestres) et les opérations au sol se déroulent sans doute au cours de celle-ci pour éviter une défaillance découlant de forte baisse de la température qui caractérise la nuit lunaire. Une fois à la surface, des échantillons de sol lunaire sont prélevés. L'étage de remontée ramène les échantillons en décollant puis en se plaçant sur une orbite de 15 x 180 km. Contrairement aux missions soviétiques de retour d'échantillon lunaire du programme Luna, l'étage de remontée lunaire ne revient pas directement sur Terre mais réalise un rendez-vous automatique avec le module de service. L'échantillon est alors transféré dans la capsule de retour d'échantillon qui est placée sur une trajectoire de retour par le module de service qui utilise à cet effet sa propulsion. Le module de service largue la capsule de retour à 5 000 km de la Terre. L'intérêt de cette méthode est qu'elle permet de récupérer un échantillon du sol depuis n'importe quelle région de la Lune y compris ses pôles. La sonde spatiale résultante a toutefois une masse qui nécessite un lanceur très puissant dont la Chine n'a disposé qu'à compter de la mise en service de la fusée Longue Marche 5. La sonde devrait permettre le retour de deux kilogrammes de sol lunaire alors que les engins soviétiques n'avaient pu ramener qu'une centaine de grammes[1],[2].

 
Déroulement de la mission Chang'e 5.

ObjectifsModifier

 
La sonde spatiale doit atterrir dans la région du Mons Rümker photographiée ici par l'orbiteur américain Lunar Reconnaissance Orbiter. La partie photographiée fait 95 kilomètres.

L'atterrisseur doit se poser dans la partie nord-ouest de l’océan des Tempêtes, dans une zone majoritairement plate située au nord-est de la région du Mons Rümker caractérisée par des roches volcaniques relativement jeunes (coordonnées : 41-45° N, 49-69° W). Cette région de la Lune n'a jusque là pas été étudiée par une mission Apollo ou robotique et aucun échantillon de sol de cette partie de la Lune n'a été retournée sur Terre. Cette région est caractérisée par de fortes concentrations de KREEP, un matériau caractérisé par l'abondance d'uranium, de thorium et de potassium. Dans cette région l'activité volcanique est relativement récente (comparée au reste de la Lune). La région explorée pourrait comporter des matériaux récents (moins de 3 milliards d'années). La région de Rümker est une des mers les plus récentes de la Lune. On sait que ses basaltes riches en titane font partie des roches les plus récentes parmi celles détenues sur Terre : elles auraient été formées il y a moins de 2,8 milliards années. L'objectif scientifique est de déterminer à quand remonte l'activité volcanique sur la Lune[3],[4].

Avancement du projetModifier

Le véhicule de rentrée qui doit ramener des échantillons de sol lunaire a été testé en 2014 dans le cadre de la mission Chang'e 5 T1[5]. A la suite de la défaillance du lanceur lourd Longue Marche 5, le 2 juillet 2017, le lancement de la mission, prévu cette année-là, est repoussé à fin 2019 puis mi-2020 car seul ce lanceur est capable d'envoyer une telle masse vers la Lune. Une deuxième mission de retour d'échantillons, baptisée Chang'e 6 est prévue vers 2023-2024[3].

Caractéristiques techniquesModifier

Chang'e 5, dont la masse au lancement est d'environ 8,2 tonnes, comprend un module de service, un atterrisseur lunaire, un étage de remontée et une capsule chargée de ramener l'échantillon sur Terre[2],[6].

Le module de serviceModifier

Le module de service est le composant chargé du transfert de la sonde spatiale entre la Terre et la Lune, d'injecter celle-ci en orbite lunaire puis de ramener la capsule contenant l'échantillon de sol lunaire à proximité de la Terre. Ses caractéristiques sont similaires à celles du module de service de Chang'e 3. Il reprendrait la propulsion à ergols liquides de ce dernier avec un moteur dont la poussée, modulable, serait de 7,5 kilonewtons. Ce moteur doit être utilisé pour les corrections de trajectoire, l'injection en orbite lunaire et l'injection sur la trajectoire de retour vers la Terre en fin de mission. L'énergie est fournie par des panneaux solaires déployés en orbite. Un système de télécommunications permet de recevoir les commandes émises par le centre de contrôle sur Terre et de transmettre des télémesures[2].

La capsule de retour d'échantillonsModifier

La capsule de retour d'échantillon ressemble à une version miniaturisée du vaisseau spatial habité Shenzhou. Il comprend un bouclier thermique qui lui permet de résister à la chaleur générée au retour par la rentrée dans l'atmosphère terrestre à une vitesse de 11 km/s. Cette capsule dispose de deux jeux de parachute (parachute principal et parachute pilote) ainsi que d'une propulsion permettant de modifier son orientation durant cette rentrée[2].

L'atterrisseurModifier

L'atterrisseur lunaire a une structure identique à l'atterrisseur de Chang'e 3 qui s'est posé sur la Lune en 2013. Mais contrairement à ce dernier qui devait amener sur la sol lunaire un rover, il emporte un étage de remontée. Sa masse à sec est de 1 tonne et il pèse 3,8 tonnes avec les ergols. Son système propulsif utilisé pour se poser à la surface de la Lune comprend un moteur-fusée principal dont la poussée peut être modulée entre 1,5 et 7,5 kN pour permettre un fonctionnement continu malgré l'allègement progressif de l'engin spatial. Le contrôle d'attitude repose sur 28 petits propulseurs d'une poussée de 10 et 150 N. L’énergie est fournie par deux panneaux solaires. L'ordinateur embarqué utilise durant la descente une centrale à inertie, un altimètre laser et une caméra optique. Une fois au sol l'atterrisseur dispose d'un bras télécommandé à 4 degrés de liberté qui doit lui permettre de prélever le régolithe lunaire et de petites roches. L'extrémité du bras comprend une pelle et un système de conditionnement permettant de stocker plusieurs échantillons du sol lunaire sans que ceux-ci entrent en contact les uns avec les autres. L'extrémité de ce bras se détache pour être transféré dans le véhicule de retour. L'atterrisseur dispose également d'une foreuse qui lui permet de prélever une carotte du sol lunaire jusqu'à une profondeur de 2 mètres. Celle-ci est ensuite stockée dans un tube en kevlar qui est transféré dans le véhicule de remontée[2].

L'atterrisseur emporte par ailleurs trois instruments scientifiques[4] :

  • Un radar similaire à celui embarqué à bord de Chang'e 3 et 4 permet de sonder les couches superficielles du sol.
  • Un spectromètre permettant de mesurer le spectre en lumière visible et en infrarouge des minéraux présents à la surface de la Lune.
  • Une caméra.

L'étage de remontéeModifier

L'étage de remontée est fixé sur le pont supérieur de l'atterrisseur. L'étage est relié par une prise fixée à son sommet à l’atterrisseur qui lui fournit par ce canal l'énergie et les données. Avant de décoller cette prise est détachée à l'aide du bras et deux panneaux solaires sont déployés. L'étage de remontée utilise un système propulsif comprenant un moteur principal qui doit le ramener en orbite. L'amarrage avec l'orbiteur utilise un système comprenant 3 griffes écartées de 120 degrés[2].

Notes et référencesModifier

Voir aussiModifier