Lunar Gateway

station spatiale
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Station spatiale Gateway (vue d'artiste).
Données générales
Organisation Drapeau des États-Unis NASA
Drapeau de l’Union européenne ESA
Drapeau du Japon JAXA
Drapeau du Canada ASC
Constructeur Maxar Technologies
Northrop Grumman
Type de mission Station spatiale
Statut En développement.
Lancement Premier module en 2024
Lanceur Falcon Heavy, SLS Block 1B.

Caractéristiques techniques
Orbite
Orbite lunaire rectilinéaire
Périapside 3 000 km
Apoapside 70 000 km
Période 7 jours

La Lunar Gateway ou plus simplement Gateway (anciennement Lunar Orbital Platform-Gateway (« portail en orbite lunaire ») ou LOP-G, anciennement Deep Space Gateway (« portail sur l'espace lointain »), est un projet de station placé en orbite lunaire proposé en 2017 par la NASA. La station a initialement pour objectif de préparer les astronautes aux expéditions dans l'espace interplanétaire (Lune, Mars) en leur permettant d'y séjourner une cinquantaine de jours ainsi que de roder le fonctionnement d'un engin spatial loin du support procuré par la Terre. En 2019 la NASA lance le programme Artemis, dont l'objectif est de ramener des hommes à la surface de la Lune vers 2025. Dans le cadre de ce projet est prévu que la station spatiale serve de relais entre la Terre et la surface lunaire pour les équipages et certains équipements.

La configuration de la plate-forme orbitale lunaire, telle qu'elle figure dans la présentation HEOMD du .

La Lunar Gateway doit comprendre dans une première phase (2025) deux modules : PPE (Power and Propulsion Element) regroupe des fonctions de support (télécommunications, énergie et propulsion) tandis que HALO (Habitation and Logistics Outpost) sert de module d'habitation. Deux autres modules, ESPRIT et I-HAB, fournis par l'Europe et le Japon doivent permettre d'accroitre les capacités (ergols, télécommunications, sas scientifique) et le volume habitable de la station spatiale. Ces modules doivent être lancés par les fusées Falcon Heavy et SLS. La station spatiale circulera sur une orbite dite NRHO (Near Rectilinear Halo Orbit) de période orbitale de 7 jours (3 000 km x 70 000 km) qui présente l'avantage d'être très stable et de réduire les interruptions des liaisons avec la Terre.

HistoriqueModifier

Le développement de la station spatiale lunaire Lunar Gateway vise initialement à donner un objectif au programme spatial habité américain à la suite de l'abandon en 2010 du programme Constellation, qui devait ramener des hommes sur la Lune) et, en 2017, de la mission ARM (détournement d'un petit astéroïde géocroiseur). A la suite de la réactivation en 2019 des ambitions lunaires par le président Trump (programme Artemis), la station spatiale lunaire doit servir de relais entre la Terre et la surface de la Lune.

L'abandon par la NASA de l'Asteroid Redirect MissionModifier

En 2010, l'arrêt pour raisons budgétaires du programme Constellation, dont l'objectif est de ramener l'homme sur le sol lunaire, semble annoncer le repli du programme spatial habité américain sur l'orbite terrestre basse. Toutefois la même année, la NASA décide de poursuivre le développement d'un lanceur lourd SLS et du vaisseau spatial Orion. Ces engins spatiaux doivent être utilisés pour réaliser des missions interplanétaires d'une complexité croissante dans le but de déposer des hommes sur Mars. La stratégie ainsi définie, baptisée « Flexible Path » est beaucoup plus progressive que ce qui était envisagé dans les projets martiens antérieurs. Avant de poser l'homme sur Mars, il est prévu de mener des missions autour de la Lune, sur des astéroïdes proches puis sur la lune martienne Phobos pour mettre au point les matériels et gagner en expérience. Les premières missions de SLS et Orion à destination de l'espace cislunaire sont progressivement définies au cours des années suivantes. Toutefois la stratégie d'exploration du système martien reste vague. La première mission est l'envoi d'un équipage à la surface d'un astéroïde géocroiseur : l'Asteroid Redirect Mission doit combiner l'étude in situ de cet objet et tester les nouveaux matériels notamment en déplaçant une roche de 4 mètres de diamètre située à la surface de l'astéroïde pour la placer sur une orbite lunaire[1]. Toutefois en interne à la NASA comme au Congrès peu de personnes soutiennent cette mission et celle-ci est finalement annulée en [2]. Cette annulation replace la Lune au cœur du programme spatial habité.

 
Schéma d'un vaisseau conçu pour permettre un séjour de 500 jours dans l'espace interplanétaire.

En parallèle, à compter de 2012, la NASA réalise plusieurs études d'un engin spatial de grande taille (le Deep Space Habitat ou DSH) qui doivent permettre à des équipages d'effectuer des séjours de longue durée (de 60 à 500 jours) dans l'espace interplanétaire dans le cadre de missions à destination des astéroïdes géocroiseurs, de la Lune et de Mars. Les engins spatiaux étudiés fournissent un espace habitable et reprennent certains des concepts mis au point pour les modules de la Station spatiale internationale. Ils doivent être lancés par le lanceur géant Space Launch System et fonctionner avec le vaisseau Orion. Ils utilisent le système d'amarrage IDSS[3]

Regain d'intérêt pour la Lune des agences spatiales russe et européenneModifier

La Russie annonce au milieu de la décennie 2010 qu'elle projette de développer une station orbitale lunaire, la Lunar Orbital Station et d'envoyer des humains à la surface de la Lune à l'horizon 2030 en utilisant le vaisseau Federatsia en cours de développement. De son côté l'Agence spatiale européenne lance en 2015 l'idée d'un village lunaire, c'est-à-dire d'une base permanente sur la Lune développée par l'ensemble des nations spatiales.

Lancement du projetModifier

En , la NASA précise la stratégie de son programme spatial habité. Elle annonce le développement d'une station spatiale placée en orbite lunaire baptisée Deep Space Gateway (DSG). Celle-ci peut accueillir des équipages pour une durée de 42 jours. Elle comprendra un module d'habitation, un module de propulsion et éventuellement un module servant de sas. La station DSG est assemblée à partir de composants transportés par le lanceur lourd SLS et est desservie par le vaisseau Orion. Il est prévu que, dans une première phase, les équipages qui doivent occuper la station à partir de 2025 l'utilisent pour apprendre à vivre et à travailler en orbite lunaire et se préparer ainsi aux missions à destination de la planète Mars. Cette phase permettra également de réaliser des rendez-vous orbitaux loin de l'orbite terrestre basse. La NASA indique qu'elle compte faire appel aux entreprises privées et aux partenaires internationaux pour les missions de ravitaillement. Les missions utilisant la station spatiale doivent constituer une répétition avant l'envoi de missions vers Mars qui constituent l'objectif final du programme. Pour transporter les équipages jusqu'à Mars, l'agence spatiale prévoit de développer un vaisseau spatial de grande taille, le Deep Space Transport. Celui-ci sera lancé vers la station lunaire par une fusée SLS, complètera son ravitaillement à son arrivée, avant d'être lancé vers Mars avec un équipage de 4 à 5 personnes[4],[5],[6]. Le , la NASA signe des contrats avec plusieurs industriels (Boeing, Lockheed Martin, Northrop Grumman, Sierra Nevada et MacDonald, Dettwiler) pour mener des études de conception du module de propulsion (PPE) de la future station spatiale[7].

Le , Jim Bridenstine, administrateur de la NASA, dévoile les grands axes du programme Explore Moon To Mars lors d'une conférence au centre spatial Kennedy qui replace le programme de la station spatiale lunaire dans la stratégie à long terme du programme spatial habité américain[8]. L'envoi d'astronautes vers la planète Mars est prévu à l'horizon 2030 après une décennie passée à l'étude des séjours longue durée dans l'espace, en orbite autour de la Lune[9].

DéveloppementModifier

 
Logo du projet Lunar Gateway.

Le premier budget consacré au développement de la station spatiale lunaire, qui est rebaptisé à cette occasion Lunar Orbital Platform – Gateway, est soumis en 2018. Un montant de 504 millions de dollars américains est affecté au projet pour l'année 2019 tandis que 2,7 milliards doivent être dépensés d'ici 2023. La station doit comprendre dans sa configuration initiale deux modules : le module PPE (Power/Propulsion Module) prend en charge les fonctions de propulsion et de production d'énergie tandis que le module HALO (Habitation and Logistics Outpost) sert de logement aux astronautes. Deux modules supplémentaires, un sas et un module logistique, sont prévus dans un deuxième temps[10]. En , la NASA sélectionne Maxar Technologies pour la réalisation du module PPE pour un montant de 375 millions de dollars[11]. La réalisation du second module HALO est confiée à Northrop Grumman[12]. Début 2021 la NASA sélectionne la fusée Falcon Heavy de SpaceX pour le lancement des deux modules qui doit avoit lieu en 2024[13].

En mars 2020 la NASA passe commande auprès de la société SpaceX d'une version dérivée du cargo spatial SpaceX Dragon, baptisée SpaceX Dragon XL, pour assurer le ravitaillement de la station spatiale lunaire. Le vaisseau doit permettre le transport de 3,4 tonnes de fret pressurisé et de une tonne de fret non pressurisé. Il sera lancé par une fusée Falcon Heavy. Le vaisseau ne revient pas sur Terre mais est chargé de déchets au bout d'une durée maximale de un an et se place en orbite héliocentrique à la fin de sa mission. La NASA n’apporte aucune précision sur le budget alloué à cette commande et sur le nombre d'engins nécessaires pour assurer le support de la station spatiale[14].

Coopération internationaleModifier

Pour ce projet la NASA souhaite poursuivre la politique de coopération internationale mise en oeuvre pour la construction et l'exploitation de la Station spatiale internationale. La Russie, partenaire principal dans cette dernière, donne son accord en septembre 2017[15]. Mais en janvier 2021 Dmitri Rogozine, responsable de l'agence spatiale russe Roscosmos, annonce que la Russie a décidé de ne pas participer à ce projet qu'elle trouve trop lié aux intérêts américains[16].

L'agence spatiale canadienne est la première organisation à confirmer sa participation au programme[17]. Le Canada est chargé de fournir un bras robotique, Candarm 3, aux fonctionnalités similaires à celles de Canadarm 2 en service à bord de la Station spatiale internationale[18].


Le programme Artemis et la station spatialeModifier

Les plans de la NASA sont en partie modifiés par la décision en avril 2019 du président américain Donald Trump d'accélérer son programme lunaire. Celui-ci fixe à 2024 la date du retour des astronautes sur le sol lunaire[19]. Pour répondre aux demandes du président, l'agence spatiale américaine lance le programme Artemis qui s'appuie en partie sur les développements déjà lancés dont la station spatiale lunaire. Dans ce nouveau contexte la Lunar Gateway doit servir de relais entre la Terre et la surface de la Lune. Toutefois en mars 2020, la NASA décide que, pour que l'assemblage de la station spatiale ne constitue pas une source de blocage, les premières missions vers le sol lunaire pourront être réalisées sans passer par la station spatiale lunaire[20]. Dans le cahier des charges du vaisseau lunaire HLS chargé de déposer les astronautes sur le sol lunaire, un rendez-vous en orbite lunaire entre le vaisseau Orion et le HLS est une option pour laquelle le candidat peut opter. Par contre pour les missions "dites durables" à compter de 2026 la station lunaire devient obligatoire notamment pour permettre la réutilisation de tout ou partie du vaisseau lunaire[21]. Pour les premières missions du programme Artemis la priorité est donnée aux deux modules nécessaires pour les missions qui doivent se dérouler sur le sol lunaire :

OrbiteModifier

 
La station spatiale lunaire est positionnée sur une orbite NRHO. Ce schéma montre les différentes orbites NRHO L1 et L2 nord et sud. L'orbite retenue est une L2 sud.

La station lunaire Lunar Gateway est placée sur une orbite rectilinéaire autour de la Lune (orbite de Halo)[22]. Ses composantes diverses doivent être lancés par l'intermédiaire du lanceur spatial lourd américain Space Launch System, ou des lanceurs russes Proton ou Angara. La station est desservie par le vaisseau Orion de la NASA et de l'ESA puis, ultérieurement par le Federatsia russe. Le transport de fret peut se faire à l'aide de cargos dérivés de l'HTV japonais ou du Cygnus américain de Northrop Grumman.

La station spatiale est placée sur une orbite autour de la Lune dite NRHO (Near Rectilinear Halo Orbit). C'est une orbite de halo dont la période orbitale est de 7 jours, le périsélène (le point le plus proche de la Lune) est de 3 000 km et l'aposélène de 70 000 km[23]. Cette orbite est sélectionnée parce qu'elle présente plusieurs avantages[24],[22] :

  • Elle est très stable c'est-à-dire qu'elle réduit fortement la quantité d'ergols nécessaire pour corriger l'orbite : la correction de vitesse nécessaire pour la maintenance de l'orbite est de 1,86 mm/s par orbite. Cette valeur ne prend pas en compte les perturbations diverses que subit tout engin spatial dans l'espace quelle que soit sa trajectoire en particulier la pression solaire.
  • Cette orbite permet à la station spatiale d'être en permanence visible de la Terre c'est-à-dire que celle-ci n'est jamais masquée par la Lune. Les liaisons radio ne sont donc jamais interrompues.
  • Il n'y a aucune éclipse du Soleil par la Terre. Celles-ci sont les plus gênantes car elles peuvent atteindre une durée de 2,6 heures (éclipse totale) ce qui dépasse les capacités des batteries du vaisseau Orion et de la station spatiale lunaire (les batteries doivent prendre le relais des panneaux solaires durant les éclipses).
  • Cette orbite comporte quelques éclipses du Soleil par la Lune chaque année mais leur durée n'excède pas 80 minutes.

Pour vérifier la stabilité de cette orbite, la sonde spatiale CAPSTONE a été lancée le 28 juin 2022, une fois n’est pas coutume, le décollage a eu lieu depuis la Nouvelle-Zélande.

Caractéristiques techniquesModifier

Pour les premières missions du programme Artemis la priorité est donnée aux deux modules nécessaires pour les missions qui doivent se dérouler sur le sol lunaire les modules PPE et HALO. A terme la station spatiale lunaire comprendra également les modules ESPRIT (télécommunications, propulsion et sas scientifique) et I-HAB (habitation).

Module PPE (énergie et propulsion)Modifier

Le module PPE (Power and Propulsion Element) produit l'énergie et permet la propulsion de la station. Ce module a une masse comprise entre 8 et 9 tonnes. La production électrique est assurée par des panneaux solaires fournissant 50 kW d'électricité [25]et la propulsion est fournie par des moteurs ioniques de 12 kW complétés par des moteurs-fusées à propulsion liquide[26]. Le module dispose également de systèmes de télécommunications permettant d'assurer la liaison avec la Terre d'une part et la surface de la Lune d'autre part. La construction de ce module a été confiée en à la société Maxar Technologies (autrefois SSL) pour un montant de 375 millions US$. Le module doit être mis à disposition pour un lancement fin 2022[25].

Module HALO (habitation)Modifier

Le module d'habitation HALO (Habitation and Logistics Outpost) également baptisé MHM (Minimal Habitation Module) sert de module d'habitation. Développé par la société Northrop Grumman, il est basé sur le cargo spatial Cygnus. De forme cylindrique il comporte deux ports d'amarrage radiaux pour permettre l'amarrage du vaisseau Orion et des cargos chargés du ravitaillement et deux autres ports d'amarrage dans l'axe pour se fixer aux autres modules de la station spatiale. Le module pressurisé dispose d'un système de communications, d'un système de support de vie permettant à un équipage de 4 personnes de vivre durant 30 jours dans le volume fourni par ce module et le vaisseau Orion. Le module HALO doit être fourni par Northrop Grumman de manière à permettre son lancement fin 2023[27].

 
La station spatiale lunaire sera en 2024 limitée à deux modules : le module d'habitation HALO (2 sur le schéma) et le module fournissant l'énergie et la propulsion PPE (4). Sur le schéma sont amarrés les autres vaisseaux impliqués dans les premières missions Artemis : un vaisseau de ravitaillement (3), le vaisseau Orion (1) et le vaisseau lunaire (5) qui doit déposer l'équipage sur la Lune.

Module I-HAB (habitation)Modifier

Le Cislunar Habitation Module (I-HAB) est utilisé pour les séjours de longue durée à bord de la station spatiale. Il est conçu pour accueillir jusqu'à quatre astronautes[28],[29]. Ce module est en conception (phase A/B1) en parallèle par Airbus[30] et Thales Alenia Space[31].

Module ESPRIT (télécommunications et propulsion)Modifier

ESPRIT (European System Providing Refuelling, Infrastructure and Telecommunications)[32] permet le stockage des ergols, d'assurer la propulsion et les télécommunications et pourrait comporter un sas à expériences. Il est lancé avec le PPM[33]. Comme pour i-HAB l'Agence spatiale européenne lance deux études (phase A/B1) en parallèle avec Airbus[30] et Thales Alenia Space[31].

Autres modulesModifier

D'autres modules sont à l'étude mais leur développement n'est pas lancé en 2022 :

  • Le Gateway Logistics Module est utilisé pour des expériences et la logistique à bord de la station spatiale. L'équipement inclut un bras robotisé. Il est envoyé pendant la mission Artemis III[26].
  • Le Gateway Airlock Module est utilisé pour effectuer les sorties extravéhiculaires (EVA). Il peut être fourni par la Russie[34]. Il est envoyé pendant la mission Artemis 4[26].
  • Des habitats additionnels peuvent être développés par le Japon ou la Russie.
  • Le Canadarm 3 fourni par l'Agence spatiale canadienne est similaire à Canadarm 2 en fonction à bord de la Station spatiale internationale. Long de 8,5 mètres et d'une masse de 715 kilogrammes, il dispose de sept degrés de liberté. Il est équipé de six caméras en couleurs 4k dont deux panoramiques (360°). Les éléments du bras pourront être détachés et réparés à l'intérieur de la station spatiale[18].

L'Agence spatiale européenne peut proposer le port d'amarrage standardisé qu'elle développe actuellement[Quand ?] avec la société britannique QinetiQ : l'International Berthing and Docking Mechanism, mise en application de la norme International Docking System Standard (IDSS, mécanisme international d'accostage et d'amarrage). Ce standard doit également être adopté par la Russie et le secteur privé, ce qui laisse à penser qu'il devient une norme internationale. L'agence spatiale canadienne de son côté souhaite tester une voile solaire à bord de l'avant poste[35].

 
Configuration de la station spatiale lunaire dans sa configuration finale (proposée en juillet 2018) : A Module propulsion et génération électrique - B ESPRIT ; sas scientifique, stockage, télécommunications, réservoirs ergols - C Petit volume pressurisé pour agrandir la partie habitable - D et E Modules d'habitation - F Bras robotique - G Stockage des consommables et des équipements - H Sas - I Véhicule assurant les transports entre la surface lunaire et la station pour transporter des petits frets - J Vaisseau Orion. Dans l'encadré en bas à droite comparaison de la taille la station spatiale lunaire et de celle de la station spatiale internationale.

Cargo spatial SpaceX Dragon XLModifier

 
Un cargo spatial Dragon XL en approche de la station spatiale lunaire (vue d'artiste).

Le cargo spatial SpaceX Dragon XL est chargé de transporter le fret (consommables, pièces détachées) de la Terre jusqu'à la station spatiale lunaire. Au retour il emporte les déchets et se place sur une orbite héliocentrique. Le cargo spatial est dérivé du SpaceX Dragon utilisé pour ravitailler la station spatiale internationale. Pour la mission lunaire il doit être lancé par la fusée Falcon Heavy. Selon le cahier des charges de la NASA l'engin spatial doit être capable de transporter au moins 3,4 tonnes de fret dans sa soute pressurisée et une tonne fixée à l'extérieur. Il sera capable de rester au moins un an amarré à la station spatiale lunaire en fournissant ainsi un volume supplémentaire à l'équipage[14].

Déploiement de la station spatialeModifier

Le lancement de la station spatiale est effectué par les lanceurs Falcon Heavy et SLS. Ce dernier est utilisé dans sa version Block 1B, plus puissante que la Block1. Ce surcroit de puissance est utilisé pour lancer simultanément le vaisseau spatial Orion avec son équipage et un des modules de la station spatiale. Le lancement de la station spatiale doit débuter en 2024[13].

Historique des lancements
Date lancement Mission Lanceur Composants lancés Remarque
Novembre 2024 Falcon Heavy PPE et HALO Déploiement station dans sa version minimale[13].
mars 2026 Artemis 4 SLS Block 1B I-HAB I-HAB est lancé avec le vaisseau Orion.
2027 Artemis 5 SLS Block 1B ESPRIT I-HAB est lancé avec le vaisseau Orion.

Notes et référencesModifier

NotesModifier

RéférencesModifier

  1. (en) Chris Bergin, « Taking aim on Phobos – NASA outline Flexible Path precursor to man on Mars », nasaspaceflight.com, .
  2. (en) Jeff Foust, « NASA closing out Asteroid Redirect Mission », spacenews.com, .
  3. (en) David Smitherman et Tiffany Russell, « Deep Space Habitat Configurations based on International Space Station Systems », NASA, .
  4. (en) Jason Davis, « NASA unveiled new plans for getting humans to Mars, and hardly anyone noticed », Planetary Society, .
  5. (en) Kathryn Hambleton, « Deep Space Gateway to Open Opportunities for Distant Destinations », sur www.nasa.gov, NASA (consulté le ).
  6. Jason Crusan Robyn Gatens, « Cislunar Habitation & Environmental Control & Life Support System », sur www.nasa.gov, NASA (consulté le ).
  7. « A quoi va servir (et ressembler) la Station spatiale lunaire internationale », Le Huffington Post,‎ (lire en ligne, consulté le ).
  8. Sarah Loff, « Moon to Mars Event at Kennedy Space Center », sur NASA, (consulté le )
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  10. (en) Philip Sloss, « Cislunar station gets thumbs up, new name in President’s budget request », sur nasaspaceflight.com, .
  11. (en) Stephen Clark, « NASA chooses Maxar to build keystone module for lunar Gateway station », sur Spaceflight Now, (consulté le ).
  12. NASA taps Northrop Grumman in sole-source agreement to build Gateway habitat
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  14. a et b (en) Jeff Foust, « SpaceX wins NASA commercial cargo contract for lunar Gateway », sur spacenews.com, .
  15. « Station orbitale lunaire: la Russie va coopérer avec la Nasa », sur www.lefigaro.fr, .
  16. (en) Jeff Foust, « Russia skeptical about participating in lunar Gateway », .
  17. « Canada's role in Moon exploration », sur www.asc-csa.gc.ca, (consulté le )
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  31. a et b Rémy Decourt, « Après l'ISS : l'ESA veut être présente sur la petite station spatiale internationale près de la Lune », Futura-Sciences,‎ (lire en ligne, consulté le ).
  32. Voir projet ESPRIT dans l'encyclopédie CASPWiki
  33. Marie-Ange Sanguy, « Thalès Alenia Space au coeur du renouveau lunaire », Espace & Exploration n°47,‎ , p. 30-31.
  34. D'après Anatoli Zak de russianspaceweb.com
  35. (en) « NASA, international partners consider solar sail for Deep Space Gateway », sur www.planetary.org (consulté le ).

BibliographieModifier

  • Marie-Ange Sanguy, « Thales Alenia Space au coeur du renouveau lunaire », Espace & Exploration,‎ , p. 30-31.

Voir aussiModifier

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Articles connexesModifier

Liens externesModifier