Un concept inédit de l'ESA pour l'exploration robotique de la Lune

Dans le domaine de l'exploration humaine, après avoir tout misé, pendant ses deux dernières décennies, sur le programme de la Station spatiale internationale, l'Agence spatiale européenneAgence spatiale européenne vise la Lune et Mars. Aujourd'hui, sur « les nouveaux contrats dédiés à l'exploration, 60 % sont consacrés aux programmes lunaires, 30 % à la Planète rouge et 10 % pour financer les derniers développements et programmes de maintenance de l'ISS », nous explique Didier Schmitt coordonateur pour les activités d'exploration robotiquerobotique et humaine à l'Agence spatiale européenne. Pour l'Agence spatiale européenne et les industriels de ses États membres, c'est « un changement très significatif après avoir tout misé sur l'orbite basse ».

Comme l'explique David Parker, directeur de l'exploration humaine et robotique à l'ESA, « la prochaine décennie sera celle de l'exploration vers l'espace profond, au-delà de l'orbite de la Station spatiale internationale avec, pour la première fois, des astronautes de l'ESA qui travailleront en orbite lunaire ».

Cette incursion dans le « deep space » est un bond en avant énorme que l'Europe s'apprête à faire. Les technologies nécessaires pour vivre et travailler sur la Lune, puis dans un avenir proche sur Mars, ne sont évidemment pas les mêmes que celles nécessaires pour occuper l'orbite basse. Pour comprendre la difficulté de la tâche, on peut résumer la situation en disant « qu'aller sur la Lune, c'est mille fois plus loin qu'aller sur la Station spatiale internationale et un million de fois plus loin pour rejoindre Mars », souligne Didier Schmitt.

Un projet soumis à rude concurrence

Concernant la Lune, l'Agence spatiale européenne a profité de l'édition 2020 du Congrès international d'astronautique (IAC) pour annoncer avoir sélectionné Airbus Defense and Space et Thales Alenia Space pour deux études parallèles pour l'alunisseur logistique lourd européen (European Large Logistics LanderLander, EL3). Dans cette étude (phase A/B1), Airbus développera « le concept d'un alunisseur multi-rôle capable de transporter jusqu'à 1,5 tonne de fret vers n'importe quel endroit de la surface lunaire ». Les vols de l'EL3 devraient commencer à la fin des années 2020, avec une cadence de missions s'étalant au cours de la décennie suivante et au-delà.

Pour le moment, il ne s'agit que d'une étude assez approfondie sur 2 ans et dotée d'un budget qui pourrait atteindre 30 millions d'euros. Ce n'est seulement que lors de la prochaine réunion du Conseil des ministres de l'ESA, actuellement prévue fin 2022, que les États membres « décideront de financer le développement de cet atterrisseur lunaire polyvalent, ou d'abandonner ce projet au profit d'un autre qui pourrait être un véhicule de transfert cis-lunaire, dérivé de l'ATVATV, pour ravitailler le GatewayGateway (étude CLTV) ».

Cela dit, ce projet sera soumis à rude concurrence. Il y a trop de projets bien avancés de véhicules pour ravitailler le Gateway dont le futur HTV-XHTV-X de la Jaxa qui sera la contribution japonaise au Gateway ainsi que quelques sociétés privés américaines dont SpaceXSpaceX avec une version évoluée du Dragon (Dragon XL).

Différents concepts à l'étude d'alunisseur logistique lourd européen (EL3) sous ses différentes configurations, en fonction du scénario de mission (transport de fret, dépose d'un rover, retour d'échantillons lunaires). Cette étude est réalisée par Airbus pour le compte de l'ESA. © Airbus

Basé sur un élément d'alunissage générique avec un adaptateur multi-cargo, l'EL3 pourrait subvenir à toute une série d'activités lunaires, notamment : le soutien logistique pour des missions avec équipage sur la Lune (camp de base Artemis), des missions scientifiques avec des roversrovers et des charges utiles statiques, ou une mission de retour d'échantillons. À plus long terme, une version réutilisable de l'EL3 est possible. Avant de retourner sur Terre, l'EL3 irait se docker au Gateway et faire le plein au module Esprit. Pour l'instant, « ce n'est pas une option à l'étude ».

Un lander lunaire d'une grande autonomie de navigation

Si Airbus et Thales ont une grande liberté pour le design et le choix des technologiques, l'ESA impose tout de même quelques contraintes dont trois sont « impératives » :

• EL3 doit être lancé exclusivement par Ariane 64 (la version la plus puissante d'Ariane 6Ariane 6) depuis Kourou en tant que charge utile unique pouvant peser jusqu'à 8,5 tonnes. L'ESA ne veut pas dépendre d'un lanceurlanceur commercial : « Cela implique des efforts très significatifs sur la massemasse à vide de l'alunissseur ».
• EL3 doit pouvoir atterrir dans un environnement « humain », c'est-à-dire à proximité immédiate du camp de base Artemis ou d'un groupe d'astronautes en exploration pour livrer du fret, des expériences scientifiques, des consommables : «Cela nécessite un atterrissage de précision ».
• EL3 doit être complètement autonome mais ouvert à la coopération internationale le moment venu, c'est-à-dire que l'ESA doit pouvoir faire seule ses propres missions scientifiques, voire du retour d'échantillons lunaires.

Concept à l'étude de l'alunisseur logistique lourd européen lunaire de l'Agence spatiale européenne (EL3). Dans cette configuration, l’EL3 pourrait permettre une mission de retour d’échantillons lunaires. © Airbus

Comme le met en avant Airbus dans son communiqué de presse, l'atterrissage de précision de EL3 est l'un des principaux points durs. Airbus prévoit d'utiliser des techniques de navigation visuelle -- qu'elle a développées pour l'ATV qui ravitaillait l'ISS -- afin d'obtenir une précision d'alunissage sans précédent.

De plus, EL3 sera équipé d'un « système autonome d'évitement et de détection des risques. Ce système balayera le site d'alunissage à la recherche de dangers potentiels (petits rochers, cratères ou faux plats) qui sont trop petits pour être identifiés par les satellites de télédétection. Sur la base de cette évaluation autonome des dangers, le site le plus sûr à proximité sera identifié et l'alunisseur sera guidé vers cet endroit ».

Le très sophistiqué système d'alunissage Pilot (Precise and Intelligent Landing using Onboard Technologies) qu'Airbus réalise pour la mission russe Luna-27 pourra servir de banc de test en quelque sorte. En effet, Pilot doit permettre un atterrissage de précision en autonomieautonomie complète. Ce système met en œuvre des technologies de navigation ainsi que de détection et d'évitement de situations dangereuses qui pourraient être adaptées à EL3.

L'autre point dur concerne la propulsion et plus particulièrement les moteurs pour freiner lors de l'alunissage. L'adaptation de moteurs existants est la solution la plus pertinente car développer de nouveaux moteurs serait onéreux et prendrait 10 ans...

Cet alunisseur logistique lourd européen qui livrera des charges utiles scientifiques ou logistiques sur la Lune, dont certaines missions seront réalisées dans le cadre de la mission Artemis de la Nasa, n'est évidemment pas un « lander lunaire de plus ». Avec une capacité d'emport d'1,5 tonne de charge utile, cet atterrisseur se différencie nettement de la multitude de projets de sociétés privés américaines qui développent des atterrisseurs lunaires de 50 à 100 kgkg de charges utiles, dans le cadre du programme Commercial Lunar Payload Services (CLPS) de la NasaNasa. Ce programme a pour objectif de sous-traiter auprès de sociétés privées le transport d'instruments scientifiques sur le sol lunaire.