NASA : la petite sonde Capstone lance la grande reconquête de la Lune

Dans l’espace non plus, la taille ne fait pas tout. La minuscule sonde Capstone de la NASA est en passe de le prouver ; elle vient officiellement de partir pour une mission aux implications énormes.

Ce Cubesat d’à peine 25 kilogrammes a décollé du Launch Complex 1, en Nouvelle-Zélande, à bord d’une fusée estampillée RocketLab. Un choix tout sauf surprenant, puisque le microlanceur Electron de cette jeune entreprise domine son segment de la tête et des épaules. À titre de comparaison, cet engin mesure 18 mètres de haut, contre 70 m pour un Falcon 9 de SpaceX.

"Do not go where the path may lead, go instead where there is no path and leave a trail." – Ralph Waldo Emerson

Our #CAPSTONE mission has launched to test a new type of lunar orbit, blazing a trail that will help take #Artemis missions to the Moon: https://t.co/Ri3OdH6FZ3 pic.twitter.com/XoUHX81yHo

— NASA (@NASA) June 28, 2022

Le départ s’est déroulé exactement comme prévu, et Capstone est parqué en orbite de la Terre. Pendant six jours, le vaisseau va accélérer à plusieurs reprises selon un programme méticuleusement calculé par les ingénieurs. Il pourra alors s’extraire de l’orbite de la Terre et se débarrasser du fuselage du lanceur; il constituera désormais un poids mort en dehors de l’atmosphère terrestre.

Un éclaireur déterminant pour le Lunar Gateway

C’est sous cette forme que le cubesat atteindra son objectif final le 13 novembre prochain, à savoir la Lune. Une dernière série de manœuvres lui permettra de s’insérer une bonne fois pour toutes dans une orbite stable autour de notre satellite.

Il entreprendra alors une mission déterminante pour le retour de l’humain sur place. En effet, c’est lui qui va jouer le rôle d’éclaireur en ouvrant la voie à l’installation du Lunar Gateway, un élément fondamental des futures missions Artémis et même au-delà. (voir notre article).

Il s’agit d’une station spatiale qui jouera le rôle d’avant-poste lunaire. Cette infrastructure offrira une base opérationnelle qui ne sera pas de trop pour faciliter le séjour des astronautes en partance pour la Lune, ainsi que toute la logistique liée à ces missions.

Or, jusqu’à présent, aucune agence n’a encore déployé un vaisseau aussi volumineux en orbite autour de la Lune sur une période prolongée. Et malgré tous les efforts de modélisation des chercheurs, il reste de nombreuses questions en suspens.

Cap sur une orbite tordue

La première d’entre elles concerne l’orbite précise qui sera occupée par Capstone. En effet, la NASA compte utiliser une orbite de halo quasi rectiligne (ou NRHO, pour Near-rectilinear halo orbit). C’est une orbite très particulière à bien des égards, avec des angles particulièrement marqués à certains endroits.

Dans l’espace, tous les objets massifs comme les planètes et leurs satellites exercent une influence gravitationnelle sur les corps célestes avoisinants. Et sa portée est loin d’être négligeable.

Par exemple, même si elle est relativement proche de la Terre, la trajectoire de l’ISS est très légèrement dérangée par la présence de la Lune. Techniquement, son orbite n’est pas parfaitement stable.

La Terre est extrêmement massive, et elle exerce une influence nettement supérieure à celle de la Lune ; cette dernière peut donc être gérée assez facilement. Il suffit d’ajuster l’orbite de la station régulièrement, ce qui est de toute façon déjà nécessaire pour compenser la friction avec les quelques particules d’air de la très haute atmosphère.

Mais en orbite de la Lune, la situation change radicalement. Notre satellite est bien moins massif que la Terre, et ne peut pas fournir une orbite aussi stable que cette dernière; notre planète a une influence considérable sur certaines orbites lunaires (voir problème des trois corps). La trajectoire des sondes lunaires est donc planifiée stratégiquement, de façon à minimiser cette influence.

Dans le cas de la NHRO choisie par la NASA pour le Lunar Gateway, l’impact de la Terre est très perceptible, ce qui lui donne sa forme particulière. Les modélisations indiquent qu’elle devrait être relativement stable. Mais pas question de prendre le moindre risque pour cette mission très ambitieuse.

Une grande étape en direction d’Artemis 2 et 3

Et c’est précisément la raison d’être de Capstone; il va servir d’éclaireur – ou de chair à canon dans le pire des cas. Il devra démontrer sa capacité à se maintenir sur cette orbite pour prouver que l’agence ne s’est pas trompée en misant dessus.

Une fois cette première case cochée, elle collectera des tas de données qui permettront d’affiner le positionnement du futur Gateway. Enfin, elle devra valider le bon fonctionnement de tous les “systèmes de guidage, de navigation, et de communication” qui seront indispensables à l’avant-poste et aux missions Artémis.

Si tout se passe bien, l’arrivée de Capstone autour de la Lune sera donc un succès déterminant pour la NASA. Grâce à son travail, les ingénieurs pourront peaufiner les derniers détails sur la route qui ramènera l’humain sur la Lune (voir notre article).

De quoi aborder le lancement d’Artémis 1, prévu en août 2022, en toute sérénité. Elle se dirigera ensuite vers le lancement du Gateway et d’Artémis 2; c’est à cette occasion que des humains repartiront à la conquête de l’orbite lunaire. Il sera alors temps de lancer Artémis 3, la mission la plus attendue à travers laquelle des astronautes iront fouler ces vallées poussiéreuses pour la première fois depuis 1972.

Autant dire qu’une grande part des missions Artémis repose sur cette petite sonde ; Capstone devra avoir les épaules larges malgré sa petite taille ! Il conviendra de suivre ses péripéties avec une attention toute particulière dès le 13 novembre prochain.

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