Le splashdown réussi d’Orion dimanche après-midi (11 décembre) a renvoyé certains composants essentiels nécessaires à la mission lunaire Artemis 2 de la NASA, dont le lancement est prévu en 2024 – mais il peut être difficile pour l’agence d’atteindre cet objectif.
Artemis 1, la première d’une série de missions de la NASA conçues pour ramener l’humanité sur la surface lunaire, est maintenant terminée. Dimanche à 12 h 40 HNE (17 h 40 GMT), un vaisseau spatial Orion sans équipage s’est écrasé dans l’océan Pacifique au large de la Basse-Californie, concluant sa mission de 25,5 jours en orbite lunaire et retour.
Artemis 1 a été lancé depuis le Kennedy Space Center de la NASA, en Floride, le 16 novembre lors de la première mission de l’énorme nouvelle fusée Space Launch System (SLS) de l’agence. Bien que la première de SLS ait été retardée plusieurs fois au-delà de sa date de lancement initialement prévue de 2017, la fusée a parfaitement fonctionné pour livrer le vaisseau spatial Orion en orbite terrestre.
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Avec Artemis 1 maintenant dans les livres, l’attention du public se tourne rapidement vers la prochaine phase du programme : le vol en équipage. Mais cela ne peut se produire tant que plusieurs pièces ne se sont pas mises en place, à savoir un vaisseau spatial et un lanceur complètement assemblés. Alors que les ingénieurs et les sous-traitants de la NASA ont été occupés à construire divers éléments du SLS qui lancera Artemis 2, les composants clés de la capsule Orion de la mission sont réutilisés à partir d’Artemis 1 et doivent d’abord subir une série de tests de validation après vol avant d’être installés sur le nouveau vaisseau spatial. Et cela va prendre du temps.
La décision de la NASA de réutiliser une partie du matériel de vol d’Orion a été prise à une époque où Artemis 1 était encore connue sous le nom de Mission d’exploration-1 (EM-1), et le calendrier de SLS plaçait trois années complètes entre les deux premiers lancements. Un blog de la NASA de 2017 (s’ouvre dans un nouvel onglet) post mentionne le recyclage du matériel d’Orion, déclarant: «La NASA réutilise les boîtiers avioniques du module d’équipage Orion EM-1 pour le prochain vol. L’avionique et les systèmes électriques fournissent le «système nerveux» des lanceurs et des engins spatiaux, reliant divers systèmes en un tout fonctionnel.
Artemis 2, ou Exploration Mission 2 (EM-2), comme on l’appelait à l’époque, devait à l’origine voler sur une fusée SLS Block 1B, une version améliorée plus grande du SLS utilisé pour Artemis 1, qui remplace l’Interim du véhicule Étage de propulsion cryogénique (ICPS) avec l’étage supérieur d’exploration (EUS) plus puissant. L’écart de trois ans entre EM-1 et EM-2 visait à laisser le temps aux mises à niveau de la plate-forme de lancement mobile SLS (MLP) de prendre en charge le SLS Block 1B plus grand. Comparativement, le calendrier estimé de la NASA pour retirer, remettre à neuf et réinstaller le matériel avionique d’Orion ne devrait pas affecter le calendrier de lancement.
En 2018, cependant, les crédits de financement de la NASA du Congrès et des tentatives de l’agence pour accélérer la cadence de lancement de SLS ont conduit à la décision de construire un deuxième MLP pour prendre en charge les configurations plus grandes de la fusée. Cette décision a abandonné les plans de mise à niveau du MLP existant, le laissant capable de lancer uniquement le SLS Block 1. À leur tour, les trois premiers vols de SLS ont été modifiés pour voler dans la configuration Block 1. Bien que cela ait raccourci l’accalmie entre les missions, cela a également fini par mettre une loupe sur la décision de réutiliser une partie de l’avionique d’Orion.
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La fusée du système de lancement spatial de la NASA transportant le vaisseau spatial Orion se lance lors du test en vol Artemis 1, le mercredi 16 novembre 2022, depuis le complexe de lancement 39B au Kennedy Space Center de la NASA en Floride. (Crédit image : NASA/Joel Kowsky)
Selon un rapport de novembre 2022 (s’ouvre dans un nouvel onglet) du Bureau de l’inspecteur général de la NASA (OIG), « [NASA’s] La Direction de la mission de développement des systèmes d’exploration considère que la réutilisation de l’avionique non essentielle est le principal chemin critique de la mission Artemis 2, le travail de préparation total entre les missions devant prendre environ 27 mois. Le «chemin critique», explique le rapport, «est la séquence de tâches qui détermine la durée minimale nécessaire pour mener à bien un projet». En bref, Artemis 2 ne peut se lancer que lorsque la tâche la plus chronophage des listes de contrôle des ingénieurs est terminée. Cette tâche sera probablement le traitement et la réinstallation du matériel Artemis 1.
« Non-core », dans ce cas, fait référence à un sous-ensemble de matériel à bord d’Orion, par opposition à l’avionique « core », et aide à différencier une partie de ce qui sera et ne sera pas réutilisé depuis le premier vol du vaisseau spatial. « Certains connecteurs peuvent être déconnectés », a expliqué un ingénieur de la NASA à Space.com. Ainsi, le retrait et l’installation des boîtiers avioniques sur la capsule Artemis 2 Orion s’apparenteront davantage à débrancher votre bureau à domicile pour le transférer d’une pièce à une autre qu’à déchirer votre cloison sèche pour recâbler votre maison. Mais avant que ces composants puissent être installés dans Orion pour Artemis 2, ils doivent être testés.
Avec Artemis 1 terminé et Orion de retour sur Terre, les techniciens vont maintenant étudier le vaisseau spatial et ses systèmes pour déterminer ses performances en vol. De nombreuses expériences embarquées pour Artemis 1 se sont concentrées sur l’exposition aux rayonnements, y compris les mannequins Helga et Zohar dans le cadre de l’expérience de rayonnement Matroshka AstroRad (MARE). Près d’une dizaine d’autres dosimètres actifs et passifs sont également disséminés dans la capsule.
Le rayonnement dans l’espace peut avoir des impacts significatifs sur les systèmes de vol ainsi que sur les systèmes biologiques. Par conséquent, des efforts considérables sont déployés lors de la conception d’un vaisseau spatial pour protéger les équipages et le matériel contre l’exposition. À bord de la Station spatiale internationale (ISS), la NASA étudie les effets de la microgravité et des radiations sur le corps humain depuis plus de 20 ans. Cependant, les niveaux d’exposition dans l’espace lointain et autour de la lune sont beaucoup plus élevés que sur l’orbite terrestre basse (LEO), où l’ISS opère.
Lors de son voyage inaugural autour de la lune, Orion a volé plus loin de la Terre que tout vaisseau spatial conçu pour transporter des humains, atteignant une distance de 268 563 miles (432 210 kilomètres) le 28 novembre, battant le record établi par la mission Apollo 13 de près de 20 000 miles ( 32 186 km). À moins de découvertes non nominales des données de vol d’Artemis 1, la NASA prévoit de faire voler quatre astronautes à bord d’Artemis 2 sur une trajectoire autour de la lune, atteignant une altitude maximale de 5 523 miles (8 889 km) au-dessus de la surface de la Lune, selon l’European Space Agence (ESA). Cela les placerait deuxième derrière les astronautes d’Apollo 13, qui se sont éloignés de la Terre tout en dépannant une quasi-catastrophe qui les a empêchés d’atterrir sur la lune comme prévu.
Contrairement à Artemis 1, l’équipage à bord d’Orion sur Artemis 2 n’entrera techniquement pas en orbite lunaire. Pour la première excursion d’Orion sur la lune, l’étage central SLS a lancé le vaisseau spatial et l’ICPS en orbite terrestre, et l’ICPS a effectué une injection translunaire pour mettre Orion sur la bonne voie vers la lune. Là, le module de service d’Orion a placé le vaisseau spatial sur une orbite rétrograde lointaine (DRO), où il est resté du 25 novembre au 1er décembre. Le 5 décembre, la capsule s’est dirigée vers la Terre via une longue combustion du moteur menée pendant un proche survol. Au total, la mission Artemis 1 a duré environ 25,5 jours.
L’équipage d’Artemis 2 ne pourra pas profiter de sa mission aussi longtemps ; La deuxième expédition lunaire d’Orion devrait durer un peu plus de 10 jours. Après avoir effectué quelques tours prolongés autour de la Terre, la trajectoire de vol d’Artemis 2 met Orion sur la voie du retour d’un survol lunaire sans ralentir suffisamment la trajectoire du vaisseau spatial pour maintenir une orbite lunaire stable.
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« En ce qui concerne la durée de la mission d’Artemis 2, nous envisageons un test en vol en équipage de 10,5 jours », a expliqué Mike Sarafin, responsable de la mission d’Artemis 1, lors d’un briefing le 28 novembre. « Quatre astronautes effectueront un vol d’une journée, orbite hautement elliptique pour fondamentalement secouer le système de survie et effectuer une démonstration d’opérations de proximité avec l’étage supérieur avant qu’il ne soit séparé à grande distance d’Orion. Et puis à la fin de cette orbite terrestre haute d’une journée, Orion effectuera essentiellement une manœuvre d’achèvement de mission et utilisera le module de service pour effectuer la manœuvre d’injection translunaire et se mettra sur une trajectoire de retour libre – environ 4,5 jours [to the moon] et environ 4,5 jours en arrière. Ce sera donc un peu plus de 10 jours.
Actuellement, la NASA vise 2024 pour le lancement d’Artemis 2. Cependant, si l’horloge pour transférer les boîtiers avioniques d’Orion a commencé au moment de l’éclaboussure, les 27 mois estimés par l’OIG de la NASA pour achever la tâche repoussent déjà l’objectif de 2024 de l’agence en 2025. La prochaine mission après cela, Artemis 3, ne dépend d’aucun matériel de vol d’Artemis 2. Cela dépend cependant d’une foule d’autres jalons, ce qui rend peu probable que la mission, actuellement prévue pour 2025, soit lancée à temps non plus.
Artemis 3 est conçu pour faire atterrir des équipages à la surface de la lune, en particulier dans la région polaire sud lunaire. Cela nécessitera un système d’atterrissage pour transporter les équipages vers et depuis la surface lunaire (l’énorme nouveau véhicule Starship de SpaceX) et de nouvelles combinaisons spatiales que les astronautes pourront porter lorsqu’ils effectueront des marches lunaires ou des activités extravéhiculaires cislunaires (EVA). Que toutes ces choses soient prêtes à temps pour un alunissage en 2025 serait un exploit monumental pour la NASA et ses partenaires.
La NASA prévoit également de construire une petite station spatiale en orbite lunaire appelée Gateway dans le cadre du programme Artemis. La construction opportune de Gateway dépend d’un certain nombre de facteurs qui se mettent en place, dont le moindre n’est pas une fusée suffisamment puissante pour lancer les différents modules de la station, ainsi qu’une tour de lancement pour soutenir cette fusée. La NASA a sélectionné le Falcon Heavy de SpaceX pour lancer les premiers composants de la passerelle fin 2024, mais a déclaré la nécessité du SLS Block 1B et d’autres variantes améliorées pour lancer des modules de station supplémentaires et d’autres matériels d’habitation nécessaires pour les séjours lunaires à long terme.
Et le deuxième MLP, désigné ML-2, nécessaire pour soutenir ces futures fusées SLS n’a même pas encore commencé la construction. Après les crédits budgétaires du Congrès pour une deuxième tour de lancement, la NASA a choisi Bechtel comme entrepreneur principal du projet. Aujourd’hui, des années plus tard, l’entreprise en est encore aux phases de conception et de planification et coûtera probablement 2,5 fois plus cher que prévu à l’origine, totalisant près d’un milliard de dollars.
Un rapport de la NASA OIG de juin 2022 (s’ouvre dans un nouvel onglet) indique que ML-2 ne sera probablement pas prêt pour une utilisation opérationnelle avant la fin de 2026, plaçant le lancement le plus tôt possible pour un SLS Block 1B dans le courant de 2027. Le rapport se lit, en partie, « à partir de mai 2022, les travaux de conception sur ML-2 était encore incomplet et les responsables de Bechtel ne s’attendent pas à ce que la construction commence avant le premier trimestre de l’exercice 2023 au plus tôt. Pour répondre aux exigences du contrat et livrer un ML-2 opérationnel, Bechtel estime qu’il aura besoin de 577,1 millions de dollars supplémentaires, ce qui portera le coût total prévu de la structure à 960,1 millions de dollars, couplé à une date de livraison d’octobre 2025 au lieu de mars 2023. Nous nous attendons à de nouvelles augmentations de coûts alors que des défis techniques inévitables surgiront lorsque la construction du ML-2 commencera.
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Une vue de la Terre depuis le vaisseau spatial Artemis 1 Orion de la NASA à l’approche de l’heure de l’éclaboussure le 11 décembre 2022. (Crédit image : NASA)
Désormais, un atterrissage lunaire réussi sur Artemis 3 ne dépend pas nécessairement de la mise en place ou non de composants de Gateway à temps pour soutenir la mission. En 2021, la NASA a attribué à SpaceX le contrat Human Landing System (HLS) de l’agence pour construire un atterrisseur lunaire pour le programme Artemis, basé sur le vaisseau spatial Starship de la société actuellement encore en développement. Il convient de noter qu’une fois opérationnelle, la fusée Super Heavy de SpaceX nécessaire au lancement de Starship sera plus puissante que SLS, moins chère et plus rapide à produire, et sera réutilisable.
Avec un peu de ravitaillement en cours de route, Starship devrait également être capable d’atteindre la lune, puis de revenir sur Terre après un atterrissage lunaire, éliminant ainsi le besoin de transférer l’équipage ou la cargaison entre les véhicules en cours de route. Cependant, le cadre actuel de la NASA pour Artemis 3 décrit toujours un lancement d’Orion avec équipage et un rendez-vous HLS en orbite lunaire avant l’atterrissage des astronautes sur la surface lunaire. La première tentative de lancement orbital du vaisseau spatial de SpaceX est attendue au début de 2023, mais on ne sait pas quand le véhicule géant sera pleinement opérationnel.
Même si Starship est prêt d’ici 2025, les combinaisons spatiales dont les astronautes ont besoin pour traverser la surface lunaire ne le seront peut-être pas. En effet, la NASA a un petit problème de combinaison spatiale. Les combinaisons spatiales actuellement utilisées pour les EVA de l’ISS sont des vestiges des années 1980 et 90, lorsque l’entrepreneur de la NASA ILC Dover a fourni 18 combinaisons EVA à utiliser sur la navette spatiale et éventuellement la station spatiale. Parmi ceux-ci, 11 restent, et ils sont répartis entre l’ISS et l’installation d’essai de la NASA au Johnson Space Center.
Après l’annulation du programme de la navette spatiale en 2011, ILC Dover a fourni aux combinaisons restantes quelques améliorations majeures, ce qui leur a permis d’être stockées en orbite à bord de l’ISS à long terme, mais un rapport de la NASA OIG (s’ouvre dans un nouvel onglet) à partir de 2017 brosse un tableau sombre pour un calendrier de développement de combinaisons spatiales favorable à l’ISS ou à Artemis. Le rapport soulève la préoccupation selon laquelle l’inventaire actuel des combinaisons pourrait être insuffisant pour durer pendant toute la durée de vie de la station spatiale. « La NASA sera mise au défi de continuer à répondre aux besoins de l’ISS avec la flotte actuelle d’EMU [(extravehicular mobility units)] jusqu’en 2024, un défi qui s’aggravera considérablement si les opérations de la station sont prolongées jusqu’en 2028 », indique le rapport. Les responsables de la NASA ont déclaré à plusieurs reprises au cours de l’année écoulée leur espoir de faire voler l’ISS jusqu’en 2030 au moins.
Cependant, une combinaison spatiale entièrement différente est nécessaire pour les missions Artemis. Un rapport du BIG de la NASA de 2018 (s’ouvre dans un nouvel onglet) souligne que même les nouvelles combinaisons EVA pour l’ISS « n’offriraient pas la mobilité, la durabilité ou la fonctionnalité dont les missions planétaires ou cislunaires auront besoin ». Le rapport souligne également la nécessité pour la NASA de tester de nouvelles combinaisons EVA en microgravité ou « d’accepter des niveaux de risque plus élevés lors de futures missions d’exploration, ce qui pourrait avoir un impact sur la santé et la sécurité des astronautes ainsi que sur le succès de la mission ».
Au moment de ce rapport, le calendrier des démonstrations technologiques de l’ISS prévoyait de nouveaux tests de combinaison EVA entre 2024 et 2025. Pour Artemis, la seule opportunité de tester une combinaison spatiale en orbite lunaire avant une tentative d’atterrissage d’Artemis 3 sera pendant Artemis 2 , et un autre rapport du BIG (s’ouvre dans un nouvel onglet), celui-ci de l’année dernière, a jeté un scepticisme supplémentaire sur la capacité de la NASA à respecter le calendrier indiqué par l’agence. Les unités de mobilité extravéhiculaire d’exploration (xEMU) de la NASA, comme les combinaisons sont connues, ont passé une décennie lente à se développer et ont dépensé plus d’un milliard de dollars, indique le rapport.
«L’Agence fait face à des défis importants pour atteindre cet objectif», lit-on dans le rapport. «Ce calendrier comprend un retard de livraison d’environ 20 mois pour la combinaison de conception, de vérification et de test prévue, deux combinaisons de qualification, une combinaison de démonstration ISS et deux combinaisons de vol lunaire. Ces retards – attribuables aux déficits de financement, aux impacts du COVID-19 et aux défis techniques – n’ont laissé aucune marge de temps pour la livraison des deux xEMU prêts à voler. Compte tenu des exigences d’intégration, les combinaisons ne seraient pas prêtes à voler avant avril 2025 au plus tôt.
La NASA a pris au sérieux les conclusions du rapport de l’OIG et a pris la décision d’externaliser les efforts afin d’accélérer la préparation des combinaisons pour l’ISS et Artemis. En juin de cette année, la NASA a fait appel aux sociétés Axiom Space et Collins Aerospace (en collaboration avec ILC Dover) pour développer de nouvelles combinaisons spatiales, et en septembre a sélectionné Axiom pour fournir les combinaisons que les astronautes porteront à la surface de la lune. Axiom cherche également à installer son propre module sur l’ISS d’ici 2024, pour servir de cœur d’une nouvelle station spatiale privée, et a exploité Ax-1 en avril de cette année, la première d’une poignée de missions en équipage privé prévues vers le ISS. Il est donc possible que la société teste sa combinaison spatiale dans l’environnement de microgravité disponible dans LEO, sinon sur Artemis 2.
Publiquement, la NASA exprime toujours sa confiance dans un lancement en 2024 pour Artemis 2, mais avec les propres documents internes de l’agence suggérant le contraire, ce n’est peut-être qu’une question de temps avant que ce message ne soit modifié. Donc, pour l’instant, tous ceux qui ont été émerveillés par la vue d’Artemis 1 quittant la planète dans un flamboiement de lumière devront faire preuve de patience en attendant que le prochain SLS illumine le ciel.
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