Exploration de la Lune

À l'époque où les premières sondes spatiales sont lancées vers la Lune, ce satellite naturel de la Terre, pourtant proche, garde une grande part de mystère. L'origine des cratères — cratère d'impact ou cratère volcanique — qui parsèment sa surface ne fait pas l'unanimité : certains rejettent encore l'idée que ceux-ci aient été créés par l'impact de météorites, une théorie élaborée quelques années auparavant[Note 1]. Le mode de formation des mers lunaires est également l'objet de controverses. La communauté scientifique est à peu près unanime sur le fait qu'elles sont constituées par de la lave mais il y a divergence sur son origine : volcanisme ou impact de météorite[1]. Il existe d'autres explications comme celle avancée par l'astronome Thomas Gold qui est largement diffusée dans les médias à la grande fureur du milieu scientifique : pour Gold, les mers sont formées par l'accumulation de débris produits par l'érosion des cratères et des parties les plus élevées de la surface lunaire ; cette poussière, prédit-il plus tard, va engloutir les sondes et les vaisseaux qui se poseront sur le sol lunaire[2]. Certains chercheurs, comme le lauréat du prix Nobel de chimie Harold Clayton Urey, pensent que contrairement à la Terre, la Lune n'est pas une planète différenciée et qu'elle est constituée du matériau primitif présent à la formation du système solaire (théorie de la Lune froide)[3]. Le sol lunaire intrigue également car les observations effectuées depuis la Terre avec des instruments dans des bandes allant des rayons X aux ondes radio indiquent une grande porosité du matériau de surface qui est nommé plus tard « régolithe[4] ». Enfin, on ne dispose à l'époque que de quelques mauvaises photos de la face cachée de la Lune prises par la sonde spatiale soviétique Luna 3.

La guerre froide entre les États-Unis et l'Union soviétique bat son plein au début de l'ère spatiale et les deux pays tentent de multiplier les premières spatiales pour prouver la supériorité de leur système politique. Dans cette course à l'espace les Soviétiques disposent de deux avantages : ils ont démarré leur programme spatial plus tôt et surtout leurs lanceurs, dérivés comme ceux des Américains de missiles balistiques porteurs de charges nucléaires, sont beaucoup plus puissants car ils ont été conçus pour porter des bombes atomiques aux dimensions plus importantes que les engins nucléaires américains[5] : dès 1960, l'Union soviétique dispose de la fusée Molnia capable de lancer vers la Lune une sonde spatiale de 1,5 tonne[6] alors que le lanceur concurrent américain, l'Atlas-Agena, ne peut lancer que 300 kg vers la même destination.

L'exploration de la Lune, corps céleste le plus accessible depuis la Terre, figure dans les premiers objectifs des programmes spatiaux des deux pays. L'URSS réussit dès janvier 1959 à lancer la sonde spatiale Luna 1 qui effectue le premier survol de la Lune ; en octobre de la même année, Luna 3 parvient à photographier la face cachée de notre satellite. Les premières sondes américaines du programme Pioneer (1958-1960) qui poursuivent le même objectif sont victimes d'une série de défaillances[7]. Le programme Ranger (1960-1963) prend le relais avec des sondes plus complexes permettant d'effectuer des photos de la Lune mais ne connait ses premiers succès qu'en 1963 après 6 échecs consécutifs. Le développement d'une deuxième génération de sondes interplanétaires américaines démarre au début des années 1960 avec le programme Mariner qui doit permettre d'explorer les planètes intérieures du système solaire (Mars, Vénus, Mercure) tandis que le programme Surveyor est chargé d'effectuer des investigations scientifiques de la Lune après un atterrissage en douceur sur son sol[8].

Les soviétiques sont à l'origine de plusieurs premières dans le cadre du programme Luna. La sonde Luna 1 effectue le premier survol de la Lune en janvier 1959. Le premier objet fabriqué par l'homme à atteindre la Lune est la sonde soviétique Luna 2, qui s'y écrase le 14 septembre 1959. La face cachée de la Lune est photographiée pour la première fois le 7 octobre 1959 par la sonde automatique Luna 3. Luna 9 est le premier engin à se poser en douceur sur la Lune ; elle retourne des photographies de la surface lunaire le 3 février 1966. Enfin, le premier satellite artificiel de la Lune est la sonde soviétique Luna 10, lancée le 31 mars 1966. Luna 12 retransmet des images télévisées de la Lune en octobre 1966.

Parti avec retard, la NASA met sur pied plusieurs programmes destinés à préparer de manière systématique les futures missions habitées du programme Apollo.

• Les premières sondes consacrées à l'exploration lunaire sont développées dans le cadre du programme Pioneer (1958-1960), antérieur au lancement du programme Apollo. Aucune n'atteint son objectif, du fait soit de défaillances du lanceur, soit de problèmes rencontrés par la sonde spatiale elle-même.
• Les sondes du programme Ranger (1960-1965), après avoir connu une série d'échecs, envoient des milliers de photos prises avant de s'écraser sur la Lune.
• Le programme Lunar Orbiter (1965-1967) est constitué de cinq sondes qui se placent en orbite autour de la Lune et réalisent des photographies détaillées des sites d'atterrissage présélectionnés pour les missions du programme Apollo. Ces photos permettent de cartographier 99 % de la surface lunaire.
• Les sondes du programme Surveyor (1966-1968), en effectuant un atterrissage en douceur sur la Lune, donnent de précieuses indications sur la consistance du sol lunaire et les techniques d'atterrissage exploitant un radar. Ces données sont reprises pour définir les caractéristiques du train d'atterrissage du module lunaire Apollo.

Sites d'atterrissage des missions des programmes Luna, Surveyor et Apollo.

Dans son discours du 25 mai 1961, le président John Fitzgerald Kennedy annonce que les astronautes américains atterriront sur la Lune avant la fin de la décennie. Il lance ainsi le programme Apollo qui, grâce à une mobilisation sans précédent de moyens humains et de ressources financières, permettra d'atteindre l'objectif fixé.

Le 24 décembre 1968, les membres de l'équipage d’Apollo 8 (Frank Borman, Jim Lovell et William Anders) sont les premiers humains à apercevoir directement la face cachée de la Lune. Apollo 10 simule une mission lunaire, avec séparation d'un véhicule lunaire qui s'éloigne du vaisseau principal, mais ne se pose pas. Le premier atterrissage humain sur la Lune a lieu le 20 juillet 1969. C'est le point culminant de la course spatiale engagée entre les États-Unis et l'URSS, alors en pleine guerre froide. Le premier astronaute à poser le pied sur la Lune est Neil Armstrong, le capitaine de la mission Apollo 11. Six missions Apollo en tout se poseront sur la Lune. Les derniers hommes à marcher sur le sol lunaire sont le scientifique Harrison Schmitt et l'astronaute Eugene Cernan, au cours de la mission Apollo 17 en décembre 1972. Au total, douze hommes marchent sur la Lune.

Le bilan scientifique, modeste en regard de l'investissement consenti, n'en est pas moins important. Plus de 380 kg de roches lunaires sont ramenées sur Terre. Un ensemble d'instruments scientifiques, l'ALSEP, est déposé par cinq des six missions et fournit des données jusqu'en 1977. Les instruments de l'ALSEP sont différents suivant les missions : spectromètre, magnétomètre, détecteur sismique passif et actif, gravimètre… Les informations recueillies par les astronautes portent sur la composition du sol, la structure interne de la Lune, le rayonnement, la composition atmosphérique. Un véhicule, le rover lunaire, disponible à partir d'Apollo 15, permet d'élargir le rayon d'action des astronautes, qui passe de quelques centaines de mètres à une dizaine de kilomètres entre Apollo 11 et Apollo 17. Avec l'arrêt du programme Apollo, l'exploration spatiale se détourne de la Lune pour se porter vers des planètes plus lointaines associées à des enjeux scientifiques plus importants.

Le programme Zond doit préparer les missions lunaires habitées soviétiques. Mais pour différentes raisons, les missions lunaires du programme sont un échec. Le programme lunaire habité soviétique est lui-même arrêté à la suite de défaillances répétées du lanceur N-1. Les Soviétiques décident de poursuivre l'exploration lunaire avec des sondes spatiales. Les sondes Luna 16 (1970), Luna 20 (1972) et Luna 24 (1976) parviennent à ramener chacune un échantillon de quelques centaines de grammes du sol lunaire.

Le 17 novembre 1970, Lunokhod 1 est le premier véhicule robotisé à explorer sa surface[9]. Lunokhod 2 (1973) parcourt près de 40 km sur le sol lunaire[10].

Avec l'achèvement du programme Apollo (1972), la NASA abandonne l'étude de la Lune et consacre un budget, qui s'est par ailleurs fortement réduit, à l'exploration d'autres planètes du Système solaire : Mars, Mercure, puis les planètes externes. Durant près de 20 ans, les laboratoires qui avaient à leur disposition de nombreux échantillons de roches lunaires ramenées par les équipages du programme Apollo doivent s'appuyer sur les cartes établies par les missions Lunar Orbiter pour resituer ces roches dans un contexte géologique et minéralogique global. Ce n'est qu'au début des années 1990 que l'agence spatiale américaine s'intéresse de nouveau à la Lune.

La NASA lance en 1994 la sonde spatiale Clementine, dont les caméras cartographient la surface de la Lune dans 11 longueurs d'onde entre l'ultraviolet et le proche infrarouge. La sonde identifie des traces d'eau sur la Lune, découverte à l'origine du projet Lunar Prospector. Cette dernière mission repose sur un concept imaginé en 1988, qui consiste à identifier les éléments chimiques présents à la surface de la Lune en analysant le rayonnement gamma, les neutrons et les rayons alpha émis. Cette méthode doit permettre de trouver l'eau éventuellement stockée dans les zones des cratères lunaires plongés en permanence dans l'obscurité[11].

Lunar Prospector détecte des traces d'hydrogène, au fond des cratères qui ne sont jamais éclairés par le Soleil, qui pourraient indiquer la présence d'eau. L'analyse du rayonnement gamma permet de cartographier la distribution du titane et du fer et d'autres éléments soit abondants soit présents à l'état de trace. La distribution d'un matériau lunaire baptisé KREEP ainsi que de la majorité des roches lunaires est également établie. La carte du champ magnétique dressée à l'aide des instruments de Lunar Prospector montre qu'il est élevé aux antipodes des Mare Imbrium et Mare Serenitatis. Elle permet de mettre en évidence la plus petite magnétosphère jamais détectée. La carte du champ gravitationnel lunaire dressée à l'aide des instruments met en évidence sept nouvelles anomalies et démontre que la Lune a un petit noyau riche en fer de 300 kilomètres de diamètre[12].

Dans les années 1990/2000, on assiste à la montée en compétence de nouvelles puissances spatiales : Japon, Europe, Chine, Inde. Celles-ci lancent leurs premières sondes spatiales d'exploration des planètes et satellites du Système solaire. Comme les États-Unis et l'Union soviétique, les agences spatiales de ces pays choisissent comme premier objectif la Lune. En effet, sa proximité réduit les difficultés techniques (durée du transit, complexité des manœuvres, contrôle de l'engin en quasi temps réel).

Le Japon est la première de ces nouvelles nations spatiales à se lancer dans l'exploration des planètes du Système solaire. L'agence spatiale japonaise ISAS développe d'abord un démonstrateur technologique, Hiten (MUSES-A), qui est placé en orbite en 1990. Celui-ci comprend un vaisseau mère de 193 kilogrammes placé sur une orbite terrestre haute permettant le survol de la Lune et un sous-satellite de 11 kg qui doit être largué puis freiner afin de se placer en orbite autour de la Lune. Les deux engins n'emportent aucun instrument scientifique hormis un détecteur de micro-météorites. Bien que la mission soit émaillée d'incidents, les objectifs de mise au point des techniques de vol interplanétaire sont à peu près remplis[13]. Au début des années 2000, l'agence spatiale japonaise se lance dans le développement d'une véritable sonde spatiale lunaire, Lunar-A. Celle-ci comprend un orbiteur emportant deux pénétrateurs qui doivent être largués depuis l'orbite lunaire et s'enfoncer dans le sol lunaire. Chaque pénétrateur embarque un sismomètre et un instrument de mesure des flux thermiques internes dans le but de mesurer l'activité sismique et fournir des éléments sur la structure interne de notre satellite. Après dix ans de développement, le projet est abandonné en 2007 à la suite des difficultés de mise au point des pénétrateurs. Quelques mois seulement après l'annulation de Lunar-A, l'ISAS lance immédiatement après, en octobre 2007, la sonde spatiale SELENE/KAGUYA. Cet engin lourd de trois tonnes emportant une quinzaine d'instruments scientifiques dont deux sous-satellites est placé en orbite lunaire et étudie la planète et son environnent de décembre 2017 à juin 2019. La mission est un succès et collecte des données très détaillées sur la surface de la Lune (topographie, composition du sol) ainsi que sur son environnement (plasma, champs magnétique et gravitationnel)[14]. Le développement de son successeur SELENE-2, un atterrisseur qui doit se poser dans les régions de latitude moyenne lunaire vers 2020, est abandonné en 2015[15].

La sonde européenne SMART-1 s'insère en orbite autour de la Lune avec succès le 16 novembre 2004. Il s'agit surtout d'un démonstrateur technologique qui prouve que la propulsion électrique peut être utilisée sur des sondes spatiales.

La Chine se lance de manière méthodique dans l'exploration du Système solaire en mettant sur pied son programme d'exploration lunaire.

• Elle lance tout d'abord en 2007 un orbiteur, Chang'e 1, qui a pour objectif de cartographier et modéliser en trois dimensions certaines régions de la Lune.
• En 2010, elle envoie une seconde sonde, Chang'e 2, qui entre en orbite autour de la Lune le 6 octobre 2010 et qui est ensuite envoyée au L₂ qu'elle atteint le 25 août 2011.
• La sonde Chang'e 3, lancée le 1^er décembre 2013, emporte un astromobile (rover) baptisé Yutu, qui se pose le 14 décembre de la même année dans la mer des pluies pour une mission d'une durée de trois mois. Chang'e 3 est le premier engin spatial à se poser en douceur sur la Lune depuis l'atterrissage de la sonde spatiale soviétique Luna 24 qui a ramené un échantillon de sol lunaire en 1976.
• En janvier 2019, Chang'e 4 est le premier engin spatial à se poser sur la face cachée de la Lune. Lui aussi dépose un astromobile, Yutu 2.

L'agence spatiale indienne, l'ISRO, commence à travailler sur un programme d'exploration du Système solaire en 2002. L'agence spatiale décide en 2003 de porter ses premiers efforts sur la Lune avec une première sonde spatiale nationale, baptisée Chandrayaan-1, à compter de 2003. Celle-ci est lancée en 2008 et se place en orbite autour de la Lune. Les 11 instruments, fournis pour moitié par la NASA et l'Agence spatiale européenne, réalisent des découvertes scientifiques telles que la mesure de signatures signalant la présence d'eau, l'observation de tubes formées par la lave, la mise en évidence d'un volcanisme récent, etc. Toutefois, la mission s'achève de manière prématurée : une panne se produit neuf mois après le lancement et entraîne l'interruption de la mission, dont la durée initiale était de deux ans[16]^,[17].

Israël apporte sa contribution à l'exploration spatiale par le projet Beresheet, à l'initiative de l'organisation privée SpaceIL et de la société Israel Aerospace Industries. La sonde Beresheet est lancée le 22 février 2019 depuis Cape Canaveral par une fusée SpaceX Falcon 9. Le 4 avril 2019, la sonde se place en orbite elliptique autour de la Lune, puis réalise plusieurs manœuvres pour préparer son atterrissage, mais ne parvient pas à se poser comme prévu le 11 avril 2019 sur la mer de la Sérénité. La sonde a la taille d'une « machine à laver ». Elle pèse à vide 150 kg, auxquels s'ajoutent 435 kg de carburant (méthylhydrazine) et de comburant (mélange d'oxydes d'azote). Elle emporte un magnétomètre conçu par l'Institut Weizmann, pour effectuer des mesures du champ magnétique du satellite pendant les heures suivant l'atterrissage. Beresheet emporte aussi un réflecteur fourni par la NASA, qui aurait permis des mesures par laser de la distance Terre-Lune.

Concept du module lunaire Altair (à gauche) et du vaisseau Orion.

En janvier 2004, le président Bush décide de relancer les vols habités vers les autres astres en donnant le coup d'envoi au programme Constellation. Celui-ci prévoit à l'époque le retour d'astronautes sur notre satellite à l'horizon 2018/2020 pour un budget évalué à 104 milliards de dollars. Pour préparer ces missions, une série de sondes regroupées au sein du programme Lunar Precursor Robotic ou faisant partie du programme Discovery sont développées. LCROSS (2009) recherche la trace de présence d'eau dans les zones plongées en permanence dans l'obscurité près des pôles[18]. LRO (2009) a également cette mission mais remplit également des objectifs de cartographie, mise au point de système géodésique[19]… GRAIL (2011) doit dresser une carte détaillée du champ de gravité lunaire pour déterminer la structure interne de la Lune et optimiser la trajectoire des engins spatiaux[20]. LADEE (2011) doit étudier l'atmosphère lunaire avant que les activités humaines ne la modifient trop[21].

Décollage d'Ares I-X.

Le programme Constellation prévoit le développement de deux nouveaux lanceurs — Ares I et Ares V — ainsi que de deux véhicules spatiaux : Orion, qui serait fabriqué par Lockheed Martin et qui reprend l'architecture du vaisseau Apollo, et le module lunaire Altair, susceptible de déposer quatre astronautes sur la Lune à partir de juin 2019 (voir le programme des missions élaboré en 2006).

Le premier vol de la fusée Ares I, la mission Ares I-X, a lieu avec succès le 28 octobre 2009. Mais fin 2009, le programme Constellation est remis en cause par la commission Augustine chargée d’examiner le programme spatial habité américain et le 1^er février 2010, le président Obama annonce son intention de stopper le programme pour des raisons budgétaires, ce qu'il confirme le 11 octobre 2010. Toutefois, le développement du vaisseau Orion est maintenu pour des missions au-delà de l'orbite basse qui sont programmées au début des années 2020.

Après de nombreux reports de dates, il est prévu que le premier vol d'Orion autour de la Lune se déroulera en 2020 pour une mission inhabitée. Le premier vol habité est quant à lui prévu pour 2023, avec un équipage de quatre astronautes. Mais le 13 mars 2019, Jim Bridenstine, administrateur de la NASA, annonce que la société Boeing, qui développe la fusée SLS depuis 2011 pour la NASA, n'est pas en situation d'assurer le premier vol en 2020[22].

Le vice président Pence en 2017 accompagné de plusieurs astronautes.

En avril 2017, 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 pourra accueillir des équipages pour une durée de 42 jours. Elle comprendra un module d'habitation, un module de propulsion et peut être un module servant de sas. La DSG sera assemblée à partir de composants transportés par le futur lanceur lourd SLS et elle sera desservie par le vaisseau Orion. Dans une première phase du programme, les équipages qui devraient occuper la station à partir de 2025 l'utiliseront pour apprendre à vivre et à travailler en orbite lunaire. Cette phase permettra également de pratiquer les rendez-vous entre vaisseaux loin de l'orbite terrestre basse. La NASA souhaite à ce stade faire appel aux entreprises privées et aux partenaires internationaux pour les missions de ravitaillement. Ces missions sont un préambule à l'envoi de missions vers Mars constituant la phase ultime du programme. Pour convoyer les équipages, il est prévu de développer un vaisseau spatial de grande taille, le Deep Space Transport. Celui-ci sera convoyé jusqu'à la station lunaire après un lancement par le SLS puis sera ravitaillé avant d'être lancé vers Mars avec un équipage de 4 à 5 personnes[23]^,[24]^,[25]. La station spatiale lunaire doit permettre de déposer un équipage à la surface de la Lune en 2028.

En avril 2019, à quelques mois du cinquantième anniversaire de la mission Apollo 11 qui a vu le premier homme fouler le sol lunaire, le vice-président américain Mike Pence, après avoir adressé des reproches à la NASA et à ses sous-traitants pour le retard pris dans le développement du lanceur lourd SLS (la date du premier vol a glissé de 2017 à 2021), annonce que le président américain Donald Trump souhaite qu'un premier équipage soit déposé à la surface de la Lune dès 2024 soit quatre ans avant l'échéance prévue. Le site d'atterrissage serait situé près du pôle sud lunaire car celui-ci est à la fois un objectif scientifique important et recèle également des stocks d'eau qui peuvent être exploités pour optimiser les séjours sur la Lune[26].

Après l'annulation en avril 2018 du projet Resource Prospector (en), dont l'objectif était de prospecter au sol les ressources lunaires à l'aide d'un rover lourd téléguidé, la direction de la NASA annonce qu'elle confiera la dépose de missions robotiques sur la surface lunaire à des sociétés privées dans le cadre d'un programme baptisé Commercial Lunar Payload Services à l'image de ce qui a été fait pour le ravitaillement et la relève des équipages de la Station spatiale internationale (programmes COTS et CCDeV). L'objectif du programme est de réduire les coûts de l'exploration de la Lune et d'accélérer les missions de retour d'échantillons et de prospection de ressources ainsi que de promouvoir l'innovation et la croissance des sociétés commerciales du secteur[27].

Début juin 2019, la NASA sélectionne trois sociétés — Astrobotic, Intuitive Machines et OrbitBeyond — pour le développement d'un atterrisseur lunaire. Celles-ci vont recevoir 250 millions US$ en contrepartie de la dépose sur le sol de 23 charges utiles[28].

Les études sur Chandrayaan-2, successeur de Chandrayaan-1, démarrent avant même le lancement de cette dernière. Ses objectifs sont beaucoup plus ambitieux puisqu'elle vise à poser en douceur un engin spatial à la surface de la Lune et y déployer un astromobile. Au moment où le projet débute, seuls les soviétiques et les américains sont parvenus à réaliser une mission similaire. Aussi l'agence spatiale indienne décide de développer Chandrayaan-2 avec l'aide de la Russie. Le 12 novembre 2007, un accord de coopération est signé entre l'ISRO et l'agence spatiale russe Roscosmos au terme duquel l'agence spatiale indienne développe l'orbiteur et le rover tandis que la Russie développe l'atterrisseur qui doit déposer le rover indien sur le sol lunaire[29]. À la suite de l'échec de la mission russe Phobos-Grunt, les participants russes annoncent à leurs partenaires indiens qu'ils ne pourront respecter l'échéance fixée jusque-là à 2013 ni même celle de 2015 car l'atterrisseur russe utilise certains composants mis en cause dans l'échec de la sonde martienne. L'agence spatiale indienne décide en janvier 2013 de poursuivre seule le développement de Chandrayaan-2[30]. Dans ce nouveau contexte, le lancement de la mission est repoussé à fin 2016/début 2017. Après une programmation du lancement en avril 2018[31]. La sonde spatiale comprend un orbiteur qui doit recueillir des données autour de la Lune pour une d'une durée de 1 an et un atterrisseur. Ce dernier doit se poser à la surface de notre satellite près de son pôle sud pour une mission d'une quinzaine de jours. Il emporte un petit astromobile (rover) d'une vingtaine de kilogrammes. La sonde spatiale a une masse d'environ 3 tonnes. Pour placer en orbite cette masse accrue le lanceur GSLV Mark II sélectionné à l'origine est remplacé par la version GSLV-Mk III[32].

Après avoir déposé sur le sol lunaire deux rover — Chang'e 3 en 2013 et Chang'e 4 sur la face cachée de la Lune (une première) en 2019 — la Chine poursuit son ambitieux programme d'exploration lunaire avec la première de retour d'échantillon du sol lunaire Chang'e 5 dont la date de lancement est planifiée fin 2019. La sonde spatiale doit ramener sur Terre un échantillon du sol lunaire d'une masse pouvant atteindre deux kilogrammes. L'atterrisseur doit se poser sur le sol lunaire près du Mons Rümker dans l'océan des Tempêtes. La sonde spatiale d'une masse totale de 8,2 tonnes comprend également un orbiteur. Chacun des modules (orbiteur, atterrisseur et rover) emporte des instruments scientifiques. 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. Une mission jumelle Chang'e 6 est programmée vers 2023/2024 et devrait collecter un échantillon de sol lunaire au pôle sud[33]^,[34].

Deux autres missions robotiques à destination du pôle sud de la Lune — Chang'e 7 et Chang'e 8 — sont prévues avant 2030. La Chine a des plans encore plus ambitieux comprenant l'installation d'un laboratoire fonctionnant de manière automatique à la surface de la Lune puis l'envoi de missions avec équipage à la surface de la Lune après 2030[35].

La Chine a annoncé en 2018 par des canaux non officiels qu'elle prévoyait d'envoyer d'ici dix ans des astronautes chinois à la surface de la Lune. Pour envoyer les différents modules spatiaux nécessaires vers la Lune, la Chine aurait recours à plusieurs lancements d'une nouvelle fusée (celle-ci n'a pas de désignation officielle : on parle de lanceur habité de nouvelle génération, CZ-X ou fusée 921) pouvant placer 70 tonnes en orbite basse d'une capacité proche de celle de la Falcon Heavy. Le développement du lanceur lourd Longue Marche 9 d'une capacité de 130 tonnes en orbite basse, équivalent du SLS américain et évoqué depuis près de 10 ans, semble donc abandonné. Le futur lanceur lunaire aurait une architecture assez proche de celle de la Falcon Heavy pour ses deux premiers étages qui brûleraient un mélance de kérosène et d'oxygène liquide : un premier étage composé de trois blocs propulsés chacun par 7 moteurs fusées YF-100K, un deuxième étage propulsé par deux YF-100K. Le lanceur disposerait par ailleurs d'un troisième étage cryogénique propulsé par deux ou trois moteurs-fusées YF-75. Haut de 87 mètres, le lanceur aurait une masse au décollage de 2200 tonnes. Dans une première phase du programme une mission lunaire comprendrrait deux lancements : le premier emportant le module lunaire, le second le vaisseau spatial habité chinois de nouvelle génération avec l'équipage. Les deux modules s'amarrerait en orbite lunaire haute puis l'orbite serait abaissée pour permettre l'atterrissage sur la Lune. Le module lunaire pourrait embarquer un équipage de deux personnes et serait composé d'un étage de descente largué juste avant l'atterrissage et d'un module pressurisé de 5 tonnes (disposant d'un delta-V de 2640 m/s) contenant l'équipage qui serait chargé après une brève exploration de ramener en orbite les deux astronautes et de réaliser un rendez vous avec le vaisseau principal pour le transfert de l'équipage. La deuxième mission utiliserait un module lunaire disposant d'une capacité d'emport fortement accrue et s'appuierait sur une station spatiale en orbite autour de la Lune[36].

L'agence spatiale japonaise JAXA/ISAS développe la mission SLIM comportant un atterrisseur dont le lancement doit intervenir en 2021. Son objectif est de démontrer qu'on peut faire atterrir un engin spatial sur des corps planétaires avec une grande précision (moins de 100 mètres d'écart). Le degré de précision visé est supérieur d'un ordre de grandeur aux performances des atterrisseurs lunaires précédents (~1 km). Ce petit atterrisseur d'environ 400 kg doit être lancé par une fusée Epsilon vers 2021. Le niveau de précision recherché permettra de déposer un engin spatial dans des sites présentant un grand intérêt scientifique comme la caverne des collines Marius sur la Lune[37].

L'Agence spatiale européenne étudie depuis 2014 une mission lunaire baptisée HERACLES avec l'Agence spatiale japonaise (JAXA) et l'Agence spatiale canadienne. La mission reposerait sur une sonde spatiale lourde (8,5 tonnes) comprenant un astromobile qui serait déposé à la surface de la Lune et serait utilisé pour collecter des d'échantillons de sol lunaire, lesquels seraient ramenés en orbite dans le cadre de la même mission. La mission s'appuierait sur la station spatiale lunaire développée à l'initiative de la NASA. La décision de développer la mission doit être prise en 2019 par le conseil des ministres européens[38].

La Russie étudie depuis 1997 plusieurs missions lunaires mais a du mal depuis cette époque à dégager un budget suffisant, malgré des tentatives de coopération internationale avec l'Inde puis l'Europe. Le contenu des missions envisagées est régulièrement refondu et le calendrier repoussé. Le principal institut de recherche russe impliqué dans la définition des missions, l'IKI, et Roscosmos ont défini en 2016 les principaux objectifs du programme d'exploration russe : résoudre d'importantes questions scientifiques (origine et évolution de la Lune, caractéristiques des régions polaires, volatiles présents, exosphère et rayonnement) permettant de fournir les éléments indispensables (connaissances du terrain, ressources exploitables) aux futures missions avec équipage, ce programme des missions robotiques de complexité croissante tenant compte du niveau de maitrise technique des ingénieurs russes et des contraintes budgétaires. À terme, le programme doit permettre l'installation d'observatoires de l'espace profond et du système solaire et de laboratoires scientifiques. Pour remplir ces objectifs, les missions robotiques suivantes sont prévues (projection effectuée en 2016)[39] :

• l'atterrisseur Luna-Glob (Luna 25) est un engin spatial léger qui doit effectuer une première analyse du régolithe lunaire dans les régions polaires jusqu'à une profondeur de 50 centimètres et collecter des données sur l'exosphère. Il doit également valider les techniques d'atterrissage et les systèmes de télécommunications qui seront mis en œuvre par les missions lunaires suivantes ;
• l'orbiteur Luna Resours (Luna 26) doit être placé sur une orbite polaire de 100 km. Sa mission est de cartographier l'ensemble de la Lune, d'analyser l'exosphère et le plasma autour de la Lune, d'identifier des sites d'atterrissage dans les régions polaires et de servir de relais de télécommunications pour les missions au sol. Sa date de lancement est prévue vers 2020 ;
• l'atterrisseur Luna Resours (Luna 27) est un engin plus lourd qui doit atterrir également dans la région du pôle sud. Il doit effectuer une analyse du régolithe lunaire jusqu'à une profondeur de 2 mètres et collecter des données sur l'exosphère. Sur le plan technologique, il doit valider une technique d'atterrissage de haute précision permettant d'éviter les obstacles au sol. Il doit mettre en œuvre une foreuse capable de préserver la température des carottes de terrain prélevées. Sa date de lancement est prévue vers 2021 ;
• la mission retour d'échantillon Luna Grunt (Luna 28) a pour objectif de ramener sur Terre des échantillons du sol lunaire dont la température a été préservée.

L'envoi d'un astromobile sur le sol lunaire (mission Luna 29) est prévu à une date ultérieure non précisée[39].

La Corée du Sud décide au milieu des années 2010 de lancer un programme d'exploration de la Lune. Le projet fait partie d'un plan de développement des activités spatiales coréennes qui doit être implémenté par l'agence spatiale sud-coréenne, le KARI. Ce plan repose sur la mise au point d'un lanceur national de moyenne puissance (KSLV-II). Le programme lunaire prévoit dans une première phase (2015-2018) le développement de l'orbiteur lunaire KPLO qui doit être lancé fin 2020. Les objectifs de cette mission sont de mettre au point les techniques nécessaires aux missions interplanétaires et de collecter des données scientifiques. La sonde spatiale d'une masse de 550 kg doit se placer sur une orbite polaire de 100 km pour une mission d'une durée d'un an. Le budget alloué à la mission est de 198 milliards de wons (environ 156 millions d'euros en 2016)[40].

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Exploration of the Moon » (voir la liste des auteurs).

Ouvrages scientifiques

• Peter Bond (trad. de l'anglais par Nicolas Dupont-Bloch), L'exploration du système solaire [« exploring the solar system »], Paris/Louvain-la-Neuve, De Boeck, 2014 (1^re éd. 2012), 462 p. (ISBN 978-2-8041-8496-4, lire en ligne).
• (en) Philip Stooke, The International Atlas of Lunar Exploration, Cambridge (GB), Cambridge University Press, 2008, 440 p. (ISBN 978-0-521-81930-5).
• David Whitehouse (trad. de l'anglais par Charles Frankel), Lune : la biographie autorisée, Paris, Dunod, 2008, 252 p. (ISBN 978-2-10-051547-9).

Missions soviétiques

• (en) Brian Harvey, Soviet and russian lunar exploration, Berlin, Springer Praxis, 2007, 317 p. (ISBN 978-0-387-21896-0 et 0-387-21896-3, lire en ligne).

Programme Apollo

• (en) R. Cargill Hall, Lunar impact : the NASA history of Project Ranger, Dover Publication inc, 1977, 450 p. (ISBN 978-0-486-47757-2, lire en ligne).
• (en) W.David Woods, How Apollo flew to the moon, New York, Springer, 2008, 412 p. (ISBN 978-0-387-71675-6).
• (en) David M. Harland, Paving the way for Apollo 11, Springer, 2009, 472 p. (ISBN 978-0-387-68131-3).

Généralités

• Lune
• Géologie de la Lune
• Colonisation de la Lune

Union soviétique

• Programme Luna (1959-1976)
  • Programme Lunokhod (1969-1972)
• Programme Zond (1965-1970)
• Programme lunaire habité soviétique (1967?-1974, projet avorté)
  • LK (module lunaire)
  • Soyouz 7K-LOK

USA (principaux programmes)

• Programme Ranger (1962-1965)
• Programme Lunar Orbiter (1966-1967)
• Programme Surveyor (1966-1968)
• Programme Apollo (vols habités, 1967-1972)
  • ALSEP (équipement scientifique)
  • Module lunaire Apollo
  • Rover lunaire Apollo
• Programme Constellation (2004-2010, projet vols habités, avorté)
• Programme Lunar Orbital Platform-Gateway (projet 2017-?)
• Programme Artemis (projet 2019-?)
• Commercial Lunar Payload Services (2019-?)

Chine

• Programme chinois d'exploration lunaire (Chang'e, 2007-?)

Japon

• Sonde Selene (ou Kaguya) (2007)

Inde

• Programme Chandrayan (2008 et 2019)

• (en) Documents historiques et actuels sur les stratégies d'exploration de la Lune (Lunar and Planetary Institute)
• (en) Site du LEAG groupe de coordination de l'exploration lunaire de la NASA

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