Artemis I

L'objectif principal est de valider le fonctionnement du nouveau lanceur Space Launch System ainsi que celui du vaisseau Orion sans équipage. Ce dernier sera testé durant les différentes phases d'une mission autour de la Lune : insertion en orbite autour de celle-ci, modification de l'orbite, injection sur une orbite de retour vers la Terre, rentrée atmosphérique à grande vitesse.

Le lancement est prévu pour 2021 et aura lieu au complexe de lancement 39 du centre spatial Kennedy[4]. Le vaisseau Orion effectuera un aller-retour Terre-Lune en suivant une trajectoire similaire à celle de la mission Apollo 8. Le vaisseau partira directement vers la Lune puis survolera sa face cachée à environ 150 km d'altitude. Il sera alors injecté sur une orbite rétrograde distante autour de la Lune qu'il parcourra pendant six jours. Ensuite, après un second passage à basse altitude au-dessus de la Lune, il sera réinjecté vers la Terre puis effectuera une rentrée atmosphérique à haute vitesse (environ 11 km/s) pour ensuite amerrir dans l'océan Pacifique[4].

La charge utile secondaire est constituée de 13 CubeSat 6U fixés sur l'adaptateur situé entre le deuxième étage du lanceur et le vaisseau Orion visible ici.

Treize nano-satellites de type CubeSat à faible coût forment la charge utile secondaire de la mission Artemis I. Ces CubeSats sont stockés dans l'adaptateur qui relie le second étage du lanceur avec le vaisseau spatial Orion. À partir duquel ils seront déployés dans l'espace. Ces missions ont été sélectionnées dans le cadre du partenariat Next Space Technologies for Exploration Partnerships (« NextSTEP ») avec les entreprises commerciales destinées à développer des technologies permettant d'augmenter la durée et la capacité des missions dans l'espace profond (deux missions), par la direction des missions habitées de la NASA (trois missions), par la direction des missions scientifiques (deux missions), dans le cadre d'une compétition organisée par la NASA Cube Quest Challenge (trois missions) et sont fournies par des partenaires étrangers (deux missions japonaises, une mission italienne)[5].

Les engins spatiaux sélectionnés sont :

• BioSentinel, une mission d'astrobiologie qui va utiliser de la levure pour détecter, mesurer et comparer l'impact du rayonnement spatial sur les organismes sur de longues durées au-delà de l'orbite terrestre basse.
• LunIR (Lunar InfraRed imaging), un engin spatial conçu par Lockheed Martin pour voler jusqu’à la Lune.
• Cusp (en) (CubeSat for Solar Particles), il sera l'un des premiers CubeSats à entrer dans l'espace interplanétaire. Il est conçu pour étudier les particules dynamiques et les champs magnétiques émis par le Soleil et comme une preuve de concept pour la faisabilité d'un réseau de stations pour suivre la météo spatiale.
• Lunar IceCube est un CubeSat 6U de la NASA qui sera le premier satellite de cette taille embarquant un moteur ionique. Celui-ci d'une poussée d'un milliNewton a une impulsion spécifique de 2 130 secondes et utilise comme ergol du diiode. Le CubeSat emporte un spectromètre miniaturisé qui doit lui permettre d'analyser les volatils à la surface de la Lune[6].
• Lunar Flashlight est un CubeSat 6U de la NASA qui doit se placer sur une orbite particulièrement basse autour de la Lune et utiliser un laser fonctionnant en proche infrarouge pour permettre à un spectromètre embarqué d'effectuer des mesures des volatils (dont l'eau) présents dans les régions polaires restant en permanence à l'ombre[7].
• Lunar Polar Hydrogen Mapper est un CubeSat 6U de la NASA qui doit se placer sur une orbite basse autour de la Lune et utiliser un détecteur de neutrons à scintillation pour mesurer la proportion d'hydrogène présente dans la couche superficielle de la surface de la Lune et en déduire la proportion d'eau[8].
• Near-Earth Asteroid Scout est un CubeSat 6U de la NASA qui utilise une voile solaire pour effectuer un survol de l'astéroïde géocroiseur 1991 VG (ce choix n'est pas définitivement arrêté courant 2018)[9]. Le satellite doit effectuer un survol à une distance de 10 km et effectuer des photos en utilisant un appareil photo monochrome à haute résolution de qualité scientifique afin de mesurer les propriétés physiques d'un astéroïde proche de la Terre.
• OMOTENASHI est un CubeSat 6U développé conjointement par l'agence spatiale japonaise (JAXA) qui doit démontrer la faisabilité d'un atterrisseur lunaire de très petite taille. Pour se poser sur la Lune l'engin utilise un moteur à propergol solide de 6 kg et un airbag (vitesse d'atterrissage 60 m/s)[10].
• EQUULEUS est un CubeSat 6U développé conjointement par l'université de Tokyo et l'agence spatiale japonaise (JAXA) qui doit mesurer la distribution du plasma dans l'environnement spatial de la Terre et valider l'utilisation de trajectoires à faible énergie pour se déplacer à proximité du point de Lagrange L2 du système Terre-Lune[10].
• ArgoMoon est un CubeSat 6U italien qui doit fournir des informations sur le déroulement des éjections par le lanceur des autres CubeSats[11].

Trois places sur les treize disponibles pour le lancement ont été attribuées à la suite d'un concours qui opposait des équipes projet CubeSat basées aux États-Unis dans une série de tournois terrestres. Cette compétition avait pour objectif de contribuer à l'ouverture de l'exploration de l'espace lointain aux engins spatiaux développées par des organisations non rattachés à la NASA. Les trois CubeSat 6U sélectionnés sont :

• Cislunar Explorers est constitué de deux CubeSats 3U indépendants lancés ensemble qui doivent tester un système de propulsion utilisant l'oxygène et l'hydrogène découlant de l'électrolyse de l'eau et un système de navigation optique[12].
• Earth Escape Explorer est un CubeSat 6U développé par l'université du Colorado (Boulder) qui doit tester un système de télécommunications innovant utilisant une antenne permettant des débits importants à grande distance[13].
• Team Miles est un CubeSat 6U qui doit tester un nouveau type de propulsion électrique utilisant la propulsion de plasma et laser. Il doit également tester un émetteur radio miniaturisé capable de transmettre à des distances très importantes[14].

L'espace disponible dans la cabine est occupé par l'expérience MARE (MATROSHKA AstroRad Radiation Experiment) destinée à mesurer le niveau d'exposition au rayonnements (particules générées par le vent solaire et les éruptions solaires, rayons cosmiques) de l'équipage à l'extérieur des régions protégées par la magnétosphère terrestre. Ce rayonnement constitue un risque important pour les équipages puisqu'il est 770 fois plus important à l'extérieur de la magnétosphère terrestre qu'au sol et qu'il est susceptible d'entraîner des cancers. Pour effectuer ces mesures deux mannequins anthropomorphiques féminins occupent deux des sièges. Ils sont équipés par de nombreux capteurs régulièrement répartis à l'intérieur qui doivent permettre de mesurer l'impact sur les différents organismes humains. Un des deux mannequins sera équipé d'un gilet AstroRad expérimental qui doit bloquer une partie du rayonnement. Cette expérience est développée conjointement par l'agence spatiale allemande (DLR) et l'agence spatiale israélienne et prend la suite d'expériences réalisées à bord de la station spatiale internationale[15]^,[16]^,[17].

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  Trajectoire orbitale de la mission Artemis I.
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  Vision d'artiste du lancement de Artemis I.
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  Vision d'artiste du vaisseau Orion Artemis I et de son module de service conçu par l'ESA.