Lunar Gateway

La Lunar Gateway ou plus simplement Gateway (anciennement Lunar Orbital Platform-Gateway (« portail en orbite lunaire ») ou LOP-G, anciennement Deep Space Gateway (« portail sur l'espace lointain »), est un projet de station orbitale en orbite lunaire proposé en 2017 par la NASA, afin de mener des vols habités vers l'espace cislunaire.

Représentation artistique du programme Gateway.
Données générales
Organisation NASA
ESA
JAXA
ASC
Constructeur Maxar Technologies
Northrop Grumman
Type de mission Station spatiale
Statut En développement.
Lancement Premier module en 2024
Dernier module en 202x
Lanceur Lanceurs commerciaux.
Caractéristiques techniques
Orbite
Orbite Lunaire
La configuration de la plate-forme orbitale lunaire, telle qu'elle figure dans la présentation HEOMD du .

Contexte

Le projet s'inscrit dans le cadre d'un regain d'intérêt pour des missions avec équipage à destination de la Lune.

Vue d'artiste d'un vaisseau Orion visitant la station Lunar Orbital Platform-Gateway

L'abandon par la NASA de l'Asteroid Redirect Mission

En 2010, l'arrêt pour raisons budgétaires du programme Constellation, dont l'objectif est de ramener l'homme sur le sol lunaire, semble annoncer le repli du programme spatial habité américain sur l'orbite terrestre basse. Toutefois la même année, la NASA décide de poursuivre le développement d'un lanceur lourd SLS et du vaisseau spatial Orion. Ces engins spatiaux doivent être utilisés pour réaliser des missions interplanétaires d'une complexité croissante dans le but de déposer des hommes sur Mars. La stratégie ainsi définie, baptisée « Flexible Path » est beaucoup plus progressive que ce qui était envisagé dans les projets martiens antérieurs. Avant de poser l'homme sur Mars, il est prévu de mener des missions autour de la Lune, sur des astéroïdes proches puis sur la lune martienne Phobos pour mettre au point les matériels et gagner en expérience. Les premières missions de SLS et Orion à destination de l'espace cislunaire sont progressivement définies au cours des années suivantes. Toutefois la stratégie d'exploration du système martien reste vague. La première mission est l'envoi d'un équipage à la surface d'un astéroïde géocroiseur : l'Asteroid Redirect Mission doit combiner l'étude in situ de cet objet et tester les nouveaux matériels notamment en déplaçant une roche de 4 mètres de diamètre située à la surface de l'astéroïde pour la placer sur une orbite lunaire[1]. Toutefois en interne à la NASA comme au Congrès peu de personnes soutiennent cette mission et celle-ci est finalement annulée en [2]. Cette annulation replace la Lune au cœur du programme spatial habité.

Regain d'intérêt pour la Lune des agences spatiales russe et européenne

La Russie annonce au milieu de la décennie 2010 qu'elle projette de développer une station orbitale lunaire, la Lunar Orbital Station et d'envoyer des humains à la surface de la Lune à l'horizon 2030 en utilisant le vaisseau Federatsia en cours de développement. De son côté l'Agence spatiale européenne lance en 2015 l'idée d'un village lunaire, c'est-à-dire d'une base permanente sur la Lune développée par l'ensemble des nations spatiales.

Lancement du projet

En , 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 peut 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 station DSG est assemblée à partir de composants transportés par le lanceur lourd SLS et est desservie par le vaisseau Orion. Dans une première phase du programme, les équipages qui doivent occuper la station à partir de 2025 l'utilisent pour apprendre à vivre et à travailler en orbite lunaire et se préparer ainsi aux voyages vers Mars. Cette phase permet 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 est convoyé jusqu'à la station lunaire après un lancement par le lanceur SLS puis est ravitaillé avant d'être lancé vers Mars avec un équipage de 4 à 5 personnes[3],[4],[5].

Le , Jim Bridenstine, administrateur de la NASA, dévoile les grands axes du programme Explore Moon To Mars lors d'une conférence au centre spatial Kennedy[6]. Ce programme envisage l'envoi d'astronautes vers Mars à l'horizon 2030 après une décennie passée à l'étude des séjours longue durée dans l'espace, en orbite autour de la Lune, dans une station internationale[7]. L'agence spatiale canadienne est la première à confirmer sa participation au programme[8].

Développement
Logo du projet Lunar Gateway.

Le , l'agence spatiale russe Roskosmos annonce avoir signé un accord avec la NASA pour coopérer au projet « Deep Space Gateway »[9]. Le , la NASA signe les premiers contrats de construction, au nombre de 5, avec des constructeurs astronautiques : Boeing, Lockheed Martin, Northrop Grumman, Sierra Nevada et MacDonald, Dettwiler[10].

Le premier budget pour ce programme pour l'exercice 2019 est de 504 millions de dollars américains, un total de 2,7 milliards étant provisionnés d'ici 2023.

En , la NASA annonce que le module central de la station, le Power/Propulsion Module, sera construit par Maxar Technologies pour 375 millions de dollars[11]. Le second module, le Habitation and Logistics Outpost (HALO), sera lui conçu par Northrop Grumman[12].

Les deux premier modules de la station, à savoir Power and Propulsion Element (PPE) et Habitation and Logistic Outpost (HALO) seront lancés en 2024 à l'aide du lanceur Falcon Heavy de SpaceX.[13]

Caractéristiques techniques

Orbite
Plan de Lunar Gateway.

La station lunaire Lunar Gateway est placée sur une orbite rectilinéaire autour de la Lune (orbite de Halo)[14]. Ses composantes diverses doivent être lancés par l'intermédiaire du lanceur spatial lourd américain Space Launch System, ou des lanceurs russes Proton ou Angara. La station est desservie par le vaisseau Orion de la NASA et de l'ESA puis, ultérieurement par le Federatsia russe. Le transport de fret peut se faire à l'aide de cargos dérivés de l'HTV japonais ou du Cygnus américain de Northrop Grumman.

La station spatiale est placée sur une orbite autour de la Lune dite NRHO (Near Rectilinear Halo Orbit). C'est une orbite de halo dont la période orbitale est de 7 jours, le périsélène (le point le plus proche de la Lune) est de 3 000 km et l'aposélène de 70 000 km[15]. Cette orbite est sélectionnée parce qu'elle présente plusieurs avantages[16],[14] :

  • Elle est très stable c'est-à-dire qu'elle réduit fortement la quantité d'ergols nécessaire pour corriger l'orbite : la correction de vitesse nécessaire pour la maintenance de l'orbite est de 1,86 mm/s par orbite. Cette valeur ne prend pas en compte les perturbations diverses que subit tout engin spatial dans l'espace quelle que soit sa trajectoire en particulier la pression solaire.
  • Cette orbite permet à la station spatiale d'être en permanence visible de la Terre c'est-à-dire que celle-ci n'est jamais masquée par la Lune. Les liaisons radio ne sont donc jamais interrompues.
  • Il n'y a aucune éclipse du Soleil par la Terre. Celles-ci sont les plus gênantes car elles peuvent atteindre une durée de 2,6 heures (éclipse totale) ce qui dépasse les capacités des batteries du vaisseau Orion et de la station spatiale lunaire (les batteries doivent prendre le relais des panneaux solaires durant les éclipses).
  • Cette orbite comporte quelques éclipses du Soleil par la Lune chaque année mais leur durée n'excède pas 80 minutes.

Pour vérifier la stabilité de cette orbite, la sonde spatiale CAPSTONE est prévue d'être lancée en 2021.

  • Station spatiale lunaire dans la configuration proposée pour 2024
  • La station spatiale lunaire sera en 2024 limitée à deux modules : le module d'habitation HALO (2 sur le schéma) et le module fournissant l'énergie et la propulsion PPE (4). Sur le schéma sont amarrés les autres vaisseaux impliqués dans les premières missions Artemis : un vaisseau de ravitaillement (3), le vaisseau Orion (1) et le vaisseau lunaire (5) qui doit déposer l'équipage sur la Lune.
  • La station spatiale lunaire est positionnée sur une orbite NRHO. Ce schéma montre les différentes orbites NRHO L1 et L2 nord et sud. L'orbite retenue est une L2 sud.

Configuration en 2024

La station spatiale lunaire Lunar Gateway sert de relais entre la Terre et la surface de la Lune. Elle ne constitue pas un élément obligatoire pour les premières missions vers le sol lunaire : dans le cahier des charges du vaisseau lunaire HLS, un rendez-vous en orbite lunaire entre le vaisseau Orion et le HLS est une option pour laquelle le candidat peut opter. Par contre pour les missions "dites durables" à compter de 2026 la station lunaire devient obligatoire notamment pour permettre la réutilisation de tout ou partie du vaisseau lunaire[17]. Pour les premières missions du programme Artemis la priorité est donnée aux deux modules nécessaires pour les missions qui doivent se dérouler sur le sol lunaire :

  • le module PPE (Power and Propulsion Element) produit l'énergie de la station et dispose d'un système propulsif principal utilisation des moteurs ioniques. Les panneaux solaires dont il est équipé fournissent 50 kW. Le module dispose également de systèmes de télécommunications permettant d'assurer la liaison avec la Terre d'une part et la surface de la Lune d'autre part. La construction de ce module a été confiée en à la société Maxar Technologies (autrefois SSL) pour un montant de 375 millions US$. Le module doit être mis à disposition pour un lancement fin 2022[18]. Le module a une masse comprise entre 8 et 9 tonnes et est capable de produire 40 kW d'électricité d'origine solaire. La propulsion est fournie par des moteurs ioniques de 12 kW complétés par des moteurs-fusées à propulsion liquide[19]. En , la NASA annonce qu'elle en confie la réalisation à Maxar Technologies.
  • le module d'habitation HALO (Habitation and Logistics Outpost) également baptisé MHM (Minimal Habitation Module) sert de module d'habitation. Développé par la société Northrop Grumman il est basé sur le cargo spatial Cygnus. De forme cylindrique il comporte deux ports d'amarrage radiaux pour permettre l'amarrage du vaisseau Orion et des cargos chargés du ravitaillement et deux autres ports d'amarrage dans l'axe pour se fixer aux autres modules de la station spatiale. Le module pressurisé dispose d'un système de communications, d'un système de support de vie permettant à un équipage de 4 personnes de vivre durant 30 jours dans le volume fourni par ce module et le vaisseau Orion. Le module HALO doit être fourni par Northrop Grumman de manière à permettre son lancement fin 2023[20].
Configuration de la station spatiale lunaire dans sa configuration finale (proposée en juillet 2018) : A Module propulsion et génération électrique - B ESPRIT ; sas scientifique, stockage, télécommunications, réservoirs ergols - C Petit volume pressurisé pour agrandir la partie habitable - D et E Modules d'habitation - F Bras robotique - G Stockage des consommables et des équipements - H Sas - I Véhicule assurant les transports entre la surface lunaire et la station pour transporter des petits frets - J Vaisseau Orion. Dans l'encadré en bas à droite comparaison de la taille la station spatiale lunaire et de celle de la station spatiale internationale.

Configuration finale

Au delà de 2024, la station spatiale lunaire peut incorporer des composants développés sous NextSTEP-2[5]. Elle comprend les éléments suivants :

  • Le Cislunar Habitation Module (I-HAB) est utilisé pour l'habitation de longue durée à bord de la station spatiale, et doit pouvoir accueillir jusqu'à 4 astronautes[21],[22]. Il est envoyé en 2023 pendant la mission Artemis 2[19]. Ce module est en conception (phase A/B1) en parallèle par Airbus[23] et Thales Alenia Space[24].
  • ESPRIT (European System Providing Refuelling, Infrastructure and Telecommunications)[25] permet le stockage des ergols, d'assurer la propulsion et les télécommunications et pourrait comporter un sas à expériences. Il est lancé avec le PPM[26]. Comme pour i-HAB l'Agence Spatiale Européenne lance deux études (phase A/B1) en parallèle avec Airbus[23] et Thales Alenia Space[24].
  • Le Gateway Logistics Module est utilisé pour des expériences et la logistique à bord de la station spatiale. L'équipement inclut un bras robotisé. Il est envoyé pendant la mission Artemis 3[19].
  • Le Gateway Airlock Module est utilisé pour effectuer les sorties extravéhiculaires (EVA). Il peut être fourni par la Russie[27]. Il est envoyé pendant la mission Artemis 4[19].
  • Des habitats additionnels peuvent être développés par le Japon ou la Russie.
  • Le Canadarm 3 est fourni par l'Agence spatiale canadienne.

L'Agence spatiale européenne peut proposer le port d'amarrage standardisé qu'elle développe actuellement[Quand ?] avec la société britannique QinetiQ : l'International Berthing and Docking Mechanism, mise en application de la norme International Docking System Standard (IDSS, mécanisme international d'accostage et d'amarrage). Ce standard doit également être adopté par la Russie et le secteur privé, ce qui laisse à penser qu'il devient une norme internationale. L'agence spatiale canadienne de son côté souhaite tester une voile solaire à bord de l'avant poste[28].

Notes

    Références
    1. (en) Chris Bergin, « Taking aim on Phobos – NASA outline Flexible Path precursor to man on Mars », nasaspaceflight.com, .
    2. (en) Jeff Foust, « NASA closing out Asteroid Redirect Mission », spacenews.com, .
    3. (en) Jason Davis, « NASA unveiled new plans for getting humans to Mars, and hardly anyone noticed », Planetary Society, .
    4. (en) Kathryn Hambleton, « Deep Space Gateway to Open Opportunities for Distant Destinations », sur www.nasa.gov, NASA (consulté le ).
    5. Jason Crusan Robyn Gatens, « Cislunar Habitation & Environmental Control & Life Support System », sur www.nasa.gov, NASA (consulté le ).
    6. Sarah Loff, « Moon to Mars Event at Kennedy Space Center », sur NASA, (consulté le )
    7. « NASA: Moon to Mars », sur NASA (consulté le )
    8. « Canada's role in Moon exploration », sur www.asc-csa.gc.ca, (consulté le )
    9. « Station orbitale lunaire: la Russie va coopérer avec la Nasa », sur www.lefigaro.fr, .
    10. « A quoi va servir (et ressembler) la Station spatiale lunaire internationale », Le Huffington Post,‎ (lire en ligne, consulté le ).
    11. (en) Stephen Clark, « NASA chooses Maxar to build keystone module for lunar Gateway station », sur Spaceflight Now, (consulté le ).
    12. NASA taps Northrop Grumman in sole-source agreement to build Gateway habitat
    13. Sean Potter, « NASA Awards Contract to Launch Initial Elements for Lunar Outpost », sur NASA, (consulté le )
    14. Curt Godwin, « NASA’s human spaceflight plans come into focus with announcement of Deep Space Gateway », Spaceflight Insider,‎ (lire en ligne, consulté le ).
    15. Marcus Dupont-Besnard, « Pourquoi l'orbite de la future station spatiale lunaire aura cette forme étonnante », sur Numerama, (consulté le )
    16. (en) NASA, A Continuous 15 Year NRHO Reference Trajectory, NASA, , 6 p. (lire en ligne)
    17. (en) NASA, Human Landing System Concept of Operations, NASA, , 12 p. (lire en ligne).
    18. « NASA Awards Artemis Contract for Lunar Gateway Power, Propulsion », NASA, .
    19. (en-US) Chris Gebhardt, « NASA finally sets goals, missions for SLS – eyes multi-step plan to Mars », sur NASA Spaceflight (consulté le ).
    20. (en) Douglas Messier, « NASA Awards Contract to Northrop Grumman for Lunar Gateway Habitat Module », parabolicarc.com, .
    21. « Airbus et Thales décrochent de gros contrats pour les missions sur la lune et Mars, avec l’ESA », sur Capital.fr, (consulté le )
    22. « Mars pour Thalès, Lune pour Airbus : contrats en série pour le spatial européen », sur Les Echos, (consulté le )
    23. (en) « Forward to the Moon: Airbus wins ESA studies for future human base in lunar orbit », sur Airbus (consulté le ).
    24. Rémy Decourt, « Après l'ISS : l'ESA veut être présente sur la petite station spatiale internationale près de la Lune », Futura-Sciences,‎ (lire en ligne, consulté le ).
    25. Voir projet ESPRIT dans l'encyclopédie CASPWiki
    26. Marie-Ange Sanguy, « Thalès Alenia Space au coeur du renouveau lunaire », Espace & Exploration n°47,‎ , p. 30-31.
    27. D'après Anatoli Zak de russianspaceweb.com
    28. (en) « NASA, international partners consider solar sail for Deep Space Gateway », sur www.planetary.org (consulté le ).

    Bibliographie
    • Marie-Ange Sanguy, « Thales Alenia Space au coeur du renouveau lunaire », Espace & Exploration,‎ , p. 30-31.

    Voir aussi

    Articles connexes

    lien externe
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