Le programme Artemis, c'est quoi au juste ?
Le programme Artemis est un programme spatial de la NASA, l'agence spatiale des États-Unis, dont l'objectif est d'établir une présence permanente dans l'espace cislunaire et d'emmener pour la première fois depuis le programme Apollo en des astronautes américains sur la Lune, ainsi que de préparer de futures missions habitées vers Mars. Il adopte une dimension internationale et projette à terme de créer une économie lunaire, à ce titre le secteur privé y joue un rôle sans précédent.
Les États-Unis envisagent de retourner sur la Lune dès les années jusqu'au programme Constellation des années , mais ces tentatives n'aboutissent pas faute de soutien politique, et l'attention se déporte dés lors sur Mars dans un futur lointain. Le retour sur la Lune est décidé par le président Donald Trump en 2017, puis accéléré et baptisé Artemis en 2019 alors que la rivalité avec la Chine s'accentue après l'atterrissage sur la face cachée de la Lune de la mission robotique chinoise Chang'e 4. Le projet joue un rôle structurant à la NASA, et bien que largement soutenu par la classe politique américaine, il est critiqué pour ses retards et ses dérapages budgétaires ; son architecture et ses choix techniques sont aussi régulièrement remis en question.
En la première mission inhabitée Artemis I valide le fonctionnement du lanceur SLS et du véhicule Orion, puis en 2026 la première mission habitée Artemis II doit finir de les qualifier lors d'un vol circumlunaire. La troisième mission devait initialement réaliser le premier atterrissage, mais en la NASA décide que la mission Artemis III devra tester en en orbite terrestre basse les opérations conjointes entre le véhicule Orion et les deux atterrisseurs habités du programme ; puis la mission Artemis IV emmenera pour la première fois depuis 1972 des astronautes américains sur la Lune en , suivie la même année de la mission Artemis V. En mars 2026 le nouvel administrateur de la NASA refond en profondeur le programme pour accélérer le déploiement de la base lunaire et la réalisation de séjours longs à la surface de la Lune. La station spatiale lunaire Lunar Gateway est reportée à une échéance non précisée et le lanceur lourd SLS est mise en concurrence avec les autres lanceurs.
Le programme repose sur le lanceur super-lourd Space Launch System (SLS), le véhicule spatial Orion hérité du programme Constellation, et la station spatiale Gateway en orbite autour de la Lune, mais ils connaissent retards et dérapages budgétaires. La NASA décide alors de sous-traiter les autres éléments au secteur privé, en particulier l'atterrisseur qui doit faire la navette entre l'orbite et la surface de la Lune. En elle sélectionne le Starship HLS de SpaceX, puis en le Blue Moon de Blue Origin, une redondance alors que la NASA prévoit d'utiliser le premier à entrer en service. Depuis l'envoi de charge utile sur la Lune est confié au secteur privé via le Commercial Lunar Payload Services (CLPS), en le développement d'une nouvelle combinaison spatiale AxEMU est confié à Axiom Space, et en doit être sélectionnée l'entreprise fournissant le rover lunaire.
Les agences spatiales européennes (ESA), japonaises (JAXA), canadiennes (ASC) et émiratie (MBRSC) participent au programme, elles fournissent modules de la Gateway (I-Hab, Lunar View, Emirates Airlock), rover pressurisé (Lunar Cruiser) et autres services (Canadarm3) contre des places pour leurs astronautes. Dès des pays sont invités à signer les accords Artemis afin d'établir des règles de bonnes conduites autour de la Lune. La rivalité avec la Chine pour être le premier pays à emmener de nouveau des humains sur la Lune, et avec son projet de Station de recherche lunaire internationale (ILRS), devient progressivement un enjeu majeur du programme. La rivalité est exacerbée par la question du contrôle du pôle Sud de la Lune, où de potentielles réserves de glaces d'eau et la présence de pics de lumière éternelle doivent permettre à terme l'établissement d'une base lunaire.
CONTEXTE :
Le programme Artemis tire son nom de la déesse grecque Artémis, sœur jumelle d'Apollon, en écho au programme Apollo de la NASA. Depuis la mission habitée Apollo 17 de 1972, dernière mission du programme Apollo, plus aucun astronaute ne s'est éloigné de plus de quelques centaines de kilomètres de la Terre. L'agence spatiale américaine réalise depuis cette époque des études sur le scénario d'une mission habitée vers Mars, mais aucun planning précis n'a pu jusque-là être défini pour ce projet dont les coûts sont supérieurs d'un ordre de grandeur à celui du programme lunaire. Les dirigeants américains de leur côté ont initié, au cours des décennies qui ont suivi le programme Apollo, plusieurs programmes habités ambitieux à destination de l'espace lointain (c'est-à-dire au-delà de l'orbite terrestre basse), mais ceux-ci ont toujours échoué faute de moyens et d'une véritable volonté politique. Ces projets avortés sont dans l'ordre chronologique la Space Exploration Initiative de George H. W. Bush (1989), le programme Constellation de George W. Bush (2004) et le Flexible Path (2010) dont la première mission, l'Asteroid Retrieval and Utilization, a été annulée en 2017.
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Un nouvelle interprétation du traité de la Lune : les accords Artemis
Article détaillé : Accords Artemis.
Les décennies 2010 et 2020 ont vu aux États-Unis une montée en puissance dans le domaine spatial de nouveaux acteurs privés, regroupés dans une mouvance baptisée New Space, ayant pour objectif l'exploitation des ressources disponibles dans l'espace (Lune, autres corps célestes). Le gouvernement américain a décidé de soutenir l'activité de ces entreprises à l'échelon national en élaborant une loi, le Space Resource Exploration and Utilization Act. Celle-ci, signée par le gouvernement Obama le 25 novembre 2015, reconnait le droit de propriété sur une ressource spatiale dans la mesure où celui-ci respecte les obligations des traités internationaux en particulier le Traité sur l'espace de 1967. Ce dernier stipule qu'un état ne peut revendiquer des droits souverains ou exclusifs sur un corps céleste mais permet aux états d'autoriser une activité conduite par une personne privée. La loi américaine joue sur le fait que le Traité n'exclue pas de manière explicite l'exploitation exclusive d'une fraction du corps céleste. D'autres états ont par la suite mis en place une législation nationale similaire, le premier d'entre eux étant le Luxembourg dans le but d'attirer des entreprises ayant pour objectif d'exploiter ces ressources.
Les États-Unis, profitant d'une situation largement dominante dans le secteur spatial depuis le déclin de la Russie, ont décidé de faire accepter par les autres pays son interprétation des modalités d'exploitation des ressources spatiales en court-circuitant l'Organisation des Nations unies dont le rôle est normalement d'élaborer ce type de règlement à portée internationale. En avril 2020 les États-Unis ont ainsi invité les autres pays, qui souhaitaient s'associer à la NASA dans la réalisation du programme Artemis, à affirmer une interprétation commune des principes énoncés dans le Traité sur l'espace de 1967 en signant de manière bilatérale les accords dits « Artemis » « fixant les principes pour une coopération dans l’exploration et l’utilisation civile de la Lune, de Mars, des comètes et des astéroïdes à des fins pacifiques ». Le passage le plus controversé de ces accords est celui qui affirme que l'extraction des ressources ne constitue pas intrinsèquement une appropriation nationale au sens de l'article II du Traité de l’espace. Une autre clause de ces accords faisant débat porte sur la notion de zones de sécurité : elle donne le droit à une nation menant une mission sur un site donné d'interdire l'activité d'autres pays sur le même site. Début 2026, 61 pays avaient signé un accord bilatéral avec les États-Unis, dont les pays européens mais également des BRICS comme l'Inde et le Brésil. Parmi les pays les plus développés, seules la Chine et la Russie se sont explicitement opposés à cet accord. La portée de ces accords reste toutefois limitée dans la mesure où ils n'ont pas de valeur juridique. Par ailleurs l'exploitation des ressources spatiales relève peut-être pour longtemps encore de l'utopie.
Vaisseau Orion
Le vaisseau spatial Orion est chargé de transporter l'équipage entre la Terre et la station spatiale lunaire à l'aller comme au retour. Contrairement aux vaisseaux américains développés récemment, il dispose de la capacité à aller au-delà de l'orbite terrestre basse : bouclier thermique permettant de résister à une vitesse de rentrée atmosphérique de 11 km/s, capacité de manœuvre importante, protection thermique adaptée au trajet interplanétaire, habitacle permettant un séjour long de l'équipage, etc. Il reprend l'architecture du vaisseau Apollo avec un module de commande en forme de cône contenant l'habitacle dans lequel séjourne l'équipage et un module de service dans lequel est rassemblé tout ce qui n'est pas nécessaire au retour sur Terre. Ce dernier module est largué avant la rentrée atmosphérique. L'ensemble a une masse de 26 tonnes dont 15,5 tonnes pour le module de service. Contrairement au vaisseau Apollo, il utilise des panneaux solaires pour la fourniture d'énergie. Il dispose d'un système d'amarrage similaire à celui de la navette spatiale américaine. Il dispose d'une quantité d'ergols nettement inférieure à celle d'Apollo ce qui ne lui permet pas de se placer sur une orbite lunaire basse comme le vaisseau Apollo (delta-V de 1 340 m/s contre 2 800 m/s) (il s'amarre à la station spatiale lunaire qui est placée sur une orbite haute qui permet d'économiser un delta-V d'environ 1 500 m/s). Le vaisseau Orion est conçu pour se poser sur l'eau à son retour sur Terre. Il peut emporter quatre personnes pour une mission d'une durée de trois semaines.
Une station spatiale lunaire
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 possibilité pour laquelle le candidat peut opter. En revanche, 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. 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 utilisant 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 mai 2019 à la société Maxar Technologies (autrefois SSL) pour un montant de 375 millions de dollars. Le module doit être mis à disposition pour un lancement fin 2022 ;
le module d'habitation HALO (Habitation and Logistics Outpost), également baptisé MHM (Minimal Habitation Module), est développé par la société Northrop Grumman. Il s'inspire du 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 quatre 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.
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 6,5 jours, le périlune (le point le plus proche de la Lune) est de 3 366 km et l'apolune de 70 000 km. Cette orbite est sélectionnée parce qu'elle présente plusieurs avantages : elle 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) ;
elle comporte quelques éclipses du Soleil par la Lune chaque année mais leur durée n'excède pas 80 minutes ;
elle est instable, mais elle ne nécessite que de petites corrections : 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.
Le vaisseau lunaire HLS (Human Landing System) a pour rôle de déposer deux astronautes sur le sol lunaire dans la première phase du projet Artemis. À la surface il sert d'habitat durant la mission d'une durée initiale d'environ une semaine puis il ramène l'équipage en orbite lunaire où celui-ci est transféré dans le vaisseau Orion qui le ramène sur la Terre.
Cahier des charges
Pour remplir ces objectifs la NASA préconise une architecture comprenant trois modules qui permet de limiter la masse de chaque module à moins de 15 tonnes, ce qui la rend compatible avec le positionnement autour de la Lune par des véhicules commerciaux (la version à deux modules similaire au module Apollo aurait une masse de 9 à 12 t (module de remontée) + 32-38 t (module de descente): un module propulsif qui est uniquement chargé d'abaisser l'orbite des deux autres modules. D'une masse de 12 à 15 tonnes, il permet une modification de la vitesse de 850 m/s. Il est éventuellement réutilisable dans le cas des missions « durables » ;
un module de descente qui après largage du module propulsif est chargé d'annuler la vitesse horizontale et de déposer le module habitable (module de remontée) sur le sol lunaire. D'une masse de 15 à 16 tonnes, il permet une modification de la vitesse de 2 000 m/s. Il pourrait être également utilisé dans une autre configuration pour déposer du fret sur le sol lunaire ;
un module de remontée/module habitable qui sert d'habitat à l'équipage de quatre astronautes (c'est le seul module pressurisé de l'ensemble) et qui dispose d'une propulsion lui permettant de remonter en orbite. D'une masse de 9 à 12 tonnes, il permet une modification de la vitesse de 2 850 m/s. Après la remontée du sol lunaire, il peut être réutilisé après avoir été ravitaillé en consommables.
Le cahier des charges de la NASA précise les principales caractéristiques du vaisseau HLS. Deux versions successives du vaisseau doivent être construites la version non réutilisable 2024 capable de transporter deux astronautes et devant séjourner durant la journée lunaire et la version définitive utilisée à partir de 2026 pouvant transporter trois à quatre astronautes et permettant de survivre à une nuit lunaire.
Les combinaisons spatiales
Les équipages des missions Artemis utilisent deux types de combinaison spatiale : une combinaison spatiale lourde, l'AxEMU, pour les sorties extravéhiculaires dans le vide (principalement à la surface de la Lune) et une combinaison plus légère, l'OCSS, utilisée à l'intérieur des vaisseaux durant les phases critiques d'un vol (décollage, atterrissage, rentrée atmosphérique) pour faire face à une éventuelle dépressurisation de l'habitacle.
La combinaison spatiale AxEMU (Exploration Extravehicular Mobility Unit) est portée par les astronautes durant leurs sorties extravéhiculaires à la surface de la Lune. De nombreuses améliorations ont été apportées par rapport aux combinaisons spatiales portées par les équipages de la Station spatiale internationale lors de leurs sorties dans l'espace et aux combinaisons des astronautes du programme Apollo. La combinaison est mieux protégée contre la contamination corrosive de la poussière lunaire. La miniaturisation de l'électronique a permis de dupliquer la plupart des systèmes vitaux ce qui permet de réduire les risques et d'envisager des sorties de plus longue durée. Elle est capable de résister à des températures extrêmes comprises entre −250 °C et +250 °C. L'xEMU permet une meilleure agilité grâce à des articulations repensées qui limitent également les efforts fournis par l'astronaute. Le nouveau système micro/écouteurs, amélioré pour une meilleure qualité audio, permet de supprimer l'inconfortable casquette snoopy. Les astronautes enfilent la combinaison spatiale en rentrant par une porte située à l'arrière de celle-ci reprenant le dispositif des combinaisons russes Orlan.
La combinaison spatiale OCSS (Orion Crew Survival System) est portée par les astronautes dans le vaisseau Orion durant le décollage et la phase de rentrée atmosphérique. Étanche (elle comporte un casque), elle permet de survivre en cas de décompression accidentelle et est traditionnellement de couleur orange pour faciliter le repérage des astronautes après leur amerrissage à la suite de leur retour sur Terre. Ses caractéristiques sont proches de celles des combinaisons spatiales utilisées pour les missions vers la station spatiale internationale. Mais contrairement à celles-ci chaque combinaison spatiale est taillée aux dimensions exactes de son porteur. Les zones de frottement ont été retravaillées, les gants permettent un meilleur toucher et les bottes fournissent une meilleure protection contre le feu tout en étant plus confortable.
Missions robotiques
Avant de faire atterrir des astronautes dans la région du pôle Sud lunaire, la NASA veut lancer plusieurs missions robotiques ayant pour objectif d'effectuer une première reconnaissance. Le premier objectif de ces missions est d'étudier les caractéristiques de la glace d'eau présente, raison d'être de la sélection du pôle sud. Les autres objectifs sont l'étude de la géologie lunaire et de l'environnement pour préparer les premières missions avec équipage. Ces missions robotiques se poursuivront après le premier atterrissage d'un équipage sur le sol lunaire.
L'agence spatiale a décidé de confier le développement des atterrisseurs chargés de déposer ces équipements scientifiques sur la Lune, à l'industrie privée. Le programme Commercial Lunar Payload Services (CLPS) fonctionne de manière analogue au programme COTS consacré au ravitaillement de la Station spatiale internationale. Elles devront effectuer un premier vol d'ici 2020 et 2021. Les engins développés doivent pouvoir disposer au minimum 40 à 100 kg à la surface de la Lune.
Trois atterrisseurs lunaires ont été sélectionnés en 2019 et en 2020 pour placer 23 charges utiles technologiques ou scientifiques sur le sol lunaire : Peregrine de la société Astrobotic Technology, Nova-C de Intuitive Machines et XL-1 de Masten Space Systems devraient effectuer un premier vol entre 2021 et 2022.