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Lunar gateway la station spatiale lunaire

Lunar Gateway, la station spatiale lunaire

Visite guidée de la Lunar Gateway, la prochaine station spatiale qui accueillera les astronautes à 400.000 km de la Terre.

Il y a quelques semaines, en préparant un article de fond sur le programme Artémis, en collectant tous les éléments s’affairant à ce programme de retour sur la Lune, nous avons constaté que beaucoup d’éléments tournaient autour de la Lunar Gateway.
Il était donc inévitable de faire un article dédié sur la Lunar Gateway qui sera vraisemblablement le prochain lieu de villégiature de nos astronautes mondiaux dans les années à venir (sauf la Chine et la Russie, mais nous n’allons pas faire de géopolitique maintenant).

Donc, l’un des éléments les plus importants du programme Artémis est la mise en orbite d’une station spatiale lunaire, qui a pour objectif de faciliter l’accès au sol de notre lune et accessoirement de conquérir l’orbite d’un autre corps céleste, une première dans l’histoire.

?Pour simplifier l’article, nous utiliserons l’abréviation LGS ou LG pour parler de la Lunar Gateway (Station).


L’orbite lunaire de la Gateway : NRHO

La Lunar Gateway sera injectée sur une orbite lunaire polaire très particulière, cette dernière est nommée “orbite de halo presque rectiligne” (NRHO, en anglais : near-rectilinear halo orbit).

Cette orbite elliptique en forme de halo permettra à la LGS d’atteindre son périgée à 3 000 km du dessus du pôle Nord de la Lune et son apogée à 70 000 km au-dessus du pôle Sud.

Schéma des orbites NRHO possible – Source NASA

Pourquoi choisir une orbite comme celle-ci ? Pour plusieurs raisons :

  • L’orbite NRHO évite au maximum les éclipses solaires de la terre (limité à 80 min 2 à 4 fois par an) ;
  • Les périodes de black-out radio seront quasi inexistantes ;
  • L’amarrage du vaisseau Orion se fera à toute petite vitesse proche du point d’apogée ;
  • La correction de trajectoire de la LG nécessaire à son maintien dans l’orbite est très faible, et donc la consommation d’ergol de cette dernière aussi ;

Les modules de la Lunar Gateway

Nous allons commencer par un petit tour du propriétaire, au vu des éléments en cours d’élaboration, nous vous proposons une visite sur plan, car pour la voir en vrai, il va falloir attendre encore un peu.

À ce jour, tous les modules ne sont pas validés et/ou en cours de construction, donc nous développerons uniquement ceux qui sont réellement signés et dont le financement est acquis. Ci-dessous, vous avez le visuel “complet” de la Gateway, ce schéma de 2018 a légèrement évolué pour ne garder que l’essentiel qui sera mis en orbite lunaire avant la mission Artemis 3.

Les modules de la Lunar Gateway. Source - NASA
Les modules de la Lunar Gateway. Source – NASA

La vraie configuration de la Lunar Gateway espérée pour la mission Artémis 3 est celle-là :

Elle sera composée des modules suivant (de gauche à droite) :

  • Module PPE : Power and Propulsion Element – (développé ci-dessous) – NASA ;
  • Deux panneaux solaires iROSA – (développé ci-dessous) – NASA ;
  • Le module d’habitation et logistique – HALO Habitation and Logistics Outpost  (développé ci-dessous) – NASA ;
  • Le module de communication et le module de Refuel ESPRIT (développé ci-dessous), qui permettra de recevoir le HLS Starship – ESA ;
  • Le bras robotique Canadarm 3 qui sera fixé sur le module HALO (développé ci-dessous) – ASC agence spatiale canadienne ;
  • Le module d’habitation I-HAB (développé ci-dessous) – JAXA – ESA ;
  • Le port d’amarrage avec Orion ;
  • Et… un module permettant les sorties EVA initialement fournies par Roscosmos qui sera sûrement remplacé par un autre fabricant.

Power and Propulsion Element (PPE)

Il s’agit du premier module de station, celui aussi qui est le plus important pour assurer le bon fonctionnement de cette station et de la vie à bord.

Concept art du Power and Propulsion Element (PPE) . Source : ESA.

Il pèse plus de 9 tonnes et sera en mesure de produire 50kW d’énergie solaire grâce à 2 panneaux solaires souples de 25kW, calqués sur le modèle de l’ISS (iROSA : ISS Roll Out Solar Array). Ce qui permettra non seulement de générer suffisamment d’énergie à bord, mais aussi de servir à la propulsion de la Lunar Gateway.

En effet, la station utilisera une orbite très particulière, cette dernière est nommée NRHO (ce qui veut dire orbite polaire de halo quasi rectiligne). Cette orbite nécessitera quelques corrections pour être maintenue. Pour cela, elle sera équipée de plusieurs systèmes de propulsion électrique par effet Hall qui consomment donc du xénon et de l’électricité issus des panneaux solaires.

Power and Propulsion Element (PPE) et habitation and logistics outpost (HALO) - Source - Vue d'artiste.
Power and Propulsion Element (PPE) et habitation and logistics outpost (HALO) – Source – Vue d’artiste.

Ce module doit être lancé en novembre 2024 par une Falcon Heavy.

Habitation and Logistics Outpost (HALO) Northrop Grumman

Il s’agit du deuxième module le plus important de la Lunar Gateway, celui qui servira d’habitation.

Il est développé par la société nord-américaine Northrop Grumman Innovation Systems.

Ce module est développé sur la base modifiée d’un cargo Cygnus, sur lequel seront assemblés deux ports radiaux d’amarrage, un permettant l’amarrage du futur HLS et le deuxième est prévu pour le module de télécommunications ESPRIT. Le module sera muni d’antennes de communications primaires qui serviront ensuite à la communication avec le sol lunaire, mais qui dans un premier temps permettront les interactions radio en attendant le module ESPRIT.
Et pour finir, il aura un ensemble de batteries fourni par la JAXA ayant pour objectif de palier aux éclipses solaires.
Ce module aura aussi des points d’interconnexion nécessaire au montage du Canadarm 3.

Il sera assez grand pour répondre à de nombreuses fonctionnalités de survie pour un équipage de 4 personnes ainsi que le maintien du vaisseau Orion pendant 30 jours. Il sera aussi le module qui recevra directement les astronautes pour le départ et le retour du sol lunaire.

Ce module sera lui aussi lancé par une Falcon Heavy rapidement après le lancement du module PPE courant novembre 2024.

Habitation and Logistics Outpost (HALO) à gauche, PPE à droite – Source – Vue d’artiste

Le module ESPRIT (European System Providing Refueling, Infrastructure and Telecommunications)

Le module ESPRIT se compose de deux éléments distincts :

  • Le premier, désigné HLCS (Halo Lunar Communication System), assurera les communications entre la station et la Lune ;
  • Le second, ERM (ESPRIT Refueling Module), alimentera la station en xénon pour assurer la propulsion et en hydrazine pour recharger un atterrisseur lunaire réutilisable ou un autre vaisseau à destination de Mars. Une zone pressurisée du module de ERM possède de larges vitres à 360° avec au bout, un port d’amarrage pour le HLS.
Le module ESPRIT, Source : ESA.
Le module ESPRIT, Source : ESA.

La fabrication de ce module a été confiée à la société Thales Alenia Space et il sera principalement fabriqué à Canne en France.

Son lancement est prévu pour 2026-2027, et compte tenu de la charge utile, il sera inévitablement lancé par un lanceur lourd. La Falcon Heavy avait déjà été évoquée officieusement à des journalistes en 2020.

International Habitation Module (I-HAB)

Ce module est le “International Habitation Module” que l’on nomme I-HAB pour les intimes. Son étude et sa conception sont faites en partenariat avec la JAXA, la NASA et l’ESA pour correspondre à tous les besoins scientifiques et techniques.

International Habitation Module, Source : ESA.

La fabrication sera elle aussi confiée à Thales Alenia qui a déjà construit plusieurs modules pour la Station spatiale internationale (ISS), dont la Cupola, Columbus, Harmony, Tranquility et Leonardo. Thales Alenia a été le deuxième plus grand fournisseur industriel de l’ISS, il est donc normal que son expertise se retrouve en orbite de la Lune.

Le I-HAB sera l’interconnexion entre le module HALO, le module ESPRIT et l’anneau d’amarrage d’Orion. Il sera donc le premier module que verront les astronautes quand ils sortiront d’Orion.

Ce “petit” module de 125 m3 devait initialement être lancé par une SLS, mais au vu des coûts délirants du SLS, il sera normalement lancé en 2024 par une Falcon Heavy, là encore.

Canadarm3

Le Canadarm est “le bras spatial canadien”, il s’agit aujourd’hui autant d’une marque que d’un mot du langage courant de l’industrie spatiale pour désigner un bras robotisé multifonction résistant au vide et aux radiations spatiales.

Un premier Canadarm était équipé sur toutes les navettes spatiales américaines depuis 1981 : Colombia, Challenger, Discovery, Atlantis et Endeavour.

Le Canadarm 2 est le bras télémanipulateur de la Station spatiale (SSRMS), qui est une version plus longue et plus intelligente du Canadarm1.

Et donc, voici la 3e mouture du bras canadien qui équipera donc la Lunar Gateway.

Animation numérique qui montre le fonctionnement du Canadarm3 à l’extérieur de la station Gateway, en orbite autour de la Lune. (Sources : Agence spatiale canadienne, NASA.)

De nombreux autres modules sont à l’étude pour étendre la Lunar Gateway : un module Canadien “Gateway Logistics Modules” pour assurer des opérations logistiques dans l’objectif de prolonger les missions lunaires et un module Gateway Airlock Module pour assurer des missions en EVA autour de la Lune qui devait être initialement fabriqué par Roscosmos.

Voilà pour ce qui l’en est de la présentation de la Lunar Gateway. Ce premier article fera partie d’une série sur le programme Artemis.

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