Ce minuscule satellite cubique trace un chemin vers la lune

Dans quelques années, si tout va bien, les astronautes de la NASA se rendront sur la Lune à bord d’un Orion capsule, un abri de 8,5 tonnes qui remplit une grande pièce. Mais à l’autre extrémité du spectre de taille – pourtant, à bien des égards, non moins important pour ces objectifs d’exploration lunaire – se trouve un vaisseau spatial qui pourrait parfaitement tenir sur un bureau.

Cet engin est l’expérience de navigation et d’exploitation de la technologie du système de positionnement autonome Cislunar – CAPSTONE, pour faire court. Il sera lancé vers la lune fin juin, devenant potentiellement le premier satellite lunaire de sa classe. Et il est en cours de test où de futures missions, peut-être plus brillantes, sont prévues. CAPSTONE pourrait aider la NASA à créer un centre de communication qui, dans un futur proche, fera le tour de la lune.

La communauté du CubeSat

Malgré sa taille, CAPSTONE est remarquable pour plusieurs raisons, dont beaucoup sont liées à la classe du satellite : CubeSat.

Les CubeSats sont, eh bien, cubiques : les modèles de base communs sommes environ 4 pouces de côté et ne pèsent pas plus de 4,5 livres. Vous pourriez en tenir un dans votre main; vous pouvez même en construire un à la main, car la plupart utilisent des composants prêts à l’emploi. Vous pouvez les empiler dans des satellites plus grands. CAPSTONE combine 12 CubeSats, loin du plus grand à ce jour (qui en utilisait 16).

De 1998 à début juin 2022, 1 862 CubeSats ont lancé– et ce nombre devrait plus que doubler d’ici 2028. Le faible coût des CubeSats signifie qu’ils sont à la portée des amateurs, des groupes universitaires, des startups naissantes, des petits pays en développement et d’autres qui manquent des ressources de SpaceX ou du grand espace mondial agences.

Mais le faible coût des CubeSats les a également rendus attrayants pour d’autres missions. En 2019, la NASA contracté société privée Advanced Space pour construire CAPSTONE pour 13,7 millions de dollars. (À titre de comparaison, même la grande sonde lunaire la plus rudimentaire peut coûter un ordre de grandeur de plus.) Advanced Space a choisi d’utiliser CubeSats pour mettre la sonde dans l’espace à moindre coût et rapidement.

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La grande majorité des CubeSats vivent en orbite terrestre. Seuls quelques-uns sont allés au-delà. En 2018, deux sont arrivés sur Mars aux côtés de la mission Mars InSight de la NASA. Absolument aucun n’est allé à la destination de CAPSTONE sur l’orbite de la lune.

« A ce jour, il n’y a pas eu de cubesats lunaires », dit Jekan Thanga, ingénieur à l’Université de l’Arizona, qui n’est pas impliqué dans CAPSTONE. « CAPSTONE sera en fait une première à cet égard. »

Autres CubeSats roulent avec le vol d’essai sans équipage Artemis 1. Selon le moment de leur lancement – actuellement prévu au plus tôt en août – ils peuvent dépasser CAPSTONE sur la lune.

Les deux missions de CAPSTONE

CAPSTONE sera lancé depuis la péninsule de Mahia en Nouvelle-Zélande sur un Fusée électronique, construit par la société spatiale privée Rocket Lab, qui lance principalement de petits satellites en orbite terrestre. CAPSTONE sera la première tentative d’Electron pour atteindre la lune. « C’est aussi un peu un précédent », dit Thanga.

Début novembre, après un voyage de 3,5 mois, CAPSTONE s’insérera dans une boucle particulièrement allongée autour de la lune, appelée orbite de halo quasi rectiligne (NRHO). Cela oscille de 1 000 milles au-dessus d’un pôle à 43 500 milles au-dessus de l’autre pôle. Entrer dans NRHO est plus qu’une simple curiosité amusante. CAPSTONE testera cette orbite pour le futur Passerelle lunaireune station spatiale en orbite lunaire prévue dans le cadre du programme Artemis.

« Il n’y a aucune incertitude réelle quant au bon fonctionnement des calculs », déclare Cheetham, mais CAPSTONE permettra aux opérateurs d’engins spatiaux de s’entraîner à entrer dans cette orbite.

Pendant qu’il orbite autour de la lune, CAPSTONE essaiera de faire autre chose : parler à un vaisseau spatial sans contacter le contrôle au sol sur Terre. L’ordinateur de bord de CAPSTONE tentera de se connecter au Lunar Reconnaissance Orbiter, un ancien vaisseau spatial de la NASA qui cartographie la surface de la lune depuis 2009, et calculera les positions des deux engins spatiaux. Lorsque la communication de la Terre à la Lune, même à la vitesse de la lumière, prend plus d’une seconde, pouvoir discuter avec des satellites locaux est une capacité utile.

Selon Thanga, les futurs CubeSats pourraient rendre cette capacité plus permanente. Par exemple, cela permettrait une communication plus facile avec la face cachée de la Lune, actuellement hors de portée de la Terre. Lorsque l’atterrisseur chinois Chang’e-4 s’est posé sur la face cachée de la Lune l’année dernière, il nécessaire un autre satellite pour relayer les messages vers et depuis la Terre.

Les satellites lunaires qui communiquent entre eux peuvent plus facilement éviter les collisions et ils n’auront pas à appeler le contrôle au sol de la Terre pour tous leurs besoins. « Ce que nous voulons faire, c’est donner la priorité à ce contact au sol », déclare Cheetham, supprimant les contrôles de localisation de routine au profit de la transmission de données opérationnelles importantes,

La communication est reine

L’attention du monde se portera probablement sur les combats en équipage d’Artemis – chaque fois qu’ils décollent, avec le premier fixé pour 2024. Mais des missions à petite échelle comme CAPSTONE sont nécessaires pour jeter les bases (ou le travail spatial, pour ainsi dire) pour ces astronautes.

D’autres missions lunaires sont en préparation, potentiellement lancées dès la fin de cette année. Nasa a tapoté une poignée d’entreprises pour construire une armada d’atterrisseurs lunaires – équipés d’expériences scientifiques pour mesurer des choses comme l’eau souterraine, la composition de la surface de la lune et la force de son champ magnétique – qui testent les perspectives de vie lunaire future.

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Alors que de plus en plus de vols et d’astronautes Artemis se rendent sur la lune, ils s’appuieront sur des infrastructures telles que la passerelle lunaire, qui servira de centre de communication et de centre de livraison pour les astronautes en surface. Ce plan a fait face à des critiques– certains commentateurs ont suggéré que l’envoi d’alunissages via Gateway rendrait les missions plus exigeantes en énergie et en carburant.

Mais Gateway n’est que le début. Les agences spatiales et leurs partenaires derrière Artemis prévoient tout de mine lunaire à GPS lunaire à centrales nucléaires lunaires.

« Le sentiment est qu’il y aura beaucoup plus de trafic vers la lune », explique Thanga, « et cela nécessite beaucoup plus d’infrastructures, y compris des systèmes comme la passerelle. »

Rectificatif (24 juin 2022) : Le lieu de lancement de CAPSTONE a été changé de la baie de Chesapeake à Mahea, en Nouvelle-Zélande. Aussi, la société derrière la fusée Electron s’appelle Rocket Lab, pas Rocket Labs.