Que des astronautes parviennent à rallier la Lune en 2024 ou plus tard, une chose est sûre : ils seront précédés par des machines. En plus de son programme de vols habités Artemis, qui envisage de faire tourner trois astronautes américains et un canadien autour de notre satellite en 2023, avant d’en envoyer deux autres en explorer le pôle Sud l’année suivante, la Nasa a d’abord l’ambition d’y poser une poignée d’atterrisseurs. Et parmi eux, un rover. Baptisé VIPER, pour Volatiles Investigating Polar Exploration Rover, l’engin aura pour mission fin 2023, au plus tôt, de cartographier la glace d’eau — une molécule dite « volatile » car elle se vaporise facilement — présente dans cette région de la Lune.
Dès 2009, la sonde américaine LCROSS a démontré la présence d’eau au pôle Sud de la Lune en mesurant le panache produit par l’impact volontaire de son moteur Centaur. Un résultat confirmé par d’autres sondes comme LRO ou l’indienne Chandrayaan. VIPER doit maintenant en mesurer la concentration et la répartition sur et sous la surface lunaire. Objectif : produire la première carte d’une ressource vouée à être extraite un jour sur place. « Quand sur Terre, vous souhaitez extraire du pétrole, vous ne creusez pas au hasard. Vous dessinez d’abord des cartes et forez là où la probabilité de trouver la ressource souhaitée est la plus grande », expliquait Daniel Andrews, responsable du projet VIPER à la Nasa, au 71e congrès astronautique international en octobre 2020.
En guise de premier pas vers une future utilisation des ressources lunaires in situ, le rover VIPER devra faire tourner ses 4 roues pendant une mission de 100 jours minimum. 340 kg à la pesée pour 1,5 m de long comme de large, et 2,5 m de haut, l’engin sera capable de se déplacer à une vitesse de 20 cm/s, soit 4 fois plus vite que les rovers martiens Curiosity et Perseverance, mais plus lent que les deux astromobiles soviétiques Lunokhod envoyées sur la Lune dans les années 1970 (55 cm/s).
À l’inverse de celles-ci, VIPER ne sera pas piloté en temps réel depuis la Terre. « Il agira en mode semi-automatique, indique Daniel Andrews. La Terre transmettra des points de cheminements situés 5 à 8 m au-devant du rover, qui naviguera ensuite de façon autonome du point A au point B. » Distance totale souhaitée en fin de mission : au moins 20 km.
Entre ombre et lumière
À l’instar de notre planète, le pôle Sud lunaire bénéficie d’un éclairage solaire ininterrompu pendant de longues périodes. Jusqu’à 200 jours par endroits, quand ailleurs la nuit survient tous les 29 jours. Néanmoins, par son incidence rasante – des astronautes sur place verraient le Soleil très bas sur l’horizon – et au beau milieu de reliefs cratérisés, VIPER devra se méfier… des ombres. Très longues et se déplaçant très vite, elles risqueront de surprendre le rover comme la marée qui monte subitement sur les plages de Normandie.
Mais comme l’explique la Nasa, des régions où le passage des ombres est bref, voire inexistant, ont été identifiées au préalable. Qualifiées de « havre de paix », VIPER pourra y recharger ses panneaux solaires, sur lesquels repose entièrement son système de chauffage interne. De tous les rovers envoyés sur la Lune ou sur Mars jusqu’alors, VIPER est le seul dont la source de chaleur est purement électrique, quand les autres reposaient sur la radioactivité du plutonium ou du polonium. Et pour ne jamais s’enliser dans le régolithe lunaire, les roues de VIPER ont été conçues non seulement pour rouler, mais aussi pour ramper. Une suspension ajustable inédite pour un rover.
Tests de déplacement d'un modèle préliminaire de VIPER sur l'installation SLOPE du Glenn Research Center de la Nasa
Foreuse à bord
En plus de six caméras, d’une lampe frontale et d’un viseur d’étoiles pour se localiser, VIPER emporte quatre instruments scientifiques. Parmi eux, trois spectromètres pour sonder la glace d’eau présente dans des zones où règnent éternellement l’ombre et le froid. Jamais exposée au flux de chaleur solaire, l’eau qui s’y trouve ne se vaporise pas, elle perdure à l’état solide. Telles les baguettes d’un sourcier, l’instrument NSS (pour Neutron Spectrometer System) situé à l’avant du rover doit scanner cette glace en surface. Sous son ventre, deux autres spectromètres fonctionneront pendant le déplacement de VIPER (alors réduit à une vitesse de 10 cm/s), mais aussi à l’arrêt, pendant que s’échappent des molécules volatiles sous l’action d’un quatrième instrument venu forer le sol de la Lune.
« La concentration de glace présente en surface fait débat, mais nous la pensons relativement faible. Donc nous avons besoin de chercher en profondeur, entre 0 et 50 cm, voire 50 et 100 cm, où l’on pense que la glace y est stable », développe Daniel Andrews. Baptisée TRIDENT, la foreuse installée sous le ventre de VIPER peut creuser jusqu’à 1 m de profondeur. Un exercice qui a jusque-là donné du fil à retordre aux astronautes des missions Apollo, ainsi qu’à la mission martienne Insight. « Un total de 30 à 40 forages serait un beau résultat. Objectif minimal : 18 », ambitionne le chef de projet.
De l’eau pour quoi faire ?
Un jour peut-être, cette eau servira-t-elle à étancher la soif d’astronautes séjournant dans la région. Mais si les États-Unis envoient d’ores et déjà leur premier sourcier lunaire, c’est avec en ligne de mire l’établissement d’un marché. Outre sa portée scientifique, la mission est présentée comme la pierre de gué d’une future économie lunaire. Car en plus d’être bue, l’eau lunaire peut céder ses atomes d’hydrogène et d’oxygène, et servir de carburant fabriqué sur place pour des fusées qui voudront décoller de la Lune.
« Il y a tout un pan de la recherche appelé In Situ Ressource Utilisation (ISRU), nécessaire pour l'exploration spatiale. Plus celle-ci sera lointaine, plus cela deviendra indispensable. On ne pourra pas passer notre temps à envoyer de l'eau vers la Lune, et encore moins sur Mars. Il faudra utiliser des ressources locales, quitte à les envoyer entre différents nœuds. Par exemple produites sur un astéroïde puis envoyées vers Mars », nous explique un ancien ingénieur d’un grand groupe aérospatial français. « Des business plans sont déjà à l'étude. Certains envisagent par exemple des aller-retour entre la Lune et l’orbite basse de la Terre car gravitationnellement parlant, l’énergie de propulsion à fournir est moindre que pour des aller-retour entre le sol de la Terre et cette même orbite. »
Abreuver des futurs touristes spatiaux en séjour autour du globe ? Faire le plein de carburant pour des lanceurs en stationnement près de la planète bleue ? Voilà des applications qui pourraient bénéficier de la faible gravité lunaire (16 % de la pesanteur terrestre, en surface) et de l’absence d’une atmosphère, très contraignante à traverser. À condition que le coût d’extraction de l’eau lunaire soit abaissé en-dessous d’un certain seuil. « J’avais calculé à l’époque que pour un coût de production de moins de 100 $ la tonne, sans compter sa livraison vers l'orbite terrestre, ça devenait rentable », chiffre le spécialiste.
Reste à savoir si les futurs moteurs développés par les agences et entreprises qui affichent des ambitions lunaires, miseront sur l’oxygène et l’hydrogène pour carburants. D’aspiration jusque-là très martienne, Space X n’emploie aujourd’hui aucun moteur à hydrogène pour ses fusées. De son côté, Blue Origin a misé sur cette recette pour au moins deux modèles. Le moteur BE-3 intégré dans sa petite fusée New Shepard et voué à l’être dans les seconds étages de New Glenn et de la fusée Vulcan de l’United Launch Alliance (ULA). Dédié à la Lune, le moteur à hydrogène et oxygène BE-7 est conçu par Blue Origin pour faire alunir son vaisseau habité Blue Moon. Un projet ayant toutefois du plomb dans l’aile depuis la récente sélection du concurrent Space X par la Nasa, pour son programme Artemis.
La Lune pour le privé
Pour la mission VIPER, la collaboration public-privée est également de mise. C’est l’entreprise Astrobotic, située à Pittsburgh en Pennsylvanie, qui a été choisie le 11 juin 2020 par la Nasa pour déposer son rover au sol. Avec à la clé, un chèque de 200 M$ délivré par l’agence américaine, pour la production et le transport d’un atterrisseur. Astrobotic emploiera Griffin, le plus gros des deux landers lunaires qu’elle développe, pour se poser en douceur depuis l’orbite de la Lune. Une fois au sol, Griffin deploiera une rampe sur laquelle descendra VIPER. Quant au trajet Terre-Lune, Astrobotic avait la responsabilité de choisir elle-même son convoyeur. Comme annoncé le 13 avril 2021, ce sera là aussi Space X, au moyen d’une fusée Falcon Heavy.
En réduisant sa part d’intervention dans les affaires lunaires, la Nasa poursuit son rôle de facilitateur pour l’émergence d’une économie spatiale privée. Comme elle l’a fait avec le programme COTS de ravitaillement de la station spatiale internationale (ISS) par Space X (et sa capsule Dragon) et Orbital sciences (Cygnus), puis le programme CCP de transports d’astronautes vers l’ISS impliquant Space X (Crew Dragon) et Boeing (Starliner), l’agence a depuis 2018 inauguré le programme CLPS (Commercial Lunar Payload Services).
Passé la présélection en novembre 2018 de neuf entreprises américaines pour l’envoi de cargos et d’instruments scientifiques sur le sol lunaire, quatre d’entre elles ont déjà signé un total de six contrats, pour autant d’alunissages prévus en 2022 et 2023 dans différentes régions de la Lune. De la mer des Crises au pôle Sud, en passant par lac de la Mort, des instruments scientifiques et démonstrateurs technologiques, pour certains rescapés du Google Lunar X Prize, vont être déposés par dizaines sur le régolithe lunaire. Début avril 2021, les entreprises Astrobotic et Intuitive Machines s’affairaient encore pour un alunissage de leurs atterrisseurs respectifs, Peregrine et Nova-C, avant fin 2021. Entre humains et robots, ambitions publiques ou privées, la prochaine décennie s’annonce chargée, à la surface de Séléné…
