Artemis III

Pour tenir le premier des deux objectifs assignés au programme Artemis (faire atterrir un équipage à la surface de la Lune dès 2025), l'agence spatiale américaine a prévu de lancer dans un premier temps des missions simplifiées : vaisseau lunaire aux capacités réduites, équipage sur le sol lunaire réduit à deux astronautes (puis quatre astronautes), équipements scientifiques réduits, masse des roches lunaires ramenées sur Terre limitée, séjour de relativement courte durée. Artemis III est la première mission de ce type. Elle est précédée par un test du lanceur SLS Bloc 1 et du vaisseau Orion sans équipage (mission Artemis I en 2022) et une mission circumlunaire dans la même configuration mais avec équipage (Artemis II vers 2024). Selon le scénario préconisé par la NASA (mais non figé), la mission Artemis III est précédée par deux modules de la station spatiale sur une orbite de type NRHO et un premier ravitaillement de cette station. Les exemplaires du vaisseau lunaire HLS sont lancés et testés en orbite lunaire avant l'envoi de la mission proprement dite. La mission Artemis III doit être la première avec équipage depuis Apollo 17 à faire atterrir des humains sur la Lune. La mission comprendra également la première femme à marcher sur le sol lunaire[1].

Les 13 sites d'atterrissage potentiels sélectionnés par le comité scientifique de la NASA en aout 2022.

Le site d'atterrissage de la mission sera situé près du pôle Sud de la Lune. Dans cette région, du fait de l'éclairage rasant permanent du Soleil et des reliefs (cratères), on trouve côte à côte des zones éclairées pratiquement de manière continue (parties surélevées) et des zones plongées en permanence à l'ombre (fond des cratères). Les régions éclairées en permanence permettent durant la nuit lunaire (14 jours) de continuer à produire de l'énergie et d'éviter les chutes de température extrêmes, tandis que les zones en permanence à l'ombre abritent souvent des réserves de glace d'eau qui peuvent être exploitées pour optimiser les séjours de longue durée : fourniture d'oxygène, d'eau consommable et d'ergols pour la propulsion. La Terre comme le Soleil étant très bas sur l'horizon au niveau du pôle Sud, les communications avec la Terre devront être relayées par la station spatiale lunaire. Pour la mission Artemis 3, la NASA a sélectionné en aout 2022 13 sites d'atterrissage potentiels, tous situés à moins de 6 degrés de latitude du pôle sud. Les sites ont été choisis par une équipe de scientifiques de l'agence spatiale en utilisant notamment les données collectées par la sonde spatiale Lunar Reconnaissance Orbiter. Les sites retenus prennent en compte les contraintes d'atterrissage du module lunaire Starship HLS[2].

Schéma du déroulement de la mission.

Les principales phases de la mission Artemis 3 telles qu'elles résultent de la sélection du vaisseau de SpaceX qui nécessite de multiples lancements pour ravitailler en orbite les réservoirs d'ergols de l'atterrisseur lunaire.

La mission Artemis III est la première à amener un équipage sur le sol lunaire. Selon le scénario préconisé par la NASA, sa durée totale est 25 à 34 jours et le séjour sur la Lune est de six jours et demi. L'équipage est composé de quatre personnes dont deux (un équipage mixte) doivent descendre sur le sol lunaire. Le déroulement de cette première mission sur le sol lunaire est le suivant[3]^,[4] :

• pour cette première mission, afin de respecter l'échéance fixée, la station spatiale lunaire Gateway n'est pas utilisée ;
• le vaisseau lunaire Starship HLS est placé sur une orbite terrestre basse par le premier étage réutilisable de la fusée Starship (Starship Heavy) avant le lancement de l'équipage pour permettre un pré-positionnement. Il est ravitaillé en ergols par plusieurs Starship Tanker placés chacun en orbite par un étage Starship Heavy. Des programmes de diagnostic sont lancés à distance ;
• si le diagnostic est positif, le lanceur SLS Bloc 1 décolle en emportant le vaisseau Orion avec son équipage de quatre astronautes ;
• le vaisseau Orion réalise une manœuvre de rendez-vous avec le vaisseau lunaire Starship HLS auquel il s'amarre ;
• deux des astronautes (dont au moins une femme) embarquent à bord du vaisseau lunaire HLS et entament la descente vers le sol lunaire ;
• la descente se décompose en cinq phases : le transfert de l'orbite NRHO à une orbite basse circulaire de 100 km (durée 12 heures), l'abaissement du périlune, la phase de freinage consistant à annuler pratiquement la vitesse horizontale, la phase d'approche permettant de positionner le vaisseau au-dessus du site d'atterrissage et la descente verticale finale une fois le vaisseau au-dessus de la zone d'atterrissage.
• le vaisseau lunaire se pose verticalement sur un site du pôle sud qui reste à définir en aout 2022. Il génère de manière continue de l'énergie avec ses panneaux solaires. Les astronautes pourraient disposer d'un astromobile non pressurisé analogue à celui du programme Apollo. Le séjour à la surface de la Lune doit durer six jours et demi, soit trois jours de plus que la dernière mission Apollo. Au moins deux sorties extra-véhiculaires d'une durée minimale de quatre heures sont réalisées. Le cahier des charges de l'atterrisseur limite à 26 kg la quantité de roches lunaires que pourront ramener les astronautes[5] ;
• à la fin de son séjour, l'équipage redécolle de la surface ;
• une fois sur une orbite basse, le vaisseau lunaire est manœuvré de manière à réussir un rendez-vous spatial avec le vaisseau Orion ;
• son équipage réintègre alors le vaisseau Orion qui est resté amarré à la station spatiale durant leur séjour sur la Lune et retrouve les deux coéquipiers restés en orbite ;
• le vaisseau Orion quitte la station spatiale avec à son bord l'équipage complet, le résultat de la collecte des échantillons lunaires et certaines expériences scientifiques ;
• de retour sur Terre, il amerrit dans l'océan et est recueilli avec son équipage par des navires pré-positionnés.