Programme Constellation

Un vaisseau spatial Orion s'approche de la station spatiale internationale (vue d'artiste).

Lancement d'un véhicule spatial Orion par un lanceur Ares 1 (vue d'artiste).

Les vaisseaux Orion et Altair sont injectés sur leur trajectoire de transfert vers la Lune (vue d'artiste).

Les lanceurs du programme Constellation comparés à la navette spatiale et au lanceur Saturn V (vue d'artiste).

Le vaisseau spatial Orion en orbite autour de la Lune (vue d'artiste).

Le module lunaire Altair sur la Lune (vue d'artiste).

Maquette du module de commande Orion au Centre de recherche Langley (2008).

Le 15 janvier 2004, le président des États-Unis George W. Bush rend publics les objectifs à long terme assignés au programme spatial américain dans le domaine de l'exploration du système solaire et des missions habitées, formalisés à travers le plan Vision for Space Exploration. La définition de cette stratégie est dictée par deux motivations :

• il est nécessaire de remplacer la flotte des navettes spatiales, vieilles de près de trois décennies, qui ont, à deux reprises, explosé en vol lors du lancement et lors de la rentrée dans l'atmosphère terrestre, tuant leur équipage, et qui sont très coûteuses à lancer. Or, la Station spatiale internationale doit être desservie en hommes et en matériel dans la phase actuelle de construction et lorsqu'elle sera pleinement opérationnelle ;
• le président veut renouer avec le succès du programme Apollo en fixant des objectifs ambitieux à long terme et en engageant immédiatement les moyens de les atteindre. Il souhaite remettre l'exploration spatiale par l'homme au premier plan.

Reprenant la démarche du président Kennedy, le président demande à la NASA d'élaborer un programme qui permette de réaliser des séjours de longue durée sur la Lune d'ici 2020. L'expérience acquise sur la Lune doit ensuite être utilisée pour concevoir et lancer une mission habitée vers la planète Mars.

Par ailleurs, les vols des navettes spatiales doivent s'arrêter en 2010, date à laquelle la station spatiale internationale doit être achevée. Un nouveau véhicule spatial doit être développé pour desservir la Station spatiale internationale.

Pour répondre à ces objectifs, la NASA reprend en grande partie le scénario du programme Apollo : un véhicule spatial (Orion) est chargé de transporter l'équipage jusqu'en orbite lunaire (et de l'en ramener) tandis qu'un deuxième véhicule, Altair, est destiné à l'atterrissage sur la Lune et au retour vers Orion. Toutefois, là où le programme Apollo utilisait le lanceur Saturn V pour envoyer les deux véhicules vers la Lune, le programme Constellation prévoit deux lanceurs dont l'un (Ares I) est destiné au lancement de la capsule habitée tandis que l'autre (Ares V) place en orbite terrestre le module lunaire et le dernier étage du lanceur chargé d'accélérer l'ensemble vers la Lune. En effet :

• la masse des véhicules spatiaux à envoyer vers la Lune s'est considérablement accrue pour répondre aux objectifs plus ambitieux du programme Constellation. L'envoi par un lanceur unique nécessiterait de développer un lanceur nettement plus puissant que le lanceur Saturn V ;
• la technique des rendez-vous en orbite est parfaitement maîtrisée par la NASA, ce qui permet d'envisager un assemblage en orbite des véhicules à destination de la Lune, scénario qui avait été écarté parce que considéré comme trop risqué à l'époque du programme Apollo ;
• Orion doit être utilisé pour des missions non lunaires en particulier la desserte de la station spatiale internationale, ce qui nécessite de disposer d'un lanceur de classe intermédiaire.

Une deuxième caractéristique du programme est le recours généralisé à des composants existants afin de limiter le coût du programme. La NASA utilise, en les adaptant, des moteurs-fusées développés pour le lanceur Saturn V, les propulseurs à poudre de la navette ainsi que de nombreuses installations au sol existantes. Enfin, il est prévu que plusieurs des composants du programme puissent être réutilisés après remise en condition.

Les véhicules développés sont les suivants.

Desserte de la station spatiale internationale

La Station spatiale internationale.

Vue d'artiste d'un amarrage d'un vaisseau Orion avec l'ISS.

Avec l'arrêt des navettes spatiales, l'une des missions du programme Constellation est d'assurer la rotation des équipages de l'ISS. Le premier amarrage avec la station spatiale aurait dû avoir lieu lors de la mission Orion 2.

Concept en 2007 du vaisseau Orion en configuration pour une mission lunaire.

Le cœur du projet est le développement du véhicule spatial Orion (en anglais CEV : Crew Exploration Vehicle) et du lanceur Ares I qui doivent tous deux permettre de remplacer la navette spatiale durant la phase d'exploitation de la station spatiale internationale. En effet, le recours aux lanceurs utilisés par l'armée américaine (Delta IV et Atlas V) a été définitivement abandonné.

Selon la planification établi en 2008, la mission Orion 15 doit déposer le module Altair 2 sur la Lune en juin 2019 (la dernière présence humaine sur le sol lunaire date de décembre 1972 lors de la dernière mission du programme Apollo : Apollo 17). Vers 2024, une base avancée habitée doit être créée sur les flancs du cratère Shackleton, au pôle Sud lunaire[1].

Le président Barack Obama annonce le 1^er février 2010 qu'il va proposer l'annulation du programme Constellation en avançant trois motifs : un budget en dépassement, le retard pris sur les échéances et l'absence d'innovations intégrées dans le projet. Le budget libéré par l'arrêt du programme, complété par une enveloppe de six milliards de dollars, est ventilé entre différentes activités de la NASA. Il s'agit principalement du développement de nouvelles technologies spatiales, de l'extension de la durée de vie de la station spatiale internationale de 2015 à 2020 et de la réalisation de nouvelles sondes automatiques d'exploration du système solaire. Ces fonds doivent également permettre de reconstruire le satellite Orbiting Carbon Observatory perdu le 24 février 2009 et de stimuler la prise en charge des programmes spatiaux par l'industrie privée comme SpaceX[6]^,[7]. Le 11 octobre 2010, le président Obama approuve le « NASA Authorization Act 2010 » qui confirme l'arrêt du programme Constellation[8].

Malgré l'abandon du programme Constellation, la NASA décide de poursuivre le développement d'un nouveau lanceur lourd également dérivé de la navette spatiale, Space Launch System (SLS), et du vaisseau spatial interplanétaire Orion. Ces engins spatiaux doivent être utilisés pour réaliser des missions interplanétaires d'une complexité croissante dans le but ultime de déposer des hommes sur Mars. La stratégie ainsi définie, baptisée « Flexible Path », est beaucoup plus progressive que ce qui a été envisagé dans les projets martiens antérieurs. Avant de poser l'homme sur Mars, il est prévu de mener des missions autour de la Lune, sur des astéroïdes proches puis sur la lune martienne Phobos pour mettre au point les matériels et gagner en expérience. Les premières missions de SLS et Orion à destination de l'espace cis-lunaire sont progressivement définies au cours des années suivantes. Toutefois la stratégie d'exploration du système martien proprement dit reste vague[9].

À l'instigation du président américain Donald Trump, la date du retour de l'homme sur la Lune, que la NASA avait fixée à 2028 sans programmation clairement définie, est avancée de quatre ans en avril 2019 et ses objectifs sont précisés, donnant naissance au programme Artemis. Celui-ci doit déboucher sur une exploration durable de notre satellite, c'est-à-dire l'organisation de missions régulières dont l’aboutissement serait l'installation d'un poste permanent sur la Lune. Le programme doit également permettre de tester et mettre au point les équipements et procédures qui seront mises en œuvre au cours des futures missions avec équipage à la surface de la planète Mars. La réalisation des missions du programme Artemis nécessite la mise au point ou le développement de plusieurs engins spatiaux : le lanceur lourd Space Launch System (SLS) et le vaisseau spatial Orion dont la réalisation a déjà débuté depuis plusieurs années mais est marquée par des dérapages budgétaires et calendaires réguliers, un vaisseau lunaire entièrement nouveau Human Landing System (HLS) chargé d'amener les hommes sur le sol lunaire et des missions robotiques chargées de réaliser des reconnaissance et des études scientifiques complémentaires. L'architecture des missions repose sur la future station spatiale Lunar Orbital Platform-Gateway (LOP-G) qui, placée en orbite autour de la Lune, servira de relais entre la Terre et la surface de la Lune. Pour remplir les objectifs ambitieux du programme Artemis dans le délai très court qui lui est imposé, la NASA sous-traite de manière particulièrement marquée la conception de composants importants (vaisseau lunaire HLS, modules de la station spatiale LOP-G, atterrisseurs des missions robotiques) ainsi que les prestations de lancement de ces engins et de ravitaillement de la station spatiale.

Selon le planning établi en mai 2019, Artemis 3, lancée en 2024, sera la première mission qui devrait amener un équipage mixte de deux astronautes sur la Lune pour un séjour d'une durée de six jours et demi. À compter de 2026 doivent être menées des missions caractérisées par des séjours plus longs, un équipage au sol de quatre personnes au lieu de deux, plus d'équipements permettant d'étoffer le retour scientifique. Le vaisseau lunaire sera alors partiellement réutilisable. Les sites d'atterrissage retenus pour toutes ces missions se situent au pôle sud de la Lune car les réserves de glace d'eau présentes dans les cratères perpétuellement à l'ombre présentent un intérêt stratégique dans la perspective de missions de longue durée. Outre son délai très serré, le projet rencontre un problème budgétaire similaire à celui qui avait été fatal en 2009 au programme Constellation qui poursuivait les mêmes objectifs. Courant 2019, une ligne budgétaire de 1,6 milliard de dollars a été allouée à la NASA pour le projet alors qu'il va être nécessaire de disposer de six à huit milliards de dollars par an pour développer le programme. La tenue de cet objectif très ambitieux dans un délai aussi réduit et sans qu'un budget dédié ait été clairement dégagé, fait débat^{[réf. nécessaire]}.