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Commercial Lunar Payload Services

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Maquettes des trois atterrisseurs lunaires sélectionnés dans le cadre du programme Commercial Lunar Payload Services. De gauche à droite : Peregrine, de la société Astrobotic Technology, Nova-C, de Intuitive Machines, et Z-01, de OrbitBeyond.

Commercial Lunar Payload Services (littéralement « Services de charges utiles lunaires ») ou CLPS est un programme de l'agence spatiale américaine, la NASA, dont l'objectif est de transporter à la surface de la Lune des instruments scientifiques, des équipements et des engins spatiaux (astromobiles). Pour optimiser les coûts, l'ensemble des opérations est confié à des opérateurs privés, de la conception de l'engin spatial chargé de déposer le fret à la surface de la Lune jusqu'au déploiement sur le sol lunaire, en passant par l'intégration de la charge utile et le lancement. La forme de la prestation demandée est similaire à celle du programme COTS consacré au transport de fret à la Station spatiale internationale. La prestation est facturée 1 million USD par kilogramme transporté.

Le programme CLPS a été mis sur pied en 2018 pour répondre au regain d'intérêt pour la Lune, qui s'est notamment traduit par le lancement du projet de station spatiale lunaire Lunar Gateway, puis le retour prévu à courte échéance (2024) de l'homme sur la Lune dans le cadre du programme Artemis. Les équipements et instruments déposés à la surface de la Lune, parmi lesquels l'astromobile (rover) VIPER chargé d'analyser la glace d'eau présente dans les cratères du pôle Sud, doivent notamment préparer les expéditions humaines. Le programme dispose d'une enveloppe de 2,6 milliards USD pour la période courant jusqu'à .

Cinq atterrisseurs lunaires ont été sélectionnés en 2019 et en 2020 pour placer plusieurs dizaines de charges utiles technologiques ou scientifiques sur le sol lunaire dans le cadre de cinq missions programmées entre 2021 et 2023 : Peregrine et Griffin de la société Astrobotic Technology, Nova-C de Intuitive Machines, XL-1 de Masten Space Systems et Blue Ghost de la société Firefly Aerospace. Ces engins sont capables de déposer une charge utile comprise entre 100 et 450 kilogrammes.

Contexte

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Le prototype Resource Prospector.

Après l'annulation en du projet Resource Prospector (en), dont l'objectif était de prospecter au sol les ressources lunaires à l'aide d'un astromobile lourd téléguidé, la direction de la NASA annonce qu'elle confiera la dépose de missions robotiques sur la surface lunaire à des sociétés privées dans le cadre d'un programme baptisé Commercial Lunar Payload Services, à l'image de ce qui a été fait pour le ravitaillement et la relève des équipages de la Station spatiale internationale (programmes COTS et CCDeV). L'objectif du nouveau programme est de réduire les coûts de l'exploration de la Lune et d'accélérer les missions de retour d'échantillons et de prospection de ressources ainsi que de promouvoir l'innovation et la croissance des sociétés commerciales du secteur[1].

Sélection des constructeurs des atterrisseurs

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Pré-sélection

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Après avoir soumis un cahier des charges provisoire en septembre, la NASA annonce en novembre qu'elle a pré-sélectionné neuf sociétés susceptibles de répondre à l'appel d'offres définitif qui a été lancé courant 2019. Le programme dispose d'un budget de 2,6 milliards USD sur les dix années suivantes. Les sociétés pré-sélectionnées sont[2] :

Choix des trois constructeurs (juin 2019)

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La NASA sélectionne le trois des neuf sociétés, à savoir Astrobotic Technology, Intuitive Machines et OrbitBeyond, pour le développement d'un atterrisseur lunaire. Celles-ci vont recevoir 250 millions USD en contrepartie de la dépose sur le sol de 23 charges utiles[3].

Masten remplace OrbitBeyond (avril 2020)

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Fin juillet 2019, OrbitBeyond décide de retirer sa proposition en raison de problèmes internes[4]. En , NASA sélectionne à la place la société Masten Space Systems, qui développe l'atterrisseur XL-1[5].

Sélection d'un quatrième fournisseur, Firefly (février 2021)

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La NASA sélectionne le 4 février 2021 une quatrième société, Firefly Aerospace de Cedar Park (Texas). Dans le cadre d'un contrat de 93,3 million USD, l'engin spatial de la société doit déposer sur la Lune en 2023 dix instruments et démonstrateurs technologiques de la NASA, d'une masse totale de 94 kg. Firefly développe dans ce but l'atterrisseur Blue Ghost. Cet atterrisseur est développé avec l'assistance de IAI. Lancé par une fusée Falcon 9, il est capable de déposer une charge utile de 150 kg à la surface de la Lune[6].

Sélection des charges utiles

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Sélection d'instruments développés par les centres de la NASA ()

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L'agence spatiale sélectionne en février 2019 douze instruments et démonstrateurs technologiques développées par les établissements de la NASA. Les premières charges utiles devraient être disponibles fin 2019 mais le premier lancement ne doit pas avoir lieu avant 2020/2021[7]. Les 12 instruments des centres de la NASA sélectionnés sont[8] :

  • un spectromètre à transfert d'énergie linéaire conçus pour mesurer les rayonnements à la surface de la Lune ;
  • trois instruments permettant d'évaluer les ressources lunaires :
    • le spectromètre fonctionnant en proche infrarouge NIRVSS mesure les volatiles situés à la surface. Il est testé in situ avant d'être embarqué à bord de l'astromobile VIPER lancé en 2023,
    • le spectromètre à neutrons NSS qui mesure l'abondance de l'hydrogène sera testé in situ avant d'être embarqué à bord de l'astromobile VIPER,
    • un spectromètre de masse à piège à ions pour mesurer l'abondance des volatils à la surface de la Lune et dans son exosphère ;
  • un magnétomètre pour mesurer le champ magnétique lunaire ;
  • un instrument de radiotechnique pour mesurer la densité des photoélectrons dans la couche proche de la surface de la Lune ;
  • trois instruments conçus pour collecter des données durant les phases de descente et d'atterrissage sur la Lune qui seront utilisées pour concevoir les futurs atterrisseurs :
    • une caméra stéréo pour mesurer les interactions entre le panache en sortie du moteur de descente et la surface de la Lune,
    • une expérience destinée à mesurer comment l'atterrissage affecte l'exosphère de la Lune,
    • un lidar doppler qui doit effectuer des mesures précises de la vitesse et de la distance durant la descente pour contribuer à la conception de systèmes d'atterrissage de précision.

Sélection d'instruments développés par des universités et centres universitaires (juillet 2019)

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Le , la NASA sélectionne une deuxième série d'instruments proposées par des universités et d'autres instituts de recherche. Ces expériences scientifiques et technologiques doivent contribuer à préparer l'arrivée de l'homme sur le sol de la Lune en 2024. Ces instruments sont[9] :

  • l'astromobile MoonRanger. Ce petit astromobile (rover) à vitesse de déplacement élevée dispose d'une autonomie qui lui permet de s'éloigner au-delà de la portée de l'émetteur radio de l'atterrisseur. Il doit explorer la région s'étendant jusqu'à un kilomètre autour du site d'atterrissage, cartographier le terrain puis revenir à proximité de l'atterrisseur afin de transmettre les données dans le but d'améliorer de futurs systèmes d'exploration. Le responsable scientifique est Andrew Horchler de Astrobotic Technology ;
  • la caméra Heimdall, un ensemble flexible de quatre caméras permettant de contribuer à des expériences scientifiques sur la Lune à bord de véhicules commerciaux. Il comprend un système d'enregistrement vidéo unique couplé avec quatre caméras : une caméra grand angle utilisée durant la descente vers le sol lunaire, une caméra dotée d'un téléobjectif pour prendre des images du régolithe et deux caméras grand angle pour réaliser des panoramas. Ces caméras sont utilisées pour déterminer les caractéristiques du sol lunaire, identifier et cartographier les formations géologiques dans le but notamment d'identifier les obstacles pouvant mettre en péril l'atterrissage ou gêner la circulation d'un engin mobile. Le responsable de cette expérience est R. Aileen Yingst du Planetary Science Institute (en) à Tucson dans l'Arizona ;
  • un ordinateur radiodurci et reconfigurable. L'expérience consiste en un ordinateur radiodurci destiné à résister à l'environnement de la Lune. Le responsable de l'expérience est Brock LaMeres, de l'université d'État du Montana à Bozeman ;
  • RAC (Regolith Adherence Characterization), qui doit déterminer comment le régolithe adhère à différents types de matériau qui seront exposés dans l'environnement lunaire. L'expérience dérive de MISSE, une expérience commerciale installée à bord de la Station spatiale internationale. Le responsable de l'expérience est Johnnie Engelhardt de Alpha Space Test and Research Alliance à Houston ;
  • un sondeur magnéto-tellurique. Cet instrument doit mesurer la composition et la structure du manteau de la Lune en étudiant les champs électriques et magnétiques. L'instrument utilisé est un magnétomètre de rechange de la sonde spatiale MAVEN. Le responsable de l'expérience est Robert Grimm du Southwest Research Institute à San Antonio ;
  • la mesure des champs électromagnétiques LuSEE (Lunar Surface Electromagnetics Experiment), un instrument de rechange de l'expérience FIELDS embarqué à bord des sondes spatiales Parker Solar Probe et MAVEN qui doivent mesurer les phénomènes électromagnétiques à la surface de la Lune. Le responsable de l'instrument est Brian Walsh de l'Université de Boston ;
  • le rétro-réflecteur NGLR (Next Generation Lunar Retroreflectors), un rétroréflecteur laser destiné à mesurer avec précision la distance entre la Terre et la Lune. Le responsable de l'instrument est Douglas Currie de l'Université du Maryland à College Park ;
  • le radiomètre infrarouge L-CIRIiS (Lunar Compact InfraRed Imaging System), un radiomètre qui mesure le rayonnement infrarouge afin de déterminer la composition de la surface, la distribution des températures et démontrer la capacité de l'instrument pour les activités d'exploration des ressources lunaires. Le responsable de l'expérience est Paul Hayne de l'Université du Colorado à Boulder ;
  • la sonde thermique LISTER (Lunar Instrumentation for Subsurface Thermal Exploration with Rapidity), un instrument qui doit mesurer le flux de chaleur venant des profondeurs de la Lune. Il comprend une sonde qui doit être enfoncée jusqu'à une profondeur comprise entre deux et trois mètres pour mesurer les caractéristiques thermiques. Le responsable de l'expérience est Kris Zacny de Honeybee Robotics à Pasadena (Californie) ;
  • le collecteur de régolite PlanetVac, une expérience visant à mettre au point la technique de collecte de régolithe et son transfert vers d'autres instruments qui doivent l'analyser puis le transférer à leur tour dans un récipient ramené sur Terre par un autre engin spatial. Le responsable de l'expérience est Kris Zacny de Honeybee Robotics, à Pasadena (Californie) ;
  • le collecteur d'échantillons de sol SAMPLR (Sample Acquisition, Morphology Filtering, and Probing of Lunar Regolith), une autre expérience technologique visant à mettre au point un système de collecte d'échantillons de sol lunaire. Elle utilise un bras de rechange de l'astromobile Mars Exploration Rover. Le responsable de l'expérience est Sean Dougherty de Maxar Technologies à Westminster (Colorado).

Développement de l'astromobile VIPER et l'atterrisseur lourd Griffin (octobre 2019)

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Article détaillé : VIPER.

En octobre 2019, la NASA décide de développer l'astromobile (rover) VIPER, dans le but d'étudier la glace d'eau présente dans le régolithe du fond des cratères situés au pôle sud de la Lune. L'eau pourrait jouer un rôle important pour les séjours à la surface de la Lune d'équipage d'astronautes en fournissant les consommables nécessaires - oxygène, eau consommable et ergols - grâce aux technologies d'utilisation des ressources in situ. L'engin spatial, qui doit être lancé vers décembre 2022, fait partie des missions développées dans le cadre du Programme Artemis. Il emporte une foreuse et trois instruments destinées à analyser la surface de plusieurs zones contenant de la glace d'eau[10],[11],[12].

La dépose du rover de 430 kg sur le sol lunaire est confiée à la société Astrobotic Technology de Pittsburgh (Pennsylvanie). Celle-ci a été sélectionnée en dans le cadre du programme CLPS pour développer l'engin Griffin chargé de déposer VIPER en 2023 sur le sol lunaire[13].

Spécifications de la charge utile du premier vol de Peregrine, programmé en 2022 ()

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La charge utile transportée par le premier vol de l'atterrisseur lunaire Peregrine de la société Astrobotic programmé début 2022 est définie en par la NASA. Il est prévu que Peregrine soit placé en orbite par le lanceur Vulcan de ULA. Il comprend onze instruments[14] :

Rétro-réflecteur LRA

Le rétro-réflecteur laser LRA (en anglais : Laser Retro-Reflector Array) est constitué d'une série de petits rétro-réflecteurs de 1,25 centimètre de côté. Il réfléchit la lumière d'un laser émis par les vaisseaux en orbite ou en phase d'atterrissage et permet de déterminer la position de l'atterrisseur. L'instrument est développé par le Centre de vol spatial Goddard[15].

Lidar NDL

Le lidar NDL (en anglais : Navigation Doppler Lidar for Precise Velocity and Range Sensing) est un lidar mis en œuvre par l'atterrisseur pour permettre un atterrissage de précision et en douceur. Il comprend un laser et trois têtes optiques qui permettent de déterminer la vitesse de descente avec une précision de 0,2 cm/s et la distance de la surface avec une précision de 30 centimètres. Il est développé par le Centre de recherche Langley[16].

Spectromètre de masse SEAL

SEAL (en anglais : Surface and Exosphere Altera-tion by Landers) est un spectromètre de masse qui est utilisé pour mesurer les modifications chimiques du régolithe résultant des gaz éjectés par la propulsion de l'atterrisseur au moment de son atterrissage. Il doit mesurer la quantité et la nature des contaminants injectés par celle-ci dans le sol. Il doit également effectuer des mesures directes sur l’exosphère lunaire à proximité de la surface. L'instrument est un exemplaire de rechange reconditionné de l'instrument NMS embarqué à bord de la mission Nozomi de 1998. Il est développé par le Centre de vol spatial Goddard[17].

Cellules photovoltaïques PILS

PILS (en anglais : Photovoltaic Investigation on Lunar Surface) est une expérience technologique dont l'objectif est de tester le fonctionnement de cellules photovoltaïques reflétant l'état de l'art à la surface de la Lune pour mesurer l'impact des températures extrêmes et des rayonnements. L'expérience est menée par le Centre de recherche Glenn[18].

Mesure du rayonnement LETS

ETS (en anglais : Linear Energy Transfer Spectrometer) est un spectromètre de masse conçu pour identifier les éléments chimiques présents dans l'exosphère lunaire. Il est développé par le Centre spatial Lyndon B. Johnson[19].

Spectromètre proche infrarouge NIRVSS

NIRVSS (en anglais : Near-Infrared Volatile Spectrometer) est un spectromètre fonctionnant dans le proche infrarouge qui mesure la quantité d'eau présente à la surface ou immédiatement sous la surface ainsi que du dioxyde de carbone et du méthane. Il permet également de mesurer la température en surface. Il est développé par le Centre de recherche Ames[20].

Spectromètre de masse MSolo

Le spectromètre de masse MSolo (en anglais : Mass Spectrometer Observing Lunar Operations) doit mesurer les volatils de faible masse provenant du dégazage dans le vide des matériaux de l'atterrisseur et de l'exosphère lunaire. L'instrument est développé par le centre spatial Kennedy.

Spectromètre de masse PITMS

Le spectromètre de masse PITMS (en anglais : PROSPECT Ion-Trap Mass Spectrometer (PITMS) for Lunar Surface Volatiles) doit caractériser l'exosphère de la Lune durant une journée lunaire pour déterminer la libération et les mouvements des volatils. L'instrument développé par l'Agence spatiale européenne pour la mission Rosetta a été modifié conjointement par l'ESA et le Centre de vol spatial Goddard pour cette mission[21].

Spectromètre à neutrons NSS

Le spectromètre à neutrons NSS (en anglais : Neutron Spectrometer System) mesure le volume d'hydrogène présent en surface et jusqu'à un mètre de profondeur[20].

Spectromètre à neutrons NMLS

Le spectromètre à neutrons NMLS (en anglais : Neutron Measurements at the Lunar Surface) mesure le niveau de radiations à la surface la Lune et détecte la présence d'eau ou d'autres éléments rares. L'instrument, qui est basé sur un instrument installé à bord de la Station spatiale internationale, est développé par le Centre de vol spatial Marshall[22].

Magnétomètre fluxgate MAG

Le magnétomètre fluxgate MAG doit mesurer le champ magnétique local pour déterminer la circulation de l'énergie et des particules à la surface de la Lune. L'instrument est développé par le Centre de vol spatial Goddard[23].

Spécifications de la charge utile du premier vol de Nova-C, programmé en 2022 (janvier 2020)

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La charge utile transportée par le premier vol de l'atterrisseur lunaire Nova-C de la société Intuitive Machines est définie en par la NASA. La mission doit être placée en orbite par une fusée Falcon 9 début 2022. L'atterrisseur emporte cinq instruments[14] :

Rétro-réflecteur LRA

Deuxième exemplaire de l'instrument emporté par la première mission Peregrine

Lidar NDL

Deuxième exemplaire de l'instrument emporté par la première mission Peregrine

CubeSat Lunar Node – 1

Ce CubeSat 2U largué dans l'espace est un démonstrateur technologique qui doit tester le rôle de balise de navigation et de relais de télécommunications pour les engins spatiaux atterrissant et décollant de la surface de la Lune et les opérations à la surface de la Lune. Cette expérience est développée par le Centre Marshall[24].

Caméra SCALPSS

La caméra SCAPSS (en anglais : Stereo Cameras for Lunar Plume-Surface Studies) doit collecter des images du panache de poussière soulevé par l'atterrissage sur la Lune. Ces données jouent un rôle important dans la conception des atterrisseurs lunaires et martiens. Cette expérience est développée par le centre de Langley[25].

Détecteur photoélectrons ROLSES

ROLSES (en anglais : Low-frequency Radio Observations for the Near Side Lunar Surface) utilise un récepteur radio pour mesurer la densité et l'énergie des photoélectrons près de la surface de la Lune. Il doit permettre d'évaluer l’impact sur les antennes radio et les observatoires qui seraient installés à la surface de la Lune. L'instrument est développé par le Centre de vol spatial Goddard[26].

Définition de la charge utile du troisième vol de Nova-C en 2024 (sélection de )

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La NASA a sélectionné le constructeur Intuitive Machines pour la dépose à la surface de la Lune en 2024 d'une charge utile de 94 kilogrammes pour un montant de 77,5 millions $. Les instruments, qui seront déposés sur le site de Reiner Gamma pour étudier cette formation géologique (formation d'albédo), sont[27] :

  • Lunar Vertex : astromobile/magnétomètre, première charge utile sélectionnée dans le cadre du programme PRISM (en anglais : Payloads and Research Investigations on the Surface of the Moon) de la NASA. Il s'agit d'un petit astromobile équipé d'un magnétomètre qui doit analyser le champ magnétique local qui serait à l'origine de cette formation d'albédo. Le responsable scientifique de cet instrument est David Blewett du laboratoire APL (Université Johns Hopkins)[28] ;
  • Robots mobiles autonomes CADRE (en anglais : Cooperative Autonomous Distributed Robotic Exploration), une expérience comprenant plusieurs robots mobiles équipés d'une caméra et de la taille d'une boite à chaussures conçus pour explorer de manière autonome la surface de la Lune. Le projet est géré par le Jet Propulsion Laboratory[29] ;
  • Rétro-réflecteur MoonLIGHT, destiné à réfléchir un rayon laser émis depuis la Terre pour mesurer de manière précise la distance entre la Lune et la Terre. L'instrument est fourni par l'Agence spatiale européenne[30].
  • Détecteur de particules à hautes énergies LUSEM (en anglais : Lunar Space Environment Monitor), une paire de détecteurs de particules à haute énergie qui étudient les variations de l'environnement à proximité de la surface de la Lune lorsque celle-ci se trouve à l'extérieur ou à l'intérieur de la queue de la magnétosphère terrestre. L'instrument est fourni par l'Institut des sciences astronomiques et spatiales (KASI) de la Corée du Sud[31].

Mission SERIES 2 vers la face cachée de la Lune

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En , l'agence spatiale américaine sélectionne l'institut de recherche Draper de Cambridge pour le développement de la mission robotique SERIES-2. Celle-ci, qui devrait être la huitième mission du programme CLPS, doit se poser en 2025 dans le cratère Schrödinger sur la face cachée de la Lune près du pôle Sud. Ce bassin d'impact est relativement jeune pour la Lune, car il remonte à environ 3,8 millions d'années, et il est un des rares sites à la surface de la Lune qui présente des traces relativement récentes d'activité volcanique. La mission doit étudier les caractéristiques de la surface et de l'intérieur de la Lune (flux thermique, sismicité). L'atterrisseur, qui sera conçu par la société japonaise ispace technologies sur la base de ses petits atterrisseurs lunaires Hakuto-R dont le vol inaugural a lieu fin 2022, emporte trois instruments représentant une masse totale de 65 kilogrammes. C'est la première fois que l'agence spatiale américaine posera un engin spatial sur la face cachée de la Lune, une première réalisée récemment par la Chine. Le contrat souscrit porte sur un montant de 73 millions $[32].

Caractéristiques techniques des atterrisseurs du programmes CLPS

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Les premières missions CLPS auront une taille et une durée de vie limitée : les atterrisseurs devront pouvoir déposer au minimum 10 kilogrammes d'instrumentation scientifique à la surface de la Lune. Ils ne seront pas capables de survivre plus de 15 jours à cause de la chute de la température (−156 °C) durant la nuit lunaire (durée 15 jours terrestres). La NASA souhaite que les sociétés sélectionnées parviennent à développer par la suite des atterrisseurs plus gros capables de transporter des astromobiles et d'atterrir dans les régions polaires et sur la face cachée de la Lune[7].

L'atterrisseur XL-1 de Masten

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Masten Space Systems, sélectionnée en , développe l'atterrisseur XL-1. Celui-ci doit dériver de prototypes d'atterrisseur que la société développe depuis sa création en 2004. Le XL-1 peut emporter plusieurs centaines de kilogrammes de charge utile. La NASA n'ayant besoin que de 80 kilogrammes de charge utile, le reste sera destiné à d'autres clients. Le premier vol, qui doit avoir lieu en 2022, emportera un ensemble de caméras, un bras télécommandé muni d'une écope, un radiomètre, des instruments permettant de déterminer la composition de la surface, un instrument de mesure des rayonnements, un rétroréflecteur qui doit faciliter la navigation des futures missions lunaires et un petit rover développé avec des capitaux privés qui emporte un spectromètre à neutrons permettant de détecter la présence d'hydrogène (et donc d'eau) dans le sol lunaire[5].

L'atterrisseur Peregrine de Astrobotic Technology

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Article détaillé : Peregrine.

Astrobotic Technology, dont le siège est à Pittsburgh, développe l'atterrisseur Peregrine avec le soutien de Airbus Defense and Space et Dynetics. Comme Team Indus (en), Astrobotic était un des compétiteurs du Google Lunar X Prize. L'atterrisseur fait 1,9 mètre de haut pour 2,5 mètres de diamètre. Sa masse est 1 400 kilogrammes (ergols compris) et il peut déposer une charge utile de 90 kilogrammes sur le sol lunaire. La NASA doit verser à la société 75,9 millions $ pour la dépose sur le sol lunaire de 14 charges utiles. Le premier atterrissage est programmé en dans le cratère de Lacus Mortis[3].

L'atterrisseur Nova-C de Intuitive Machines

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Article détaillé : Nova-C.
L'atterrisseur Nova-C est issu du démonstrateur du programme Morpheus développé par la NASA entre 2012 et 2014.

Intuitive Machines est une société créée à Houston en 2013 par un entrepreneur du secteur aérospatial et deux anciens ingénieurs de la NASA. Son atterrisseur Nova-C, haut de trois mètres, est le plus imposant des trois engins. Il dérive du démonstrateur développé par des ingénieurs de la NASA dans le cadre du projet Morpheus qui a permis de tester un atterrisseur utilisant une propulsion utilisant le méthane entre les années 2012 et 2014. Nova-C peut déposer 100 kilogrammes de charge utile à la surface de la Lune. Contrairement aux deux autres atterrisseurs qui utilisent des ergols hypergoliques stockables, les propulseurs brûlent des ergols cryogéniques (méthane liquide et oxygène liquide) qui permettent d'atteindre des performances élevées au prix d'une complexité accrue. La poussée est modulable. Des tirs sur banc d'essais sont déjà en cours à la date de sélection. Nova-C est capable d'atteindre n'importe quelle latitude de la Lune. Le premier vol, reposant sur un planning volontairement tendu, est prévu pour . La NASA s'est engagée à verser 77 millions $ pour la dépose de cinq instruments dans l'Océan des Tempêtes[3].

L'atterrisseur Blue Ghost de Firefly

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Article détaillé : Blue Ghost.

Pour répondre à l'appel d'offres de la NASA, Firefly Aerospace choisit de s'associer en avec la société israélienne IAI qui a développé l'atterrisseur lunaire Beresheet pour le Google Lunar X Prize. Cet engin spatial a déjà volé en 2019 mais à la suite de la défaillance d'un gyroscope, il s'est écrasé à la surface de la Lune[33].

L'engin de Firefly est initialement baptisé Genesis (traduction en anglais de Beresheet).

Cependant, en 2021, en raison de l'évolution des exigences du CLPS, Firefly détermine que Genesis ne répond plus aux exigences de la NASA et commence à travailler sur une nouvelle conception d'atterrisseur lunaire appelée Blue Ghost (Phausis reticulata (en), une espèce de luciole, en anglais : firefly), mais la collaboration avec IAI est maintenue[34]. Initialement, il doit être placé en orbite par la fusée Firefly Alpha en cours de développement par la société, mais la puissance de celle-ci s'avère insuffisante pour transporter la charge utile de la NASA. Firefly Aerospace évoque son lanceur Beta mais celui-ci est à un stade de développement encore moins avancé[35],[36], et décide en mars 2021 de confier le lancement de l'atterrisseur lunaire à la fusée Falcon 9 de SpaceX. Celle-ci permet d'économiser les ergols de Blue Ghost dont la capacité d'emport passe de 100 à 150 kg. La capacité excédentaire doit être commercialisée[34].

Blue Ghost peut emporter une charge utile de 150 kilogrammes à la surface la Lune, dont 100 kilogrammes sont réservés par la NASA dans le cadre de sa première mission. Sa durée de vie est limitée à une journée lunaire, soit 14 jours, car son alimentation électrique (panneaux solaires et batterie) n'est pas conçue pour faire face à une période aussi longue d'absence de rayonnement solaire durant la nuit lunaire. L'énergie, qui est fournie par des panneaux solaires fixes montés sur le corps de l'engin, qui produisent 450 watts (300 watts disponibles pour les charges utiles en surface), est stockée dans des batteries lithium-ion. La propulsion principale est prise en charge par des moteurs-fusées à ergols liquides brûlant des ergols hypergoliques (MMH / peroxyde d'azote). Les communications avec la Terre sont assurées en bande X par une antenne grand gain et plusieurs antennes à faible gain. Le débit est de 10 mégabits par seconde sur la liaison descendante (antenne sur Terre de 13 mètres de diamètre) et de 2 kilobits par seconde sur la liaison montante[37].

L'atterrisseur Griffin de Astrobotic Technology

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Article détaillé : Griffin.

L'atterrisseur Griffin de Astrobotic Technology est un engin spatial basé sur la plateforme de l'atterrisseur Peregrine qui a été adaptée pouvoir déposer sur la Lune des équipements beaucoup plus lourds (charge utile maximale de 625 kg contre 100 kg pour Peregrine). Sa masse totale (charge utile comprise) est de six tonnes. La configuration de l'atterrisseur peut être modifiée pour s'adapter aux charges utiles et à la latitude du site d'atterrissage. Pour les missions à destination des pôles de la Lune (éclairage rasant), les panneaux solaires sont fixés sur les faces latérales alors que pour les missions visant des sites aux latitudes équatoriales ou moyennes, les panneaux solaires sont fixés sur le dessus. Sa durée de vie est de 14 jours, c'est-à-dire qu'il n'est pas conçu pour survivre au-delà d'une journée lunaire (14 jours terrestres). La propulsion comprend d'une part quatre moteurs-fusées à ergols liquides d'une poussée unitaire de 3,1 kN qui sont utilisés pour les manœuvres principales et la descente vers le sol lunaire et dont la poussée est modulable et d'autre part 12 moteurs-fusées de 111 newtons, regroupés par grappe de trois, prennent en charge le contrôle d'attitude avec six degrés de liberté. Tous ces moteurs sont alimentés par mise sous pression des réservoirs. Ils brûlent un mélange hypergolique d'hydrazine et de MON. Le système de contrôle d'attitude comprend un lidar Doppler pour déterminer la distance du sol et la vitesse de descente. La première mission de Griffin embarquera également l'instrument OPAL qui utilise des photos de la surface de la Lune pour déterminer la position précise de Griffin et effectuer un atterrissage de précision[38],[39]. Pour sa première mission, la dépose de l'astromobile VIPER près du pôle sud, l'astromobile est installé au sommet de l'atterrisseur. Celui-ci dispose de deux rampes mobiles qui sont abaissées après l'atterrissage sur la Lune et qui permettent de débarquer VIPER d'un côté ou de l'autre de Griffin.

L'atterrisseur Z-01 de OrbitBeyond (abandonné)

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OrbitBeyond (en) est une société du New Jersey qui réunit plusieurs sous-traitants dont le plus connu est Team Indus (en), une entreprise indienne chargée de la conception de l'atterrisseur qui était l'un des compétiteurs les plus avancés du Google Lunar X Prize. L'intégration de la charge utile est prise en charge par Honeybee Robotics (en), une société qui a déjà construit des composants de plusieurs sondes spatiales martiennes de la NASA. La NASA doit verser 97 millions $ pour la dépose de quatre charges utiles sur le sol lunaire. L'atterrisseur Z-01, qui reprend la conception de l'engin développé par Team Indus, peut déposer une charge utile de 40 kilogrammes sur le sol lunaire. La société a prévu de déposer également sur le sol un petit astromobile équipé d'une caméra stéréo pour ses propres besoins de mise au point technique. Un modèle d'ingénierie est déjà disponible et l'atterrisseur devrait effectuer une première tentative atterrissage dès . Il doit être lancé par une fusée Falcon 9 de SpaceX[3].

Missions CLPS et sites d'atterrissage à la surface de la Lune tels que prévus fin 2023.

Planning prévisionnel des vols

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En 2024, huit vols du programme CLPS étaient programmés :

Désignation Date de lancement Société Atterrisseur Lanceur Charge utile Site d'atterrissage Remarques Statut Références
Peregrine Mission One 8 janvier 2024 Astrobotic Technology Peregrine Vulcan Transporte 28 charges utiles distinctes dont 14 de la NASA au titre du programme CLPS. Masse de Peregrine 1283 kg, charge utile 256 kg. Lacus Mortis Mission attribuée en mai 2019. Contrat de 79,5 M. USD Échec: échoue à quitter l'orbite terrestre [40]
Intuitive Machines Mission One (IM-1) 15 février 2024 Intuitive Machines Nova-C Falcon 9 Transporte six charges utilises pour la NASA et cinq charges utiles d'autres clients privés. Masse de Odysseus de 1900 kg Mare Serenitatis et Mare Crisium Durée de la mission 14 jours. Mission attribuée en mai 2019 Succès alunissage réussi, mission en cours [41],[42]
Intuitive Machines Mission 2 (IM-2) Juin 2024 Intuitive Machines Nova-C Falcon 9 Foreuse PRIME-1 associée à un spectromètre de masse dans le but de tenter de collecter de la glace. Shackleton Mission attribuée en octobre 2020. En développement [43]
Blue Ghost Septembre 2024 Firefly Aerospace Blue Ghost Falcon 9 10 charges utiles Mare Crisium Mission attribuée en février 2021 En développement [44],[45]
Masten Mission One 2024 Masten Space XL-1 Falcon 9 Doit déposer environ 100 kg d'instruments et d'équipements Pôle Sud de la Lune Mission attribuée en avril 2020 En développement [46],[47]
VIPER Novembre 2024 Astrobotic Technology Griffin Falcon Heavy Doit déposer l'astromobile VIPER (430 kg) Pôle sud de la Lune. Mission attribuée en juin 2020. Premier vol de la version plus puissante de l'atterrisseur Griffin. Le contrat est de 199,5 millions $ Annulé [48]
Intuitive Machines Mission 3 (IM-3) 2024 Intuitive Machines Nova-C Falcon 9 92 kilogrammes d'instruments dont MoonLIGHT un rétroréflecteur laser de l'Agence spatiale européenne. Reiner Gamma Mission attribuée en novembre 2021. En développement [49]
? 2025 Draper SERIES-2 ? 65 kilogrammes d'instruments scientifiques. Cratère de Schrödinger (face cachée de la Lune) Mission sélectionnée en juin 2022. Des satellites seront mis en place pour relayer les données entre l'atterrisseur et la Terre. En développement

Notes et références

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  1. ↑ (en) Stephen Clark, « NASA cancels lunar rover, shifts focus to commercial moon landers », sur spaceflightnow.com, .
  2. ↑ (en) « NASA Announces New Partnerships for Commercial Lunar Payload Delivery Services », sur NASA, .
  3. ↑ a b c et d (en) Stephen Clark, « NASA picks three companies to send commercial landers to the moon », sur spaceflightnow.com, .
  4. ↑ (en) Jeff Foust, « Commercial lunar lander company terminates NASA contract », sur SpaceNews, .
  5. ↑ a et b (en) Stephen Clark, « NASA awards robotic lunar landing contract to Masten Space Systems », sur spaceflightnow.com, .
  6. ↑ (en) « NASA Selects Firefly Aerospace for Artemis Commercial Moon Delivery in 2023 », NASA, .
  7. ↑ a et b (en) Stephen Clark, « NASA to soon announce winner of first commercial lunar lander competition », sur spaceflightnow.com, A, .
  8. ↑ (en) Derek Richardson, « NASA selects experiments to fly aboard commercial lunar landers », sur spaceflightinsider.com, A,
  9. ↑ (en) Stephen Clark, « Artemis Program », sur EO Portal, Agence spatiale européenne (consulté le ).
  10. ↑ (es) Daniel Marín, « VIPER: un rover de la NASA para explorar el hielo de los polos de la Luna », sur Eureka, .
  11. ↑ (en) Stephen Clark, « NASA’s VIPER rover in development for scouting mission to moon’s south pole », sur spaceflightnow.com,
  12. ↑ (en) « New VIPER Lunar Rover to Map Water Ice on the Moon », sur spaceflightnow.com, NASA, .
  13. ↑ (en) « NASA Selects Astrobotic to Fly Water-Hunting Rover to the Moon », NASA,
  14. ↑ a et b (en) « First Commercial Moon Delivery Assignments to Advance Artemis », NASA,
  15. ↑ (en) Xiaoli Sun, David E. Smith, Evan D. Hoffman, Shane W. Wake et al., « Small and lightweight laser retro-reflector arrays for lunar landers », Applied Optics, vol. 58, no 33,‎ , p. 9259-9266 (DOI 10.1364/AO.58.00925910.1364/AO.58.009259, lire en ligne)
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  21. ↑ (en) B. A. Cohen et S. J. Barber « THE PEREGRINE ION TRAP MASS SPECTROMETER (PITMS): A CLPS-DELIVERED ION TRAP MASS SPECTROMETER FOR IN-SITU STUDIES OF THE LUNAR WATER CYCLE » () (lire en ligne) [PDF]
    —51st Lunar and Planetary Science Conference    .
  22. ↑ (en) H. Fuqua Haviland1, Peter Bertone, Jarvis Caffrey, Jeff Apple et al., « Neutron Measurements at the Lunar Surface (NMLS), an Eight Day Mission to Lacus Mortis on Astrobotic Mission One », 51st Lunar and Planetary Science Conference, vol. x,‎ (lire en ligne)
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  24. ↑ (en) « Lunar Node – 1 (LN-1) Navigation Beacon Payload FL- », NASA,
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  31. ↑ (en) « Korean Payloads for Lunar Surface Science », Institut des sciences astronomiques et spatiales (consulté le ).
  32. ↑ (en) « NASA Selects Draper to Fly Research to Far Side of Moon », NASA, .
  33. ↑ (en) Jeff Foust, « Firefly to partner with IAI on lunar lander », sur SpaceNews,
  34. ↑ a et b (en) Jeff Foust, « Firefly wins NASA CLPS lunar lander contract », sur SpaceNews,
  35. ↑ (en) Loren Grush, « Israel’s failed lunar lander will live on in the design of Firefly Aerospace's new Moon spacecraft », sur The Verge, .
  36. ↑ (en) Stephen Clark, « In parallel with rocket development, Firefly launches lunar lander initiative », sur Spaceflight Now, (consulté le ).
  37. ↑ (en) Firefly Aerospace, Fire y Blue Ghost Lander Payload User's Guide, , 16 p. (lire en ligne [PDF]).
  38. ↑ (en) Astrobotic Technology, Astrobotic Lunar Landers - Payload User’s Guide, , 67 p. (lire en ligne), p. 23-32
  39. ↑ (en) Mihir Neal et Haygen Warren, « NASA picks three companies to send commercial landers to the moon », sur nasaspaceflight.com,
  40. ↑ https://www.astrobotic.com/2019/5/31/astrobotic-awarded-79-5-million-contract-to-deliver-14-nasa-payloads-to-the-moon
  41. ↑ (en) « Intuitive Machines-1 Orbital Debris Assessment Report (ODAR) Revision 1.1 », sur Intuitive Machines, FCC,
  42. ↑ (en) Darrell Etherington, « Intuitive Machines picks a launch date and landing site for 2021 Moon cargo delivery mission », sur TechCrunch,
  43. ↑ (en) Katherine Brown, « NASA Selects Intuitive Machines to Land Water-Measuring Payload on the Moon », sur NASA,
  44. ↑ (en) « NASA Selects Firefly Aerospace for Artemis Commercial Moon Delivery in 2023 », NASA,
  45. ↑ (en) « Lunar Lander », Firefly Aerospace, .
  46. ↑ (en) « NASA Awards Contract to Deliver Science, Tech to Moon Ahead of Human Missions », NASA, .
  47. ↑ (en) Meagan Crawford, « SpaceX to Launch Masten Lunar Mission in 2022 », MASTEN,
  48. ↑ (en) « Astrobotic Awarded $199.5 Million Contract to Deliver NASA Moon Rover », sur Astrobotic Technology, .
  49. ↑ (en) « NASA Selects Intuitive Machines for New Lunar Science Delivery », NASA, .

Voir aussi

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Articles connexes

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Liens externes

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