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Missions Artémis : direction la Lune!

Décollage du système de lancement spatial de la NASA

Décollage du système de lancement spatial de la NASA (Boeing/John Grant)

Décollage du système de lancement spatial de la NASA

Décollage du système de lancement spatial de la NASA (Boeing/John Grant)

Parlons sciences

Quels sont les liens avec mon programme d'études?

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Pars à la découverte du système de lancement spatial de la NASA, qui comprend l’étage principal construit par Boeing, et découvre comment il a permis à la capsule Orion d’aller sur la Lune et d’en revenir.

Cinquante ans se sont écoulés depuis que l’humain a posé le pied sur la surface de la Lune. La dernière fois, c’était lors de la mission Apollo 17, le 7 décembre 1972. Le programme Artémis de la NASA est le prochain chapitre de l’exploration de l’espace lointain et des découvertes scientifiques. Ce programme vise à envoyer à nouveau des humains sur la Lune, puis à préparer un voyage vers Mars et plus loin encore.

Le savais-tu?

Au cours de la mission Apollo 17, le véhicule lunaire construit par Boeing a parcouru environ 30 km sur la surface de la Lune.

  • Artémis I était une mission sans équipage et un vol d’essai de la fusée du système de lancement spatial de la NASA et de la capsule Orion. Elle s’est déroulée entre le 16 novembre et le 11 décembre 2022.
  • Artémis II sera un vol avec équipage qui enverra des astronautes autour de la Lune pour ensuite revenir sur Terre.
  • Artémis III permettra à la première femme et à la première personne de couleur de fouler le sol de la Lune.

Le savais-tu?

Dans la mythologie grecque, Artémis est la sœur jumelle d’Apollon et la déesse de la Lune.

Examinons chaque mission en détail.

Le 16 novembre 2022, à 1 h 47, heure de l’Est, la mission Artémis I a été lancée avec succès au Centre spatial Kennedy en Floride, aux États-Unis. L’un des principaux objectifs de la mission était de tester la fusée du système de lancement spatial et la capsule Orion.

Du haut vers le bas, voici les composantes de la fusée du système de lancement spatial :

  • l’étage de propulsion cryogénique intermédiaire;
    • L’étage de propulsion cryogénique intermédiaire mesure environ 13,7 mètres de haut et 5 mètres de diamètre. Il est alimenté par un moteur RL-10 qui envoie la capsule Orion sur la bonne trajectoire vers la Lune. Pour la mission Artémis I, une extrémité de l’étage de propulsion cryogénique intermédiaire était fixée à l’adaptateur de la capsule Orion et transportait 10 nanosatellites, appelés CubeSats, qui ont été libérés en orbite autour de la Lune. L’autre extrémité était fixée à l’étage central par l’adaptateur d’étage du vaisseau de lancement.
  • l’adaptateur d’étage du vaisseau de lancement;
    • L’adaptateur d’étage du vaisseau de lancement, qui a la forme d’un cône, relie l’étage de propulsion cryogénique intermédiaire, plus étroite, à l’étage central, plus large, situé en dessous.
  • l’étage central construit par Boeing en collaboration avec des partenaires de l’industrie;
    • L’étage central est le plus grand étage de fusée jamais construit! Il alimente la fusée la plus puissante du monde. Il mesure près de 65 mètres de haut et environ 8,5 mètres de diamètre.
L’infographie en couleur montre différentes sections à l’intérieur de l’étage central de la fusée lunaire Artémis I.

Infographie sur l’étage central (Parlons sciences en utilisant une image de la NASA).

Image - Version texte

L’infographie en couleur montre différentes sections à l’intérieur de l’étage central de la fusée lunaire Artémis I.

Le fond de l’infographie est bleu foncé. Il y a du texte orange et bleu pâle dans des encadrés bleus. Le titre de l’infographie, « Étage central 101* », figure dans le coin supérieur gauche. Un sous-titre indique : « *Ou: tout ce que tu dois savoir sur l’étage central du système de lancement spatial, la principale structure de la fusée »

À droite, on trouve un schéma intitulé « À l’intérieur de l’étage central ». Il s’agit d’une silhouette bleu pâle, en forme de fusée. Les noms des zones intérieures sont écrits en blanc. En partant du haut, une courte section orange correspond à la « jupe avant ». En dessous se trouve une section ovale plus longue nommée « réservoir d’oxygène liquide ». En dessous, il y a une autre section plus petite. Il s’agit de l’« inter-réservoir ». Sous cette section, une plus grande section, un long cylindre orange, correspond au « réservoir d’hydrogène liquide ». Une section grise et carrée au bas de la fusée est étiquetée « section moteur ».

À droite, on trouve une liste de faits intitulée « Quelle taille fait l’étage central? ». En dessous, on peut lire quatre faits :
– 64,6 mètres de haut et 8,4 mètres de diamètre
– Environ 1 million de kilogrammes de propergol
– Le plus grand étage de fusée jamais construit
– Propulse la fusée la plus puissante du monde

En dessous se trouve une zone de texte bleu pâle intitulée « À toute vitesse » avec un éclair blanc sur le côté gauche de la zone de texte. Le texte dans l’encadré est le suivant : « Le système de lancement spatial atteint la vitesse Mach 23 (plus de 27 300 kilomètres par heure) en seulement 8,5 minutes ».
Au centre de l’infographie, une illustration présente les cinq parties numérotées de l’étage principal. En dessous, un long encadré de texte bleu pâle est divisé en cinq sections numérotées correspondant aux cinq parties de l’étage principal.

En commençant par la gauche, un cylindre blanc, sur lequel sont fixés trois cônes noirs, porte le chiffre 1. Le texte sous cette partie correspond à la « section moteur ». Le texte est le suivant :
– Achemine le propergol du réservoir d’hydrogène liquide et du réservoir d’oxygène liquide aux quatre moteurs RS-25
– Avionique pour piloter les moteurs
– Points d’attache des propulseurs d’appoint

À droite, un long cylindre orange aux extrémités blanches arrondies porte le chiffre 2. Le titre sous cette partie indique « Réservoir d’hydrogène liquide ». Le texte est le suivant :
– Contient 2 millions litres d’hydrogène refroidi à -423 degrés Fahrenheit

À droite se trouve un cylindre orange, court et vide, qui porte le chiffre 3. Le titre sous cette partie indique l’« Inter-réservoir ». Le texte est le suivant :
– Jonction du réservoir d’hydrogène liquide et du réservoir d’oxygène liquide
– Accueille les systèmes d’avionique et les composantes électroniques
– Points d’attache du propulseur d’appoint

À droite, un long cylindre de taille moyenne aux extrémités blanches arrondies porte le chiffre 4. Le titre sous cette partie indique « Réservoir d’oxygène liquide ». Le texte est le suivant :
– Contient 741 940 litres d’oxygène refroidi à -297 degrés Fahrenheit

La dernière partie à droite est un fin anneau orange portant le chiffre 5. Le titre sous cette partie indique « jupe avant ». Le texte est le suivant :
– Abrite les ordinateurs de contrôle de vol, les caméras et les systèmes d’avionique. C’est le « cerveau » de la fusée.

Sous les sections numérotées, il y a une longue section bleu foncé. À gauche, on trouve une petite illustration d’une flamme orange. Le texte à côté indique ce qui suit : « Alimente quatre moteurs pour produire un total de 907 000 kilogrammes de poussée ».

À droite, on trouve une petite illustration orange et blanche d’un camion-citerne. Le texte à côté indique ce qui suit : « 2,8 millions de litres de propergol remplissent les réservoirs d’hydrogène liquide et d’oxygène liquide, assez pour remplir 63 gros camions-citernes ».

Enfin, le texte suivant se trouve le long du bord inférieur de l’infographie : « www.nasa.gov/sls ; Des réservoirs plus grands. Des missions plus audacieuses. ; #NASASLS ».

  • Deux propulseurs d’appoint à poudre
    • Les deux propulseurs de la fusée du système de lancement spatial sont les propulseurs d’appoint à poudre les plus puissants jamais construits pour une fusée! Chaque propulseur mesure près de 54 mètres de haut et produit plus de 1,5 million de kilogrammes de poussée. Les deux propulseurs d’appoint à poudre combinés produisent plus de 75 % de la poussée totale de la fusée du système de lancement spatial pendant les deux premières minutes de vol.
  • Quatre moteurs RS-25
    • Les quatre moteurs RS-25 font partie de la section moteur de l’étage central. Chacun des quatre moteurs pèse environ 3 600 kg et a la taille d’une petite voiture! Chaque moteur produit plus de 225 000 kilogrammes de poussée.

Ensemble, la fusée du système de lancement spatial et la capsule Orion mesurent environ 98 mètres de haut. Lorsqu’ils sont remplis de carburant, ils pèsent plus de 2,3 millions de kilogrammes!

L’étage central du système de lancement spatial contient le propergol pour fusées. Le propergol est le carburant utilisé par les moteurs de fusée. Lorsqu’il est plein, l’étage central contient environ 2,8 millions de litres d’oxygène et d’hydrogène liquides. La fusée du système de lancement spatial, soit la fusée la plus puissante au monde, produit environ 4 millions de kilogrammes de poussée lorsqu’elle décolle.

L’illustration montre les différentes parties de la fusée lunaire d’Artémis 1

Infographie des sections du système de fusée Artémis I (Parlons sciences en utilisant une image de la NASA).

Image - Version texte

L’illustration montre les différentes parties de la fusée lunaire d’Artémis 1. L’arrière-plan montre la Lune dans l’espace.

Un petit titre bleu dans le coin supérieur gauche de l’image indique « Système de lancement spatial ». En dessous, un titre plus grand en caractères blancs indique « ARTÉMIS 1 FUSÉE LUNAIRE ». Dans le coin inférieur gauche, un bloc de texte indique : « Le système de lancement spatial de la NASA est la seule fusée construite pour propulser plus de 27 000 kilogrammes dans l’espace lointain.
Une illustration détaillée de la fusée s’étend sur toute l’image. Ses différentes sections sont indiquées par des lignes menant à de courts paragraphes d’information en texte blanc.

En commençant par le haut, une section blanche, pointue, en forme de cône, porte le titre « Capsule Orion ». Le texte en dessous indique ce qui suit : « Une capsule Orion sans équipage s’aventurera à des milliers de kilomètres au-delà de la Lune, ouvrant la voie à de futurs vols accueillant des astronautes ».

Sous la capsule Orion, un cylindre blanc marqué de quatre petits carrés noirs correspond à l’« adaptateur d’étage Orion ». Le texte en dessous indique ce qui suit : « L’adaptateur transporte des nanosatellites dans l’espace lointain. Les nanosatellites peuvent mener des activités scientifiques de calibre mondial pour une fraction du prix ».

En dessous, une courte section cylindrique blanche correspond à l’« étage de propulsion cryogénique intermédiaire ». Le texte en dessous indique ce qui suit : « Un moteur RL-10 fournit 11 300 kg de poussée pour envoyer Orion sur la Lune ».
En dessous, un cylindre brun formé d’une large base et de parois inclinées correspond à l’« adaptateur d’étage du vaisseau de lancement ». Le texte en dessous indique ce qui suit : « L’adaptateur connecte l’étage central de 8,4 mètres de diamètre à l’étage de propulsion cryogénique intermédiaire de 5 mètres de diamètre et enferme partiellement l’étage de propulsion cryogénique intermédiaire ».

En dessous, un cylindre brun avec des anneaux beiges près des bords supérieur et inférieur correspond à l’« étage central ». Le texte en dessous indique ce qui suit : « L’étage central de 64,6 mètres de haut renferme 2,8 millions de litres de propergol permettant d’alimenter quatre moteurs RS-25 pendant huit minutes, propulsant la fusée dans l’espace à une vitesse de 27 300 kilomètres par heure ».

En dessous, de part et d’autre d’un long cylindre brun, deux étroits cylindres blancs au sommet pointu correspondent aux « propulseurs d’appoint à poudre ». Le texte en dessous indique ce qui suit : « Chaque propulseur haut de 17 étages génère une poussée de 1,6 million de kilogrammes, fournissant 75 % de la poussée totale pendant les deux premières minutes de vol de la fusée du système de lancement spatial ».

Au bas de la structure, de petits cônes noirs correspondent aux « quatre moteurs RS-25 ». Le texte en dessous indique ce qui suit : « Ces moteurs, les plus efficaces jamais fabriqués, fournissent une poussée totale de 907 000 kilogrammes pour le lancement et l’ascension vers l’espace ».

L’arrière-plan montre une grande lune bleu foncé et bleu clair. L’espace autour passe du bleu foncé en haut au violet en bas. Une brume pâle et des petites étoiles sont visibles sur l’image.

Dans un grondement assourdissant, la fusée du système de lancement spatial et la capsule ont décollé du complexe de lancement 39B tôt le 16 novembre 2022.

Un peu plus de deux minutes après le décollage, les propulseurs d’appoint à poudre ont épuisé leur carburant. Les propulseurs se détachent et tombent de l’étage central.

Shown is a labelled, colour illustration of the Artemis 1, against a background of the moon in space.

La fusée du système de lancement spatial décolle du complexe de lancement 39B du Centre spatial Kennedy de la NASA (Source: Boeing/John Grant).

Image - Version texte

La photo en couleur montre une fusée avec des flammes sortant de sa base entourée d’un nuage de fumée.

La fusée est brune et comporte de longs cylindres blancs de chaque côté, ainsi qu’un long sommet pointu. On trouve trois tours pointues faites de barres métalliques. L’une d’elles se trouve juste devant la fusée, et les autres sont à une certaine distance de chaque côté.

Le ciel nocturne derrière est bleu foncé. Deux flammes épaisses et flamboyantes illuminent la zone autour de la base de la fusée. De gros nuages de fumée gris se forment autour des flammes et du côté gauche de la photo.

Puis, après environ huit minutes, le propergol de l’étage central s’est consumé et les quatre moteurs se sont éteints. C’est ce qu’on appelle la coupure du moteur principal. Une fois les moteurs arrêtés, l’étage central s’est séparé de la capsule Orion du système de lancement. Huit minutes et demie après le décollage, la capsule Orion a été mise en orbite de façon sécuritaire grâce à l’étage de propulsion cryogénique intermédiaire. À ce moment, le travail de l’étage principal du système de lancement spatial était terminé!

Un peu plus de 18 minutes après le décollage de la mission, les panneaux solaires d’Orion ont commencé à s’ouvrir. Il faut environ 10 minutes pour que les quatre panneaux s’ouvrent complètement.

Ces panneaux solaires fournissent de l’énergie à Orion pour son voyage autour de la Lune et son retour sur Terre.

Orion spreads its wings (2019) par European Space Agency, ESA (2 min 28 s)

Dans ce vidéo, tu peux voir comment les panneaux solaires se déploient.

Environ 1 heure et 20 minutes après le décollage, le moteur de l’étage de propulsion cryogénique intermédiaire a commencé le premier des deux allumages pour mettre Orion sur la bonne trajectoire. Un allumage consiste à appliquer une poussée pour modifier la vitesse d’un engin spatial. Le deuxième allumage a duré environ 18 minutes.

Enfin, un peu moins de deux heures après le décollage, l’étage de propulsion cryogénique intermédiaire s’est séparé d’Orion. Cela a permis à la capsule Orion d’accélérer à plus de 40 000 kilomètres par heure. À cette vitesse, elle a pu échapper à la gravité de la Terre et se diriger vers la Lune.

En cours de route, les dix nanosatellites appelés « CubeSats » ont été déployés, un par un, à partir de boîtes à ressort situées dans l’adaptateur de l’étage Orion. Les nanosatellites ont ainsi été placés en orbite autour de la Lune, ce qui a permis de recueillir des données sur la Terre, la Lune et l’espace et de les transmettre pour qu’elles soient étudiées.

Un nanosatellite « CubeSats », le Lunar IceCube, est en mission pour trouver de la glace d’eau lunaire. Un rover lunaire canadien fera la même chose sur la Lune.

Shown is a colour photograph of a wide cylinder on a raised platform.

Des nanosatellites « CubeSats » de la taille d’une boîte à chaussures sont entreposés à l’intérieur de l’adaptateur de l’étage Orion (Source: NASA [domaine public] via Flickr). 

Image - Version texte

La photo en couleur montre un large cylindre posé sur une plateforme surélevée.

La paroi intérieure du cylindre est vert fluorescent avec des motifs de triangles. Douze écrans sont fixés tout autour de la paroi. Le fond à l’intérieur du cylindre est un dôme noir et arrondi. La paroi extérieure est lisse et blanche, marquée de deux petits carrés devant.

Après près de 26 jours, Artémis I a terminé sa mission avec succès le 11 décembre 2022, lorsque la capsule Orion s’est écrasée dans l’océan Pacifique.

Le savais-tu?

Un mannequin nommé « Moonikin Campos » ainsi que deux torses de mannequins constituaient l’« équipage » d’Orion, chargé de recueillir des données pour les futurs vols spatiaux habités.

Un étage central construit par Boeing sera également utilisé pour la mission Artémis II. Pour cette mission, le Canada enverra même un ou une astronaute à bord de la capsule Orion! Ce sera l’un des deux voyages que l’Agence spatiale canadienne effectuera à bord de la capsule Orion grâce à sa contribution d’un bras robotique, appelé Canadarm3.

Parlons sciences remercie Susan Higashio Weinreich de Boeing Canada pour son travail et sa contribution à l’élaboration de ce document d’information.

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Références