Blue Ghost Mission 2

Blue Ghost Mission 2 est une mission spatiale du programme Commercial Lunar Payload Services (CLPS) de la NASA dont l'objectif est de mettre en œuvre à la surface de la Lune un radiotélescope qui doit tenter d'identifier un signal radio émis durant les Âges sombres de l'univers, un sismomètre destiné à analyser le sous-sol de la Lune, un petit astromobile ainsi que que le petit satellite de télécommunications Lunar Pathfinder de l'Agence spatiale européenne prémisse d'un réseau de télécommunications lunaire. Il s'agit de la deuxième mission utilisant l'atterrisseur Blue Ghost développé par la société Firefly Aerospace.

Blue Ghost Mission 2
Mission robotique lunaire

Vue d'artiste de l'atterrisseur.

Données générales

Organisation	NASA
Constructeur	Firefly Aerospace
Programme	CLPS
Domaine	Étude de la surface de la Lune, astronomie, tests technologies spatiales
Type de mission	Atterrisseur
Statut	En développement
Lancement	2026
Lanceur	Falcon 9
Durée	environ 50 jours

Caractéristiques techniques

Masse au lancement	< 2 800 kg
Propulsion	chimique
Ergols	méthylhydrazine et MON-3
Contrôle d'attitude	stabilisé 3 axes
Source d'énergie	panneaux solaires
Puissance électrique	400 Watts (atterrisseur)

Orbite

Localisation	Face cachée de la Lune

Principaux instruments

LuSEE-Night	Radiotélescope
UT	Émetteur radio
SPIDER	Sismomètre
Rashid 2	Astromobile
Lunar Pathfinder	Satellite de télécommunications

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La mission, qui doit être lancée en 2026, doit se poser sur la face cachée de la Lune, une première spatiale pour les États-Unis. Une fois au sol des données seront collectées durant une cinquantaine de jours, le radiotélescope ayant été conçu pour survivre à plusieurs nuits lunaires.

Contexte

Dans le cadre de son programme Artemis, qui a pour objectif le retour d'un équipage sur la Lune vers 2026, l'agence spatiale américaine, la NASA, décide en 2018 de confier à des sociétés privées la dépose à la surface de la Lune d'instruments scientifiques et d'engins robotiques. Ceux-ci sont destinés à mener des investigations qui doivent compléter les études scientifiques menées à la surface de la Lune par les astronautes et doivent contribuer à développer les capacités des futures missions lunaires, en évaluant par exemple les ressources en glace d'eau. Celles-ci pourraient permettre à terme de produire des ergols pour les fusées se posant à la surface de la Lune ainsi que de l'oxygène et de l'eau pour les équipages^[1].

Pour atteindre cet objectif, la NASA met sur pied le programme CLPS. À la suite d'une série d'appels d'offres, quatre sociétés, dont Astrobotic Technology, sont sélectionnées pour acheminer des charges utiles à la surface de la Lune. Le cahier des charges de la NASA ne fournit aucune contrainte relative à l'architecture et se contente de définir la masse et la nature des charges utiles devant être transportées. Les sociétés sélectionnées sont de nouveaux entrants dans le domaine et ont une expérience limitée dans le développement d'atterrisseurs. Mais la NASA accepte la majoration du risque par rapport à une approche plus conventionnelle faisant appel aux poids lourds du secteur spatial car elle estime que cette démarche permettra d'atteindre les objectifs à un coût final sensiblement réduit. La philosophie du programme CLPS est similaire à celle des programmes COTS et CCDev que l'agence spatiale a mis sur pied pour le ravitaillement et la relève des équipages de la Station spatiale internationale^[1],[2].

Historique

La NASA sélectionne en mars 2023 la société Firefly Aerospace pour une mission qui doit placer en orbite lunaire un satellite relais Lunar Pathfinder développé par l'Agence spatiale européenne et via l'atterrisseur Blue Ghost dont c'est la deuxième mission, deux expériences qui doivent être déposées sur la face cachée de la Lune. Ce sera la première mission américaine à se poser sur cette face de la Lune. La mission, pour laquelle l'agence spatiale américaine verse 112 million $, est planifiée en 2026. Pour réaliser cette mission, un étage Elytra Dark fourni par Firefly Aerospace prend en charge le transfert des charges utiles (atterrisseur Blue Ghost et satellite Lunar Pathfinder) et après avoir délivré celles-ci reste en orbite lunaire et sert de relais de communications et de dispositif d'étalonnage pour Blue Ghost et les expériences déposées en surface. Les trois expériences emportées sont^[3],[4]

Objectifs scientifiques et technologiques

Caractéristiques techniques

Les trois modules de la mission.

L'ensemble envoyé vers la Lune est constitué de trois modules empilés les uns sur les autres. De bas en haut ce sont^[5] :

• L'orbiteur Elytra (dérivé du véhicule Alpha de Firefly) qui sera placé en orbite autour de la Lune et servira de relais de télécommunications entre l'atterrisseur Blue Ghost et la Terre.
• Le satellite Lunar Pathfinder de l'Agence spatiale européenne.
• L'atterrisseur Blue Ghost avec à son sommet le radiotélescope LuSEE Night.

L'atterrisseur Blue Ghost

Blue Ghost est un engin spatial conçu pour se poser sur la Lune (atterrisseur lunaire) avec une charge utile dont la masse maximale est de 150 kilogrammes. Celle-ci peut être constituée d'instruments scientifiques, d'équipements spatiaux à tester ou d'astromobiles. Blue Ghost a une masse maximale de 2 700 kg en orbite et dispose de panneaux solaires qui fournissent 400 watts à disposition de la plateforme et de la charge utile. L'engin spatial a une forme approximativement cubique et est haut de 2 mètres pour un diamètre de 3,5 m. Il se pose sur la Lune sur un train d'atterrissage en composite carbone constitué de quatre pieds fixés aux angles, légèrement inclinés par rapport à la verticale, et dont la structure en nid d'abeilles s'écrase pour absorber le choc de l'atterrissage. Les semelles des pieds comportent des capteurs qui déclenchent l'arrêt de la propulsion lors qu'ils détectent le sol. La structure est constituée par un treillis de 49 poutrelles en composite carbone qui permet d'allier rigidité et légèreté. La propulsion principale est assurée d'une part par un moteur-fusée à ergols liquides (bi ergols) de plus de 1 000 newtons de poussée, utilisé pour l'insertion en orbite lunaire et durant la phase de descente vers la surface de la Lune, et d'autre part par quatre moteurs-fusées à ergols liquides modulables qui totalisent 1 600 N de poussée et sont utilisés pour maintenir l'orientation durant les phases propulsées et assurer un atterrissage en douceur. Douze petits moteurs à gaz froid sont utilisés pour maintenir l'orientation de l'engin spatial durant les phases non propulsées. Deux réservoirs contiennent respectivement le carburant méthylhydrazine et le comburant MON-3 utilisé par la propulsion principale. Par ailleurs l'hélium utilisé pour la pressurisation des ergols est stocké dans quatre réservoirs. Pour les communications Blue Ghost dispose d'une antenne en bande X et de trois antennes en bande S dont le débit permet de transmettre des vidéos en haute définition. Cette conception, à la fois fiable et polyvalente, permet au Blue Ghost de répondre aux exigences des missions scientifiques et technologiques les plus ambitieuses prévues sur la lune.

Le satellite Lunar Pathfinder

Le satellite Lunar Pathfinder fourni par l'Agence spatiale européenne et développé par la société Surrey Satellite Technology qui sera placé sur une orbite lunaire servira de relais entre la Terre et la Lune pour les communications émises par les différents engins et expériences situés à la surface ou en orbite autour de la Lune. Les liaisons se font en bande X avec la Terre et en bande S et UHF avec la Lune^[6].

Instruments scientifiques

Blue Ghost Mission 2 embarque les instruments suivants^[4] :

• LuSEE-Night (Lunar Surface Electromagnetics Experiment-Night) est un prototype de radiotélescope basse fréquence (50 MHz) qui doit effectuer pour la première fois une tentative de détection des émissions radio produites durant la période des Âges sombres (jusqu'à 400 millions d'années après le Big Bang). Ce signal, qui résulte des interactions entre le fond diffus cosmologique et les atomes d'hydrogène neutre, a une longueur d'ondes de 21 centimètres du fait d'un décalage vers le rouge de 100. Il ne peut être observé depuis la Terre car il est bloqué par l'ionosphère. La position de l'instrument sur la face cachée de la Lune permet en choisissant le bon moment pour effectuer ces observations, de supprimer le bruit de fond radio produit par le Soleil, la Terre, Jupiter et Saturne. LuSEE-Night, qui est l'instrument principal de la mission, comprend deux antennes dipôles en croix de 6 mètres de longueur fixées sur un moteur permettant de les orienter dans le plan parallèle à la surface (un degré de liberté). Les antennes sont fixées au sommet d'un boitier rectangulaire de 1 mètre de côté et 70 centimètres de longueur contenant un spectromètre radio, l'électronique, des radiateurs permettant d'évacuer la chaleur excédentaire, des panneaux solaires et une batterie de grande capacité. L'expérience résulte d'une collaboration de l'Université de Berkeley et du Laboratoire national de Brookhaven^[7],[8].
• UT (User Terminal) est un équipement radio fonctionnant en bande S qui sera déposé au sol avec l'atterrisseur Blue Ghost et permettra de valider le protocole de communication radio avec le satellite Lunar Pathfinder et sera utilisé pour transmettre les données produites par l'instrument LuSEE-Night.
• L'astromobile Rashid 2 fourni par le Centre spatial Mohammed Bin Rashid des Émirats Arabes Unis.
• SPIDER (Seismic Payload for Interplanetary Discovery, Exploration and Research) est un sismomètre fourni par la société Fleet en Australie qui sera déposé à la surface de la Lune et collectera les vibrations engendrées par les séismes lunaires et les impacts des météorites pour déterminer les dépôts de glace d'eau par tomographie sismique^[9].

Déroulement de la mission

Blue Ghost Mission 2 doit être lancé en 2026 par une fusée Falcon 9. Une fois en orbite autour de la Lune, le satellite de télécommunications lunaires expérimental Lunar Pathfinder fourni par l'Agence spatiale européenne ainsi que l'atterrisseur Blue Ghost sont largués, l'orbiteur Elytra restant en orbite pour assurer les communications entre la surface de la Lune et la Terre. Le site d'atterrissage a été choisi pour limiter les interférences radio en provenance de la Terre qui pourraient perturber le fonctionnement du radiotélescope LuSEE-Night. Il est situé sur l'antiméridien à l'antipode de la Terre et dans une région à l'horizon dégagé ((23,813◦S, 182,258◦E) Après l'atterrissage sur la face cachée de la Lune, l'astromobile Rashid 2 et l'instrument SPIDER sont déployés à la surface. La mission à la surface doit durer une journée lunaire et s'achève lorsque le Soleil n'éclaire plus la surface. L'instrument LuSEE-Night, qui sera au préalable étalonné en utilisant des signaux émis par l'orbiteur Elytra lors d'une trentaine de passage, est conçu pour fonctionner uniquement durant la nuit lunaire sur une période de 50 jours (il doit donc survivre à plusieurs nuits lunaires)^[10].