Beresheet : la première sonde privée vers la Lune

L’année 2019 est bien lunaire ! [(re)lire Que va-t-il se passer en 2019 dans l’espace ?].

Après l’atterrissage de Chang’e-4 sur la face cachée de la Lune début janvier, un nouvel épisode spatial lunaire a pris son envol ce vendredi 22 février avec le lancement de la première mission privée vers la Lune.

Beresheet s’envole pour la Lune

En effet, ce vendredi, une Falcon 9 a décollé de Cap Canaveral en Floride avec à son bord 3 passagers, dont la mission Beresheet de SpaceIL.

Pour les détails du lancement, ce sera dans le récap de la semaine.

Nusantara Satu Mission

Décollage Falcon 9 / Nusantara Satu / Beresheet le 22/02/2019 (credit SpaceX)

34 minutes après le décollage, Beresheet l’atterrisseur lunaire de SpaceIL était séparé du lanceur. 

Il faudra 40 jours au total pour que le satellite atteigne la Lune, puis une semaine supplémentaire en orbite lunaire avant d’atterrir. Détails ci-dessous

 

SpaceIL, héritière du Google Lunar XPrize

Les concours XPRIZE ont l’objectif de favoriser l’innovation dans tous les domaines et à grande échelle, et notamment dans le spatial.

Le défunt Google Lunar XPRIZE (Crédit : Google)

Après que le premier concours, l’Ansari XPrize, ait donné lieu par la suite au SpaceShipTwo de Virgin Galactic, le concours Google Lunar XPrize créé en 2007 avait donné un nouvel élan vers la Lune avec une récompense à la première équipe qui irait se poser sur la Lune, se déplacer de 500 mètres à sa surface et transmettre vers la Terre des images et vidéos en haute définition.

Plusieurs fois la date limite du concours avait été repoussée mais au final, le concours a été abandonné début 2018 car aucune équipe concurrente n’avait de date de tir de sa mission avant la dernière date limite du 31 mars 2018,. Pourtant 5 équipes avaient confirmé avoir signé un contrat pour un lancement vers la Lune.

Des 29 équipes présentes au début du concours, il ne restait donc plus que 5 finalistes dont l’équipe israélienne de SpaceIL, la première, dès octobre 2015, à faire valider son lancement à bord de la Falcon 9 de Space X.

Logo de SpaceIL

L’équipe du Google Lunar X Prize, fondée par 3 ingénieurs israéliens et soutenue par des fonds privés, a créé en 2001 SpaceIL, une organisation à but non lucratif israélienne, pour inspirer davantage d’Israéliens à poursuivre une carrière dans les STIM (Science, Technologie, Ingénierie et Mathématiques – STEM en anglais pour Science, Technology, Engineering, and Mathematics) et susciter la curiosité pour les sciences et sur le lien entre les sciences et les technologies, et la vie quotidienne.

Au-delà de la mission lunaire, SpaceIL a créé une communauté éducative composée de dizaines de volontaires, qui donnent des conférences au grand public en Israël.

Dorénavant, l’organisation est aussi soutenue par des fonds de l’état d’Israël.

 

La mission en détails

Beresheet, ou בראשית, le nom hébreu du livre de la Genèse signifiant « Au commencement », est un atterrisseur d’environ 100 millions de dollars, lancement compris.

L’atterrisseur est un module haut de 1,5 mètre, large de 2,3 mètres (jambes d’atterrissage déployées) pour une masse au lancement de 585 kg dont 425 kg d’ergols.

Illustration présentant les sous-systèmes de l’atterrisseur de SpaceIL (Crédit : SpaceIL)

Beresheet a un moteur principal unique qu’il utilisera pour les manœuvres orbitales et l’atterrissage sur la Lune. Ce moteur de fusée LEROS 2b, développé et construit à Nammo Westcott en Grande-Bretagne, est conçu à l’origine pour manœuvrer les satellites sur leurs orbites définitives et pour des missions dans l’espace lointain (Mars, Mercure et Jupiter, mais jamais pour la Lune), et jusqu’à présent jamais pour un atterrissage. Les adaptations apportées au moteur ont notamment consisté à augmenter sa poussée et à raccourcir sa tuyère. De plus petits propulseurs (thrusters) seront utilisés pour le contrôle d’attitude.

Les 4 jambes d’atterrissage (landing gears) ont nécessité un processus spécial de recherche et développement afin de garantir l’intégrité et la stabilité du module lunaire lors de l’atterrissage lunaire. Pendant le lancement, le train d’atterrissage doit être dans les limites du volume utilisable autorisé sous la coiffe et résister au lancement, tout en ayant une masse minimale. Une fois arrivé sur la Lune, il doit absorber l’énergie d’atterrissage, maintenir une garde au sol positive, empêcher le vaisseau spatial de basculer. Chacune des jambes est composée de trois barres télescopiques formant un trépied inversé. La pointe du trépied est équipée d’un repose-pieds qui entrera en contact avec la surface lunaire.

A gauche le système d’une « jambe » d’atterrissage du lander Beresheet en configuration déployée sur le sol lunaire, à gauche le système en configuration stockée pour le lancement (credit SpaceIL)

Beresheet est équipé d’une caméra couleur (RVB) de 8 mégapixelsImperx Bobcat B3320C. Son champ de vision est de 60 x 80 degrés et sa résolution est de 2488 par 3312 pixels. Il s’agit d’un large champ de vision avec beaucoup de pixels, similaire (dans la mesure où ils peuvent être comparés) à l’œil humain, ou à peu près équivalent à un reflex numérique avec une focale de 21 mm. L’objectif autofocus spécial, est capable de survivre et de fonctionner dans les conditions environnementales difficiles et la plage de température extrême régnant sur la Lune entre -120 + 120 ° C.

Photo de la caméra embarquée sur Beresheet (credit SpaceIL)

En plus de fournir des images haute résolution depuis la surface, Beresheet mesurera le champ magnétique sur son site d’atterrissage (détails ci-dessous)  Comprendre le magnétisme de la Lune nous apprend son histoire. Alors que la Terre possède un champ magnétique global provoqué par le brassage continu de métal liquide près du noyau, la Lune n’en possède pas. Mais il y a 3,6 milliards d’années, la Lune avait un champ magnétique aussi puissant que celui de la Terre. Lorsque les roches en formation se solidifient à partir de leurs états fondus, elles gardent des traces du champ magnétique ambiant de l’époque. En examinant les âges de différentes régions et la force du champ magnétique enfoui dans les roches, les scientifiques pensent reconstituer l’histoire de la Lune.

Le module lunaire emporte aussi un rétroréflecteur laser fourni par la NASA.  Plus petit qu’une souris d’ordinateur, cet appareil est doté de huit miroirs placés dans un cadre en aluminium en forme de dôme. Cette configuration permet à l’appareil de réfléchir la lumière provenant de n’importe quelle direction jusqu’à sa source. L’altimètre laser de l’orbiteur lunaire de la NASA LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) essaiera de déclencher des impulsions laser sur le rétroréflecteur de Beresheet, puis mesurera le temps nécessaire pour que la lumière rebondisse. En utilisant cette technique, les ingénieurs s’attendent à pouvoir localiser l’emplacement de Beresheet avec une précision de 10 cm.

L’atterrisseur Beresheet de SpaceIL contient un réseau de catadioptres laser (LRA pour Laser Retro-reflector Array) fourni par le Goddard Space Flight Center de la NASA et le MIT (credit SpaceIL)

Les rétroréflecteurs laser ont déjà joué un rôle déterminant dans l’exploration spatiale. Les astronautes des missions Apollo ont laissé trois grands panneaux réflecteurs à divers emplacements de la Lune il y a 50 ans. Ils réfléchissent encore la lumière aujourd’hui, chacun avec leurs 100 miroirs vers la Terre. À l’aide de ces miroirs, les scientifiques ont appris beaucoup de choses sur la Lune, notamment le fait qu’elle s’éloigne de la Terre à un rythme de 3,8 centimètres par an.

L’atterrisseur embarque aussi trois petits disques contenant des fichiers numériques. Ils renferment la Déclaration d’indépendance et l’hymne national d’Israël, des chants en hébreu, l’Ancien Testament et la prière juive pour un voyage en toute sécurité connue sous le nom de « prière de Wayfarer », des peintures réalisées par des enfants israéliens, de la littérature et le drapeau israéliens, notamment.

Un long voyage de 2 mois vers la Lune

Alors que la mission chinoise Chang’e 4 avait atteint l’orbite lunaire à peine 4,5 jours après son décollage, il faudra 40 jours au module lunaire Beresheet pour atteindre la Lune.

Beresheet n’étant que passager secondaire de la mission principale de la Falcon 9, un satellite de télécommunications placé en orbite de transfert géostationnaire, le module va rester en orbite terrestre le temps de tester ses sous-systèmes et ensuite effectuera des allumages successifs de son moteur pour élever son apogée et être capturé par l’attraction gravitationnelle de la Lune.

Graphique montrant les différentes étapes de la Lune de l’atterrisseur lunaire israélien Beresheet (credit SpaceIL)

La dernière manoeuvre est prévue nominalement le 4 avril à 14h07 UTC pour une insertion sur une orbite lunaire.

Beresheet passera six jours à faire le tour de la Lune avant d’abaisser son orbite le 10 avril sur une orbite de 15 km sur 197 km. Les 15 kilomètres de périlune de l’orbite seront positionnés juste au-dessus de Mare Serenitatis, où Beresheet devrait atterrir.

La première opportunité d’atterrissage aura lieu le 11 avril à 15h30 UTC, mais SpaceIL dispose de fenêtres de secours et même d’autres sites d’atterrissage potentiels si nécessaire. Dans tous les cas, seulement 20 minutes après le début de sa descente finale, Beresheet atterrira. Le plus tôt serait donc le 11 avril à 15h50 UTC, au matin sur le sol lunaire.

Localisation du lieu d’atterrissage prévu pour Beresheet (credit SpaceIL / Google)

Le site d’atterrissage

Il est prévu que Beresheet se pose dans la mer de la Sérénité, ou Mare Serenitatis, un ancien champ volcanique dans l’hémisphère nord de la Lune.  Les missions Apollo 15 (août 1971), Apollo 17 (décembre 1972) et Luna 21 (janvier 1973) se sont posées à proximité.

Carte de Mare Serenitatis. Les flèches indiquent le site d’atterrissage de Luna 21, Apollo 15 et Apollo 17 (wikipedia)

Ce site est connu pour ses anomalies magnétiques détectées par les missions Kaguya ou Selene japonaise en 2009, Lunar Prospector américaine (1998-99) et Luna 21 russe, que le magnétomètre à bord du lander devrait mesurer.

Localisation de la zone d’atterrissage cible de Beresheet (credit Phil Stooke)

Conformément aux objectifs initiaux du Google XPrize, le module ne devrait pas rester sur son site d’atterrissage primaire. Le module devrait utiliser son seul moteur pour effectuer un bond de plusieurs dizaines de mètres afin d’atteindre un second site.

Comme lors de l’atterrissage de Chang’e-4, le Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) de la NASA orbitant autour de la Lune, devrait étudier les gaz libérés par le moteur de descente de Beresheet lorsque l’atterrisseur s’approchera de la surface.

Une durée de vie limitée

Dans tous les cas, Beresheet ne vivra pas longtemps. La mission durera en principe deux ou trois jours terrestres. Beresheet devrait atterrir au lever du soleil, lorsque les températures ne sont ni trop chaudes ni trop froides. Au fil du jour lunaire, la température va grimper. Les températures à la mi-journée peuvent atteindre 100 degrés et la caméra sera alors en limite d’endurance. Si Beresheet réussit à survivre à la chaleur, la nuit lunaire l’achèvera probablement. Chang’e-4 a récemment enregistré un minimum de -190°C sur la face cachée de la Lune.

Israël comme 4e nation sur la Lune ?

Si la mission réussit son atterrissage sur la surface lunaire, elle fera d’Israël le quatrième pays à atterrir sur la Lune.

Beresheet à mi-2018 en salle d’intégration (credit SpaceIL)

Le lander a été construit en Israël. Une salle de contrôle de la mission a été installée au Centre Spatial de l’IAI, Israël Aerospace Industries, à Yehud en Israël.

Les images et les données seront retransmises au sol via des antennes terrestres situées de par le monde dont les antennes du Deep Space Network de la NASA. La NASA a proposé d’utiliser le DSN en échange du rétroréflecteur laser et de l’obtention d’une copie de toutes les données du magnétomètre de Beresheet.

Hâte d’être en avril pour suivre cette mission si tout va bien !

Sources principales : site de SpaceIL et articles sur planetary.org

2 commentaires sur “Beresheet : la première sonde privée vers la Lune”

  1. Que toutes ces choses m’émerveillent! Quand le soleil d’un ailleurs paraît à l’horizon, nous ne savons pas combien dans l’avenir nous RÊVONS AUSSI de revoir tout simplement un coucher de soleil sur la Terre passé, nous qui sommes perdus quelque part, si loin, de ce que nous avons été. Félicitations pour ce billet. Je reviendrai le lire.

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