Ce jeudi 3 janvier a été une journée forte en histoire pour la conquête spatiale. A 3h26 du matin heure de Paris (10h26 heure de Pékin), la Chine pose son second atterrisseur lunaire Chang’e-4 sur le sol de la face cachée de la Lune, puis plusieurs heures plus tard laisse son rover Yutu-2 y faire son premier mètre.

Après le survol historique de Ultima Thule par la sonde américaine New Horizons et l’arrivée de Osiris Rex en orbite autour de l’astéroïde Bennu, ce début d’année 2019 est marqué par cette nouvelle prouesse technique, et c’est un vrai plaisir de goûter au triple concentré de conquête spatiale.

Une mission unique pour une copie

C’est la cinquième fois que la Chine a la tête dans la Lune. Chang’e-1, Chang’e-2, Chang’e-3 hier, Chang’e-5t1 en 2014, Chang’e-4 aujourd’hui et même Chang’e-5 à venir, on peut dire que la communication spatiale chinoise enferme encore un peu ses missions dans l’ancien temps, celui des des Mariner-X, des Luna-Y ou des Mars-N. Au moins la Chine aura bien rendu hommage à la femme de l’archer Houyi qui, selon la mythologie chinoise, aurait été séparée de son mari et condamnée à résider sur la Lune. Chang’e, déesse de la Lune selon le taoïsme (troisième religion chinoise avec le confucianisme et le bouddhisme) aura même retrouvé une nouvelle fois son lapin de jade : Yutu. Mais en dépit de toutes ces références historiques on est bien en 2019, et 50 ans après que l’Homme ait foulé le sol de la Lune, Chang’e-4 et Yutu-2 se posent sur sa face cachée, une première.

La mission Chang’e-4 se glisse bien dans la continuité des ambitions de la CNSA (China National Space Administration, l’agence spatiale chinoise) qui depuis officiellement 15 ans continue son programme lunaire, qui aboutira probablement par le posé d’un pied chinois sur la Lune. En 2007, Chang’e-1 s’insère en orbite lunaire. En 2010, Chang’e-2 prépare l’atterrissage en analysant la surface et en allant même se placer au point de Lagrange L2 du système Terre-Lune pour que la CNSA teste sa capacité à contrôler une sonde en activité à cet endroit, et à terme préparer la mission de Queqiao. Chang’e 3 se pose dans la plaine de Sinus Iridum en 2013, une première pour la Chine. Chang’e-4 existe déjà à ce moment là. En effet, la sonde est un double de Chang’e-3 au cas où celle-ci connaîtrait un échec. Mais faute d’échec, Chang’e-4 est « recyclée » pour le défi de se poser sur la face cachée de notre satellite naturel. Dans la continuité Chang’e-5 relévera un nouveau défi : celui du retour d’échantillon lunaire, dont la rentrée atmosphérique a été testée en 2014 avec la mission test Chang’e-5t1.

Vidéo de l’alunissage de Chang’e-3 en 2013 (crédit CNSA)

Le souci de se poser sur la face cachée de la Lune est la communication. Faute de lien direct, la CNSA envoie d’abord le satellite relais Queqiao en orbite lunaire le 20 mai 2018 et le place au point de Lagrange L2 du système Terre-Lune à environ 500 000 km de la Terre. De là, Queqiao a un visuel sur le site d’alunissage mais aussi sur la Terre permettant ainsi la liaison avec Chang’e-4 qui décolle en décembre.

Le cadeau de Noël de la CNSA

Chang’e-4 décolle le vendredi 7 décembre 2018 à bord d’une Long March 3B depuis le Xichang Satellite Launch Center. Après un voyage de 5 jours, l’atterrisseur est placé en orbite lunaire le 12 décembre à l’aide de son moteur principal d’une poussée maximale de 7500 Newtons. En attendant l’alunissage, la CNSA effectue des tests des instruments à bord et de communication avec Queqiao, puis finalement prépare la descente.

Chang’e-4 est à 15 km au dessus de la Lune quand à 10h15, heure de Pékin (un peu moins de dix minutes avant l’atterrissage) la CNSA lui donne l’ordre de descendre. Les moteurs sont allumés plusieurs fois pour freiner la sonde et réduire sa vitesse de 1.7 km/s à presque zéro (l’atterrisseur dispose également de 28 petits moteurs pour faire ses corrections de trajectoire et se stabiliser sur trois axes). Chang’e-4 est alors entre 6 et 8 km au-dessus du sol, et descend verticalement. A 100 mètres du site d’alunissage, Chang’e-4 se place en « vol stationnaire » pour analyser le sol et relever les obstacles et choisir le site le plus plat possible où alunir. Enfin la sonde achève son posé en descendant doucement. Comme Chang’e-3, la sonde filme toute sa descente.

Le 3 janvier, Chang’e-4 se pose sur la face cachée de la Lune et marque l’histoire. Après l’alunissage, Chang’e-4 déploie ses antennes et ses panneaux solaires, sous le contrôle des ingénieurs de la CNSA via Queqiao. On se trouve dans le cratère Von Kàrmàn (180 km de diamètre) à 177.6° de longitude et 45.5° de latitude à l’hémisphère sud au sein du bassin d’impact Pôle Sud-Aitken, le plus vieux, le plus profond et le plus grand cratère du Système Solaire. C’est un milieu loin d’être favorable à un alunissage mais très intéressant d’un point de vue géologique. En effet, dans cette région ancienne, les roches du manteau lunaire pourraient être visibles directement depuis la surface bien que des scientifiques estiment que la croûte lunaire soit plus épaisse face cachée que face visible. Seule une analyse in situ pourra fournir une réponse. De leur côté, les astronomes voient en la face cachée un lieu idéal d’observation de l’Univers, car libre de toute interférence terrestre. Le site d’alunissage a cependant été choisi plus pour des raisons plus pratiques que scientifiques, le but de la CNSA étant d’assurer la liaison entre la sonde et Queqiao, et qu’elle ne soit pas compromise par le relief, et suffisamment éclairée.

La cerise sur le gâteau : Yutu-2 roule déjà

La CNSA n’a pas attendu longtemps pour libérer le rover Yutu-2. Avec les premières photos du sol prises par Chang’e-4 on pouvait déjà voir où allait évoluer le « lapin-de-jade-2 ». Immortalisé par une caméra de Chang’e-4, le premier mètre de Yutu-2 a été réalisé une demi-journée après l’alunissage. Tout comme Chang’e-4 est une copie améliorée de Chang’e-3, Yutu-2 est un double de Yutu, le premier rover lunaire chinois de 140 kg qui a fonctionné pendant plus d’un mois et a fait plus d’une centaine de mètres. Même son nom est resté inchangé alors qu’a l’occasion d’un concours, 42 945 noms différents avaient été proposés !

Ce sont les ingénieurs de la China Academy of Space Technology (CAST), principal fabriquant de vaisseaux spatiaux chinois, qui ont réalisé Chang’e-4 et son passager. Yutu-2 fait environ 140 kg dont 20 kg de charge utile. En tout quatre instruments à bord :

• Advanced Small Analyzer for Neutrals (ASAN), conçu par l’Institut de Physique spatiale de Suède pour analyser l’interaction entre la surface lunaire et le vent solaire.
• Lunar Penetrating Radar (LPR), un radar pour analyser le sous-sol.
• Un spectromètre dans le visible et le proche-infrarouge (VNIS) ainsi qu’une caméra panoramique (PCAM) perchée à 1.5 mètre en haut d’un mât servant de support à l’antenne de communication et aux caméras de navigation.

A défaut d’être une copie, Yutu-2 a été adapté au milieu qu’il doit explorer. La configuration de la charge utile a été revue pour que le rover puisse faire face à ce terrain plus complexe que Sinus Iridum (la Mer des Pluies). Avec ses six roues motorisées par des moteurs électriques, Yutu-2 devrait pouvoir faire une dizaine de kilomètres dans une zone de 3 km² dans le cratère Von Kàrmàn. Le rover aura au maximum trois jours lunaires pour effectuer cela (un jour, comme une nuit lunaire, dure quatorze jours terrestres). Cette limite est due à sa longévité, fixée initialement à 90 jours terrestres. Yutu-2 a aussi été amélioré pour le tout-terrain : le rover pourra monter des pentes allant jusqu’à 20° d’inclinaison et franchir des obstacles de 20 cm de haut. Enfin, on suppose que la CAST a dû tenir compte des problèmes qu’a connus Yutu pour mieux programmer Yutu-2, bien que modifier les pièces était délicat vu qu’elles étaient fabriquées en série.

Du côté de l’atterrisseur, comme Chang’e-3 on pèse 1200 kilos. A bord plusieurs instruments dont deux héritiers de Chang’e-3 :

• Lunar Lander Neutrons and Dosimetry (LND), un dosimètre (compteur) de neutrons capable de mesurer la quantité d’eau dans le régolithe lunaire, fabriqué par l’université de Kiel en Outre-Rhin.
• un spectromètre basse fréquence (LFS) pour détecter les variations du champ électrique générées par les tempêtes solaires et étudier le plasma lunaire présent au dessus du site.
• Une landing camera (LCAM) pour prendre des photos pendant la descente et une Terrain Camera (TCAM) pour prendre des clichés de la surface, ces deux caméras sont des copies de celles à bord de Chang’e-3.

Chang’e-4 étudiera aussi la composition chimique du sol lunaire ainsi que son abondance en matériaux exotiques comme le thorium ou le titane. Avec Queqiao, la sonde observera aussi la couronne solaire, les rayons cosmiques et fera un peu de radioastronomie.

Et enfin à bord de Chang’e-4… des patates. Des graines de six espèces de pommes de terre et d’arabidopsis dans un container pour étudier comment se font la photosynthèse et la respiration des plantes dans une biosphère lunaire. L’intérieur maintenu à une température entre 1°C et 30°C, un contrôle de l’approvisionnement nutritionnel et une canalisation tubulaire de la lumière vers les plantes, cette expérience est le fruit du travail de 28 universités. Tant qu’à faire, les chercheurs ont mis aussi dans la mini-biosphère des œufs de ver à soie.

Géopolitique lunaire : à nouveau la course 50 ans après les exploits Apollo

Alors qu’on la félicite d’avoir relevé le défi d’alunir sur la face cachée, la Chine a déjà les pensées dans la suite. Chang’e-4 n’est qu’une étape dans le programme lunaire chinois et l’étape suivante est le retour d’échantillon. La mission Chang’e-5 était prévue à l’origine pour décembre 2018 pour récolter des échantillons du sol lunaire et les rapporter sur Terre. Cependant pour cette mission la CNSA fait face à un problème de taille : un nouveau lanceur. Plus lourde que les précédentes sondes, Chang’e-5 aura besoin du futur lanceur lourd Long March 5, qui a encore des problèmes non résolus. Le premier décollage de la Long March 5 est prévu pour 2019.

La finalité de ce programme ? Un chinois sur la Lune évidemment. La CNSA s’y prépare activement désormais. Autre défi technologique que la CNSA voudrait assurer : dans l’éventualité de construire une base sur la Lune, il faudra d’abord être capable de faire alunir plusieurs sondes au même endroit, et en faire un complexe, ce qui demande beaucoup de précision. En fabriquant des sondes en série, la Chine compte bien pouvoir résoudre ce problème en les lançant les unes après les autres. Selon Philippe Coué, expert français de la Chine spatiale, la Chine compte s’installer durablement sur la Lune et planche depuis trois ans sur une base lunaire.

Même si ce n’est peut-être pas pour tout de suite, la Chine se pose en leader de la course du retour de l’Homme sur la Lune, et ce toute seule, ou tout comme. Les Etats-Unis refusant tout partage de technologie avec la Chine, celle-ci a quasiment construit son programme spatial toute seule, et s’ouvre maintenant à tout partenariat. De ce dernier fait, les astronautes de l’ESA Samantha Cristoforetti et Matthias Maurer s’entraînent déjà avec les taïkonautes pour peut-être voler un jour dans leur future nouvelle station spatiale. Alors que l’Inde tarde à envoyer son premier rover lunaire, que la NASA a toutes les peines du monde à concrétiser son futur lanceur interplanétaire SLS, et que l’Europe n’a même pas de programme lunaire (juste la vision « Moon Village »), la Chine continue dynamiquement à chercher à gagner « la course à la Lune ».