Danuri, une mission sud-coréenne vers la Lune

Danuri ou Korea Pathfinder Lunar Orbiter (KPLO), est la première mission de la Corée du Sud vers la Lune.

Danuri est une contraction de Dal, signifiant Lune, et Nuri, signifiant profiter.

Danuri en phase d’intégration finale (crédit KARI)

KPLO est développé et géré par le Korea Aerospace Research Institute (KARI). La mission devrait orbiter autour de la Lune pendant 1 an.

Les trois objectifs principaux de la mission KPLO :

  • Réaliser la première mission d’exploration spatiale de la Corée du Sud
  • Mener des recherches scientifiques sur l’environnement lunaire, la topographie et les ressources, ainsi que d’identifier les sites de débarquement potentiels pour les futures missions
  • Développer et vérifier les technologies spatiales adaptées à l’exploration de l’espace lointain pour de futures missions

La Corée du Sud ambitionne de se poser (mission non habitée) sur la Lune d’ici 2030. Elle prévoit aussi d’explorer des astéroïdes avec des retours d’échantillons, et rattraper ainsi son retard sur les autres nations spatiales comme le Japon et l’Inde.

La Corée du Sud sur la Lune avec une mission robotique avant 2030 ? (Illustration KARI)

Danuri, un orbiteur avec 5 instruments scientifiques

L’orbiteur lunaire KPLO se compose d’un corps principal cubique de 1,82 m de large, 2,14 m de long et 2,29 m de haut, avec 2 panneaux solaires qui fourniront 760 watts. Il pèse 550 kg au décollage dont seulement 40 kg de charge utile (les instruments scientifiques). Une antenne parabolique montée sur un mât fournira les communications en bande S (télémétrie et commande) et en bande X (liaison descendante des données des charges utiles). Le système de propulsion comprend 4 propulseurs de manœuvre orbitale de 30N de poussée, nécessaires pour entrer en orbite lunaire, et 4 propulseurs de contrôle d’attitude de 5N.

Emplacement des différens instruments scientifiques et des antennes (crédit KARI)

KPLO est équipé de 5 instruments scientifiques : 3 caméras, un magnétomètre et un spectromètre à rayons gamma.

InstrumentType d’instrumentObjectifs
LUTI
(KARI)
Lunar Terrain Imager
Caméra de terrain lunaire à haute résolution de 2,5 mètres par pixel.
– Obtenir des images haute résolution (éventuellement stéréo) du futur site d’atterrissage coréen.
– Observation ciblée de lieux intéressants sur la Lune.
PolCam
(KARI)
Wide-Angle Polarimetric Camera
Caméra polarimétrique grand angle qui peut déterminer le type de matériaux de surface en fonction de la façon dont la lumière les réfléchit et les disperse
– Relevés d’imagerie polarimétrique de toute la surface lunaire, à l’exception des régions polaires, à différents angles de phase (0° ~ 120°) et bandes spectrales
(320, 430, 650 nm). Ce sera la première carte polarimétrique de la face cachée de la Lune
– Étudier les caractéristiques du régolithe lunaire
KMAG
(KARI)
KPLO Magnetometer
Magnétomètre
– Étudier l’origine du magnétisme de la croûte lunaire
– Caractériser les anomalies magnétiques lunaires
KGRS
(KARI)
KPLO Gamma-Ray Spectrometer
Spectromètre à rayons gamma, qui examinera les rayons gamma hautement énergétiques libérés par la Lune
– Cartographier la répartition des principaux éléments (Mg, Ni, Cr, Ca, Al, Ti, Fe, Si, O, U, He-3, eau) sur la surface lunaire et sous la surface (jusqu’à 50 cm)
– Étude des activités géologiques et géochimiques de la Lune
– Obtenir une carte de rayonnement de l’environnement lunaire
ShadowCam
(NASA)
Caméra pour obtenir des images optiques à haute résolution des régions ombragées en permanence aux pôles lunaires de la Lune.

ShadowCam a été conçue pour être plus de 200 fois plus sensible que les imageurs précédents, comme la caméra à angle étroit de Lunar Reconnaissance Orbiter (LROC NAC).
– Cartographier les modèles d’albédo dans les zones d’ombres permanentes [les rayons du Soleil n’atteignent jamais ces régions] et interprétation de leur nature
– Cartographier la morphologie des régions ombragées en permanence pour rechercher et caractériser les formes de relief
qui peut indiquer des caractéristiques de type pergélisol
– Fournir des informations sur les dangers et la capacité à faire atterrir des engins spatiaux

Une sixième charge utile est présente sur KPLO : DTNPL pour Delay/Disruption Tolerant Network Experiment Payload. DTNPL est une expérience de communication Internet interplanétaire pour gérer les retards et les déconnexions qui surviennent fréquemment lorsqu’on utilise la technologie Internet dans l’espace. DTN est une méthode modifiée pour s’adapter à la communication en environnement spatial en ajoutant le Bundle Protocol (BP), une fonction de stockage et de transfert qui n’est pas présente dans l’Internet terrestre existant. La technologie DTN est une technologie selon une norme internationale et deviendra un moyen de communication majeur pour l’exploration spatiale à venir.

En collaboration avec la NASA

Le KARI supervise l’ensemble de la mission, la construction de la sonde et la station au sol. Les universités et instituts de recherche coréens ont fourni 5 des 6 charges utiles.

ShadowCam est un instrument financé par la NASA hébergé à bord de Danuri. En collectant des images haute résolution des régions ombrées en permanence de la Lune (Permanently Shadowed Regions ou PSR), ShadowCam doit fournir des informations sur la distribution et l’accessibilité de la glace d’eau et d’autres éléments nécessaires pour les futures activités d’exploration sur le sol lunaire.

La NASA va aider également pour les communications avec l’orbiteur avec son réseau d’antennes dans l’espace lointain (DSN, Deep Space Network).

Le KARI a toutefois développé ses propres technologies de communication dans l’espace lointain avec la création d’une grande antenne (35 mètres de diamètre) capable de suivre et de communiquer avec la sonde.

L’antenne KDSA (Korea Deep-Space Antenna) (crédit KARI)

Le voyage vers la Lune

KPLO/Danuri a été lancé le 4 août 2022 à 23h08 UTC depuis Cap Canaveral à bord d’une Falcon 9.

KPLO Mission
Décollage Falcpon 9 / Danuri le 04/08/2022 (crédit SpaceX)

Après le lancement, KPLO a été séparé du lanceur sur une trajectoire elliptique vers le Soleil.

Les différentes orbites pour aller sur la Lune sont généralement : transfert direct, transfert avec 3,5 boucles de phasage, BLT (transfert lunaire balistique). La méthode de transfert direct a été utilisée par le programme Apollo et nécessite environ 5 jours pour arriver à destination mais consomme beaucoup d’énergie. Le transfert avec 3,5 boucles de phasage, utilisé par le programme indien Chandrayaan, est une méthode pour entrer en orbite lunaire après avoir tourné plusieurs fois autour de la Terre sur une longue orbite elliptique. La méthode BLT implique de voler jusqu’au point Lagrangien L1 entre la Terre et le Soleil où la gravité du Soleil ralentit la sonde par rapport à la Lune, minimisant la quantité de carburant nécessaire pour mettre l’engin spatial sur l’orbite appropriée. C’est cette dernière méthode qui a été choisie par le KARI.

Pendant la croisière trans-lunaire (TLC), Danuri effectuera jusqu’à neuf corrections de trajectoire (TCM) grâce à son système de propulsion et ses 4 moteurs 50N. La première manœuvre TCM sera effectuée deux jours après le lancement pour corriger toute erreur d’injection du lanceur. La TCM suivante insérera Danuri sur l’orbite de transfert balistique lunaire, Ballistic Lunar Transfer (BLT), près du point de Lagrange 1 (L1) entre le Soleil et Terre, à environ 1,55 million de kilomètres de la Terre.

Illustration de la phase de croisière vers la Lune et des manoeuvres de correction d’orbite (TCM) (crédit KARI)

Les manœuvres restantes sont statistiques et sont programmées pour supprimer les erreurs de trajectoire et cibler l’orbite finale.

Danuri arrivera à la Lune à une heure fixe, un bénéfice de la BLT, en orbite lunaire : le 16 décembre 2022 à 17h22 UTC.

Après capture sur une orbite lunaire elliptique, il se circulera sur une orbite polaire nominale de 100 km (+ -30 km), à partir de laquelle il mènera des opérations scientifiques pendant environ un an. Si la mission a une phase prolongée, elle descendra sur une orbite de 70 km ou moins.

Si tout se passe comme prévu, l’équipe ShadowCam prévoit de recevoir ses premières images de la Lune début janvier 2023.

Sources principales : sites KARI et ShadowCAm

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