Lundi 22 juillet à 21h13 UTC (23h13 heure française), la mission lunaire indienne Chandrayaan-2, composée d’une sonde, d’un atterrisseur et d’un rover, a décollé avec succès à bord d’une GSLV MkIII. 

Dates clés :

Lancement : 22 juillet 2019

Insertion en orbite lunaire : 20 août 2019

Alunissage : 6 septembre 2019

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Chiffres clés :

Poids sonde : 2 379 kg

Poids lander : 1 471 kg

Poids rover : 27 kg

Durée mission au sol : 1 jour lunaire (14 jours)

Durée mission en orbite : 1 an

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Eléments clés :

Lanceur : GSLV MkIII

Site de lancement : Satish Dhawan Space Center

Orbite finale : circulaire lunaire, 100 km

Site d’alunissage : 70.9° Sud, 22.8° Est ; proche pôle Sud

Opérateur : ISRO

Développement : ISRO

Objectifs : posé sur la Lune avec succès, analyse du sol en orbite et in situ, recherche d’eau

 

L’attente de toute une nation

Nous l’attendions depuis longtemps, et les Indiens encore plus ! Cette fois-ci c’est bon, Chandrayaan-2 est enfin partie pour la Lune ! Et si tout va bien, les Indiens seront sur la Lune le 6 septembre.

Depuis l’époque des missions Apollo, jamais la Lune n’aura eu autant de visites. En 2019, avec la mission Chang’e 4 posée sur la face cachée depuis le 3 janvier et le crash malheureux du lander israélien Beresheet, Chandrayaan-2 sera la troisième visite sur la Lune cette année. On pensait aussi avoir la mission Chang’e 5 en décembre mais les retards du lanceur CZ-5 décaleront très probablement la mission à 2020.

Cela faisait des années que l’Inde n’y était plus. Car oui, s’il y a Chandrayaan-2, il y a eu Chandrayaan-1. La sonde a décollé le 22 octobre 2008 et est arrivée en orbite lunaire deux semaines plus tard. Le 14 novembre, la sonde avait même largué un impacteur à la surface. Mais la mission tourna court car six mois après le début, Chandrayaan 1 connaissait des problèmes de surchauffe, avant de rendre l’âme fin août 2009.

Cela faisait donc dix ans que l’Inde avait perdu contact avec la Lune. Depuis, l’ISRO en a fait son objectif numéro un. En dix ans, l’agence spatiale indienne a développé de nouveaux lanceurs et a même lancé un programme de vol habité, pour envoyer deux Indiens et une Indienne dans l’espace par ses propres moyens. Plusieurs fois, la mission Chandrayaan 2 a pris du retard : défauts techniques, un drop test qui ne marche pas, etc. Le jour J glisse d’une fenêtre de lancement à une autre pendant des mois/années.

L’ISRO était sous pression, entre sa voisine la Chine qui foule la face cachée depuis janvier et les Etats-Unis qui lancent en grandes pompes leur programme lunaire Artemis, Chandrayaan 2 était de plus en plus attendue. Mais en dehors des impatiences politiques et médiatiques, la mission est un formidable défi technologique pour la nation.

Donc, aucune fausse note comme consigne. Les autres tirs indiens sont devenus secondaires pour gérer en priorité la mission. Le développement du petit lanceur SSLV, censé concurrencer les micro-lanceurs tels qu’Electron de RocketLab, est mis entre parenthèses le temps d’atterrir sur la Lune. Quand à Gagayaan, le programme de vol habité indien, il bénéficie indirectement de ce lancement car c’est la même fusée qui est censée porter la capsule dans l’espace.

 

On s’arrête de respirer

Revenons au lancement. Il était censé avoir lieu lundi 15 juillet mais une heure avant, un problème technique est détecté. La fusée GSLV MkIII doit rentrer au bâtiment d’assemblage et le tir est finalement reporté à une semaine plus tard, lundi 22 juillet, à la fin de la fenêtre de tir. Cette fois-ci presque tout se passe bien. La GSLV MkIII, décolle nominalement et le premier étage ainsi que les boosters additionnels fonctionnent parfaitement.

Un bon quart d’heure plus tard, le succès est annoncé et nous voyons les dirigeants de l’ISRO s’étreindre dans la joie. Mais la télémétrie semble indiquer une surperformance. Les données de repérage militaire de l’US Air Force indiquent en effet une orbite de 45 km, soit 6 km de plus qu’attendu. L’étage supérieur du lanceur avait en effet liquidé tout son carburant jusqu’à la dernière goutte. Finalement c’est une bonne nouvelle car les manœuvres pour aller vers la Lune coûteront moins de carburant que prévu.

 

Une Ariane 5 qui a fait un stage sous une pompe hydraulique

Le lancement de Chandrayaan 2 était un tir clé pour le GSLV (Geosynchronous Satellite Launch Vehicle) classe MkIII. C’est le lanceur le plus puissant dont dispose l’Inde. Sa forme est plutôt évocatrice car il ressemble beaucoup à notre Ariane 5, mais qui se serait pris quelques coups de masse pour l’aplatir. Pour une poussée au décollage de plus de 900 tonnes, le lanceur dispose d’un premier étage équipé de deux moteurs Vikas ainsi que deux boosters latéraux à propulsion solide. Le moteur Vikas, vous le connaissez, c’est le moteur Viking mais fabriqué sous licence indienne, à peu près le même moteur Viking qui équipait les Ariane 1 à 4.

La GSLV MkIII n’en était qu’à son quatrième vol avec Chandrayaan-2. Mis en service en 2014, le lanceur est destiné à transporter les premiers Indiens dans l’espace. Son premier vol était d’ailleurs pour porter un prototype de capsule habitée.

Succession d’échangeurs

Chandrayaan 2 est en route. La GSLV MkIII n’ayant rien d’un lanceur lunaire comme la Saturn V, le voyage sera plus long que celui des missions Apollo. Comme pour Beresheet, il faudra plusieurs semaines en orbite autour de la Terre avant d’être capturé par la Lune. Cela laissera le temps entre deux manœuvres de rehaussement d’orbite de tester le bon fonctionnement de tous les systèmes.

Le planning du voyage est le suivant :

• 22 juillet : lancement (succès)
• 24 juillet : première manœuvre de redressement d’orbite (mise à feu moteur pendant 48 s, succès)
• 26 juillet : seconde manœuvre de redressement d’orbite (mise à feu moteur pendant 883 s, succès)
• 29 juillet : troisième manœuvre de redressement d’orbite
• 2 août : quatrième manœuvre de redressement d’orbite
• 6 août : dernière manœuvre de redressement d’orbite
• 14 août : injection en orbite trans-lunaire (un ‘’huit’’ entre la Terre et le Lune)
• 20 août : injection en orbite lunaire
• 6 septembre (UTC) : posé ‘’lander + rover’’

Actuellement (27 juillet), l’orbite de Chandrayaan-2 est de 251 km par 54 829 km.

Chandrayaan-2 arrivera le 20 août en orbite lunaire très elliptique atteignant jusqu’à 18 000 km d’altitude. Pendant 13 jours, l’orbiter diminuera sa hauteur pour finir sur une orbite circulaire de 100 km de haut. En somme, ce voyage de la Terre à la Lune coûtera une quinzaine de manœuvres toutes importantes. Vu que la sonde devait décoller initialement le 15 juillet et non le 22, cette durée de 13 jours devait en fait durer 4 semaines environ. L’ISRO sera donc obligée de rapprocher les manœuvres. Au bout de ces 13 jours, la sonde larguera le lander et son rover le 1^er septembre.

 

Chandrayaan-2 : une mission all-inclusive

Je vous parle de Chandrayaan-2 depuis tout à l’heure, mais quelle est cette mission lunaire ? Entrons un peu plus dans les détails.

La mission Chandrayaan-2, c’est le forfait all-inclusive, le package complet, le menu entrée-plat-dessert.

En entrée, un orbiter, le satellite Chandrayaan-2.

En plat, le gros de la mission : un atterrisseur (lander), Vikram, car l’objectif numéro un est bien de se poser sur la Lune.

Enfin en dessert, un rover qui s’appelle Pragyan.

On verra l’origine des noms plus tard à la fin de l’article. Bref, si vous voulez découvrir un corps de près et in situ, il vous faut ce trio-là. Par exemple, pour aller sur Mars en 2020, la Chine prévoit le même type de triumvirat.

 

L’orbiter : une vie déjà extensible

La sonde Chandrayaan-2 a bénéficié de la surperformance du GSLV MkIII. Avec du coup plus de carburant en stock que prévu, sa durée de mission pourra être étendue, au bonheur de K. Sivan, le directeur de l’ISRO. Cela pourra compenser la courte durée de mission de la mission précédente, prématurément écourtée par un problème de gestion thermique. Sa durée de vie initiale est d’au moins un an.

Sur les 3 877 kilos de poids total, la sonde en compte 2 379 kg, en comptant une bonne part pour le carburant. Ses dimensions : 3.2 x 5.8 x 2.1 mètres. Une puissance électrique d’un kilowatt à alimentation solaire.

A bord, on compte huit instruments scientifiques dont une caméra haute résolution, un radar pour chercher de la glace aux pôles, un spectromètre infrarouge pour chercher de l’eau à la surface, et enfin une batterie de capteurs pour étudier la très fine atmosphère lunaire.

La sonde servira aussi de relais radio entre la Terre et le lander Vikram.

 

 

Vikram : le centre de la mission

Mettre une sonde en orbite autour de la Lune, l’Inde l’a déjà fait il y a dix ans. Mais pour ce qui est de se poser, ils débutent. Le développement du lander Vikram est passé par bien des rebondissements. Au début, l’Inde coopérait avec la Russie pour le lander. La plateforme devait être fournie comme elle l’avait été pour ExoMars 2016, et l’a été pour ExoMars 2020. Mais depuis l’échec de la mission Russe Phobos-Grunt en 2011, la Russie a lâché le projet Chandrayaan. Depuis, Schiaparelli, le lander européen d’ExoMars 2016 s’est crashé et on “serrera bien les fesses” l’année prochaine en espérant que Rosalind Franklin, le rover d’Exomars 2020, survive au voyage, et surtout à l’atterrissage. L’ISRO s’est donc retrouvée toute seule pour développer Vikram, occasion de montrer la réussite d’une mission 100% indienne. Défi technique relevé, il faut maintenant que ça réussisse.

Vikram pèse 1471 kilos, en comptant le rover comme passager de l’alunissage, soit pas mal de carburant pour ce même alunissage. Ses dimensions sont comparables à celles des landers Chang’e 3 et 4 : 2.54 x 2.0 x 1.2 mètres. Puissance électrique : 650 watts.

A bord de Vikram, une série de caméras ainsi que trois instruments scientifiques : un sismomètre pour écouter les vibrations de sol lunaire, une sonde thermique suivant le même principe qu’HP³, la sonde de la DLR à bord de Mars Insight. La sonde pourra creuser et mesurer la température jusqu’à dix mètres de profondeur, en espérant que ce soit moins laborieux que sur Mars. Enfin à bord, un rétro-réflecteur (une sorte de miroir), fourni par la NASA pour permettre aux scientifiques de localiser le lander.

C’est là que la mission scientifique est plutôt ambitieuse car le lander est censé fonctionner pendant un jour lunaire (14 jours sur Terre), ce qui est peu pour faire toutes ces mesures. Pour communiquer avec la Terre, le lander pourra transmettre des données via la sonde mais pourra aussi interagir directement, via la station radio à Byalalu non-loin de Bangalore.

 

Quinze minutes de terreur

Vikram est censé atterrir à côté du pôle Sud, dans une haute plaine entre les cratères Manzinus et Simpelius. Mais avant d’arriver là, c’est tout un voyage. Après cette période de 13 jours où l’ensemble sonde-lander sera placé en orbite circulaire à 100 km, Vikram sera largué de Chandrayaan-2. C’est initialement prévu en date du 1^er septembre.

Après le largage, Vikram abaissera son orbite à 30 km. Le lander commencera après la séquence d’alunissage. Celle-ci durera 15 minutes, ‘’15 minutes de terreur’’ comme le dit K. Sivan. La descente se fera en automatique. Vikram contrôlera sa descente à l’aide de cinq moteurs et d’un guidage laser. Objectif : posé le 6 septembre aux coordonnées suivantes : 70.9° Sud, 22.8° Est [voir plus bas].

 

Pragyan : le (petit) dessert

On ne pouvait pas faire la mission sans lui, mais ce rover a causé bien des soucis en avril lors d’un drop test qui s’est avéré négatif : le rover Pragyan était ‘’plus lourd’’ que prévu initialement et les jambes de Vikram n’ont pas tenu. Résultat : lancement décalé d’avril à juillet.

NB : un drop test consiste à tester les capacités en vol du système, concernant Vikram et Pragyan c’était pour tester la capacité d’atterrissage.

Trop lourd ? On est pourtant bien loin des 800 kilos de Curiosity : Pragyan pèse juste 27 kilos, et on verra s’il tiendra la torpeur du midi lunaire. Durée de vie initiale : un jour lunaire (14 jours). Distance souhaitée : 500 mètres ! Autant dire qu’ils sont optimistes à l’ISRO, depuis le 3 janvier le rover chinois Yutu-2 n’en a fait que 235.

Pragyan est équipé d’une intelligence artificielle qui le guidera durant sa courte mission. Équipé de six roues, le rover prospectera autour du site d’alunissage et enverra via Vikram des photos et des analyses du sol qui seront faites à l’aide d’un spectromètre en rayons X et d’un mini ChemCam : un spectroscope qui analysera le rayonnement d’une roche éclairée par un laser.

 

Pourquoi le pôle sud ?

Pourquoi tout le monde veut-il aller au pôle sud ? NASA, Chine, Inde, Japon, tous veulent y aller ou s’y installer. Chandrayaan-2 sera la première mission à s’en approcher le plus. Vikram se posera à 350 km du bord du cratère Aitken du pôle sud. Mais quel intérêt d’y aller ? Plusieurs raisons.

La première est pragmatique. Les pôles de la Lune sont des zones plus accueillantes qu’ailleurs. En effet, on peut d’une part y trouver des zones éclairées quasiment en permanence, ce qui pour une mission robotique ou humaine est plus intéressant pour s’alimenter en énergie solaire.

De plus, les différences de température sont supposées être bien moins importantes. Quand on est plus du côté de l’équateur, cette différence peut dépasser les 250 degrés en quelques semaines. Pendant le ‘’midi lunaire’’, quand le Soleil est au zénith, la température excède les 100°C. La nuit, Chang’e 4 a mesuré jusqu’à -196°C ! Pour tenir de tels extrêmes, il faut recourir soit au nucléaire (RTG), soit se mettre en veille une bonne partie du temps (Yutu-2 fait la sieste pendant le moitié du jour lunaire, en plus de la nuit). Aux pôles, la différence de température étant plus faible, la régulation thermique devient un défi technique moins contraignant sur les objectifs scientifiques ou juste sur la durée de la mission.

Autres raisons, les ressources ! En plus d’y trouver des zones éclairées en permanence, on y a trouvé aussi des cratères qui ne le sont jamais. Quel intérêt alors ? Sylvestre Maurice, planétologue à l’IRAP (Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie, Toulouse) nous raconte : l’objectif est de chercher de l’eau avec un détecteur à neutrons. Quand les protons très énergétiques des rayons cosmiques viennent frapper le sol lunaire, la collision éjecte des protons, sauf quand il y a de l’eau. Et c’est la sonde Lunar Prospector de la NASA qui détecta aux pôles des zones qui n’émettaient pas de neutrons, autrement dit des zones qui pourraient héberger de l’eau, sous forme de glace. Ces zones, il y en a plus au pôle Sud qu’au pôle Nord.

Enfin, au pôle Sud, il y a le cratère Aitken. Une collision colossale a provoqué ce cratère de 135 km de diamètre et nombreux sont les scientifiques à penser que cette collision a fait ressortir de la matière du manteau lunaire, potentiellement plus riche que la surface. Yutu-2 s’efforce d’y trouver quelques roches provenant du manteau dans l’espoir de les analyser [lire Premiers résultats scientifiques pour Chang’e4 et Yutu-2]. Vikram et Pragyan pourraient bien trouver des roches du manteau éjectées du cratère lors de la collision. Affaire à suivre.

 

Sagesse

Enfin nous finissons cet article avec un peu de culture. Chandrayaan ça veut dire quoi ? Ça veut simplement dire Mission vers la Lune. C’est un peu moins original qu’une mission portant le nom de la déesse de la Lune (Chang’e) mais au moins ça parlera à tous les dialectes indiens.

Vikram a été nommé ainsi en souvenir du Dr Vikram A Sarabhai (1919-1971), considéré en Inde comme le ‘’père’’ du programme spatial indien. Le centre principal de développement des lanceurs porte aussi son nom. Il avait commencé par fonder (au tout début chez lui) le laboratoire de Recherche Physique (PRL) en 1947 pour étudier les rayons cosmiques, la haute atmosphère, puis la physique théorique et les ondes radio.

Vikram A Sarabhai écrivit dans les années 1950 la vision indienne de l’espace ainsi que les lignes directrices du programme spatial indien : l’espace au service de la nation. Un vision bien différentes des autres puissances qui stipulaient plutôt une vision de l’espace comme une arme de supériorité. Vikram A Sarabhai participa à la fondation de l’ISRO en 1962, alors sous le nom d’INCOSPAR (Indian National Committee for SPAce Research), en étant le premier à diriger l’agence, nommé par le premier ministre de l’époque, Nehru.

Aujourd’hui la vision indienne de l’espace est devenue beaucoup plus politique. Entre un tir antisatellite et l’utilisation de Chandrayaan-2 pour affirmer sa puissance spatiale face à la Chine, le directeur K. Sivan a plus de mal à incarner la sagesse originelle du programme, sagesse, qui est la traduction en Sanskrit de Pragyan.

L’Inde est entrée en course vers la Lune. Reste à savoir si elle y arrivera sans dommage. La suite au chapitre suivant !

 

Sources principales : ISRO, SpaceflightNow, SpaceNews, The Hindu times