Artemis I

ArtemisI Mission spatiale
Lancement de la missionArtemis I le 16 novembre 2022.
Données de la mission
Organisation	NASA
Programme	Artemis
Vaisseau	Orion
Objectif	Qualification en vol du lanceur spatialSLSBloc 1 et du vaisseauOrion
Équipage	Aucun
Lanceur	SLSBloc 1
Date de lancement	16 novembre 2022
Site de lancement	Centre spatial Kennedy(LC-39)
Date d'atterrissage	11 décembre 2022
Site d'atterrissage	Océan Pacifique
Durée	25 jours
Expérience scientifique	MARE (mesure rayonnement)
Expériences technologiques	10CubeSats
Orbite	Orbite lunaire rétrograde haute
Navigation
EFT-1 Artemis II

ArtemisI(anciennementExploration Mission 1ouEM-1) est la première mission duprogrammeArtemisde l'agence spatialecivileaméricaine,laNASA.Ce programme a pour objectif de retourner sur la surface lunaire et d'y maintenir à terme une présence humaine plus ou moins continue. Pour cette mission, le vaisseau spatialOrionest placé sur uneorbite lunairepar lafuséegéanteaméricaineSpace Launch System(SLS) qui effectue là son premier vol. Le lancement programmé initialement finaoût 2022est repoussé à plusieurs reprises pour régler des problèmes de fuites dans l'alimentation des réservoirs d'hydrogène et en raison de passages d'ouragans sur la Floride. Le lancement a finalement lieu le16 novembre 2022,la mise en orbite autour de la Lune le25 novembreet le retour sur Terre (en mer) le11 décembre.

Artemis Ia pour objectif de valider le fonctionnement en vol dulanceurSLS et de l'ensemble des systèmes du vaisseau Orion dans des conditions proches des missions lunaires avec équipage. Au cours de la mission, le vaisseau Orion s'est placé sur une orbite lunaire haute avant de revenir sur Terre et d'effectuer unerentrée atmosphérique.La prochaine mission du programme,ArtemisII,doit embarquer en 2025 un équipage qui effectuera une deuxième répétition avant la missionArtemisIIIqui doit faire revenir des humains à la surface de la Lune en 2026.

Le lanceur a également embarqué une dizaine deCubeSatsscientifiques et technologiques qui ont été placés en orbite lunaire ou sur des trajectoires interplanétaires.

Contexte

Les projets américains avortés de retour des hommes sur la Lune (1989-2017)

Depuis la mission habitéeApollo 17de 1972, dernière mission duprogrammeApollode laNASA,plus aucunastronautene s'est éloigné de plus de quelques centaines de kilomètres de la Terre. L'agence spatialeaméricaineréalise depuis cette époque des études sur le scénario d'unemission habitée vers Mars,mais sans planning précis car ce projet a un coût supérieur d'unordre de grandeurà celui duprogramme lunaire.Les dirigeants politiques américains, de leur côté, initient au cours des décennies qui ont suivi le programmeApollo,plusieurs programmes habités ambitieux à destination de l'espace lointain (c'est-à-dire au-delà de l'orbite terrestre basse), mais ceux-ci ne sont pas menés à terme faute de moyens financiers et d'une véritable volonté politique. Ces projets avortés sont dans l'ordre chronologique laSpace Exploration InitiativedeGeorge H. W. Bush(1989), leprogrammeConstellationdeGeorge W. Bush(2004) et leFlexible Path(2010) initié sous la législature deBarack Obamadont la première mission, l'Asteroid Retrieval and Utilization,est annulée en 2017.Malgré l'arrêt de ce dernier projet, la NASA poursuit, à la demande du gouvernement, le développement de deux des composants prévus: lelanceur spatiallourdSpace Launch System(SLS) et le vaisseau spatialOrion.

Lancement du programmeArtemis(2019)

Enavril 2019,à l'instigation duprésident américainDonald Trump,la date du retour de l'homme sur laLune,que la NASA avait fixée à 2028 sans programmation clairement définie, est avancée de quatre ans, ce qui donne naissance auprogrammeArtemis.LaNASAreçoit pour instruction d'amener un équipage sur lesol lunaired'ici 2025.Le programme doit déboucher sur l'exploration durable de notre satellite,c'est-à-dire l'organisation de missions régulières dont l’aboutissement serait l'installation d'unposte permanent sur la Lune.Le programme doit également permettre de tester et de mettre au point les équipements et procédures qui seront mis en œuvre au cours des futuresmissions avec équipage à la surface de la planète Mars.La réalisation des missions du programmeArtemisnécessite l'achèvement des développements en cours sur lelanceurlourdSpace Launch System(SLS) et levaisseau spatialOrion,qui ont débuté dans les années 2010 mais qui sont marqués par des dérapages budgétaires et calendaires réguliers. Il nécessite également le développement d'un nouveauvéhicule spatial,leHuman Landing System(HLS), chargé d'emporter les hommes sur le sol lunaire, et des missions robotiques, chargées de réaliser des reconnaissances et des études scientifiques complémentaires. L'architecture des missions repose également sur la futurestation spatialeLunar Orbital Platform-Gateway(LOP-G) qui, placée enorbiteautour de la Lune, servira de relais entre laTerreet la surface de la Lune.

Planification des missions de la phase I du programmeArtemis

En septembre 2020, la NASA détaille dans un document la première phase du programmeArtemis,qui comprend trois missions:Artemis Ia pour objectif de tester pour la première fois en vol le lanceur lourd SLS tandis qu'Artemis IIest un vol habité autour de la lune etArtemis IIIla première mission à déposer un équipage sur la Lune.

Objectifs de la missionArtemis I

Insigne de la missionArtemis I.

La missionArtemis Iest la première mission testant de manière intégrée des versions opérationnelles des composants du programmeArtemis.L'objectif de la mission est de valider le fonctionnement du nouveau lanceurSpace Launch Systemdont c'est le premier vol ainsi que celui du vaisseauOrion,qui lui a déjà été testé en orbite terrestre. Orion, qui n'embarque pas d'équipage pour cette mission, effectuera une répétition des différentes phases d'une mission réelle: injection du vaisseau Orion sur une trajectoire de transit vers la Lune, insertion en orbite autour de celle-ci, modification de l'orbite, injection sur une orbite de retour vers la Terre, rentrée atmosphérique à grande vitesse. Les objectifs détaillés de la mission sont:

• vérifier la capacité dubouclier thermiquedu vaisseau Orion à résister aux températures subies (2 800°C) lors de larentrée atmosphériquedu vaisseau en provenance de la Lune. La température atteinte est bien supérieure à celle subie lorsque le vaisseau spatial quitte l'orbite basse terrestre (mission précédente d'Orion) car la vitesse de rentrée est de11km/sau lieu de8km/set la quantité de chaleur à évacuer progresse comme le cube de la vitesse;
• valider le déroulement de toutes les phases d'une mission normale depuis lecompte à reboursjusqu'à la récupération du vaisseau Orion dans l'Océan Pacifique. Les ingénieurs vérifieront durant le vol les différents systèmes: télécommunications, propulsion, navigation, production d'énergie par les panneaux solaires. La mission permettra de s'assurer que le système de régulation thermique du vaisseau fonctionne dans les conditions spatiales extrêmes et que l'électronique résiste au franchissement desceintures de radiation de Van Allen.Le fonctionnement de l'organisation au sol (équipes assurant le suivi et le soutien de la mission) et des différents équipements assurant le support sur Terre (réseau d'antennes...) seront vérifiés;
• valider les opérations de récupération du vaisseau Orion, l'exploitation des données recueillies par les charges utiles;
• réaliser plusieurs objectifs secondaires comme la validation du système navigation optique du vaisseau Orion ou le déploiement d'une dizaine de nano-satellites de typeCubeSat(charge utilesecondaire) dont certains utiliseront leur propulsion pour se placer sur une orbite lunaire.

Configuration

La mission met en œuvre pour la première fois lelanceur spatialgéantSpace Launch System(SLS) et doit permettre de valider les principaux systèmes du vaisseau spatialOrionqui sera chargé dans les missions futures de transporter les équipages jusqu'aux abords de la Lune.

Lanceur SLS

Le premier étage du SLS constitue le plus gros étage de fusée jamais construit.

Le vaisseau spatial Orion est placé en orbite par lelanceur spatialsuper lourdde la NASASpace Launch System(SLS) dont c'est le premier vol.Artemis Iutilise la versionBlock 1de cette fusée, qui dispose d'un étage supérieur aux performances non optimales (ICPS) mais qui a le mérite d'être opérationnel. La versionBlock 1B,qui disposera de l'étage EUS et sera disponible vers 2025, disposera d'une capacité supérieure de 35 %. Le SLS comporte deux étages, est haut de 98,3 mètres et a une masse de 2 603 tonnes (1 588 tonnes sans les ergols liquides). Le premier étage est motorisé avec quatre moteurs-fuséesRS-25D(étant dérivés des moteurs employés sur la navette spatiale) brûlant un mélange d'oxygène et d'hydrogène liquides et est assisté par deuxpropulseurs d'appointàpropergol solidequi fournissent 75 % de la poussée au décollage. Ces propulseurs sont composés de cinq segments et constituent une version dérivée des propulseurs d'appoint de quatre segments utilisés pour lanavette spatiale.La poussée maximale du lanceur au décollage est de 36 786kilonewtons(kN) et atteint un pic de 39 144kN.Le second étage ICPS (Interim Cryogenic Propulsion Stage) est une version légèrement modifiée du second étage du lanceurDelta IV.L'ICPS a une masse de 32,7 tonnes et une poussée maximale de110 kilonewtons.Dans la version Block 1, le lanceur SLS peut placer95 tonnesen orbite basse et27 tonnessur une trajectoire de transit vers la Lune.

Le lanceur SLS reprend de nombreux éléments développés dans le cadre des programmes précédents. L'étage supérieur, les propulseurs d'appoint à cinq segments qui ont été testés en vol dans le cadre du programme Constellation, les moteurs à ergols liquides RS-25D du premier étage qui propulsaient la navette spatiale américaine. Les quatre moteurs RS-25D de la mission sont des engins qui ont déjà volé à plusieurs reprises et qui ont été légèrement modifiés:modernisation du système de contrôle, poussée maximale passant de 104 à 109 %.De même, l'enveloppe des propulseurs d'appoint est en grande partie constituée d'éléments qui ont volé à plusieurs reprises dans le cadre de missions de la navette spatiale.Par contre, le premier étage proprement dit, s'il reprend certaines caractéristiques duréservoir externe de la navette spatiale américaine(diamètre et revêtement extérieur), est entièrement nouveau. Avec une hauteur de 61 mètres et un diamètre de 8,4 mètres, c'est le plus grosétage de fuséejamais construit depuis le début de l'ère spatiale.

Comparaison de quelques caractéristiques deArtemis 1,Apollo 11et de laNavette spatiale américaine(lanceur+charge utile)

Caractéristique	Artemis 1	Apollo 11	Navette spatiale américaine
Masse au décollage	2 603 tonnes (t)	3 038t	2 030t
Hauteur totale	98,3 mètres (m)	110,6m	56,1m
Diamètre maximum	8,4m	10,1m
Poussée maximale	39 144 kilonewtons (kN)	33 400kN	31 000kN
Charge utile (orbite basse)	95t	140t	24,5t

Vaisseau Orion

Le vaisseau Orion peu avant son installation au sommet du lanceur pour la missionArtemis 1.

Lacharge utileprincipale de la mission est constituée par le vaisseau spatialOriondéveloppé par la NASA. Celui-ci comprend un module de commande dans lequel se trouve la cabine des astronautes et un module de service qui abrite la propulsion, les panneaux solaires... Le module de service est fourni par l'Agence spatiale européenneet dérive duvéhicule automatique de transfert européen(ATV), le véhicule de ravitaillement autonome de laStation spatiale internationale.Le vaisseau Orion est coiffé par latour de sauvetagedont le rôle est d'arracher et éloigner le vaisseau en cas de défaillance du lanceur. Ce module est largué dès que la fusée se trouve au-dessus de la couche atmosphérique épaisse,3 minuteset30 secondesaprès le décollage.Le module fourni comporte des panneaux solaires rectangulaires déjà utilisés sur l'ATV qui remplacent les panneaux circulaires envisagés initialement par la NASA etLockheed Martin.Le vaisseau Orion a une masse de 32,7 tonnes dont 7,7 tonnes pour latour de sauvetage,9,3 tonnes pour le module de commande et 15,3 tonnes pour le module de service.Artemis Iest le deuxième vol du vaisseau Orion mais, contrairement au premier vol,Exploration Flight Test 1(EFT-1) (5 décembre 2014), le vaisseau est complètement opérationnel et il emporte notamment unsystème de support de vie.Aucun équipage n'est embarqué.

Installations de lancement

Laplateforme de lancement mobileest déplacée à l'aide de sontransporteur à chenilles.

Laplateforme de lancement mobileinstallée sur le pas de tir 39B est encadrée par les mâts paratonnerre et lechâteau d'eaudu système dedéluge.Au premier plan les tuyaux amenant les ergols pour le remplissage des réservoirs de la fusée.

La missionArtemis Idoit décoller dupas de tir39B utilisé autrefois pour le lancement de lanavette spatiale américaine.Il s'agit d'un des deux pas de tir ducomplexe de lancement 39situé aucentre spatial KennedyenFloride.La fusée, qui a été assemblée dans le bâtimentVABsur saplateforme de lancement mobile,est transportée jusqu'aupas de tiréloigné de sept kilomètres par letransporteur à chenilles.

Le bâtiment d'assemblage (VAB)

Le VAB (Vehicle Assembly Building) est le bâtiment dans lequel est assemblé le lanceurSpace Launch System.Il est compartimenté en 4 sous-ensembles (les baies) dotés chacun d'une porte extérieure haute de139 mètrespermettant de faire passer la fusée fixée sur sa plateforme mobile. C'est un des plus vastes bâtiments existant au monde: haut de160 mètres,il fait218 mètresde long sur158 mètresde large.

La plateforme mobile

Laplateforme de lancement mobile(Mobile Launcher Platform ou MLP) est une structure métallique à deux étages sur laquelle le lanceur est assemblé dans le bâtiment VAB, puis transporté jusqu'à la zone de lancement, et enfin lancé. La plateforme est évidée à trois endroits pour laisser passer les flammes et les gaz chauds expulsés par les moteurs-fusées du premier étage du lanceur et par les deux propulseurs à poudre. La plateforme est haute de 7,6 mètres et fait49 mètresde long pour41 mètresde large. Elle pèse 4 190 tonnes à vide. Lorsqu'elle est installée sur le pas de tir ou dans le VAB, elle repose sur six pieds métalliques hauts de sept mètres.

La plateforme de lancement sur laquelle repose le lanceur est transférée à l'aide d'untransporteur à chenillesdepuis le VAB jusqu'au site de lancement via une route longue de6,7 kilomètres,leCrawlerway.Ce dernier ainsi que le transporteur ont été renforcés pour supporter la charge du SLS et du mât de service (Mobile Launcher) beaucoup plus lourd que la navette spatiale: la masse supportée par le transporteur passe de 5 400 tonnes à 6 800 tonnes.

Le pas de tir

Vue aérienne du pas de tir 39B photographié ici avec la plateforme mobile de lancement en place.

Le pas de tir 39B, qui était autrefois utilisé pour les lancements de lanavette spatiale américaine,a été en partie modifié et en partie rénové pour accueillir les tirs de SLS. C'est le seul pas de tir pouvant prendre en charge le nouveau lanceur. La plateforme de services fixe a été remplacée par une tour placée directement sur la plateforme mobile de lancement. Désormais, les seules installations fixes émergeant au-dessus du pas de tir sont les trois paratonnerres hauts de183 mètres,reliés entre eux par des câbles métalliques qui encadrent le lanceur durant son tir. Lescarneaux,énormes fosses situées sous la plateforme et dans lesquelles les gaz des moteurs sont expulsés au décollage, ainsi que lesystème de délugechargé de réduire les vibrations engendrées par l'expulsion des gaz des moteurs, ont été rénovés. Un réservoir pouvant contenir5,7 millionsde litres d'hydrogène liquidea été construit à la périphérie du pas de tir, mais il ne sera pas prêt pour la missionArtemis I.

Assemblage du lanceur et répétition du lancement (juin 2021-juillet 2022)

La date de lancement d'Artemis I,initialement fixée à novembre 2020 pour des raisons essentiellement politiques,est repoussée à plusieurs reprises pour prendre en compte les contraintes de mise au point, ou pour faire face à des événements non anticipés. En juillet 2021, l'assemblage du premier exemplaire du lanceur SLS débute dans la baie 3 du bâtimentVABducentre spatial Kennedy.Le premier étage qui a été fabriqué parBoeingdans l'usine de Michoudpuis testé sur le banc d'essais B-2 ducentre spatial Stennisa été amené par bateau. Les segments des propulseurs d'appoint produits parNorthrop Grummandans son usine située au nord deSalt Lake Citydans l'Utahsont arrivés par voie ferrée. Tous ces éléments sont installés et assemblés sur la plateforme de lancement.Un mois plus tard, c'est au tour du deuxième étage ICPS d'être assemblé avec le reste de la fusée.Débutent alors les tests d'intégration de la fusée qui s'achèvent en septembre. En octobre, le vaisseau Orion est installé au sommet du lanceur et une deuxième séquence de test d'intégrations'achève en mars 2022.La plateforme de lancement mobile supportant la fusée est alors déplacée jusqu'au pas de tir 39B d'où la missionArtemis Idoit être lancée.Débute alors la répétition des opérations de lancement. Durant ces tests, qui comprennent le remplissage des réservoirs de la fusée et la simulation d'un compte à rebours, plusieurs anomalies sont mises en évidence dont notamment une fuite dans une des conduites alimentant les réservoirs, ainsi qu'une vanne bloquée. La correction de ces problèmes nécessite que le lanceur soit rapatrié dans le bâtiment d'assemblage (le VAB), ce qui est susceptible de remettre en cause la date du lancement d'Artemis Idésormais programmé enaoût 2022.Toutefois, les réparations sont effectuées rapidement et la fusée est de retour sur le pas de tir débutjuin 2022.Une répétition du lancement est menée presque jusqu'à son terme le20 juinavec quelques anomalies mineures. Le lanceur doit réintégrer le VAB pour la correction des dernières anomalies constatées et la préparation du lancement est fixée à fin août.Après examen des résultats, le lancement est prévu au plus tôt le29 août 2022.

• Préparation de la mission dans le batiment d'assemblage (VAB)
• 
  La partie supérieure du lanceur dans leVAB.De haut en bas: la tour de sauvetage, le vaisseau Orion et l'adaptateur de forme tronconique qui encapsule l'étage supérieur de la fusée (mars 2022).
• 
  Le lanceur, sur sa table de lancement flanqué par la tour de service, quitte le VAB pour le pas de tir lors d'une répétition de lancement (mars 2022).

Préparation du lancement (août 2022)

Fenêtres de lancement

Plusieurs conditions dépendant de la date et l'heure de lancement doivent être réunies pour que le lancement ait lieu. Les performances de l'étage supérieur (ICPS) de la fusée, qui doit effectuer l'injection du vaisseau lunaire Orion sur sa trajectoire vers la Lune, dépendent de la position de la Lune durant son cycle de28 jours.Par ailleurs, il est nécessaire que le vaisseau Orion ne subisse pas durant son déplacement d'éclipse du Soleil d'une durée supérieure à 90 minutes, pour respecter des contraintes de production d'énergie par les panneaux solaires. La date de lancement doit permettre d'utiliser au retour la technique de la rentrée avecrebond atmosphérique(voir paragraphe consacré à la rentrée atmosphérique), qui doit être expérimentée pour la première fois dans le cadre de la missionArtemis I.Enfin, le décollage et le retour du vaisseau Orion sur Terre doivent se faire de jour pour faciliter les opérations au sol.

La premièrefenêtre de lancementrépondant à ces conditions, tout en étant compatible avec l'état de préparation du lanceur SLS et du vaisseau Orion, s'ouvre le29 août 2022à12 h 33TUet dure deux heures. Deux autres fenêtres de lancement s'ouvrent les jours suivants, les 2 et5 septembre.Passé cette date, le SLS doit réintégrer le bâtiment d'assemblage (VAB), car les fenêtres de lancement suivantes se situent entre le20 septembreet le4 octobre,ainsi qu'entre le17 octobreet le31 octobre.

Opérations durant le compte à rebours

Lecompte à rebours,qui précède le décollage de la mission et durant lequel les opérations de préparation critiques se déroulent, débute deux jours avant le lancement. Dans une première phase, les étages du lanceur et le vaisseau Orion sont connectés électriquement pour permettre notamment le chargement des batteries et la préparation des réservoirs contenant les différents consommables (oxygène et hydrogène liquides, azote...). Le personnel non essentiel est évacué du pas de tir15 heuresavant le décollage. Environ 10 heures avant celui-ci, une réunion des responsables du lancement décide si les conditions météorologiqueset l'état de préparation du lanceur permettent de poursuivre les opérations de lancement. Huit heures avant celui-ci débutent les opérations de remplissage des réservoirs d'hydrogène et d'oxygène liquides des deux étages de la fusée. La température des réservoirs et des conduites de remplissage est d'abord abaissée à celle des ergols. Puis les réservoirs sont remplis d'abord à grande vitesse puis à vitesse plus lente. Un peu plus de trois heures avant le lancement les réservoirs sont pleins et les opérations de remplissage se poursuivent uniquement pour compenser l'évaporation des ergols liquides. À t-50 minutes se tient une dernière réunion destinée à donner le feu vert au décollage. Au cours des dix dernières minutes, les dispositifs pyrotechniques du vaisseau Orion sont armés, le remplissage des réservoirs est complètement arrêté, la source d'énergie des équipements électroniques bascule sur les batteries et les dispositifs placés sous la fusée et chargés de brûler l'hydrogène excédentaire sont allumés. Seize secondes avant le décollage lesystème de déluge,destiné à atténuer les ondes acoustiques, commence à arroser les carneaux et les orifices de la table de lancement situés sous les moteurs en puisant dans un réservoir contenant 1 500 tonnes d'eau. Six secondes avant le décollage, les quatre moteurs à ergols liquides sont mis en marche à120 millisecondesd'intervalle pour limiter les phénomènes de vibration. En trois secondes, les moteurs atteignent 100 % de leur puissance. Leur fonctionnement est vérifié dans les trois secondes qui suivent et le résultat, s'il est positif, déclenche la mise à feu des propulseurs d'appoint à propergol solide, qui ne peuvent être éteints. La mise à feu de ceux-ci déclenche immédiatement le décollage.

Reports et lancement le 16 novembre 2022

Décollage du lanceur SLS.

Le lancement prévu le 29 août est repoussé au 2 septembre, puis au 3 septembreà la suite de l'échec du refroidissement du moteurn^o3 du premier étage qui entraîne l'interruption du compte à rebours30 minutesavant le décollage. Le moteur-fusée devait être refroidi à−251°Cmais n'a pu atteindre que−229°C.Le problème pourrait toutefois provenir du capteur qui mesure cette température.Une nouvelle tentative a lieu le3 septembre,mais elle échoue également à cause d'une fuite dans un joint du système de déconnexion rapide de la conduite alimentant le réservoir d'hydrogène de la fusée. Compte tenu des travaux nécessaires pour corriger le problème et d'une période de neutralisation du site qui doit être utilisé pour lancer en septembre les astronautes assurant la relève de l'équipage de la Station spatiale internationale, la prochaine tentative est repoussée au17 octobre.Mais la NASA décide de tenter de corriger le problème sur le pas de tir, de procéder à un test au plus tôt le17 septembreet, si celui-ci est concluant (et à condition d'avoir l'aval des autorités), de procéder à un lancement le23 septembre.Finalement, le lancement est fixé au27 septembreentre18 h 52et20 h 41 TU,mais l'arrivée prévue d'unouragansur laFloridece jour-là entraîne la décision de mettre la fusée à l'abri dans le bâtiment d'assemblage.Un lancement dans la matinée du14 novembreest envisagéavant d'être repoussé au 16 novembre à cause du passage de l'ouragan Nicole.

Le lanceur décolle finalement le 16 novembre vers6 h 50 TU.

Schéma montrant les différentes phases du lancement de la missionArtemis Ipar la fusée SLS.Erreur sur le diagramme: les panneaux solaires se déploient lors de la mission immédiatement après la séparation du premier étage du SLS, soit bien avant la séparation entre Orion et l'ICPS.

Déroulement de la mission

La durée de la mission prévue est comprise entre 26 et 42 jours. Elle dépend de la date de lancement et des aléas rencontrés.

Schéma du déroulement de la mission:1Décollage -2Séparation des propulseurs d'appoint -3Extinction du premier étage -4Manœuvre de rehaussement du périgée -5En orbite basse terrestre, vérification des systèmes -6Manœuvre d'injection sur trajectoire de transit vers la Lune -7Séparation de l'étage supérieur ICPS -8Manœuvre de correction de trajectoire -9Manœuvre d'insertion en orbite lunaire à 100kmde la surface de la Lune -10Manœuvre de circularisation de l'orbite lunaire -11Le vaisseau Orion effectue la moitié ou1,5 orbitelunaire -12Première manœuvre de départ permettant d'abaisser le périgée -13Deuxième manœuvre destinée à quitter l'orbite lunaire -14Transit vers la Terre -15Séparation du module de service -16Début de la rentrée atmosphérique -17Amerrissage -A, B et CDéploiement des CubeSats.

Lancement

Décollage d'Artemis (vue d'artiste).

L'étage supérieur ICPS est mis à feu pour injecter le vaisseauOrionsur sa trajectoire à destination de la Lune (vue d'artiste).

Au décollage (t), lapousséedes moteurs à ergols liquides est au maximum (109 % de la poussée nominale). La fusée commence par s'élever verticalement puis au bout de sept secondes, alors qu'elle a dépassé le sommet de la tour ombilicale et que sa vitesse a atteint environ125km/h,elle modifie sa direction vers l'orbite visée. La poussée des moteurs à ergols liquides est réduite 55 secondes après le décollage pour traverser la phase critique pendant laquelle la pression aérodynamique sur la structure du lanceur est maximale (Max Q): le maximum est atteint à t+70 s alors que la fusée se trouve à une altitude de 13 kilomètres et vole à une vitesse légèrement supérieure àMach 1,6.La poussée est à nouveau portée à 109 % à t+81 s avant d'être ramenée à 85 % à t+123 s pour permettre la séparation des propulseurs d'appoint. Après cet événement, elle est remontée à nouveau à 109 % à t+132 s.De son côté, la géométrie du canal interne des propulseurs d'appoint (qui fait office dechambre de combustion) est également conçue pour faire varier la poussée de manière non linéaire. Alors que celle-ci est de 16 014kN(par propulseur) durant les25 secondesqui suivent le décollage elle est réduite à 12 455kNpar la suite avant de remonter à 14 679kNune fois passé Max Q. Vingt secondes plus tard, la poussée commence à faiblir avec l'épuisement du propergol solide et un peu plus de deux minutes après le décollage, les propulseurs d'appoint sont éjectés et retombent dans l'océan Atlantique.Une minute plus tard, alors que la fusée traverse des couches peu denses de l'atmosphère, les éléments contribuant à l'aérodynamiquedu lanceur (trois panneaux entourant le vaisseau Orion) ainsi que la tour de sauvetage coiffant le vaisseau sont largués.

À t+421 s, la poussée des moteurs à ergols liquides commence à être réduite pour limiter l'accélération et, à t+476 s, elle passe à 67 %. À t+483 s, le premier étage s'éteint et il se sépare du lanceur à t+510 s avant de retomber dans l'océan Pacifique.Aucun de ces composants du lanceur n'est récupéré,l'immersion dans l'eau salée rendant toute récupération impossible. L'étage supérieur et le vaisseau Orion sont placés sur une orbite instable avec un périgée à 30 km de la surface et un apogée à 1 805 kilomètres vers lequel l'ensemble se dirige. En attendant d'atteindre sur son inertie l'apogée via une phase non propulsée qui dure48 minutes,le vaisseau Orion déploie ses panneaux solaires (durée de12 minutes). Lorsque l'ensemble formé par l'étage supérieur et Orion atteint l'apogée de sa trajectoire à t+51 minutes, le moteur de l'étage supérieur est allumé durant22 secondespour élever le périgée à 800km.Désormais le vaisseauOrionet l'étage supérieur de la fusée circulent sur uneorbite terrestre basse.

Une heure et 38 minutes après le décollage, l'étage supérieur ICPS est rallumé durant environ18 minutespour placer le vaisseau Orion sur une orbite dont l'apogée se situe au-delà de la Lune, puis il est largué.L'étage ICPS, après avoir survolé la Lune, va circuler sur uneorbite héliocentrique.Les satellitesCubeSats,qui étaient stockés dans sa partie supérieure, sont alors éjectés en plusieurs fois durant le trajet vers la Lune et poursuivent par inertie leur trajet vers la Lune.

Animation de la trajectoire d'Artemis 1

référentiel en rotationsur la Terre

référentiel en rotationsur la Terre et la Lune

Terre

Artemis I

Lune

Autour de la Lune

Le vaisseau Orion survole la Lune (vue d'artiste).

Durant son trajet vers la Lune, le vaisseau Orion ajuste sa trajectoire en utilisant la propulsion du module de service, avec comme objectif de se placer sur une orbite lunaire haute rétrograde.Cette orbite, très stable,ne nécessite qu'une consommation limitée d'ergols pour pouvoir être maintenue et est idéale pour évaluer les capacités du vaisseau Orion dans l'espace profond. Pour se placer sur cette orbite, le vaisseau survole laface cachéeà environ 100kmd'altitude. Il utilise une première fois sa propulsion durant ce survol pour s'insérer sur une orbite lunaire puis, alors qu'il se trouve à l'apogée de sa nouvelle orbite, il utilise de nouveau sa propulsion pour la circulariser. Du fait des contraintes de mécanique céleste, la durée de son séjour sur cette orbite dépend de la date de lancement et est comprise entre 6 et19 jours.À l'issue de cette phase, le vaisseau Orion quitte cette orbite en effectuant les mêmes manœuvres. Une première impulsion de sa propulsion permet d'abaisser le périgée de manière qu'il passe à 100kmau-dessus de la surface de la Lune puis, lors de ce survol, une deuxième impulsion le place sur une trajectoire qui le ramène vers la Terre.

Rentrée atmosphérique

Schéma comparant les techniques de rentrée avec faible courbure de trajectoire (Apollo) et avecrebond atmosphérique(Artemis). En ordonnée l'altitude et en abscisse la distance entre point de rentrée et zone d'amerrissage.

Peu avant de pénétrer dans l'atmosphère terrestre, le module de service est largué. Le vaisseau Orion effectue alors unerentrée atmosphériqueà haute vitesse (environ11km/s).Artemis Iest la première mission qui utilisera la technique de la rentrée avecrebond atmosphérique.Au lieu d'arriver à proximité des couches atmosphériques denses avec uneincidenceélevée et de plonger directement vers le sol, le vaisseau Orion arrivera avec une incidence rasante soigneusement choisie et en fonction de celle-ci rebondira plus ou moins loin sur l'atmosphère avant de pénétrer dans celle-ci. Cette technique mise en œuvre par le vaisseau avec l'assistance de logiciels et de systèmes de navigation avancés permet de disposer d'un plus grand choix de zones d'amerrissage en accroissant la distance maximale entre celle-ci et le point de rentrée: la distance maximale passe de 1 500milles marinspour les missions Apollo à 4 800 milles marins). Cette technique permet également d'améliorer la précision de l'amerrissage et de réduire la décélération subie par l'équipage (celle-ci se limitera à deux phases à4g). Il est prévu que le vaisseau amerrisse dans l'océan Pacifiqueà une cinquantaine de milles marins au large deSan Diegooù il sera récupéré par un navire de laMarine de guerre américaine.

Amerrissage

Amerrissage de la capsule Orion.

Le dimanche11 décembre 2022à17h40UTC (9h40PST), le vaisseau spatialOrionamerrit dans l'océan Pacifique au large de laBasse-Californie,au Mexique, après une rentrée dans l'atmosphère à40 000km/h.Orion touche l'eau à une vitesse de30km/henviron et est récupéré par le navire USSPortland.

Principaux évènements de la mission dans l'ordre chronologique.

Temps écoulé depuis le lancement	Événement	Position
0h0min0s	Lancement	Centre spatial Kennedy
0h2min0s	Séparation des deuxpropulseurs d'appoint	Altitude 45km
0h3min40s	Largage des panneaux de protection du module de service et de latour de sauvetage	Altitude 91km
0h8min14s	Extinction des moteurs du premier étage et largage	Altitude 157km
0h16min14s	Déploiement despanneaux solaires	Altitude 484km
0h54min5s	Mise à feu de l'ICPS pour rehausser lepérigée	Altitude 1 791km
1h25min0s	Mise à feu de l'ICPS pour injecter le vaisseau Orion sur une orbite de transfert vers la Lune	Altitude 601km
1h53min0s	Largage de l'étage ICPS	Altitude 3 849km
Jours 1-4	Transit entre la Terre et la Lune	Distance de la Terre: 3 849 km ⇒ 394 501km Corrections intermédiaires de la trajectoire
Jour 47h8	Assistance gravitationnellede la Lune	Distance de la Terre: 401 643km Passage à 100kmde distance de la Lune
jours 7-13	Orbite rétrograde autour de la Lune	Distance de la Terre comprise entre 348 931 et 437 321km Orbite lunaire 3 849km
Jour 20	Injection sur une orbite de transfert vers la Terre	Distance de la Terre: 358 558km
jours 21-25	Transit entre la Lune et la Terre	Distance de la Terre: 364 804 km ⇒ 67 527km Corrections intermédiaires de la trajectoire
Jour 2511h30	Séparation du module de service	Altitude 5 140km
Jour 2511h34	Rentrée atmosphérique	Altitude 100km Vitesse:11km/s
	Rentrée atmosphérique	Altitude 80km Température maximum dubouclier thermique:2 760°C
Jour 2512h	Déploiement des parachutes	Altitude 6km
Jour 2512h	Amerrissage du vaisseau Orion	Océan Pacifique

Résultats: un succès total

La mission est un succès total qui ouvre la voie à la mission suivante,Artemis II,qui doit emporter un équipage. Le lanceurSLS,dont c'est le premier vol, comme le vaisseau Orion, se sont comportés comme prévu. Les seuls incidents notables ont été des interruptions temporaires des liaisons de télécommunication entre le vaisseau et le centre de contrôle sur Terre.

Charge utile secondaire

La charge utile secondaire est constituée de13CubeSats6Ufixés sur l'adaptateur, visible ici, situé entre le deuxième étage du lanceur et le vaisseau Orion.

Le lanceur SLS qui dispose d'un surplus de capacité emporte unecharge utilesecondaire (Orion est sa charge utile principale) constituée par dix nano-satellites de typeCubeSat6U (environ 11 kilogrammes chacun). Ces CubeSats sont stockés dans la structure circulaire qui relie le vaisseau spatial Orion et l'adaptateur entourant l'étage ICPS. Les CubeSats embarqués ont été sélectionnés dans le cadre du partenariatNext Space Technologies for Exploration Partnerships(« NextSTEP ») noué par la NASA avec des entreprises commerciales dans le but de développer de nouvelles technologies spatiales. Les projets retenus doivent permettre d'augmenter la durée et la capacité des missions dans l'espace profond (deux missions). Les autres projets ont été choisis par la direction des missions habitées de la NASA (deux missions), par la direction des missions scientifiques (deux missions), ou par sélection dans le cadre d'une compétition organisée par la NASACube Quest Challenge(une mission), ou ce sont des missions fournies par des partenaires étrangers (deux missions japonaises, une mission italienne).

BioSentinel

À bord de BioSentinel, une expérience analyse le métabolisme de micro-organismes de levure pour déterminer l'effet des radiations sur les organismes vivants.

BioSentinelest une mission d'astrobiologiequi va utiliser de lalevurepour étudier l'impact à long terme du rayonnement présent dans l'espace interplanétaire sur l'ADNdes organismes. Le satellite, après avoir survolé la Lune, doit circuler sur une orbite héliocentrique. Il est prévu que sa mission dure un an.

LunIR

LunIR(Lunar InfraRed imaging) embarque le spectromètre miniaturisé MWIR qui doit recueillir des données dans l'infrarouge moyen durant un unique survol de la Lune (le satellite ne se placera pas en orbite autour de la Lune). L'objectif est de préciser les caractéristiques de la surface. La mission doit durer30 jours.Le CubeSat est fourni parLockheed Martin.

CuSP

CuSP(CubeSat for Solar Particles) a pour objectif d'étudier les particules émises par le Soleil, les champs magnétiques produits par le Soleil et les particules présentes dans l'espace interplanétaire, en mesurant les niveaux d'émission de protons durant les tempêtes solaires. Il emporte trois instruments miniaturisés mesurant respectivement les spectres des ions suprathermaux, le nombre de particules solaires à haute énergie et la force et la direction du champ magnétique solaire. Le CubeSat pourrait être le prototype d'un réseau de satellites à bas coût de météorologie spatiale qui permettrait d'anticiper les tempêtes solaires. Le satellite doit circuler sur une orbite héliocentrique et fonctionner durant75 jours.

Lunar IceCube

Lunar IceCub survolant le pôle sud de la Lune (vue d'artiste).

Lunar IceCubeest unCubeSat 6U,développé par l'Université d'État de Morehead,emporte un spectromètre miniaturisé qui doit se placer sur une orbite basse autour de la Lune pour analyser les volatiles présents à la surface de la Lune. Il dispose d'unmoteur ioniqueminiature (pousséed'unmillinewton(mN) avec uneimpulsion spécifiquede 2 130 secondes) qui utilise comme ergol dudiiode.Le satellite doit se placer en orbite autour de la Lune en utilisant sa propulsion. La mission doit durer au maximum deux ans. À l'issue de celle-ci, le nano-satellite ira s'écraser à la surface de la Lune.

Lunar Polar Hydrogen Mapper

LunaH-Map(Lunar Polar Hydrogen Mapper) est unCubeSat 6U,développé par l'Université d'état de l'Arizona,qui doit se placer sur une orbite basse autour de la Lune en utilisant le même moteur ionique que Lunar IceCube. Sa charge utile est constituée par undétecteur de neutrons à scintillationqui mesurera la proportion d'hydrogèneprésente dans la couche superficielle de la surface de la Lune pour en déduire la proportion d'eau. Pour disposer de données détaillées, son orbite très elliptique le fera survoler le pôle sud de la Lune à une altitude comprise entre cinq et dix kilomètres. Il est prévu que la mission dure 601 jours.

Near-Earth Asteroid Scout

Near-Earth Asteroid Scout(NEA Scout) est unCubeSat 6Ude la NASA qui utilise unevoile solairepour effectuer un survol de l'astéroïde géocroiseur2020 GE.Le satellite doit effectuer un survol à une distance de 10kmet réaliser des photos en utilisant un appareil photo monochrome à haute résolution de qualité scientifique afin de mesurer les propriétés physiques d'un astéroïde proche de la Terre.

Schéma montrant les principaux composants de NEA Scout:1Avioniqueradiodurcie-2Antenne faiblegain-3Viseur d'étoiles-4Caméra Malin (Charge utile-5Capteur solaire-6Batterie lithium-ion-7Étais de lavoile solaireenroulés -8Propulseurs à gaz froid-9Panneau solaireet antenne grandgain-10Voile solaireen position repliée -11Roue de réaction-12Émetteur-récepteur radio Iris.

OMOTENASHI

OMOTENASHIest unCubeSat 6U,développé par l'Agence d'exploration aérospatiale japonaise(JAXA), qui doit démontrer la faisabilité d'un atterrisseur lunaire de très petite taille. Pour se poser sur la Lune, l'engin utilise un moteur àpropergol solidede 6kget unairbag(vitesse d'atterrissage20m/s).

EQUULEUS

EQUULEUSest unCubeSat 6U,développé conjointement par l'université de Tokyoet l'Agence d'exploration aérospatiale japonaise (JAXA) qui doit mesurer la distribution duplasmadans l'environnement spatial de la Terre et valider l'utilisation de trajectoires à faible énergie pour se déplacer à proximité dupoint de LagrangeL2 du système Terre-Lune.

ArgoMoon

ArgoMoonest unCubeSat 6Uitalien qui doit fournir des informations sur le déroulement des éjections des autres CubeSats par le lanceur SLS et tester un logiciel de reconnaissance d'images. Sa mission a une durée de 180 jours.

CubeSats du programmeNASA's Cube Quest Challenge

Trois CubeSats supplémentaires étaient prévus mais n'ont pas été embarqués faute d'être prêts à temps pour le lancement.Cesnano-satellitesont été sélectionnés dans le cadre d'un concours (NASA's Cube Quest Challenge) qui avait pour objectif de contribuer à l'ouverture de l'exploration de l'espace lointain aux engins spatiaux développés par des organisations non rattachés à la NASA.Les trois CubeSat 6U sélectionnés sontTeam Miles,qui doit tester un nouveau type de propulsion électrique utilisant la propulsion de plasma et laser ainsi qu'un un émetteur radio miniaturisé capable de transmettre à des distances très importantes,Cislunar Explorersqui doit démontrer la viabilité d'un système de propulsion utilisant des ergols produits par l'électrolyse de l'eau embarquée etEarth Escape Explorer(CU-E³) qui doit tester un émetteur radio utilisant une antenne innovante permettant d'établir des liaisons à longue distance jusqu'à27 millionsde kilomètres de la Terre.

Autres expériences embarquées

MARE: mesure du niveau de radiation subi par l'équipage

Un des deux mannequins de l'expérience MARE. Celui-ci est vêtu d'une veste qui doit le protéger des radiations.

La mission est mise à profit pour mesurer le niveau de radiation (particules générées par le vent solaire et les éruptions solaires, rayons cosmiques) subi par les astronautes dans l'espace interplanétaire une fois qu'ils ont quitté l'orbite basse qui, elle, est en grande partie protégée par la magnétosphère terrestre. Ce risque est important pour les équipages puisqu'il est770 foisplus important à l'extérieur de la magnétosphère terrestre qu'au sol et qu'il est susceptible d'entraîner des cancers. L'expérience MARE (MATROSHKA AstroRad Radiation Experiment) consiste à effectuer des mesures sur deux mannequins anthropomorphiques féminins limités au torse et à la tête (les femmes sont plus sensibles aux radiations) installés sur deux des sièges de la cabine du vaisseau Orion. Ils sont équipés de nombreux capteurs régulièrement répartis à l'intérieur qui doivent permettre de mesurer l'impact sur les différents organes humains. Un des deux mannequins (baptisé Zohar) sera équipé d'un giletAstroRadexpérimental qui doit bloquer une partie du rayonnement tandis que l'autre (Helga) ne le sera pas. Cette expérience est développée conjointement par l'agence spatiale allemande(DLR) et l'agence spatiale israélienneet prend la suite d'expériences réalisées à bord de laStation spatiale internationale.

Commander Moonikin Campos

Le mannequin « Moonikin Campos ».

Un troisième mannequin complet, déjà utilisé au sol pour des tests de vibration du vaisseau Orion, est également installé sur le siège du commandant. Il porte la combinaison de survieOrion Crew Survival System,mise au point pour les missions Orionet qui sera portée par l'équipage durant les phases critiques de la mission, notamment au lancement et durant la rentrée atmosphérique. Le mannequin porte deux capteurs de radiation. Des capteurs de vibration et des accéléromètres sont installés sous son appui-tête et sous son siège pour enregistrer les accélérations et les vibrations tout au long de la mission. Cinq autres accéléromètres et capteurs de vibration sont installés entre les sièges supérieurs et inférieurs pour enregistrer ces phénomènes tout au long de la mission notamment au moment de l'amerrissage. À la suite d'un vote public, le mannequin a été baptisé « Commander Moonikin Campos », du nom d'Arturo Campos,un ingénieur ayant joué un rôle crucial dans le sauvetage de la missionApollo 13.

Missions suivantes

SiArtemis Ise déroule de manière nominale, la prochaine mission du programme,Artemis II,doit embarquer un équipage qui effectuera en 2024 une deuxième répétition d'une mission lunaire sans toutefois enchainer avec le débarquement sur le sol lunaire. La mission qui doit lui succéder,Artemis III,doit se conclure par un débarquement des hommes sur la Lune. Sa date, qui dépend de la mise au point de nombreux composants comme le très ambitieux vaisseau lunaireStarship HLSet son lanceurStarship,reste incertaine: au plus tôt en 2025.

Galerie

• Animation retraçant le déroulement de la mission.
• 
  La base des propulseurs d'appoint dans le bâtiment d'assemblage VAB.
• 
  L'étage ICPS.
• 
  Le centre de contrôle du centre spatial Kennedy.
• 
  La Terre vue d'une des caméras du vaisseau Orion durantArtemis I.
• 
  Lancement de la fusée SLS durant la missionArtemis I.
• 
  Orion après son amerrissage.
• 
  Orion à l'intérieur de l'USSPortland.

Bibliographie

• (en)NASA,Artemis I reference guide,NASA,2022,90p.(lire en ligne[PDF]).— Document de référence de la mission Artemis I publié par la NASA.
• (en)NASA,Artemis I press kit,NASA,2022,41p.(lire en ligne)— Dossier de presse de la missionArtemis Ipublié par la NASA.
• (en)NASA,NASA'S Space Launch System - Reference Guide,NASA,2022,86p.(lire en ligne[PDF]).— Document de référence du lanceur SLS publié par la NASA.
• (en)NASA,Orion Reference Guide,NASA,2022,131p.(lire en ligne[PDF]).— Document de référence du vaisseau spatial Orion publié par la NASA.
• (en)NASA,Artemis I Launch Targeted for Late March,SPACEPOLICYONLINE,septembre 2022,74p.(lire en ligne)
  Fenêtre de lancement, daté du 18 janvier 2022.

Voir aussi

Articles connexes

• programmeArtemis
• SLS
• Orion (véhicule spatial)
• Starship HLSet son lanceurStarship
• Vehicle Assembly Building

Liens externes

• (en)Site officiel
• Ressources relatives à l'astronomie:
  • National Space Science Data Center
  • Satellite Catalog Number
• (en)«Artemis 1: Flight Day 13», surAstronomy Picture of the Day,NASA,1^erdécembre 2022(consulté le1^erdécembre 2022)(traduction/adaptation française).
• (en)«Différentes ressources concernant la mission Artemis I mise à disposition par la NASA»^{(Archive.org•Wikiwix•Archive.is•Google•Que faire?)},NASA,8 mai 2021(consulté le27 aout 2022)
• (en)«Earthset from Orion», surAstronomy Picture of the Day,NASA,23 novembre 2022(consulté le23 novembre 2022)(traduction/adaptation française).
• (en)«Artemis 1 Moonshot», surAstronomy Picture of the Day,NASA,19 novembre 2022(consulté le19 novembre 2022)(traduction/adaptation française).
• (en)«Planet Earth from Orion», surAstronomy Picture of the Day,NASA,17 novembre 2022(consulté le19 novembre 2022)(traduction/adaptation française).