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Astéroïde: Remorquage très spatial

Par Joël Leblanc - 22/09/2015


Le 11 octobre 2010, Barack Obama approuve le NASA Authorization Act 2010 qui confirme l’arrêt de mort de Constellation, le programme spatial qui devait envoyer d’autres astronautes états-uniens sur la Lune. Puis, avec le retrait des navettes et l’achèvement de la Station spatiale internationale, l’année suivante, la NASA s’est retrouvée sans mandat clair.

Les mauvaises langues diront que, depuis ce temps, l’agence spatiale des États-Unis dépense son budget dans des projets boiteux et sans but précis. Aussi, le projet ARM, pour Asteroid Redirect Mission (Mission de redirection d’astéroïde), annoncé en 2012 au coût de 1,25 milliard de dollars, a-t-il particulièrement enflammé la blogosphère. Ce projet prévoit l’envoi d’une sonde robotisée afin de rapporter un morceau d’astéroïde à proximité de la Terre. Parmi les nombreuses critiques, certaines déploraient qu’un tel montant ne soit pas consacré à la conquête de Mars.

«C’est pourtant exactement notre but, réplique posément Michele Gates, la directrice du programme ARM à la NASA. Cette mission est un banc d’essai pour mettre au point et tester les nouvelles technologies qui nous permettront d’aller sur Mars dans les années 2030.»

Mars en ligne de mire

Selon Martin Elvis, astrophysicien sénior à l’université Harvard, au Massachusetts, il suffit d’assister aux ateliers semestriels de discussion et de réflexion du SBAG (Small Bodies Assessment Group ou Groupe d’évaluation des petits corps célestes) pour constater que la NASA n’a effectivement que Mars en tête. Ce groupe, que l’Agence a fondé dans le but d’iden­tifier les priorités et les opportunités scientifiques dans l’exploration des astéroïdes, comètes, petits satellites et poussières interplanétaires, planche notamment sur le projet ARM et en évalue les aspects à chaque rencontre. «Le concept clé, c’est de toujours penser “vers Mars”, témoigne Martin Elvis. Tout ce qui est entrepris doit apporter quelque chose aux futures missions habitées vers Mars. C’est ce que la NASA exige de tous ses ingénieurs. Et ça marche.»

Mais à première vue, le lien entre ARM et la planète rouge n’est pas évident. La NASA repérera d’abord un astéroïde adéquat, puis tentera d’y poser une sonde, d’y prélever un bloc de roche et de repartir vers la Terre avec lui, non sans avoir d’abord dévié de quelques degrés l’astéroïde de sa trajectoire. Ensuite, la sonde reviendra se mettre en orbite autour de la Lune et attendra qu’une mission habitée vienne l’y rejoindre pour analyser le caillou.

Bien choisir la cible

L’engin sera lancé vers 2020 grâce à une puissante fusée Atlas V ou Delta IV. Il lui faudra deux ans pour atteindre son astéroïde et cinq ans pour accomplir la totalité de sa mission. Quelle cible choisira-t-il? Il faudra un astéroïde dont on a la certitude que sa surface est parsemée de gros blocs de roche. Il y a quelques candidats en lice, par exemple 2008 EV5, un astéroïde actuellement utilisé pour mener les simulations et les calculs, mais le choix final sera arrêté d’ici la fin de 2019, ce qui laisse le temps d’en dénicher d’autres.

La sonde, elle, sera en fait un robot spatial. Elle contrôlera elle-même son appro­che et sa descente. Elle se mettra en orbite autour de l’astéroïde pendant une douzaine de semaines, le temps de bien balayer sa surface et de bien choisir son caillou. Une fois la cible retenue – un bloc d’une centaine de tonnes –, elle amorcera sa descente en douceur. Comme l’astéroïde sera petit, sa gravité sera minime et s’y poser sera périlleux. Si la sonde arrive trop rapidement, elle pourrait tout bonnement ricocher. L’approche finale se fera à la vitesse de seulement quelques centimètres par minute. Lorsque ses pattes toucheront le sol, plus délicatement que ne le ferait une plume de duvet, elles plieront doucement afin d’amortir le choc et freiner la sonde.

La sonde aura pris soin de poser ses pattes de part et d’autre du bloc de roche repéré plus tôt. Elle déploiera deux bras qui viendront toucher la paroi rocheuse et plusieurs micro-vis s’enfonceront alors pour assurer un arrimage solide. Une fois le bloc bien agrippé, la faible gravité, qui avait tant compliqué l’atterrissage, facilitera énormément le décollage. La sonde pourra repartir en se poussant à l’aide de ses pattes. En d’autres mots, elle n’aura qu’à sauter pour se remettre en orbite, son trésor bien accroché sous elle.

«Il s’agit en fait de l’option B, précise Michele Gates. Notre première idée était d’attraper un petit astéroïde entier. En optant pour un bloc à la surface d’un plus gros, on augmente la liste des astéroïdes potentiels pour cette mission. C’est aussi l’option imposant la mise au point du plus grand nombre de technologies qui nous serviront par la suite, comme l’atterrissage en douceur et la saisie du bloc.»

Mission: dévier l'astéroïde

Une fois envolée avec son butin, la sonde se remettra en orbite – une orbite rapide et serrée, étant donnée la petitesse de l’astéroïde. Et pour la première fois, on tentera alors de dévier la course d’un géocroiseur. «La sonde jouera le rôle de remorque gravitationnelle, explique Michele Gates. Au lieu de graviter autour du centre de l’astéroïde, elle maintiendra une orbite un peu décalée et l’attirera doucement dans sa direction pendant une trentaine de jours. Ce travail sera facilité par la masse du bloc qu’elle transportera. Finalement, la déviation ne sera que de quelques degrés.»

Cela est poutant énorme quand on tient compte de la vitesse de déplacement d’un astéroïde et des gigantesques distances qu’il parcourt en un an. La démonstration se veut un test pour un système de défense terrestre contre un astéroïde qui menacerait d’entrer en collision avec notre planète.

Puis, après un long remorquage, la sonde reviendra se placer en orbite autour de la Lune. «L’orbite est qualifiée de “rétrograde distante”, ajoute Michele Gates. Il s’agit d’une orbite extrêmement stable, qui ne risque pas de laisser l’engin retomber sur la Terre. Une telle orbite peut théoriquement se mainte­nir pendant des siècles.»

Et c’est là, aux alentours de 2025, que des astronautes iront, à bord du module Orion, s’arrimer à la sonde. Ils sortiront dans l’espace et s’appliqueront à analyser le bloc rocheux et à en prélever des morceaux – plusieurs dizaines de kilos – qu’ils rapporteront sur Terre pour les étudier. Jamais on n’aura disposé d’autant de matériel d’un même astéroïde.

Beau plan de match. Mais qu’en est-il de Mars dans toute cette aventure? «Il faut admettre que ARM n’est pas une mission scientifique, avance Martin Elvis. Dans un sens, les roches que la mission rapporte n’ont pas tant d’importance. Ce qui compte, c’est que nous avons là une occasion de développer et tester des technologies qui pourront un jour servir à aller sur Mars. Le morceau d’astéroïde est un bonus. Ce sont surtout les méthodes mises au point qui risquent d’être rentables.»

Les moteurs au banc d'essai

En fait, la mission confirmera l’efficacité du système de propulsion par moteurs ioniques alimentés par l’énergie solaire, explique Michele Gates. Les futures missions vers Mars impliqueront l’envoi et la mise en orbite, autour de la planète, de cargaisons de matériel avant l’arrivée des astronautes. La propulsion électrique solaire est tout indiquée pour réduire le poids et donc le coût des missions.

Contrairement aux systèmes de propulsion conventionnels qui expulsent des gaz d’échappement pour se pousser eux-mêmes dans la direction opposée, la propulsion ionique projette des atomes chargés électriquement – des ions –, à très grande vitesse. C’est un réservoir de xénon, un gaz stable, qui fournira les atomes qui seront ionisés puis expulsés par un champ électrique. La poussée sera très faible – l’équivalent d’un souffle humain sur une main à 20 cm – mais elle sera très longue. Chaque ion émis ajoutera sa petite poussée à celle de l’ion précédent. Au final, le vaisseau pourra atteindre les mêmes vitesses qu’avec les systèmes à combustion, mais avec 10 fois moins de «carburant». Et pas besoin de batteries, puisque l’énergie électrique sera fournie par le Soleil grâce aux panneaux photovoltaïques de l’appareil, ce qui allégera d’autant le vaisseau.

Autre bénéfice de la mission ARM pour la conquête de Mars: les tests sur l’orbite lunaire dite rétrograde distante. Dans l’ère d’exploration de Mars, on prévoit «garer» les vaisseaux Orion sur cette orbite lunaire. Les astronautes quitteront la Terre dans des vaisseaux plus petits pour se rendre sur cette orbite puis passer dans le module Orion pour repartir vers Mars. Ainsi, Orion sera une navette qui pourra servir plusieurs fois et qui sera remisée sur son orbite entre chaque voyage. L’exploration spatiale durable, quoi! Sans compter que les procédures d’approche et d’accostage en orbite auront aussi eu leur raison d’être pour tester de nouveaux systèmes d’arrimage.

Mais encore? La sonde ARM, on l’a dit, sera équipée de «bras agrippeurs» aptes à s’arrimer solidement grâce à des micro-vis. Or ces bras pourraient aussi servir à explorer les tubes de lave sur Mars dans l’éventualité où les astronautes planifieraient de s’y installer pour se protéger des rayons cosmiques.

«ARM est un catalyseur afin de développer les nouvelles technologies qui nous transporteront sur Mars, répète Martin Elvis. Et les discussions de couloirs aux ateliers de notre groupe de travail suggèrent que de nombreuses autres idées n’ont pas encore été dévoilées publiquement.»

Même le retour d’un échantillon d’astéroïde pourrait avoir des retombées. L’utilisation des ressources spatiales est de plus en plus envisagée, alors que des compagnies comme Deep Space Industries ou Planetary Ressources ont annoncé leurs visées d’exploration minière dans l’espace. Quand on sait que des astéroïdes contiennent souvent des métaux rares et très coûteux sur Terre comme l’or, l’iridium, le platine ou le palladium, la possibilité d’aller les chercher pour les exploiter devient alléchante.

Mais malgré tous les avantages qu’elle serait en mesure d’apporter, cette mission «non scientifique» est accueillie avec une certaine tiédeur par les passionnés d’astronomie. Il se trouve des gens, même au sein de la NASA, qui ne voient pas d’un bon œil cette coûteuse opération. Selon eux, l’argent devrait être alloué à une quête plus directement «martienne». Même le Conseil consultatif de la NASA a émis, en avril dernier, l’avis qu’il faudrait tout laisser tomber et consacrer plutôt les ressources à un vol aller-retour vers Mars utilisant la propulsion ionique. Mais comme il ne s’agit que d’un avis, on s’en reparle en 2020…

 
Les astéroïdes géocroiseurs

Le soir du 1er janvier 2014, vers 23 h, un détecteur d’infrasons s’allumait au Brésil. Quelques minutes plus tard, des alertes semblables se déclenchaient en Bolivie et aux Bermudes. La cause: une explosion était survenue dans l’atmosphère au-dessus de l’Atlantique, à environ 3 000 km à l’est du Venezuela. Les trois détecteurs, qui font partie du grand réseau global de détection des explosions nucléaires, n’ont pourtant alarmé personne. C’est qu’on savait depuis la veille que 2014 AA, un astéroïde gros comme une voiture, ferait son entrée dans l’atmosphère. Le caillou a explosé en altitude et ses débris reposent maintenant au fond de l’Atlantique.
Ce n’était que la deuxième fois (la première remontant à 2008) qu’on parvenait à repérer un astéroïde avant qu’il fasse son entrée dans notre atmosphère. Et dans les deux cas, on a eu moins de 20 heures de préavis. De si petits astéroïdes sont tellement difficiles à voir que, lorsqu’on les aperçoit, ils sont déjà sur nous.
Mais si les gros sont plus faciles à repérer, ils sont aussi plus dangereux. D’autant que certains ont une orbite autour du Soleil qui leur fait croiser celle de la Terre à chaque révolution. On les appelle astéroïdes géocroiseurs. Environ 1 200 d’entre eux auraient plus de 1 km de diamètre et leur chute aurait la puissance d’impact suffisante pour entraîner l’extinction de la vie humaine sur Terre.
Étant donné ce risque, la NASA s’est donné comme mission en 1992 de répertorier 90% de ces gros cailloux, ce qui semble chose faite depuis 2011. De nombreux autres programmes de recensement sont nés depuis dans différents pays pour repérer des astéroïdes plus petits. On les rassemble tous sous le surnom de Spaceguard (d’après le système de surveillance similaire du roman Rendez-vous avec Rama, d’Arthur C. Clark): le Lincoln Near-Earth Asteroid Research, le Catalina Sky Survey et le Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System sont les trois programmes qui ont permis de détecter la majorité des astéroïdes connus.
En plus de la détection, ces programmes surveillent tous les astres connus et calculent leurs trajectoires sur plusieurs dizaines d’années pour repérer des cataclysmes potentiels. Mais que feront-ils lorsque l’apocalypse sera annoncée? Les agences spatiales du monde ont eu plusieurs idées. Envoyer une ogive nucléaire exploser près de l’astéroïde ne ferait que le fragmenter en plusieurs petits astéroïdes sans vraiment changer sa trajectoire. L’idée du billard cosmique semble meilleure: lancer une sonde à grande vitesse sur l’intrus en espérant que l’impact suffise à le dévier. Plus lent, mais plus précis, le remorquage gravitationnel impliquerait qu’une sonde se mette en orbite autour de l’objet et modifie doucement sa trajectoire en utilisant son système de propulsion.
Pourvu que le projet ARM aille de l’avant, nous saurons d’ici une dizaine d’années si cette dernière solution peut s’avérer efficace.






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