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sonde spatiale lunaire russe De Wikipédia, l'encyclopédie libre
Luna 25 (en russe : Луна-25), ou précédemment Luna-Glob (Луна-Глоб, « Globe lunaire »), est une mission d'exploration spatiale russe qui est lancée le à destination de la Lune depuis le cosmodrome Vostotchny, en Extrême-Orient russe. Un problème technique survenu le 19 août 2023, lors d'une phase préparatoire à l'alunissage, mène à l'écrasement de la sonde sur la surface de la Lune.
| Organisation |
 Roscosmos |
|---|---|
| Constructeur |
Lavotchkine |
| Programme | Programme Luna |
| Domaine | Étude du sol lunaire |
| Type de mission | Atterrisseur lunaire |
| Statut | Détruit (perte de communications et écrasement à la surface lunaire) |
| Autres noms | Luna-Glob |
| Lancement | |
| Lanceur | Soyouz 2.1b/Fregat-M |
| Durée de vie | 1 an |
| Site | iki.cosmos.ru/missions/luna-25 |
| Masse au lancement | 1 750 kg |
|---|---|
| Masse instruments | 30 kg |
| Propulsion | Chimique |
| Ergols | UDMH / Peroxyde d'azote |
| Masse ergols | 1 135 kg |
| Source d'énergie | Panneaux solaires & RTG |
| Localisation | Région pôle sud de la Lune (objectif) |
|---|
Luna 25 devait se poser à proximité du pôle Sud de la Lune et marquer le retour de la Russie sur la Lune après une interruption de cinq décennies du programme Luna (la précédente mission lunaire de l'URSS était la mission de retour d'échantillons Luna 24, en 1976). La sonde spatiale, qui devait fonctionner pendant au minimum un an, emportait diverses expériences et démonstrateurs technologiques ainsi qu'une foreuse permettant de collecter des échantillons de sol pour analyse.
Le retour sur la Lune de la Russie avait été décidé en 2012 à la suite de l'échec de la mission martienne Phobos-Grunt. Cependant, la construction de Luna 25, handicapée par la perte de compétences de l'industrie spatiale russe, a été très lente. Luna 25 devait ouvrir la voie au lancement d'autres missions lunaires, plus ambitieuses, à savoir Luna 26, Luna 27 et Luna 28.
Luna 24, lancée en 1976, est la dernière mission spatiale de l'ère soviétique ayant eu pour objectif l'exploration de la Lune. Malgré une tentative avortée de lancer un ultime Lunokhod (mission Luna 25A), aucun autre projet lunaire soviétique ne verra le jour. Après l'éclatement de l'Union soviétique au début des années 1990, l'astronautique russe subit de plein fouet la crise économique qui s'ensuit et l'effondrement des programmes spatiaux dépendant du budget de l'État. Durant cette période de récession, une seule mission lunaire est proposée, en 1997. Ce projet consiste à placer à l'aide d'une fusée Molniya, ou une Soyouz U/Fregat alors en développement, un petit engin en orbite sélénocentrique. Celui-ci emporte trois pénétrateurs de 250 kg chacun qui sont largués et s'enfoncent sous la surface lunaire. Chacun de ces engins dispose d'un sismomètre et d'un instrument mesurant le flux de chaleur. L'énergie est fournie par des générateurs thermoélectriques à radioisotope. Les données fournies par les trois pénétrateurs permettent de détecter et localiser par relevé trigonométrique la source de l'activité sismique de la Lune. Les caractéristiques du projet sont modifiées à plusieurs reprises au cours des années suivantes mais aucun budget ne lui est affecté. Le projet est rebaptisé Luna Glob (« Globe Lunaire ») allusion à la nature globale du réseau de sismomètres qui doit être mis en place[1],[2].
Au milieu de la décennie 2000, l'exploration de la Lune revient sur le devant de la scène spatiale internationale avec le développement d'orbiteurs par la Chine (Chang'e 1 lancé en 2007), l'Inde (Chandrayaan-1 en 2008) et le Japon (SELENE en 2007). Les États-Unis lancent à la même époque le programme Constellation, qui prévoit de ramener des hommes à la surface de la Lune vers 2020. Les responsables russes souhaitent maintenir leur présence dans un domaine où ils ont excellé par le passé. En , le responsable de l'institut Vernadsky GEOKhI, qui tente de trouver des fonds dans le cadre d'une coopération internationale, entame des discussions avec les responsables du projet japonais Lunar-A, qui ont grandement progressé dans la mise au point de pénétrateurs équipés de sismomètres mais ne disposent pas du budget nécessaire au lancement de leur engin spatial. Des discussions sont entamées pour fusionner les projets japonais et russe mais ne débouchent pas, et le projet Lunar-A est abandonné en 2007[3],[4]. En 2006, les officiels de l'Agence spatiale russe de l'Institut Vernadsky GEOKhI et de l'Institut de physique de la Terre dévoilent le projet Luna Glob.
La mission, dont l'architecture a été définie par le constructeur des sondes spatiales soviétiques et russes Lavotchkine, repose sur un vaisseau-mère de 1 500 kg environ qui embarque dix pénétrateurs de 30 kg. Ceux-ci sont largués au-dessus de la mer de la Fertilité et forment, après avoir pénétré dans le sol, deux cercles distincts d'un diamètre respectivement de 5 et 10 km avec un espacement de plusieurs kilomètres entre chaque engin. Le vaisseau mère doit ensuite larguer deux autres pénétrateurs plus lourds sur les sites d'atterrissage d'Apollo 11 et 12 pour reconstituer le réseau de stations sismiques mis en place en 1969 par la NASA. Enfin, un atterrisseur de 250 kg se détache du vaisseau mère pour se poser en douceur près du pôle Sud. Cette station polaire emporte un sismomètre et deux spectromètres pour détecter la présence de glace d'eau. Le vaisseau mère sert de relais de communications entre les treize stations lunaires mises en place et la Terre. En cas de succès de la mission, un rover de 700 kg doit être lancé vers 2015-2016, puis une mission de retour d'échantillons. Cette dernière reprend les principes d'architecture des missions soviétiques similaires des années 1970 tout en allégeant l'ensemble[1],[3].
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Le programme spatial russe bénéficie de l'embellie économique du pays au milieu de la décennie 2000. La mission Luna-Glob fait partie des projets spatiaux prioritaires annoncés en aout 2006. Les officiels, après avoir annoncé en 2006 que Luna-Glob serait lancé en 2012, avancent la date en 2009. Les caractéristiques du projet ont été entre-temps revues à la baisse. La sonde spatiale lunaire a désormais une masse de 2 125 kg, comprend un orbiteur qui doit mener une mission scientifique de trois ans et emporte quatre pénétrateurs[5]. L'atterrisseur n'est plus à l'ordre du jour. Mais le développement des pénétrateurs eux-mêmes s'avère problématique. Des tests ont démontré que ceux-ci pouvaient résister à une vitesse maximale de percussion de la surface de 1,5 km/s, or celle-ci est de 2,5 km/s. Il faudrait donc freiner les pénétrateurs, mais les ingénieurs de Lavotchkine ne parviennent pas à mettre au point le système de freinage reposant sur une fusée à propergol solide et les pénétrateurs sont retirés du projet à une date antérieure à 2010. Un deuxième projet de mission robotique lunaire, baptisé Luna-Resours, s'est développé à compter de 2007 dans le cadre d'une collaboration avec l'Inde. Les deux projets convergent vers 2010 et reposent tous deux sur un atterrisseur développé par Lavotchkine. L'instrumentation principale de l'atterrisseur Luna-Glob (PsM) est centrée sur le prélèvement et l'analyse de carottes du sol prélevées à l'aide d'une foreuse tandis que Luna-Resours transporte un astromobile développé par l'Inde[3].
Au début des années 2010, le calendrier de lancement des deux missions reste flou : les dates avancées se situent en 2012-2013 sans qu'on sache quelle mission est prioritaire sur l'autre. Fin 2010, la date de lancement de Luna-Glob est reculée à 2014 après celle de Luna-Resours. La sonde spatiale Luna-Glob comprend un orbiteur qui doit emporter 120 kg d'équipements scientifiques. L'orbiteur a une masse prévue de 1 630 kg tandis que celle de l'atterrisseur atteint 1 260 kg. La mission martienne Fobos-Grunt, développée par Lavotchkine et lancée en 2011, est un échec total qui met en évidence la perte de compétences de l'industrie russe dans le domaine de l'exploration spatiale ainsi que des problèmes d'organisation particulièrement aigus, qui seront confirmés par des échecs ultérieurs dans le domaine des satellites d'application. En conséquence, les lancements des missions lunaires Luna-Resours et Luna-Glob ne sont plus prévus avant 2016-2017. De plus, la participation indienne au projet est supprimée, et la mission ne décollera non pas sur GSLV Mk II comme envisagé, mais sur Soyouz 2.1b. En , les responsables décident de dédoubler la mission Luna-Glob en séparant l'orbiteur (qui doit voler en 2016) et l'atterrisseur prévu pour 2017. De plus, il sera décidé de revoir entièrement l'architecture de l'atterrisseur, qui était jusqu'alors basée sur celui de Fobos-Grunt[6].
Luna 25 est la première mission du nouveau programme d'exploration lunaire russe qui regroupe une série de missions cohérentes dont les caractéristiques ont été figées en 2014. L'objectif de ce programme est de résoudre d'importantes questions scientifiques (origine et évolution de la Lune, caractéristiques des régions polaires, volatiles présents, exosphère et rayonnement) et de fournir les éléments indispensables (connaissances du terrain, ressources exploitables) aux futures missions avec équipage. Tel qu'il a été défini en 2016, ce programme prévoit des missions robotiques de complexité croissante tenant compte du niveau de maitrise technique des ingénieurs russes et des contraintes budgétaires. À terme, le programme doit permettre l'installation d'un observatoire de l'espace profond et du système solaire et de laboratoires scientifiques. Pour remplir ces objectifs, les missions robotiques suivantes sont programmées (projection effectuée en 2016)[7] :
Début 2012, à la suite de l'échec de Fobos-Grunt, l'atterrisseur Lunar-Glob retourne à la phase de conception préliminaire. L'ordinateur embarqué qui reposait sur celui de Phobos-Grunt est abandonné et le système de télécommunications est revu à la lumière des défaillances de la mission martienne. À cette date, Lunar-Glob doit transporter une charge scientifique minimale, son objectif principal étant la mise au point des techniques d'atterrissage en douceur[8]. La précision attendue est de 30 km. La charge utile, initialement de 30 kg, est réduite à 17-19 kg pour faire face à des problèmes de dépassement de la masse à vide et comprend une quinzaine d'instruments scientifiques. Le projet prévoit à cette époque d'embarquer un bras télécommandé emportant certains des instruments et un générateur thermoélectrique à radioisotope développé par le centre de recherche nucléaire de Sarov qui vient s'ajouter aux panneaux solaires. Luna-Glob doit précéder la mission Luna-Resours beaucoup plus sophistiquée qui emportera 35 kg d'instrumentation scientifique. En 2016, le coût de l'atterrisseur Luna-Glob est évalué à 2,98 milliards de roubles[9],[10].
En 2014, les officiels russes annoncent que la mission sera lancée entre 2017 et 2019. La construction d'un prototype débute et une série de tests est planifiée en 2015. Le conflit de la Russie avec l'Ukraine en 2014 déclenche un embargo des nations occidentales sur les livraisons des circuits intégrés qui nécessite de revoir les équipements électroniques et de télécommunications[11]. En , Lavotchkine annonce qu'il a achevé la construction d'un équipement destiné à simuler les conditions d'un atterrissage sur la Lune. À la fin de l'année, la fabrication des premiers composants du modèle de vol est lancée. C'est également à cette période que seront annoncés les sites d'atterrissages retenus. Le site principal visé est le cratère Boguslawsky, mais Luna 25 pourra aussi se poser sur un site de réserve, le cratère Manzini. Ce choix a été réalisé en prenant en compte plusieurs facteurs, comme la proximité avec le pôle Sud, l'intérêt scientifique des lieux, l'exposition au Soleil, ou encore l'inclinaison de la surface sur le site d'atterrissage, devant être inférieure à 10°[6].
Courant 2017, le constructeur révèle que l'atterrisseur a du mal à tenir le devis de masse et d'énergie. La mission qui devait être lancée depuis le cosmodrome Vostotchny doit désormais l'être depuis Baïkonour, sans doute pour économiser les coûts de construction d'équipements dédiés à la préparation de la mission. Cette décision sera finalement revue, et la sonde partira bel et bien du nouveau cosmodrome russe. Le calendrier du projet qui prévoit désormais un lancement en 2019 est très serré et met celui-ci en concurrence avec les développements de Lavotchkine pour l'atterrisseur et le rover ExoMars, réalisé avec l'Agence spatiale européenne. Pour tenir le devis de masse, les responsables du projet décident de supprimer l'instrument Termo-L[12]. En 2018, les divers éléments de la sonde avançaient au rythme prévu, sauf l'instrument appelé BIB, l'unité de mesure inertielle de la sonde. Fourni par la NPO IT, le BIB a une mission cruciale, à savoir récolter toutes les informations nécessaires pour que l'ordinateur de bord puisse guider l'atterrisseur lors de son voyage jusqu'à la surface lunaire. Constatant que l'instrument ne serait pas prêt à temps pour un lancement en 2019, NPO Lavotchkine tentera de le remplacer par un équivalent européen, dénommé ASTRIX, construit par Airbus. Toutefois, cet échange s'avèrera impossible en raison de la présence de plusieurs composants américains, soumis aux règles de l'ITAR[13]. Finalement, c'est un équivalent russe, BIUS-L, qui sera installé. Ce retard posera des problèmes à l'équipe suédoise, chargée de fournir l'instrument LINA-XSAN, qui approche de sa date de péremption. Il sera à terme décidé que l'instrument suédois ne volera pas sur Luna 25, mais sur la mission chinoise Chang'e 4. Le , Roscosmos déclare que le lancement de la sonde est prévu le [14]. De juillet à septembre 2021, Luna 25 passe des tests sous vide à Peresvet, chez le NITs RKP[15]. En février 2021, l'atterrisseur passe des essais vibratoires chez RKK Energiya[16]. En septembre 2021, l'agence TASS annonce que le décollage est reporté à mai 2022[17]. En septembre 2022, le lancement est de nouveau reporté d'un an et est désormais prévu en 2023. Cette modification de la date de lancement serait liée à un mauvais fonctionnement durant les tests d'un capteur chargé de mesurer la vitesse et l'altitude lors de l'atterrissage sur la Lune[18].
Seules quelques fenêtres de lancement sont possibles, la mission devant voyager avec un minimum de manœuvres de correction à réaliser, ce qui nécessite une configuration du système Terre-Lune particulière[13]. Luna 25 est placé en orbite le à 23 h 10 UTC par un lanceur Soyouz 2.1b/Fregat-M décollant du cosmodrome Vostotchnyi. Le lanceur place la sonde spatiale sur une orbite basse terrestre quasi circulaire de 200 kilomètres.
Une heure plus tard, l'étage supérieur Fregat est allumé à deux reprises pour injecter Luna 25 sur une orbite de transfert lunaire. À une distance de 3 000 kilomètres de la Terre, l'étage Fregat est largué. Le transit entre la Terre et la Lune dure entre 4,5 et 5,5 jours. Deux corrections de trajectoire sont programmées durant cette phase. La première, qui a lieu à une distance de 230 000 kilomètres de la Terre, nécessite de faire fonctionner la propulsion de la sonde spatiale durant 20 à 30 secondes. Environ un jour avant l'arrivée à proximité de la Lune, une deuxième correction de trajectoire est effectuée. À l'issue du transit la sonde spatiale s'insère en orbite polaire circulaire de 100 kilomètres en utilisant sa propulsion principale pour réduire sa vitesse. La sonde reste sur cette orbite environ trois jours pour permettre au centre de contrôle d'affiner la zone sélectionnée pour l'atterrissage.
Le quatrième jour, le périgée est abaissé à 12 km d'altitude au-dessus du site d'atterrissage. La vitesse est réduite à l'aide de la propulsion pour entamer la descente vers le sol. L'atterrissage doit s'effectuer avec une vitesse verticale comprise entre 1,5 m/s et 3 m/s et une vitesse horizontale inférieure à 1 m/s. Bien que l'atterrisseur puisse de lui-même corriger sa trajectoire la précision à l'atterrissage prévue est une ellipse de 30 km sur 15[19],[20].
Les communications avec l'engin spatial de type atterrisseur ont été interrompues le 19 août 2023 à 14h57, heure de Moscou. Les premières analyses effectuées montrent que la sonde est sortie de son trajet prévu et s’est écrasée sur la Lune[21],[22].
Trois sites d'atterrissage potentiels avaient été présélectionnés dans la région du pôle Sud. Le site primaire est situé au nord du cratère Bogoulavsky (69,545 Sud 43,544 Est). Les deux sites de réserve sont situés au sud-ouest du cratère Mancini (68,773 S 21,210 E) et au sud du cratère Pentland A (68,648 S 11,553 E).
La mission primaire de Luna 25 n'est pas l'étude scientifique de la Lune, mais avant tout la démonstration technologique d'un atterrissage lunaire, et de divers autres éléments qui pourront être réutilisés sur de futures missions. Aussi, les objectifs purement scientifiques sont des objectifs secondaires[6]. Sur le plan technologique, les objectifs de la mission sont[7] :
Les principaux objectifs scientifiques de la mission Luna 25 sont les suivants[7] :
La mission doit durer au minimum un an. Les expériences et les communications avec la Terre sont réalisées lors des journées lunaires (d'une durée de 14,5 jours terrestres). Durant la nuit lunaire, un générateur thermoélectrique à radioisotope assure l'alimentation en électricité de la sonde, afin qu'elle garde une température stable, et toutes les expériences sont mises au repos.
Luna 25 a une masse de 1 750 kg dont 975 kg d'ergols. Elle est divisée en deux parties, la section inférieure, comprenant l'ensemble propulsif, le bras manipulateur et quelques antennes, et la section supérieure, regroupant les systèmes embarqués et les expériences scientifiques[20].
L'atterrisseur disposait initialement d'un système de caméras PILOT-D, fourni par l'Agence spatiale européenne, qui devait fournir des images en temps réel durant l'atterrissage. Mais les Européens annoncent le leur retrait des missions spatiales russes à la suite de l'invasion de l'Ukraine par la Russie en 2022[23].
L'atterrisseur dispose de quatre pieds, chacun composé d'un amortisseur, d'une entretoise de maintien en forme de V, et d'une structure porteuse principale. Ces pieds disposent de petits capteurs, permettant de couper automatiquement la propulsion de la sonde lorsque celle-ci touche le sol lunaire. Les amortisseurs sont capables d'encaisser un choc de 750 kg, et peuvent se rétracter sur 914 mm. Une fois au sol et stabilisée, le poids de Luna 25 enfonce les amortisseurs de 260 mm[6].
Luna 25 est équipée de divers moteurs à ergols liquides, utilisés lors des différentes phases de la mission :
La régulation thermique de la sonde débute alors qu'elle est encore au cosmodrome Vostotchny, plusieurs semaines avant son décollage, lors de l'installation du générateur thermoélectrique à radioisotope (RTG) sur Luna 25. Ce système de régulation est composé de deux parties distinctes :
Luna 25 est équipée d'un ordinateur central, dénommé BIVK-R, chargé de la prise de décision et de l'exécution du programme de vol. C'est également lui qui est chargé de gérer la réalisation des expériences, ou encore d’effectuer des diagnostics des systèmes de l'atterrisseur[6]. Plusieurs instruments et systèmes y sont directement reliés :
Luna 25 est la première sonde spatiale à tenter un alunissage à d'aussi hautes latitudes lunaires. L'angle maximum du Soleil au-dessus de l'horizon n'est que de 16,3°, alors que l'atterrisseur peut se poser jusqu'à 10° sur le côté, ce qui pourrait limiter, ou augmenter son exposition. Si le site d'alunissage de secours est utilisé (cratère Manzani), alors le Soleil ne s'élèvera plus que de 13°. Les panneaux solaires de la sonde, qui fournissent la majeure partie de son électricité, ont donc été dimensionnés en conséquence. Le système électrique de la sonde commence à fonctionner immédiatement après la séparation de l'étage Fregat. Il est composé des panneaux photovoltaïques, d'une batterie lithium-ion, d'une unité chargée de gérer informatiquement la répartition de l'énergie, et d'un RTG[6].
Cette batterie lithium-ion, dénommée 8LI-70, est en réalité composée de huit batteries LIGP-70 connectées en série, le tout devant pouvoir fournir 529 W de puissance. Ces batteries se chargent lors de conditions d'orientation solaire optimales avec un courant de 10 A et se déchargent en 25 A. Leur électricité est fournie par cinq panneaux photovoltaïques arsenic-halogène, ayant une superficie totale de 4,515 m2. Quatre panneaux sont situés sur la section supérieure, autour de la plateforme contenant les divers équipements de Luna 25. Un cinquième panneau est déployé horizontalement après l'atterrissage, situé sur le côté des réservoirs de carburant de la sonde, sur la section inférieure[6].
La communication avec l'atterrisseur est assurée via des antennes en bande radio X. Elles permettent notamment la réception, le décodage, et la transmission de commandes de la Terre à l'ordinateur de bord, l'exécution de diverses mesures avec les stations au sol, la réception d'informations télémétriques provenant des instruments et des capteurs pour les retransférer vers les stations sol. Luna 25 possède deux antennes de réception à faisceau bas, deux antennes d'émission à faisceau bas, et d'une antenne d'émission orientable, ainsi que de trois commutateurs. Le tout assure la communication avec la sonde à une portée comprise entre 200 km et 420 000 km. Luna 25 émet dans deux plages de fréquences, 7 145–7 235 MHz et 8 400–8 500 MHz, avec un débit de 4 mégabits par seconde[6].
La liste des instruments scientifiques devant équiper la sonde a été de nombreuses fois modifiée avant d'être définitivement fixée en 2016. Toutefois, depuis cette date, deux instruments ont été supprimés. TERMO-L a été transféré de Luna 25 à Luna 27 en 2017, du fait de sa masse trop importante pour les marges de sécurité de la mission. De même, le détecteur d'ions suédois LUNA-XSAN a été transféré sur la mission Chang'e 4, qui s'est posée sur la face cachée de la Lune en 2019, du fait de la péremption prochaine de certains composants, qui a compromis sa compatibilité avec Luna 25 du fait des nombreux retards de la mission.
L'un des éléments majeurs de cette mission est le bras manipulateur LMK, chargé de prélever des échantillons de régolithe, pour une granulométrie pouvant aller jusqu'à 2,8 mm. LMK devra prélever au moins 30 échantillons durant sa période opérationnelle, d'un volume de 2 cm3 chacun. Le rayon maximal du bras manipulateur est de 1,5 m.
| Instrument | Description | Masse | Fournisseur | Note |
|---|---|---|---|---|
| ADRON-LR | Analyse de la composition du régolithe par analyse neutrons et gamma | 6,7 kg | IKI RAN | Descriptif détaillé (en russe) de l'instrument |
| ARIES-L | Étude du régolithe, par mesure du plasma et particules neutres | 4,6 kg | IKI RAN | |
| BUNIE | Système de contrôle de la sonde (stockage des données scientifiques) | 2,3 kg | IKI RAN | |
| LAZMA-LR | Spectromètre de masse laser pour études rapprochées d'échantillons lunaires | 2,7 kg | IKI RAN et Université de Berne (Suisse) | |
| LIS-TV-RPM | Imageur-spectromètre infrarouge des minéraux, à distance | 2,0 kg | IKI RAN | Vidéo (en russe) expliquant son fonctionnement |
| LMK | Bras manipulateur pouvant récolter des échantillons du sol | 5,5 kg | IKI RAN | Permet le fonctionnement de LAZMA-LR et LIS-TV-RPM |
| PmL | Mesure de la poussière et des micrométéorites | 0,9 kg | IKI RAN | |
| STS-L | Système de caméras devant fournir un panorama 3D du site d'alunissage | 4,6 kg | IKI RAN | |
| Rétro-réflecteur laser | Mesure des mouvements de libration de la Lune et de la distance Terre-Lune | 0,1 kg | NPO SPP | |
| LINA-XSAN | Mesure des neutrons et des ions | 0,7 kg | ISP (en) (Suède) | Instrument annulé, a volé sur Chang'e 4 |
| TERMO-L | Mesure des caractéristiques thermophysique du régolithe | 1,2 kg | GEOCHI | Instrument annulé, volera sur Luna 27 |
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