Comment une mission lunaire de la NASA a survécu à une spirale mortelle dans l’espace
Le petit vaisseau spatial tournait toutes les cinq secondes sans fin en vue.
Alors que l’énergie s’écoulait de ses membres solaires, le vaisseau spatial fatigué est devenu silencieux, échappant à tout contrôle et s’épuisant.
À contrecœur, les ingénieurs ont sonné l’alarme pour la mission CAPSTONE vers la lune. La NASA a donné une autorisation spéciale à l’équipe pour utiliser le Deep Space Network, un système de trois énormes antennes paraboliques sur Terre, pour passer un appel longue distance de 1 million de miles au petit vaisseau spatial. C’était leur dernier espoir.
Se connectant à une antenne de la taille d’un terrain de football, Capstone – un vaisseau spatial qui pourrait être confondu avec un four à micro-ondes ailé – a recommencé à parler. Et dans tant de points de données, son message était clair : ce ne sera plus très long pour moi maintenant – je meurs.
« Sans électricité », a déclaré Jeff Parker d’Advanced Spacedont la voix s’est brisée en racontant ce moment à Indigo Buzz, « putain, ça m’étouffe même. Sans électricité, le vaisseau spatial gelait. »
« Sans électricité, le vaisseau spatial gelait. »
Peu de gens connaissent l’histoire de la première véritable mission d’Artemis, le programme de nouvelle lune de la NASA, et comment il est revenu du bord de la mort en septembre 2022, pour survivre et réaliser un exploit sans précédent deux mois plus tard.
Soit dit en passant, ce n’était pas Artemis I, le voyage inaugural d’un nouveau vaisseau spatial de passagers en novembre depuis le même littoral célèbre de la Floride qui a lancé les astronautes d’Apollo sur la lune. Non, celui-ci a décollé quatre mois plus tôt, à 8 000 miles de là, sur un promontoire peu peuplé du sud-ouest du Pacifique, où les moutons et les bovins en pâturage pouvaient parfois lever le museau pour voir une fusée frôler le ciel.
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CAPSTONE (Cislunar Autonomous Positioning System Technology Operations and Navigation Experiment) — une mission lunaire avec un minuscule vaisseau spatial qui porte le même nom – lancé à bord d’une fusée Rocket Lab Electron depuis Mahia, en Nouvelle-Zélande, le 28 juin 2022.
Sa raison d’être était de repérer une orbite autour de la lune qu’aucun autre vaisseau spatial n’a jamais volé. Cette voie est la clé du plan ambitieux de la NASA visant à installer une station spatiale avec équipage sur la lune pour Artemis, à partir de 2024 environ. L’avant-poste, appelé Gatewayservirait de base aux astronautes faisant des allers-retours à la surface de la Lune.
Contrairement aux affaires habituelles, la NASA ne possède ni n’exploite ce petit navire de 55 livres. L’agence a choisi de s’associer à des entreprises privées dans le but de réduire les coûts et d’accéder plus rapidement à la rampe de lancement. Orbitale terrienne l’a construit, Advanced Space possède et gère la mission depuis Westminster, Colorado, et Rocket Lab l’a tiré dans l’espace. De la soupe aux noix, l’ensemble du projet a coûté 30 millions de dollars, une somme dérisoire par rapport aux plus de 4 milliards de dollars dépensés pour une mission phare comme Artemis I.
L’orbite de Gateway autour de la lune
Le sentier inhabituel qu’il a été construit pour tracer, connu sous le nom d’orbite de halo quasi rectiligne (NRHO), ressemble à un collier suspendu à la lune, drapé autour de ses pôles nord et sud. Imaginez un câlin serré où le collier se refermerait, à environ 1 000 milles au-dessus de la surface lunaire, puis à une profondeur de 40 000 milles loin de la lune en bas. Le survol au sommet, c’est comme recevoir une poussée de gravité lunaire une fois par semaine. Pendant tout ce temps, tout vaisseau spatial sur la route ferait continuellement face à la Terre, permettant une communication constante.
« C’est une nouvelle manœuvre que nous devons faire et que nous n’avons jamais faite auparavant », a déclaré l’administrateur de la NASA, Bill Nelson, aux journalistes l’année dernière. « Et rappelez-vous, Apollo est allé en orbite équatoriale. Celui-ci va en orbite polaire. »
Les scientifiques ont examiné de nombreuses orbites potentielles avant de décider que celle-ci était la mieux adaptée à une future station spatiale. Une orbite lunaire basse, par exemple, tournerait très près de la surface de la lune. Cela rapprocherait la base du sol mais nécessiterait beaucoup plus de carburant pour contrer la gravité de la lune. Une orbite rétrograde lointaine, en revanche, serait plus stable et nécessiterait moins de carburant mais serait moins pratique pour accéder au sol. L’orbite proposée par Gateway est la solution Goldilocks, combinant les avantages des deux.
C’est là que Capstone entre en jeu, planant devant, cherchant les bosses sur la piste avant l’arrivée d’un plus gros vaisseau spatial transportant des humains.
« Voulez-vous piloter cette passerelle de plusieurs milliards de dollars sur une orbite unique avec uniquement des études sur papier, ou vous sentiriez-vous plus à l’aise si un vaisseau spatial a déjà démontré que vous pouvez le faire ? » Parker a demandé rhétoriquement.
Qu’est-ce qui n’allait pas avec Capstone ?
Pendant deux mois, le voyage en solo de Capstone a été impeccable, sans incident, à peine perceptible. Pour économiser du carburant, il a parcouru une route panoramique, se lançant dans une manœuvre de transfert spéciale qui prendrait quatre mois pour atteindre la lune.
Ce n’est que lors d’une correction de trajectoire de routine que quelque chose de cataclysmique s’est produit.
Tout voyage spatial comporte des erreurs de navigation. Tout comme une personne dans une voiture ajuste le volant en conduisant, il en va de même pour les engins spatiaux. Mais à la fin de ce démarrage prévu du moteur le 8 septembre 2022, un propulseur n’arrêtait pas de brûler.
Il n’a fallu qu’un instant pour qu’un système de protection contre les pannes se déclenche et arrête tout le système de propulsion. Mais ces quatre secondes supplémentaires de poussée ont suffi à faire rouler le vaisseau spatial.
Capstone a tourné rapidement – un demi-tour complet toutes les cinq secondes – sans fin en vue.
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Autant que l’on puisse le supposer, un minuscule morceau de débris a dû être piégé dans une soupape de propulseur à un moment donné, l’empêchant de se fermer.
Lors de chaque rotation, les panneaux solaires du navire n’étaient pointés que par intermittence dans la bonne direction pour absorber les rayons du soleil. Finalement, Capstone ne produisait pas assez d’énergie pour reconstituer ses batteries. Les ingénieurs de mission ont donc vu leur vaisseau spatial entrer et sortir de la conscience, encore et encore, environ une fois par heure.
Allumer. Téléphone à la maison. Éteindre. Recharger. Allumer. Téléphone à la maison. Éteindre. Recharger.
Ils verraient le signal de Capstone mais n’avaient pas assez de temps pour collecter des informations utiles.
« Nous ne pouvions pas communiquer avec ça en valait la peine », a déclaré Parker, qui avoue son affection pour la boîte décousue de métal et de circuits mixtes. Il est l’un des nombreux responsables des opérations de la mission CAPSTONE, un titre raccourci à juste titre sur les bavardages de la salle de contrôle en « Maman ».
Parker a ressenti quelque chose qui ressemblait au désespoir d’une mère lorsque le Deep Space Network a finalement pris contact avec Capstone et a appris les signes vitaux du vaisseau spatial. Sa température avait chuté à moins 7 degrés Celsius. Son réservoir était gelé. Game over, craignait-il.
« Ce sont des robots », a-t-il dit à propos de vaisseaux spatiaux comme Capstone, « mais, vous savez, vous leur donnez un nom et parfois même un sexe, puis vous commencez à vous attacher à eux. »
« Ce sont des robots, mais, vous savez, vous leur donnez un nom et parfois même un sexe, puis vous commencez à vous attacher à eux. »
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Comment Capstone a cessé de tourner
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Sans beaucoup de choix, l’équipe a intentionnellement plongé Capstone dans le coma, éteignant tous ses systèmes afin qu’il puisse économiser de l’énergie.
Pendant des jours, il a dormi et ils ont attendu.
Ensuite, les contrôleurs de mission ont essayé de le réveiller, en allumant un seul appareil de chauffage pour dégeler le réservoir de carburant. Peu à peu, ils se sont convaincus qu’ils pouvaient allumer un autre radiateur, et ainsi de suite. Pendant une semaine, ils ont lentement réchauffé Capstone à une température normale.
L’équipe a essayé de dégager la valve bloquée. Les ingénieurs ont émis des ordres répétitifs et sévères, espérant qu’ils pourraient secouer le sabot : Ouvrez ! Fermer! Ouvrir! Fermer!
Rien n’a fonctionné, et en l’allumant et en l’éteignant, ils ont en fait fait tourner le vaisseau à un rythme plus vertigineux.
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Cela signifiait qu’ils allaient devoir apprendre à vivre avec un propulseur qui n’arrêterait jamais de tirer tant que le système de propulsion serait allumé. Ils ont donc appris à travailler avec le handicap. Une équipe de guidage et de navigation a construit un nouveau contrôleur pour le vaisseau spatial en utilisant ses données et ses simulations informatiques : si un propulseur ne s’arrêtait jamais, ils tireraient stratégiquement deux autres propulseurs en même temps pour le maîtriser.
Il était maintenant temps de tester le nouveau contrôleur sur la vraie chose. Le 7 octobre 2022, Advanced Space a exécuté l’opération de récupération. Et juste comme ça, un mois après le début de la chute, la spirale de la mort était terminée.
« Voulez-vous piloter cette passerelle de plusieurs milliards de dollars sur une orbite unique avec uniquement des études sur papier, ou vous sentiriez-vous plus à l’aise si un vaisseau spatial a déjà démontré que vous pouvez le faire ? »
La mission Capstone a-t-elle été un succès ?
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Depuis lors, Capstone a prospéré, atteignant son orbite unique le 13 novembre 2022, juste avant que la méga fusée lunaire de la NASA ne propulse Orion dans le ciel. Il y restera jusqu’à 1,5 an, recueillant des données pour la NASA et testant de nouveaux appareils embarqués : un logiciel GPS et une horloge atomique à l’échelle d’une puce informatique.. Les deux pourraient être utilisés pour aider les vaisseaux spatiaux sur la lune à trouver leurs positions sans avoir à compter sur les précieuses ressources du Deep Space Network à l’avenir.
Une fois que le petit vaisseau spatial aura terminé sa mission principale, il pourra soit rester sur la lune et poursuivre ses expériences de navigation, soit faire ce à quoi il aspire le plus à la retraite : voir le monde. Dans ce cas, plutôt, d’autres mondes.
Qui sait, pense Parker ? Peut-être même visiter un astéroïde.
La vie du vaisseau spatial a peut-être été un peu raccourcie par son contact avec la mort, mais les nombreuses mamans de Capstone pensent que ses meilleures années sont devant lui.
« Même dans les moments les plus sombres, lorsque vous apprenez que vous pilotez un vaisseau spatial gelé et qu’il devient incontrôlable », a déclaré Parker, « vous gardez toujours espoir. »
