L’exploration spatiale par vols habités peut-elle bénéficier d’un aiguillon chinois ?

Le jeudi 3 janvier le quatrième avatar de la Déesse de la Lune (« Chang’e-4 ») a « accouché » sur la face cachée de son astre d’un second Lapin-de-jade (« Yutu-2 ») 4. Nous n’en sommes qu’au balbutiement du programme d’exploration spatiale de la Chine mais cet événement mérite l’attention.

Pour progresser dans « sa » conquête spatiale, la Chine a choisi les petits pas, d’autres diraient la sagesse. Contrairement à la stratégie d’exploration spatiale américaine, la stratégie chinoise est très focalisée et très progressive. L’objectif est aujourd’hui d’aller sur la Lune par des moyens robotiques puis par vols habités ; les vols pour Mars suivront (pour être plus exact, on en parle mais on ne fait rien, sauf des maquettes).

En déroulant son « Lunar Exploration Program », la Chine (via la « China National Space Administration », « CNSA »)  avance de manière satisfaisante dans le cadre de la première phase de son plan stratégique d’exploration (ou d’expansion) spatiale et le succès de l’atterrissage de Chang’e-4 nous force à prendre au sérieux ses capacités technologiques et ses ambitions politiques, intimement mêlées. Chang’e-1 lancée le 24 Octobre 2007, consistait à placer un satellite autour de la Lune ; ce qui fut fait. Chang’e-2 lancée le 1er Octobre 2010 devait vérifier les technologies nécessaires à un atterrissage en douceur et repérer le site choisi pour la mission suivante ; ce qui fut fait. Chang’e-3 lancée le 1er décembre 2013 devait tester l’atterrissage en douceur et libérer un rover en surface (le premier Lapin-de-jade) ; ce qui fut fait, bien qu’il faille noter un « bémol » pour cette étape : l’arrêt définitif du rover après seulement trois jours de fonctionnement et un parcours de 100 mètres alors qu’il était prévu pour fonctionner pendant trois mois et parcourir 10 km.

En ce début d’année 2019, Chang’e-4 confirme la capacité des ingénieurs chinois à mener à bien un atterrissage en douceur puisque comme l’a montré la première vidéo de la mission, Yutu-2 est bien descendu de la plateforme de la sonde et a bien roulé sur le sol lunaire. Nous attendons maintenant la suite pour savoir si sa mission de 3 mois minimum peut être menée à bien. Il reste à voir si la commande à distance marche et si le rover fonctionne et peut résister aux conditions environnementales lunaires mieux que son prédécesseur. En effet ces conditions sont extrêmement dures (beaucoup plus que sur Mars), la poussière étant extrêmement agressive pour toutes les jointures ou roulements, les contrastes de températures étant très élevés, -170°C la nuit, plus de 120°C le jour, les nuits étant très longues, égales à 14 de nos jours (outre deux panneaux solaires, le rover est équipé d’un générateur thermoélectrique à radioisotopes, « RTG », pour pouvoir alimenter le rover en chaleur et en électricité pendant la nuit lunaire de 14 jours). C’est ces difficultés qu’il faut maintenant surmonter.

A noter que par ailleurs la mission a permis de maîtriser une « complication » (comme on dirait en horlogerie), celle résultant de la localisation de l’atterrissage, sur la face cachée de la Lune (le cratère Von Karman dans le Bassin d’Aitken). Pour disposer de cette maîtrise, le contrôle des robots (instruments et rover) est effectué depuis la Terre via un satellite relais, “Queqiao”, le bien nommé 1, positionné à cet effet, depuis mai 2018, autour du point de Lagrange Terre/lune EM-L2 (orbite de Lissajous 2), point d’équilibre gravitationnel qui se situe entre 65.000 et 80.000 km au-delà de la Lune (la Lune elle-même orbitant la Terre à 385.000 km en moyenne). Ce type de relais ne représente rien d’extraordinaire puisque les Américains l’utilisent aussi pour les missions martiennes dans le cadre desquelles les sondes au sol reçoivent des instructions ou transmettent des données vers la Terre en passant par les orbiteurs toujours en opération autour de Mars (on ne voit évidemment pas directement depuis la Terre les rovers opérant sur Mars tout comme on ne voit pas Yutu-2 sur la face cachée de la Lune). Disons seulement que ce relais est pour la Chine une bonne préparation aux missions plus lointaines. Sur le même sujet des télécommunications, il faut noter que la difficulté est moindre qu’en situation martienne puisque la distance-lumière est presque la même sur la Lune que si le robot n’avait pas quitté le sol terrestre (au maximum 1,5 secondes pour un trajet dans un seul sens et 3 secondes pour un aller-retour à la vitesse de la lumière) ce qui veut dire que même sur la face cachée de la Lune, le rover chinois peut être commandé presque en temps réel depuis la Terre, ce qui a des implications tout à fait différentes du « time-gap » de 3 à 22 minutes en un seul sens, incompressible, auquel sont soumises les opérations martiennes.

Si l’on regarde la charge scientifique utile, on peut constater que Chang’e-4 et Yutu-2 ne sont pas dépourvus d’intérêt. Ce ne sont pas seulement des appareils de démonstration ou de communication politique. Le rover dispose d’une masse d’instruments scientifiques de 20 kg ce qui est important par rapport à sa masse de 140 kg (Curiosity 75 kg pour 950 kg). Comme son prédécesseur Chang’e-3, Chang’e-4 dispose, à bord du rover, d’une caméra panoramique « PCAM » ; d’un radar d’exploration du sous-sol immédiat, « LPR » (pour Ground Penetrating Radar) ; d’un spectromètre imageur, « VIS/NIR » (pour Visible and Near-Infrared Imaging Spectrometer) pour l’étude géologique. La plateforme d’atterrissage comporte comme celle de Chang’e-3, une caméra d’approche, « LCAM » (Landing Camera) et une caméra topographique (TCAM). Les nouveaux instruments, propres à Chang’e-4, sont un spectromètre à basses fréquences (LFS) pour l’étude du plasma lunaire (environnement des particules électromagnétiques au-dessus de la surface) et trois autres, conçus et mis au point avec des étrangers ce qui est une première pour une mission chinoise: sur l’atterrisseur,  le « LND » (Lunar Lander Neutrons and Dosimetry), avec l’Allemagne pour étudier les radiations, notamment leur force de pénétration 3; sur le rover, l’ASAN (Advanced Small Analyzer for Neutrals) pour étudier la structure du sous-sol, avec la Suède et sur le satellite relais Queqiao, le « NCLE » (Low-Frequency Explorer) avec les Pays-Bas pour l’étude du fond radio basse fréquence dans l’environnement d’EM-L2. Par ailleurs Chang’e-4 porte une expérience biologique (3 Kg). Des œufs de vers à soie vont évoluer avec des plantes (graines de pommes de terre, tomate et d’une plante à fleurs). Dans un environnement de type terrestre, sauf la gravité (et la lumière?), les vers vont émettre du gaz carbonique qui va être consommé par les plantes qui vont rejeter de l’oxygène qui sera consommé par les vers (constatera-t-on les conséquences de la longueur des nuits ?). Chang’e-4 a donc une mission scientifique réelle, pour mieux connaître l’environnement lunaire, celui d’EM-L2, pour préparer les futures mission habitées et peut-être aussi l’action de Chang’e-5 qui doit rapporter des échantillons sur Terre en 2019.

Maintenant rien n’est encore gagné. Pour le moment Chang’e-4 n’a pas fait mieux que Chang’e-3 et l’absence d’information depuis l’atterrissage me semble un peu inquiétant.

Tout ceci pour dire qu’il n’est pas encore avéré que la technologie chinoise puisse être une menace pour la suprématie américaine dans l’espace, ni pour l’exploration robotique ni a fortiori pour l’exploration par vols habités. Pour l’exploration robotique à part les deux incursions sur la Lune de Chang’e, 3 et 4, il n’y a eu aucune mission chinoise. Donc ce pays a fait moins bien que le Japon qui est passé maître dans l’exploration des astéroïdes (ce qui sur le plan astronautique est autrement plus compliqué que se poser sur la Lune, face cachée ou non) avec un lanceur de même puissance (H-IIA) que le meilleur lanceur chinois opérationnel. Sur le plan des vols habités, on en est toujours aux prémices (l’embryon de Station Spatiale « Tiangong-2 »). Pour mener à bien ces vols habités, surtout pour la Lune et a fortiori pour Mars il faut pouvoir placer en orbite basse terrestre (LEO) une centaine de tonnes et « Long-March 5 » (« Chang-Zheng » ou « CZ-5 ») qui est le lanceur chinois le plus puissant à ce jour ne peut encore placer, avec difficulté (deux essais dont un seul, le premier, réussi) que 23 tonnes (comme le Falcon 9, Ariane V ME ou le Proton Russe mais moins que le Delta IV Heavy américain (29 tonnes) ou le Falcon Heavy (64 tonnes). Le lanceur de Chang’e-4 a été un CZ-3B qui a une capacité d’emport de 11,2 tonnes en LEO. On parle du CZ-9, de la catégorie de Saturn-V ou du SLS (130 tonnes), mais pour le moment ce n’est qu’un concept (beaucoup moins avancé dans la réalité que le BFR d’Elon Musk).

Tout ceci pour dire aussi qu’il est encore un peu tôt pour considérer que la Chine puisse être un aiguillon pour forcer les Etats-Unis 5 à reprendre une politique d’exploration spatiale par vols habités plus vigoureuse que celle d’aujourd’hui ! Outre la capacité de lancement, quid notamment de la maîtrise de la viabilité d’un habitat dans l’espace ? Les ambitions spatiales de la Chine ne sont pas négligeables mais ses capacités, indubitables, restent encore limitées et malheureusement insuffisantes pour accélérer l’exploration habitée de Mars par l’humanité, entreprise qui ne reste à la portée que des Américains. Pour l’exploration spatiale, la Chine reste un tigre de papier.

1 “Le pont des pies”. Dans  un conte chinois, les pies forment un pont avec leurs ailes la septième nuit du septième mois du calendrier lunaire, pour permettre à Zhi Nu, la septième fille de la déesse du ciel, de traverser et de rencontrer son mari bien-aimé, séparé d’elle par la Voie Lactée

2  Orbite de Lissajous : https://fr.wikipedia.org/wiki/Orbite_de_Lissajous

3 Au-delà des neutrons, protons, atomes, molécules et radiations, la face cachée de la Lune devrait recevoir beaucoup plus de micrométéorites que sa face visible depuis la Terre puisqu’elle n’est pas protégée par cette dernière. Je me demande si l’étude de l’abondance de ces micrométéorites a été prévue par Chang’e-4. Peut-être devrait-on analyser le régolite (qui résulte des impacts innombrables) de cette face cachée et le comparer à celui recouvrant la face visible? A noter que l’atmosphère martienne quoique faible donne une certaine protection contre ces micrométéorites (les plus petites ou les moins énergétiques), évidemment supérieure à la Lune.

4 Pour filer encore plus loin la métaphore en se conformant à la mythologie chinoise, on pourrait rappeler que pour arriver sur la Lune, la déesse Chang’e a consommé la totalité du diméthylhydrazine/tétroxyde de diazote (UDMH/N2O4) contenu dans les deux premiers étages du lanceur CZ-3B, accompagné d’un cocktail d’hydrogène et d’oxygène liquides contenu dans le 3ème étage au sommet de ce même lanceur, ce qu’en d’autre temps on appelait l’« élixir d’immortalité ». Cet élixir avait été obtenu par son mari, l’archer Houyi, aujourd’hui SASEI (le Shanghai Aerospace System Engineering Institute, concepteur et développeur du vaisseau), de la déesse du jardin de longue vie, Xiwangmu, également nommée CAST-du-CASC (China Academy of Space Technology of the China Aerospace Science & Technology Corporation). SASEI avait fait sa demande, persuasive, auprès de Xiwangmu, sur ordre de la CNSA (China National Space Agency), l’un des multiples bras de la Grande-déesse SASTIND (State Administration of Science, Technology and Industry for National Defence).

5 Vous remarquerez que je ne parle pas de l’Europe ou plutôt de l’ESA pour être plus précis. L’ESA a incontestablement des capacités astronautiques supérieures à la Chine et sans doute au Japon mais elle n’a que très peu d’intérêt pour l’exploration par vols habités en dépit des récentes déclarations de son président Jan Wörner en faveur un “village lunaire”. Elle n’est malheureusement pas “dans la course”.

Image à la Une : le rover Yutu-2 après qu’il ait parcouru quelques mètres sur le sol lunaire. Crédit CNSA.

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Pierre Brisson

Pierre Brisson

Pierre Brisson, président de la Mars Society Switzerland, membre du comité directeur de l'Association Planète Mars (France), économiste de formation (Uni.of Virginia), ancien banquier d'entreprises de profession, planétologue depuis toujours.

9 réponses à “L’exploration spatiale par vols habités peut-elle bénéficier d’un aiguillon chinois ?

  1. Il ne faut pas trop dédaigner les “tigres de papier”, ils peuvent parfois avoir les dents plus solides que l’on croit (on peut se couper avec une feuille de papier 🙂 ) ! Pour progresser dans le domaine spatial, comme dans bien d’autres, ce qui compte avant tout est la volonté et la détermination. Les Chinois les ont incontestablement, alors que les Américains semblent s’être passablement assoupis après le succès du programme Apollo, … et les Européens pas encore vraiment éveillés! On pourrait bien être surpris par les réalisations chinoises dans ce domaine ces prochaines années. Quoi qu’il en soit, tous ceux qui s’intéressent à l’exploration spatiale ne peuvent qu’être heureux de voir un nouvel acteur redonner une vigueur nouvelle à l’épopée spatiale et, espérons-le, relancer une saine et constructive émulation dans ce domaine.

    1. Merci pour le commentaire.
      Je suis globalement d’accord. Ce que je voulais souligner c’est que les Chinois n’ont pas forcément les capacités de leurs ambitions et qu’ils sont encore très en deçà du niveau technologique où ils pourraient être des rivaux des Américains…en dépit de leur magnifique communication, parfaitement maîtrisée et qui “marche” auprès des Occidentaux.
      Maintenant je conviens que la détermination et la stabilité politique peuvent faire beaucoup pour les aider à progresser.

    1. Merci de cette information. Elle remet la mission chinoise en perspective, pourvu bien sûr que le satellite israélien réussisse son atterrissage sur la Lune. Affaire à suivre en février de cette année!

  2. Votre note 3 sur le régolithe est intéressante. Il n’est pas négligeable de savoir qu’il y a plusieurs mètres d’une telle « poussière » sur le sol lunaire, plus sur les plateaux et moins dans les « mers ». C’est aussi une ressource minérale importante, car le régolithe contient, par exemple, le rare isotope He 3 qui pourrait servir à une future production d’électricité par voie de fusion aneutronique, donc sans plus d’activation des compsants d’un tel réacteur.
    Je rejoins votre proposition de vérifier si les faces visible et cachée ont des épaisseurs différentes de régolithe et peut-être aussi des compositions différentes. On pourrait aussi en tirer un enseignement sur le moment où la Lune a acquis sa rotation synchrone par freinage de sa rotation par effet de marée dû à la Terre. Rappelons que cet effet continue puisque la Lune continue de s’éloigner de nous et donc de décélérer sur son orbite, de façon minuscule, mais mesurable, tout en entraînant aussi de son côté un ralentissement de la rotation de la Terre (actuellement 2 ms par jour par siècle…). L’effet cumulé est notable (il croît comme le carré du temps qui passe) puisqu’on doit périodiquement introduire des secondes intercalaires pour s’aligner sur le temps atomique invariable. Il y a actuellement 37 secondes déjà prises en compte entre TAI et UTC. On a des preuves que la Terre a tourné au début en 6 heures, puis en 18 heures et en 22 heures sur elle-même. Tout doucement, le jour terrestre va être de plus en plus long, le nombre de jours dans l’année va diminuer, le mois lunaire va s’allonger et, la Lune s’éloignant, les éclipses totales de soleil se raréfieront. Mais on n’aura pas assez de temps à disposition pour que le système Terre-Lune devienne comme le système Pluton-Charon qui est synchrone en 6 jours 9 heures et 17 minutes. Le système Terre-Lune n’aura pas assez de milliards d’années pour arriver à un mois lunaire égal à un jour de … 40 de nos jours !

    1. Merci cher Monsieur de ces précisions. Oui il faut étudier les différences du régolite lunaire entre la face cachée et la face visible. Par ailleurs, en évoquant la durée du jour terrestre, vous attirez l’attention sur l’impermanence de données qui semblent les plus fondamentales de notre cadre de vie humain et qui ne le sont pas “tant que ça”. Oui, “tout” change sauf les règles qui font que “tout” change, comme la gravité, la vitesse de la lumière, les composants de la matière. La durée du jour est bien une notion évolutive que nous devons non seulement au Soleil mais aussi à la Lune et elle s’éloigne!

      1. Sauf … Mais, de fait, justement G, la constante de la gravitation de Newton (6.674 08 +/-0.000 31 10^-11 m^3 kg^-1 s^-2) n’est connue qu’à 46 ppm près (Cavendish l’avait mesurée à 6.754, soit déjà à 1.2% près en 1798), ce qui est, somme toute, assez approximatif par rapport aux autres constantes universelles. De plus, des mesures récentes, répétées depuis les années 60, ont montré que sa valeur semble osciller avec une périodicité de 5.9 années et avec une amplitude de +/-1.619 +/- 0.103 10^-14, donc entre 6.672… et 6.675… 10^-11. Il y a une forte corrélation entre cette variation et celle de la longueur du jour (LOD), mentionnée ci-dessus, qui non seulement augmente avec le temps qui passe, mais oscille sur de courtes périodes, du fait probablement de mouvements internes du fluide constituant le noyau terrestre (à moins d’envisager une cause externe à la Terre, comme, par exemple, les divers cycles solaires, en moyenne un peu plus de 11 ans et aussi 22 ans…). Il a été montré en tout cas que les deux variations (de G et de LOD) sont exactement en phase. On peut seulement en conclure que, si G n’était finalement pas une vraie constante, sa lente variation ou dérive éventuelle dans la durée serait complètement masquée par ces oscillations expérimentales agissant sur la gravité de la Terre et donc sur le processus de l’expérience pour mesurer G.

        1. Merci de cette passionnante remarque sur une constante universelle qui ne le serait peut-être pas vraiment (ou dont la réalité précise nous resterait cachée). Serait-il possible que ces fluctuations apparentes proviennent de fluctuations du champ d’ondes gravitationnelles dans lequel baignerait le système solaire, provenant par exemple du trou noir central de notre galaxie? Evidemment cela impliquerait qu’il y ait des fluctuations de cette “constante”, du moins telle qu’on peut la percevoir (autour d’une valeur réelle vraiment stable), selon la localisation de l’observateur dans l’univers.

  3. Hypothèse intéressante, mais il faut bien considérer les ordres de grandeur. Les ondes gravitationnelles enregistrées à ce jour sont certes d’une origine due à des événements extrêmement énergétiques, mais très lointains, dont l’intensité ici à l’arrivée est extrêmement faible. Les détecteurs LIGO réagissent à des déplacements d’un millième de femtomètre, un attomètre. Lors des mesures de G on observe des variations de G de l’ordre de 240 ppm sur une constante mesurée à 46 ppm près. De tels effets très « grossiers », s’ils étaient dus à des ondes gravitationnelles provenant du centre de notre Galaxie, auraient par ailleurs été aussi détectés par les LIGO comme des événements intenses. Or pour l’instant, aucune onde gravitationnelle provenant du centre de notre Galaxie n’a été enregistrée. Il faut attentre que le trou noir central avale une nouvelle étoile… ce qui fera du bruit dans le landerneau !

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