Programme Constellation

Logo du programme Constellation.

Le programme Constellation (en anglais : Constellation Program) est un programme d’exploration spatiale de la NASA abandonné en 2010, dont le principal objectif était l’envoi d’astronautes sur la Lune vers 2020 pour des missions de longue durée. Ce programme concrétisait la stratégie spatiale américaine à long terme définie par le président George W. Bush en janvier 2004 sous l’intitulé Vision for Space Exploration visant à relancer l’exploration du système solaire par des missions habitées.

Le programme Constellation prévoyait le développement de deux nouveaux lanceurs — Ares I et Ares V — ainsi que de deux véhicules spatiaux : Orion et le module lunaire Altair.

Le programme, en 2009, a pris beaucoup de retard sur son calendrier et son objectif a été contesté par ceux qui considèrent que la planète Mars devrait être dès à présent la prochaine étape de l’exploration spatiale. Le premier vol de la fusée Ares I, la mission Ares I-X, a eu lieu avec succès le 28 octobre 2009.

Fin 2009, le programme Constellation et le lanceur Ares I en particulier, sont remis en cause par la commission Augustine chargée d’examiner le programme spatial habité américain. La commission remet en cause notamment la capacité de la NASA à tenir le calendrier adopté compte tenu du budget disponible et des choix d’architecture retenus. Plusieurs alternatives ont été proposées, dont un lanceur dérivé de la navette spatiale, une Delta IV/Atlas V habitable et un lanceur privé.

Le président Barack Obama annonce le 1^er février 2010 qu’il proposera l’annulation du programme Constellation. Cet abandon est confirmé par le président le 11 octobre 2010.

La définition des objectifs (2004)

Un vaisseau spatial Orion s'approche de la station spatiale internationale (vue d'artiste)

Lancement d'un véhicule spatial Orion par une fusée Ares 1 (vue d'artiste)

Les vaisseaux Orion et Altair sont injectés sur leur trajectoire de transfert vers la Lune (vue d'artiste)

Les lanceurs du programme Constellation comparés à la navette spatiale et à la fusée Saturn V (vue d'artiste)

Le vaisseau spatial Orion en orbite autour de la Lune (vue d'artiste)

Le module lunaire Altair sur la Lune (vue d'artiste)

Maquette du véhicule Orion au centre Langley (2008)

Le 15 janvier 2004, le président des États-Unis George W. Bush rend public les objectifs à long terme assignés au programme spatial américain dans le domaine de l'exploration du système solaire et des missions habitées formalisés à travers le plan programme Vision for Space Exploration. La définition de cette stratégie est dictée par 2 motivations :

• Il est nécessaire de remplacer la flotte des navettes spatiales, vieilles de près de trois décennies, qui ont, à deux reprises, explosé en vol, tuant leur équipage, et qui sont très coûteuses à lancer. Or la station spatiale internationale doit être desservie en hommes et en matériel dans la phase actuelle de construction et lorsqu'elle sera pleinement opérationnelle.
• Le président veut renouer avec le succès du programme Apollo en fixant des objectifs ambitieux à long terme et en engageant immédiatement les moyens de les atteindre. Il souhaite remettre l'exploration spatiale par l'homme au premier plan.

Reprenant la démarche du président Kennedy, le président demande à la NASA d'élaborer un programme qui permette de réaliser des séjours de longue durée sur la Lune d'ici 2020. L'expérience acquise sur la Lune doit ensuite être utilisée pour concevoir et lancer une mission habitée vers la planète Mars.

Par ailleurs, les vols des navettes spatiales doivent s'arrêter en 2010, date à laquelle la station spatiale internationale doit être achevée. Un nouveau véhicule spatial doit être développé pour desservir la Station spatiale internationale.

Le programme Constellation

Pour répondre à ces objectifs, la NASA reprend en grande partie le scénario du programme Apollo : un véhicule spatial (Orion) est chargé de transporter l'équipage jusqu'en orbite lunaire (et de l'en ramener) tandis qu'un deuxième véhicule, Altair, est dédié à l'atterrissage sur la Lune et au retour vers Orion. Toutefois, là où le programme Apollo utilisait la seule fusée Saturn V pour envoyer les 2 véhicules vers la Lune, le programme Constellation prévoit 2 lanceurs dont l'un (Ares I) est dédié au lancement de la capsule habitée tandis que l'autre (Ares V) place en orbite terrestre le module lunaire et l'étage de fusée chargé d'accélérer l'ensemble vers la Lune. En effet :

• La masse des véhicules spatiaux à envoyer vers la Lune s'est considérablement accrue pour répondre aux objectifs plus ambitieux du programme Constellation. L'envoi par une fusée unique nécessiterait de développer un lanceur nettement plus puissant que Saturn V.
• La technique des rendez-vous en orbite est parfaitement maitrisée par la NASA ce qui permet d'envisager un assemblage en orbite des véhicules à destination de la Lune, scénario qui avait été écarté parce que considéré comme trop risqué à l'époque du programme Apollo.
• Orion doit être utilisé pour des missions non lunaires en particulier la desserte de la station spatiale internationale, ce qui nécessite de disposer d'un lanceur de classe intermédiaire.

Une deuxième caractéristique du programme est le recours généralisé à des composants existants afin de limiter le coût du programme. La NASA utilise, en les adaptant, des moteurs-fusée développés pour la fusée Saturn V, les propulseurs à poudre de la navette ainsi que de nombreuses installations au sol existantes.

Enfin il est prévu que plusieurs des composants du programme puissent être réutilisés après remise en condition.

Les véhicules développés sont les suivants  :

Orion

Orion est un vaisseau spatial habité qui devait être utilisé à la fois pour desservir la station spatiale internationale et pour les missions vers la Lune. Il est composé d'un module de commande pressurisé qui peut transporter de 4 (Lune) à 7 (station spatiale) astronautes et d'un module de service non pressurisé qui assure la propulsion principale et les fonctions de support. Le module de commande reprend la forme conique du module de commande Apollo mais offre un volume de 15 m³ soit 2,5 fois celui du module Apollo. Au décollage, Orion est surmonté d'une tour de sauvetage chargée de mettre en sécurité le véhicule en cas d'échec du lancement. L'ensemble Orion a une masse de 20,5 tonnes, dont 8,5 tonnes pour le module de commande, 3,7 pour le module de service et 8,3 pour le carburant.

Altair

Altair est le module qui doit permettre aux astronautes de se poser sur la Lune puis d'en décoller, jouant un rôle analogue au module lunaire Apollo. Il est composé d'un étage de descente qui assure l'atterrissage sur la Lune d'une masse de 35 tonnes et d'un étage de remontée de 11 tonnes. La propulsion serait assurée par des moteurs utilisant un mélange hydrogène liquide/oxygène liquide. Par rapport à son ancêtre, le module lunaire Apollo, Altair dispose d'un espace habitable de 32 m³ (contre 6,5 m³ pour Apollo) et comprend un sas ne nécessitant pas de dépressuriser l'habitacle pour les sorties extravéhiculaires. Altair doit assurer l'hébergement de 4 astronautes.

Ares I

Ares I est le lanceur destiné à placer en orbite terrestre le véhicule spatial habité Orion. Il permet de mettre 25 tonnes en orbite basse. Son premier étage est un propulseur à poudre de la navette spatiale américaine allongé (5 segments au lieu de 4) ce qui lui donne une forme plus élancée (94 mètres de haut). Le deuxième étage est un nouveau développement utilisant un moteur-fusée J-2 du programme Apollo à la conception simplifiée et consommant un mélange oxygène liquide/hydrogène liquide.

Ares V

Ares V est un lanceur lourd, de la classe de l'ancienne fusée Saturn V. Culminant à 116 mètres, sa capacité de lancement a été calculée pour permettre le lancement des missions lunaires. Il peut placer 71 tonnes sur une trajectoire de transfert vers la Lune ou déposer 14 tonnes de fret sur le sol lunaire. Il est constitué de:

• un premier étage propulsé par 6 moteurs-fusée RS-68 d'environ 300 tonnes de poussée consommant un mélange hydrogène liquide/oxygène liquide hérités du lanceur Delta IV.
• deux propulseurs à carburant solide de la navette spatiale portés de 4 à 5 segments et demi. Ces boosters flanquent le premier étage et sont allumés au décollage.
• Un deuxième étage utilisant le même moteur J-2 que la fusée Ares I. Baptisé EDS (Earth Departure Stage), cet étage est réallumable et chargé des manœuvres en orbite ainsi que de l'injection sur la trajectoire lunaire de l'ensemble Orion et Altair . Ares V sera également chargé de lancer les modules d'habitation, véhicules et autres équipements nécessaires aux missions de longue durée sur la Lune. La capacité d'emport exceptionnelle d'Ares V (188 tonnes en orbite basse) devrait également être mise à contribution pour de nombreuses missions que les limitations des lanceurs actuels (25 tonnes et diamètre de la coiffe) ne permettent pas de réaliser : envoi de sondes spatiales lourdes dans le système solaire, mise en orbite des télescopes dotés d'une optique de 8 mètres ou plus à des fins civiles ou militaires,....

Les missions types

Les premières missions du programme Constellation devaient assurer la desserte de la Station spatiale internationale. Vers 2020 les missions auraient été vers la Lune, d'abord pour des séjours courts, puis pour des séjours de longue durée. Enfin, à une date non fixée (on évoquait 2037), les véhicules et lanceurs du programme devaient participer aux premières expéditions vers Mars.

Desserte de la station spatiale internationale

Vue d'artiste d'un amarrage d'un vaisseau Orion avec l'ISS

Avec l'arrêt des navettes spatiales, l'une des missions du programme Constellation était d'assurer la rotation des équipages de l'ISS. Le premier amarrage avec la station spatiale aurait dû avoir lieu lors de la mission Orion 2.

Missions lunaires

La mission lunaire type prévoyait un séjour sur la Lune de 7 jours, soit 4 de plus que pour le programme Apollo. Les astronautes, au nombre de 4, devaient tous descendre sur la Lune. A une échéance non fixée, les plans de la NASA prévoyaient le développement d'un ensemble de modules (habitation, rover, autres équipements) déposés sur la Lune grâce à plusieurs lancements d'Ares V (celui-ci peut "livrer" jusqu'à 15 tonnes de fret sur le sol lunaire). Ces équipements devaient permettre de prolonger le séjour des astronautes pour des missions qui pouvant ainsi durer 210 jours. Ces avant-postes auraient pu être installés près du pôle sud pour bénéficier à la fois d'un ensoleillement plus important, donc de nuits plus courtes et de températures moins extrêmes, et, si les sondes LCROSS et LRO le confirment, de la présence d'eau qui pourrait exister dans des zones plongées en permanence dans l'obscurité situées au même endroit.

Missions vers Mars

Le déroulement du programme

Concept en 2007 de vaisseau Orion en configuration pour une mission lunaire.

Le cœur du projet est le développement du véhicule spatial Orion, (en anglais CEV : Crew Exploration Vehicle) et du lanceur Ares I qui doivent tous deux permettre de remplacer la navette spatiale durant la phase d'exploitation de la station spatiale internationale. Le scénario de recours aux lanceurs utilisés par l'armée américaine a été définitivement abandonné. La NASA n’a actuellement défini aucun planning concret pour le développement des modules nécessaires pour les missions longues vers la Lune et Mars. Cependant, l’administrateur de la NASA (Michael Griffin) possède des connexions importantes avec The Planetary Society, une organisation astronomique à but non lucratif, qui, contrairement à la NASA, a un programme. Cette organisation a promu un programme en trois étages ou « phases. » Il était raisonnable d'imaginer que Griffith suivrait cette proposition en trois phases.

• La 1^re phase – Terminer la conception d'Orion et d'Ares I pour permettre la desserte de la station spatiale internationale. L'achèvement de la station spatiale internationale et le retrait des navettes spatiales en 2010 doivent libérer des moyens financiers importants qui peuvent être consacrés au projet Constellation.

• La 2^e phase – Terminer la conception des modules nécessaires aux missions prolongées sur la Lune et Mars. Au moins quatre sortes de modules doivent être développés : un module d’habitation, un module servant de laboratoire, un module de réserves et un module pour propulser les missions de la Terre vers Mars. En parallèle des missions vers des objectifs proches de la Terre comme les points de Lagrange seraient montés pour acquérir l'expérience nécessaire à la phase 3.

• La 3^e phase – Finaliser la conception des engins spatiaux pour un atterrissage en gravité élevée. Mettre au point le nouveau module lunaire (Altair). Après avoir rempli ces objectifs, monter une expédition vers la Lune puis Mars.

Planning

Selon le planning établi en 2008, la mission Orion 15 devait déposer le module Altair 2 sur la Lune en juin 2019 (la dernière présence humaine sur le sol lunaire date de 1972 lors de la dernière mission du Programme Apollo : Apollo 17). Vers 2024 une base avancée habitée devait être créée sur les flancs du cratère Shackleton, au pôle Sud lunaire^[1].

Avancement

Vaisseau Orion

En 2006, la NASA a choisi le concept autour duquel le module Orion sera construit. Deux soumissionnaires restaient alors sur les rangs : Lockheed Martin et Northrop Grumman. C'est Lockheed qui remporta le contrat d'une valeur de 5 milliards de dollars. Les ingénieurs de la NASA travailleront avec des ergonomes pour construire le module le plus fonctionnel possible. Il est prévu que le module Orion soit disponible en 2015.

Combinaisons spatiales

Le 12 juin 2008, un contrat est passé pour la conception et la production des nouvelles combinaisons spatiales destinées à ce programme^[2].

Lanceur Ares I

Le lanceur Ares 1-X est une version de test du lanceur Ares I caractérisé par un deuxième étage inerte, des maquettes de la capsule Orion et de la tour de sauvetage et un premier étage limité à 4 segments contre 5 pour le lanceur finalisé. Ares-I-X doit néanmoins permettre de valider un grand nombre de choix techniques effectués (pilotage, séparation des étages, comportement dynamique de la fusée,....) ainsi que les installations au sol et les procédures de lancement et la récupération du premier étage. Le premier lancement a eu lieu le 28 octobre 2009.

Remise en question du programme Constellation par la commission Augustine (octobre 2009)

Suite à son investiture, le président américain Barack Obama a demandé à la commission Augustine, créée à cet effet le 7 mai 2009 et composée de spécialistes de l'astronautique issus de l'industrie de la recherche et de la NASA, d'examiner les conséquences du retrait de la navette spatiale américaine sur le programme de la station spatiale internationale et d'effectuer une revue du programme Constellation confronté à la fois à des problèmes budgétaires et de planification.

Le comité a rendu son rapport en octobre 2009. En ce qui concerne le programme Constellation ses principales conclusions sont les suivantes  :

• La NASA a besoin d'un complément budgétaire annuel de 3 milliards de $ pour pouvoir atteindre les objectifs fixés au programme Constellation^[3].
• Le lanceur Ares I rencontre des problèmes techniques qui devraient pouvoir être résolus mais sa mise au point tardive diminue fortement son intérêt. Le comité estime préoccupant le coût de production du vaisseau Orion par ailleurs soumis à de fortes contraintes (masse, coût de développement)^[4].
• Le comité estime que la NASA doit s'appuyer de manière plus importante sur les opérateurs privés pour tout ce qui relève de l'orbite basse - lanceur, vaisseau cargo et capsule habitée - et se concentrer sur les objectifs situés au delà de l'orbite basse.
• Le rapport confirme l'intérêt de l'exploration de Mars en tant que but ultime du programme spatial habité mais approuve la nécessité d'une étape intermédiaire qui pourrait être l'exploration de la Lune ou un certain nombre de destinations intermédiaires comme les points de Lagrange, les lunes de Mars, le survol d'un objet géocroiseur (flexible path)^[5].

Abandon du programme

Le président Barack Obama annonce le 1er février 2010 qu'il va proposer l'annulation du programme Constellation en avançant trois motifs : un budget en dépassement, le retard pris sur les échéances et l'absence d'innovations intégrées dans le projet. Le budget libéré par l'arrêt du programme, complété par une enveloppe de 6 milliards de $, est ventilé entre différentes activités de la NASA. Il s'agit principalement du développement de nouvelles technologies spatiales, de l'extension de la durée de vie de la station spatiale internationale de 2015 à 2020 et de la réalisation de nouvelles sondes automatiques d'exploration du système solaire. Ces fonds doivent également permettre de reconstruire le satellite Orbiting Carbon Observatory perdu en 2009 et de stimuler la prise en charge des programmes spatiaux par l'industrie privée^[6],[7]. Le 11 octobre 2010 le président Obama approuve le « NASA Authorization Act 2010 » qui confirme l'arrêt du programme Constellation^[8].

Notes et références

Voir aussi

Bibliographie

• (en) Erik Seedhouse, Lunar outpost the challenges of establishing a human settlement on the moon, Springer, 2009 (ISBN 978-0-387-09746-6) 
• Robert Zubrin, Cap sur Mars, H GOURSAU, 2004 (ISBN 2-904-10509-3) 
• Charles Frankel, L'homme sur Mars ?, Dunod, 2007 (ISBN 978-2-10-049558-0) 

Liens internes

• Programme Apollo
• Vision for Space Exploration

Liens externes

• (en) Site officiel du Programme Constellation
• (en) NASA - Préparatifs d'un retour sur la Lune sur YouTube
• (fr) Historique actualisé du programme Constellation année par année
• (fr) Des colons sur la Lune en 2020, Article du Figaro, 5 décembre 2006

v · Vol suborbital			Ares I-X · Ares I-Y · Ares V-Y
Orbite terrestre	Orion 1 · 2 · 3 · 4 · 5 · 6 · 7 · 8 · 9 · 10 · 11 · Ares V-Y · Orion 12 · 14 · 16 · 18 · 20
Lunaire	Altair 1, Orion 13 · Altair 2, Orion 15 · Altair 3, Orion 17 · Altair 4, Orion 19 · Altair 5, Orion 21
Système Solaire	Mission Orion sur Astéroïde · Mission Orion sur Mars
Composants	Orion · Ares · (I · IV · V) · Earth Departure Stage · Altair · J-2X · RS-68
Aire de lancement	Centre spatial Kennedy, complexe de lancement 39
Liste des missions

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