Asteroid Retrieval and Utilization

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Asteroid Retrieval and Utilization

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Vue d'artiste

Caractéristiques
Organisation NASA
Domaine Technologie
Statut Projet
Masse ~18 tonnes
Lanceur Atlas V
Autres noms Asteroid Capture-and-Return mission
Propulsion Propulsion électrique
Source énergie Panneau solaire
Puissance électrique ~40 kW

L'Asteroid Retrieval and Utilization (ARU), également appelée Asteroid Initiative, est un projet de mission spatiale robotique proposé par la NASA dont l'objectif serait de capturer un petit astéroïde (environ 7 mètres de diamètre et 500 tonnes) et de le placer en orbite autour de la Lune pour permettre son étude par l'équipage de missions habitées. La NASA propose dans son projet de budget 2014 soumis en avril 2013 d'investir 105 millions US$ sur ce sujet. L'objectif serait à la fois de valider la faisabilité technique d'un tel projet et de permettre à un équipage d'une mission SLS/Orion de prélever des échantillons et de les ramener sur Terre. Dans le scénario détaillé dans un rapport de l'Institut d'études spatiales Keck (KISS), le projet, dont le coût est estimé à 2,6 milliards $[1], nécessiterait de lancer un engin spatial d'environ 20 tonnes utilisant une propulsion électrique à haut rendement qui mettrait environ 7 ou 8 ans pour accomplir sa mission.

Objectifs[modifier | modifier le code]

Le projet s'inspire d'une étude de faisabilité de l'Institut d'études spatiales Keck réalisée par des représentants de la NASA, des représentants de plusieurs universités et associations engagées dans la recherche spatiale. Selon ce rapport l'exploitation des ressources offertes par les astéroïdes est une idée ancienne mais sa faisabilité n'est apparue que récemment grâce à deux innovations : des instruments suffisamment performants pour identifier et caractériser les astéroïdes à distance, la mise au point de la propulsion électrique spatiale qui permet de décupler le rendement énergétique des ergols transportés. La NASA a décidé de développer des missions spatiales habitées au-delà de l'orbite basse avec le développement du lanceur lourd SLS et du vaisseau spatial Orion qui permettent et justifient l'étude et l'exploitation éventuelle des astéroïdes. L'agence spatiale américaine met en avant qu'une telle mission doit permettre de mettre au point les nouvelles techniques qui permettront le développement de missions futures plus ambitieuses notamment vers Mars.

Conception de la mission[modifier | modifier le code]

Pour capturer puis déplacer un astéroïde jusqu'à une orbite lunaire, l'engin spatial doit

  • se placer sur l'orbite de l'astéroïde ce qui suppose au minimum d'atteindre la vitesse de libération de la Terre soit 11 2 km/s),
  • réaliser un rendez-vous spatial avec celui-ci c'est-à-dire annuler sa vitesse relative par rapport à celui-ci
  • mettre en œuvre un système permettant de le solidariser avec l'astéroïde
  • annuler les mouvements de rotation de l'astéroïde en utilisant sa propulsion
  • puis modifier l'orbite pour placer l'ensemble sur une orbite lunaire

La dimension de l'astéroïde est fixée par deux contraintes :

  • celui-ci doit être suffisamment grand pour qu'on puisse l'identifier à distance avant la mission et déterminer si ses caractéristiques répondent aux objectifs scientifiques et si ses dimensions et son mouvement propre (vitesse de rotation) sont compatibles avec les objectifs et les capacités de la mission.
  • sa masse doit être suffisamment réduite et son orbite doit être suffisamment proche de celle de la Terre pour permettre son déplacement par l'engin spatial dans un laps de temps raisonnable (fixé à quelques années).

Compte tenu de ces contraintes, la taille de l'astéroïde, qui doit être l'objectif de la mission, a été fixé à environ 7 mètres de diamètre et sa masse devrait être comprise entre 250 et 1 000 tonnes.

Déroulement de la mission[modifier | modifier le code]

Vue d'artiste de l'ARU approchant l’astéroïde cible.
Vue d'artiste de la capture d'un astéroïde par l'ARU.

La mission de capture de l'astéroïde constitue la deuxième phase d'un projet qui doit en comporter trois :

  • L'identification à l'aide d'instruments situés sur Terre d'astéroïdes répondant aux objectifs et contraintes
  • La capture de l'astéroïde objet de cette mission et sa mise en orbite autour de la Lune qui doit intervenir vers 2025
  • Le lancement de missions spatiales habitées vers 2025 en direction de l'orbite lunaire utilisant le lanceur lourd SLS et le vaisseau spatial Orion en cours de développement (2013). Après avoir réussi un rendez-vous avec l'astéroïde les équipages doivent prélever au cours de sorties extravéhiculaires des échantillons qui seront ramenés sur Terre.

La mission dure de 6 à 10 ans et comprend plusieurs phases :

  • La sonde spatiale est d'abord placée sur une orbite basse (407 km) par son lanceur puis utilise sa propulsion pour se hisser jusqu'à l'orbite lunaire. La masse d'ergols disponible pour l'ensemble de la mission est limitée et pour obtenir les performances nécessaires, l'engin spatial utilise une propulsion électrique qui est caractérisée par une impulsion spécifique de 3 000 s, soit un rendement 10 fois supérieur à ce que permet la propulsion chimique classique, mais avec une poussée extrêmement faible. Cette phase dure deux ans et demi.
  • Une fois parvenu sur une orbite lunaire, l'engin spatial continue à sortie du puits gravitationnel de la Terre pour atteindre l'orbite de l'astéroïde en utilisant essentiellement l'assistance gravitationnelle de la Lune. Cette deuxième phase dure 1,7 ans.
  • La phase de capture de l'astéroïde qui comprend le déploiement de l'enveloppe chargée d'amarrer l'astéroïde, la capture proprement dire puis la suppression du mouvement de rotation propre de l'astéroïde s'étend sur 90 jours
  • L'engin spatial utilise à nouveau sa propulsion pour progressivement ramener l'astéroïde sur une orbite lunaire. L'assistance gravitationnelle de la Lune fournit une grande partie du travail. Cette phase dure de 2 à 6 ans.
Exemple de trajectoire pour la capture de l'astéroïde 2008 HU4 (1 300 tonnes)
Phase Masse initiale Méthode de propulsion Delta-V Xénon consommé Remarques
Orbite bassevitesse de libération 18,8 tonnes Propulsion électrique 6,6 km/s 3,8 tonnes durée : 2,2 ans
→ orbite de l'astéroïde 15 tonnes Propulsion électrique
Assistance gravitationnelle de la Lune
2,8 km/s
2 km/s
1,4 tonnes
-
durée : 1,7 ans
→ orbite lunaire 1 316,6 tonnes Propulsion électrique
Assistance gravitationnelle de la Lune
0,17 km/s
2 km/s
7,7 tonnes
-
durée : 6 ans

Caractéristiques techniques[modifier | modifier le code]

Le rapport Keck propose le développement d'un engin spatial pouvant être lancé par les lanceurs lourds américains disponibles en l'occurrence une fusée Atlas V 551 capable de placer 18,8 tonnes en orbite basse. La masse à sec est de 5,5 tonnes et la sonde spatiale emporte 12 tonnes de xénon utilisé par la propulsion principale. Celle-ci est constituée par cinq propulseurs à effet Hall d'une poussée unitaire de 200 Newtons alimentés par des panneaux solaires d'une superficie totale de 90 m² fournissant environ 40 kW. Les propulseurs qui expulsent du xénon sont montés sur cardan avec deux degrés de liberté. Le contrôle d'attitude est pris en charge par 4 grappes de 4 propulseurs à ergols liquides ayant une poussée unitaire de 200 N. et une impulsion spécifique de 287 s. Ceux-ci utilisent 900 kg d'ergols dont 300 sont consacrés à l'annulation du mouvement de rotation propre de l'astéroïde. Le système de capture est constitué par des bras déployables, un sac de forme cylindrique de 6 mètres de diamètre pour 12 de long et un système d'élingues chargé de solidariser la sonde spatiale et l'astéroïde.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) Fred Culick & John Brophy, « Asteroid Retrieval Feasibility Study », Keck Institute for Space Studies, California Institute of Technology, Jet Propulsion Laboratory,‎ 2012

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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