Beresheet

Le concours Google Lunar X Prize, créé en 2007 à l'initiative de la société Google, prévoyait de verser 20 millions de dollars américains à la première équipe capable d'envoyer avant une date donnée (initialement 2015 puis mars 2018) un robot sur la surface de la Lune à condition que celui-ci parcoure sur le sol lunaire au moins 500 mètres et qu'il transmette des vidéos et des images à haute résolution. Cet objectif très ambitieux n'a jusqu'à présent été réussi que par les agences spatiales de trois pays dans le monde (États-Unis, Union soviétique et Chine). Ce concours, créé sur le modèle du Ansari X Prize, avait pour objectif de stimuler le développement de l'activité spatiale en encourageant les solutions permettant d'abaisser les coûts de l'exploration du système solaire par des robots[1].

Le projet israélien Beresheet, débute en 2011 alors que 32 équipes sont en compétition. Yariv Bash, cofondateur d'une société fabriquant des drones, et deux de ses amis décident de se lancer dans l'aventure. Une société sans but lucratif SpaceIL est créée pour mener à bien le développement de la sonde spatiale. Celle-ci parvient progressivement à collecter environ 90 millions € auprès de donateurs individuels mais également de partenaires institutionnels. Le principal donateur est le millionnaire israélien Morris Kahn (en). La construction proprement dite de l'engin spatial débute en 2013. La société Israel Aerospace Industries, leader national dans le domaine aérospatial, est chargé de la réalisation de la sonde spatiale. Aucune équipe n'ayant atteint les objectifs en mars 2018, Google annonce officiellement que le concours Google Lunar X Prize s'est achevé sans vainqueur. Toutefois cinq équipes, dont SpaceIL, décident de poursuivre leurs travaux malgré la disparition de la récompense financière. SpaceIL est la première équipe à lancer son atterrisseur vers la Lune[2].

Le site d'atterrissage retenu est situé dans la mer de la Sérénité dans l'hémisphère nord de la Lune. Des anomalies magnétiques ont été identifiées dans cette région par la sonde soviétique Luna 2 ce qui en fait donc un objectif pertinent pour le magnétomètre, seul instrument scientifique embarqué. Pour remplir les objectifs fixés par le concours Google X Prize, Beresheet devait redécoller brièvement du sol lunaire en utilisant ses moteurs. Compte tenu du risque associé à cette manœuvre les responsables du projet ont préféré renoncer à cette manœuvre puisque désormais aucun enjeu n'y était plus attaché. La sonde doit se poser au début de la journée lunaire (durée quatorze jours terrestres). La durée de vie de l'engin à la surface est limitée à quelques jours terrestres car il n'est pas conçu pour résister à la forte amplitude thermique du sol lunaire (+100 °C lorsque le Soleil est au zénith et jusqu'à −190 °C durant la longue nuit qui suit). En particulier, la caméra ne peut pas fonctionner à une température supérieure à 85 °C lorsqu'elle est utilisée[3] - [1].

Pour pouvoir développer un atterrisseur lunaire avec un budget très réduit, les ingénieurs israéliens ont du faire des choix d'architecture contribuant à accroître le risque pour certaines d'entre elles :

• la masse de l'engin spatial est réduite au minimum. Le carburant représente les trois quarts de la masse. La charge utile (instruments) est pratiquement symbolique et la durée de vie au sol est limitée à quelques jours ;
• pour descendre vers le sol lunaire, les sondes spatiales disposent normalement d'un moteur-fusée dont la poussée est modulable : cette caractéristique permet de compenser la réduction de la masse liée à la consommation des ergols et de corriger la vitesse de la descente. La poussée du moteur choisi pour propulser Beresheet n'est pas modulable afin de limiter son coût : pour parvenir au résultat souhaité le moteur est donc fréquemment éteint et rallumé durant la descente ce qui rend plus complexe cette phase de vol critique[4] ;
• une sonde spatiale dépend pour son fonctionnement de très nombreux composants. Pour que la panne d'un composant n'entraîne pas la perte de la mission, ce type d'engin spatial dispose habituellement d'une redondance permettant de faire face à une défaillance de ses composants critiques. Mais ce dispositif coûteux n'a pas pu être retenu pour Beresheet[4] ;
• la fusée Falcon 9 place la sonde spatiale sur une orbite de transfert géostationnaire identique à celle de la charge utile principale de la fusée. L'injection de la sonde spatiale sur une trajectoire directe vers la Lune aurait entraîné un important surcoût.

Maquette de Beresheet.

L'atterrisseur Beresheet a une masse totale de 585 kg dont 400 kg d'ergols. L'engin spatial a un diamètre de deux mètres et une hauteur de 1,5 mètre. Les changements d'orbite et l'atterrissage est pris en charge par un moteur-fusée unique LEROS (en) 2b, de fabrication anglaise, brûlant un mélange de MMH et de peroxyde d'azote et d'une poussée de 407 newtons (impulsion spécifique 318 secondes). Ce moteur d'une masse de 5 kilogrammes équipe habituellement des satellites et des sondes spatiales. Les ergols liquides sont mis sous pression par de l'hélium[5] - [6]. Huit petits moteurs-fusées sont chargés de contrôler l'orientation de la sonde spatiale en utilisant pour déterminer son orientation différents capteurs tels que des centrales à inertie, etc. Pour la phase d'atterrissage, la sonde spatiale dispose d'un lidar qui mesure la distance qui la sépare du sol. Pour limiter le coût de l'atterrisseur, aucune redondance n'est prévue pour pallier une éventuelle défaillance d'un des composants. Le train d'atterrissage, déployé peu avant l'atterrissage, comprend quatre pieds. Chacun comprend deux mécanismes permettant d'amortir la vitesse résiduelle au moment de l'atterrissage : une structure en nid d'abeilles conçue pour s'écraser et des lames formant ressort fixées sur des contrefiches télescopiques[7] - [8] - [9] - [4].

Le déroulement de la mission est suivi et piloté depuis la salle de contrôle de Israel Aerospace Industries située dans les locaux de la société à Yehud en Israël. Pour surveiller l'état de la sonde spatiale, transmettre des commandes et recevoir les données collectées par les instruments embarqués, le projet mobilise plusieurs antennes paraboliques (Santiago, Kiruna…) dans la première partie du vol puis, lorsque la sonde spatiale se trouve à proximité de la Lune ou à sa surface, le réseau Deep Space Network de la NASA.

Le développement d'un successeur, baptisé Beresheet 2, a été annoncé fin 2020 par SpaceIL. Le projet comprendrait deux alunisseurs et un orbiteur. Il disposerait d'un budget de 100 millions US$ et il serait lancé vers 2024[18].

L'agence spatiale américaine, la NASA, décide en 2018 de confier la dépose de missions robotiques sur la surface lunaire à des sociétés privées dans le cadre d'un programme baptisé Commercial Lunar Payload Services à l'image de ce qui a été fait pour le ravitaillement et la relève des équipages de la Station spatiale internationale (programmes COTS et CCDeV). L'objectif du programme est de réduire les couts de l'exploration de la Lune et d'accélérer les missions de retour d'échantillons et de prospection de ressources ainsi que de promouvoir l'innovation et la croissance des sociétés commerciales du secteur[19].

Pour répondre à l'appel d'offres de la NASA, Firefly Aerospace choisit de s'associer en juillet 2019 avec la société israélienne IAI et d'utiliser l'expertise qu'elle a acquise en développement l'alunisseur lunaire Beresheet[20]. L'engin de Firefly baptisé initialement Genesis (traduction en anglais de Beresheet) prend finalement le nom de Blue Ghost (une espèce rare de papillon). Initialement il doit être placé en orbite par la fusée Firefly Alpha en cours de développement par la société mais la puissance de celle-ci s'avère insuffisante pour transporter la charge utile de la NASA. Firefly Aerospace décide en mars 2021 de confier le lancement de l'alunisseur lunaire à la fusée Falcon 9 de SpaceX. Celle-ci permet d'économiser les ergols de Blue Ghost dont la capacité d'emport passe de 100 à 150 kg. La capacité excédentaire doit être commercialisée[21] - [22].