Chandrayaan-2

L'agence spatiale indienne signe le 12 novembre 2007 un accord de coopération avec l'agence spatiale russe Roscosmos. Le développement de la future mission est réparti entre les deux agences spatiales : la Russie développe l'astromobile (rover) d'une masse d'environ 100 kg tandis que l'agence spatiale indienne fournit le lanceur, l'orbiteur et l'atterrisseur qui doit déposer le rover sur le sol lunaire[3] - [5]. Le budget de la mission est débloqué par le gouvernement indien le 18 septembre 2008[6]. En août 2009, la conception de la sonde spatiale est finalisée avec la participation de scientifiques des deux pays[7] - [8]. L'échec de la mission martienne russe Phobos-Grunt, victime de multiples problèmes immédiatement après son lancement le 8 novembre 2011, entraîne le retrait de la Russie du projet : les responsables russes annoncent à leurs partenaires indiens qu'ils ne pourront respecter l'échéance fixée jusque-là à 2013 ni même celle de 2015 car l'atterrisseur russe utilise certains composants mis en cause dans l'échec de leur sonde martienne. L'agence spatiale indienne décide en janvier 2013 de poursuivre seule le développement de Chandrayaan-2[9].

L'atterrisseur est fixé au sommet de l'orbiteur avant que l'ensemble soit placé sous la coiffe dont une des demi-coques est visible au fond de la salle.

Dans ce nouveau contexte le lancement de la mission est repoussé à fin 2016/début 2017. En 2017 le lancement est reprogrammé en avril 2018[10], puis il est reporté successivement en octobre 2018, janvier 2019, et en mars 2019. A la suite d'une revue technique du projet par une commission chargée de donner son feu vert, celle-ci estime que le déroulement de la mission comporte en l'état des risques inacceptables et elle impose des changements importants. Selon le scénario initial, l'atterrisseur effectuait sa descente vers le sol lunaire immédiatement après sa séparation avec l'orbiteur. Désormais l'atterrisseur, après s'être séparé de l'orbiteur, reste en orbite autour de la Lune et vérifie ses différents systèmes avant d'entamer sa descente vers la surface de la Lune. Ce changement impose des modifications importantes de l'atterrisseur qui doit prendre en charge des manœuvres supplémentaires : ajout d'un moteur-fusée de 800 Newtons de poussée en position centrale, de deux nouveaux réservoirs d'ergols et d'un nouveau réservoir de gaz pressurisant. Pour que l'atterrisseur puisse contrôler son orientation avant la phase de descente quatre roues de réaction et un viseur d'étoiles sont ajoutés ainsi que l'électronique associée. Par ailleurs, pour accroitre la probabilité de succès de l'atterrisseur, le train d'atterrissage est modifié dans le but d'accroître la stabilité de l'engin et la redondance des composants électroniques est accrue. Ces changements de dernière minute accroissent la masse à sec de l'atterrisseur de 100 kilogrammes (celle-ci passe à 1 350 kilogrammes) et celle de l'astromobile (rover) qui passe de 20 à 25 kilogrammes. Avec l'ajout des ergols et les autres modifications, la masse de la sonde spatiale passe de 3 250 à 3 800 kilogrammes. Pour placer en orbite cette masse accrue le lanceur GSLV Mark II sélectionné à l'origine est remplacé par la version GSLV-Mk III[11]. Enfin début mai 2019 l'agence spatiale indienne indique un nouveau report. Officiellement il s'agit d'effectuer des vérifications complémentaires à la suite de l'échec de l'atterrisseur lunaire israélien Beresheet mais selon certain média indiens, ce délai supplémentaire est dû aux modifications tardives de la sonde spatiale[12]. La fenêtre de lancement est alors comprise entre le 9 et le 16 juillet avec une date d’atterrissage à la surface sur la Lune aux alentours du 6 septembre 2019[13]. Le coût de la mission est évalué à 8 milliards de roupies (102 millions €)[14].

Chandrayaan-2 est lancée depuis le centre spatial Satish-Dhawan sur la côte sud-est de l'Inde par une fusée GSLV-Mk III. Le 15 juillet 2019, une première tentative de lancement est annulée 56 minutes avant le décollage à la suite d'un problème technique[18]. Le lancement a finalement lieu le 22 juillet 2019 à 9h13 TU.

Compte tenu de la masse de Chandrayaan-2, le lanceur GSLV-Mk III, n'a pas la capacité d'injecter la sonde spatiale directement sur une trajectoire l'amenant à proximité de la Lune. Chandrayaan-2 est d'abord placée sur une orbite terrestre elliptique de 170 × 18 500 kilomètres. Cette orbite est ensuite progressivement relevée en utilisant à plusieurs reprises les moteurs-fusées de la sonde spatiale. L'orbite est ainsi modifiée à cinq reprises les 24, 26, 29 juillet, 2 et 6 août et portée finalement à 276 × 142 975 km. Une dernière manœuvre, effectuée le 13 août, place la sonde spatiale sur une orbite dont l'apogée se situe au-delà de la Lune (environ 350 000 kilomètres de la Terre). Chandrayaan-2 est désormais sur une trajectoire qui l'amène à proximité de la Lune[2]. Arrivée à proximité de la Lune le 20 août à 3 h 32 UTC, la sonde spatiale utilise durant 29 minutes sa propulsion pour réduire sa vitesse et ainsi s’insérer sur une orbite lunaire. Après cette manœuvre, l'engin spatial circule sur une orbite dont l'aposélène se situe à 18 072 km et le périsélène à 114 km de la surface de cet astre[19].

Pour préparer l'atterrissage, l'orbite lunaire de la sonde spatiale est par la suite abaissée en quatre étapes (21 août, 28 août, 30 août et 1^er septembre). À l'issue de la dernière manœuvre, Chandrayaan-2 circule sur une orbite faiblement excentrique de 114 × 128 kilomètres. L'atterrisseur se sépare de l'orbiteur le 2 septembre. Vikram abaisse une dernière fois son orbite le 3 septembre en utilisant brièvement à deux reprises son moteur de manière à survoler le pole sud à son périsélène (point d'une orbite lunaire le plus proche de la Lune) à 35 kilomètres d'altitude non loin du pôle sud. L'orbiteur, de son côté, circule sur une orbite de 96 × 125 kilomètres[20].

Le 6 septembre en fin de journée, les moteurs sont dirigés dans la direction opposée au sens de progression et la vitesse horizontale est fortement réduite, puis la sonde spatiale entame sa descente verticale vers le site d'atterrissage situé près du pôle sud de la Lune. La descente s'effectue de manière autonome en exploitant des données fournies par le radar et la centrale à inertie de l'engin spatial. Le scénario prévoyait qu'en fin de descente, les images prises par une caméra soient analysées en temps réel pour éviter les obstacles au sol. La propulsion devait être mise en marche par intermittence pour réduire la vitesse verticale qui devait être complètement annulée à 4 mètres du sol. La propulsion était alors coupée et la sonde spatiale devait tomber en chute libre et atterrir avec une vitesse verticale inférieure à 5 m/s (17 km/h)[2]. Mais une divergence par rapport à la trajectoire nominale est observée alors que la sonde spatiale se trouve encore à 2 kilomètres au dessus du sol lunaire. Le contact est perdu avec l'engin spatial alors que celui-ci se situe à quelques centaines de mètres du sol. Celui-ci est considéré comme perdu. Il s'est sans doute écrasé sur le sol comme l'engin spatial israélien Beresheet en avril de la même année[22].

La mission primaire de l'orbiteur a une durée d'un an. L'atterrisseur et l'astromobile (rover) dont l'énergie est fournie par des panneaux solaires avaient une durée de vie prévue d'une journée lunaire (14 jours terrestres).

L'orbiteur est construit autour d'une structure tubulaire de satellite de trois tonnes fabriquée par Hindustan Aeronautics Limited. Les équipements de l'orbiteur occupent une structure cubique construite autour de la base de cette structure. La sonde spatiale est fixée à son lanceur par la base de la structure tubulaire tandis que l'interface avec l'atterrisseur se situe au sommet de cette structure. L'énergie est fournie par deux panneaux solaires déployés en orbite et est stockée dans des batteries lithium-ion. Le satellite est stabilisé 3 axes à l'aide de roues de réaction. Un moteur-fusée à ergols liquides bi-ergols est utilisé pour rehausser progressivement l'orbite autour de la Terre, puis pour injecter la sonde spatiale sur une orbite lunaire avant d'abaisser celle-ci jusqu'à une altitude de 100 km. Des petits propulseurs sont utilisés pour désaturer les roues de réaction et effectuer les petites corrections de trajectoire. Le système de contrôle d'attitude exploite les données fournies par des viseurs d'étoiles, des capteur solaires, des accéléromètres et des gyrolasers[2].

L'atterrisseur et le rover descendant la rampe qui doit l'amener sur le sol lunaire.

L'atterrisseur Vikram a la forme d'une pyramide tronquée dont le centre est occupé par un cylindre dans lequel se trouvent les réservoirs d'ergols et le mécanisme qui permet de découpler l'engin avec l'orbiteur. Les panneaux verticaux sont recouverts de cellules solaires. Le train d'atterrissage comprend quatre pieds et est conçu pour assurer la stabilité de l'atterrisseur sur un terrain irrégulier. L'atterrisseur Vikram dispose de 5 moteurs de 800 newtons de poussée pour les manœuvres principales et plusieurs moteurs de 50 newtons de poussée pour contrôler l'orientation de l'engin. La poussée des moteurs principaux est modulée grâce à une valve qui contrôle le débit des ergols. La détermination de l'attitude de l'engin est déterminée par une centrale à inertie comprenant 4 gyrolasers et quatre accéléromètres, deux viseurs d'étoile. À l'approche du sol le système HDA (Hazard Detection and Avoidance) exploite les données fournies par différents capteurs, les compare avec les informations en mémoire et agit en conséquence sur le fonctionnement des moteurs. Les données utilisées sont fournies par un altimètre laser et altimètre radio, un indicateur de vitesse laser Doppler et deux caméras prenant des images du terrain et permettant de calculer la vitesse horizontale[2]. Une fois au sol les panneaux solaires lui fournissent 650 watts. Faute de source énergétique non dépendante du Soleil, il n'est pas conçu pour survivre à la nuit lunaire (froid intense) aussi sa durée de vie est de 14 jours (durée d'une journée lunaire)[24].

L'astromobile (rover) Pragyan (sagesse en sanscrit), dont la masse est environ de 25 kilogrammes, circule sur 6 roues. Sa conception reprend celle du rover américain Sojourner déployé à la surface de la planète Mars par la mission de la NASA Mars Pathfinder en juillet 1997. Le châssis de l'astromobile abrite toute l'électronique. Les images stéréo prises par des caméras de navigation fixées à l'avant du châssis sont utilisées pour la navigation. Les communications avec la Terre transitent par l'atterrisseur[2]. Des panneaux solaires lui fournissent 50 watts. Il est conçu pour pouvoir parcourir 500 mètres[24].

• (en) Venkatesan Sundararajan. Sundararajan « Overview and Technical Architecture of India's Chandrayaan-2 Mission to the Moon » (8-12 janvier 2018) (lire en ligne) [PDF]
  —2018 AIAA Aerospace Sciences Meeting
• (en) Rishitosh K. Sinha1, Vijayan Sivaprahasam1, Megha Bhat et al. « Geological Insights into Chandrayaan-2 Landing Site in the Southern High Latitudes of the Moon » (février 2019) (lire en ligne) [PDF]
  —50th Lunar and Planetary Science

• Exploration de la Lune
• Chandrayaan-1

• (en) Site officiel de l'agence spatiale indienne
• (en) Page consacrée à Chandrayaan-2 sur le site EO Portal de l'Agence spatiale européenne.
• (en) Page consacrée à la sonde spatiale sur le site de la Planetary Society