Luna 25

Luna 24, lancée en 1976, est la dernière mission spatiale de l'ère soviétique ayant eu pour objectif l'exploration de la Lune. Malgré une tentative avortée de lancer un ultime Lunokhod (mission Luna 25A), aucun autre projet lunaire soviétique ne verra le jour. Après l'éclatement de l'Union Soviétique au début des années 90, la jeune astronautique russe subit de plein fouet la crise économique qui s'ensuit et l'effondrement des programmes spatiaux dépendant du budget de l’État. Durant cette période de récession, la seule mission lunaire est proposée en 1997. Le projet consiste à placer à l'aide d'une fusée Molniya, ou une Soyouz U/Fregat alors en développement, un petit engin en orbite autour de la Lune. Celui-ci emporte trois pénétrateurs de 250 kg chacun qui sont largués et s'enfoncent sous la surface lunaire. Chacun de ces engins dispose d'un sismomètre et d'un instrument mesurant le flux de chaleur. L'énergie est fournie par des isotopes nucléaires. Les données fournies par les trois pénétrateurs permettent de détecter et localiser par relevé trigonométrique la source de l'activité sismique de la Lune. Au cours des années suivantes, les caractéristiques du projet subissent des modifications mais aucun budget ne lui est affecté. Le projet est rebaptisé Luna Glob (« Globe Lunaire ») allusion à la nature globale du réseau de sismomètres qui doit être mis en place[1].

Au milieu de la décennie 2000, l'exploration de la Lune revient sur le devant de la scène spatiale internationale avec le développement d'orbiteurs par la Chine (Chang'e 1 lancé en 2007), l'Inde (Chandrayaan-1 2008) et le Japon (SELENE 2007). Les Etats-Unis lancent à la même époque le programme Constellation qui prévoit de ramener des hommes à la surface de la Lune vers 2020. Les responsables russes souhaitent maintenir leur présence dans un domaine où ils ont excellé par le passé. En novembre 2004, le responsable de l'institut Vernadsky GEOKhI, qui tente de trouver des fonds dans le cadre d'une coopération internationale, entame des discussions avec les responsables du projet japonais Lunar-A qui ont largement progressé dans la mise au point de pénétrateurs équipés de sismomètres mais ne disposent pas du budget nécessaire au lancement de leur engin spatial. Des discussions sont entamées pour fusionner les projets japonais et russe mais ne débouchent pas et le projet Lunar-A est abandonné en 2007[2] - [3]. En 2006, les officiels de l'Agence spatiale russe de l'Institut Vernadsky GEOKhI et de l'Institut de physique de la Terre dévoilent le projet Luna Glob.

La mission, dont l'architecture a été définie par le constructeur des sondes spatiales soviétiques et russes Lavotchkine, repose sur un vaisseau-mère de 1500 kg environ qui embarque 10 pénétrateurs de 30 kg qui sont largués au-dessus de la Mer de la Fertilité et forment, après avoir pénétré dans le sol, deux cercles distincts d'un diamètre respectivement de 5 et 10 km avec un espacement de plusieurs kilomètres entre chaque engin. Le vaisseau mère doit ensuite larguer deux autres pénétrateurs plus lourds sur les sites d'atterrissage d'Apollo 11 et 12 pour reconstituer le réseau de stations sismiques mis en place en 1969 par la NASA. Enfin, un atterrisseur de 250 kg se détache du vaisseau mère pour se poser en douceur près du Pôle Sud. Cette station polaire emporte un sismomètre et deux spectromètres pour détecter la présence de glace d'eau. Le vaisseau mère sert de relais de communications entre les 13 stations lunaires mises en place et la Terre. En cas de succès de la mission, un rover de 700 kg doit être lancé vers 2015-2016 puis une mission de retour d'échantillons. Cette dernière reprend les principes d'architecture des missions soviétiques similaires des années 1970 tout en allégeant l'ensemble[1] - [2].

La mission de retour d'échantillons Luna 24, dernière sonde spatiale lancée par l'Union soviétique/Russie vers la Lune (1976).

Le programme spatial russe bénéficie de l'embellie économique du pays au milieu de la décennie 2000 et les officiels, après avoir annoncé en 2006 que Luna-Glob serait lancé en 2012, avancent la date en 2009. Les caractéristiques du projet ont été entre-temps revues à la baisse. La sonde spatiale lunaire a désormais une masse de 2 125 kg, comprend un orbiteur qui doit mener une mission scientifique de 3 ans et emporte 4 pénétrateurs. L'atterrisseur n'est plus à l'ordre du jour. Mais le développement des pénétrateurs eux-mêmes s'avère problématique. Des tests ont démontré que ceux-ci pouvaient résister à une vitesse maximale de percussion de la surface de 1,5 km/s or celle-ci est de 2,5 km/s. Il faudrait donc freiner les pénétrateurs mais les ingénieurs de Lavotchkine ne parviennent pas à mettre au point le système de freinage reposant sur une fusée à propergol solide et les pénétrateurs sont retirés du projet à une date antérieure à 2010. Un deuxième projet de mission robotique lunaire, baptisé Luna-Resours, s'est développé à compter de 2007 dans le cadre d'une collaboration avec l'Inde. Les deux projets convergent vers 2010 et reposent tous deux sur un atterrisseur développé par Lavotchkine. L'instrumentation principale de l'atterrisseur Luna-Glob (PsM) est centrée sur le prélèvement et l'analyse de carottes du sol effectués à l'aide d'une foreuse tandis que Luna-Resours transporte un astromobile développé par l'Inde[2].

Mission Fobos-Grunt

Au début des années 2010, le calendrier de lancement des deux missions reste flou : les dates avancées se situent en 2012/2013 sans qu'on sache quelle mission est prioritaire sur l'autre. Fin 2010, la date de lancement de Luna-Glob est reculée à 2014 après celle de Luna-Resours. La sonde spatiale Luna-Glob comprend un orbiteur qui doit emporter 120 kilogrammes d'équipements scientifiques. L'orbiteur a une masse prévue de 1 630 kg tandis que celle de l'atterrisseur atteint 1 260 kg. La mission martienne Fobos-Grunt, développée par Lavotchkine et lancée en 2011, est un échec total qui met en évidence la perte de compétences de l'industrie russe dans le domaine de l'exploration spatiale ainsi que des problèmes d'organisation particulièrement aigus qui seront confirmés par des échecs ultérieurs. En conséquence, les lancements des missions lunaires Luna-Resours et Luna-Glob ne sont plus prévus avant 2016-2017. De plus, la participation indienne au projet est supprimée, et la mission ne décollera non pas sur GSLV Mk II comme envisagé, mais sur Soyouz 2.1b. En juin 2012, les responsables décident de dédoubler la mission Luna-Glob en séparant l'orbiteur (qui doit voler en 2016) et l'atterrisseur prévu pour 2017. De plus, il sera décidé de revoir entièrement l'architecture de l'atterrisseur, qui était jusqu'alors basée sur celui de Fobos-Grunt[4].

L'atterrisseur dispose de quatre pieds, eux-mêmes composés d'un amortisseur, d'une entretoise de maintien en forme de V, et d'une structure porteuse principale. Ces pieds disposent de petits capteurs, permettant de couper automatiquement la propulsion de la sonde lorsque cette dernière touche le sol lunaire. Les amortisseurs sont capables d'encaisser un choc de 750 kg, et peuvent se rétracter sur 914 mm. Une fois au sol, la masse de Luna 25 enfonce naturellement les amortisseurs de 260 mm[4].

Luna 25 est équipée de divers moteurs à ergols liquides, utilisés lors des différentes phases de la mission :

• Un moteur dédié aux corrections de trajectoire et à l'insertion en orbite lunaire, d'une poussée de 4,7 kN, alimenté en carburant par une turbopompe
• Deux moteurs dédiés à l'atterrissage, ayant chacun une poussée de 588 N, alimentés en carburant par la pressurisation des réservoirs
• Plusieurs moteurs de stabilisation et d'orientation, composés de DMT1-8 (poussée de 5,8 N) et de DMT9-12 (poussée de 49 N), alimentés en carburant par la pressurisation des réservoirs. Ces petits moteurs peuvent aussi être utilisés à la place du moteur principal pour les corrections de vitesse inférieures à 15 m/s.

RTG de la sonde New Horizons, similaire en fonction à celui embarqué sur Luna 25

La régulation thermique de la sonde débute alors qu'elle est encore au cosmodrome Vostotchnyi, plusieurs semaines avant son décollage, lors de l'installation du générateur thermoélectrique à radioisotope (RTG) sur Luna 25. Ce système de régulation est composé de deux parties distinctes :

• D'une part, le RTG de la sonde, conçu pour alimenter tous les systèmes de l'engin grâce à l'énergie thermique produite par la désintégration d'éléments radioactifs. Il peut fonctionner en complément des panneaux solaires, ou être la seule source d'énergie lors des nuits lunaires. Durant ces dernières, sa mission principale est d'assurer l'alimentation électrique de l'horloge de bord, qui permet de réveiller la sonde et ses instruments après le début du jour lunaire. Ce RTG a une puissance électrique de 6,5 W, une tension de 3 V, et une puissance thermique allant de 125 W à 145 W.

• D'autre part, deux radiateurs thermiques, chargés d'évacuer efficacement la chaleur produite par les divers appareils embarqués, à l'aide de caloducs en aluminium remplis de propylène, couvrant une superficie totale de 0,7 m² pour chaque panneau. Ces caloducs sont organisés en nid d'abeilles, facilitant l'évacuation de la chaleur dans le vide spatial[4].

Luna 25 est équipée d'un ordinateur central, dénommé BIVK-R, chargé de la prise de décision et de l'exécution du programme de vol. C'est également lui qui est chargé de gérer la réalisations des expériences, ou encore de réaliser des diagnostiques des systèmes de l'atterrisseur[4]. Plusieurs instruments et systèmes y sont directement reliés :

• Un adaptateur de communication, permettant le contrôle des antennes pour la communication avec la Terre
• Deux viseurs d'étoiles, permettant d'assurer la bonne orientation de la sonde pendant son voyage
• Un système de régulation de poussée, chargé d'adapter la poussée des différents ensembles propulsifs
• Une horloge embarquées, devant coordonné l'ensemble des actions effectuées par la sonde, et réveiller les systèmes de cette dernière après la nuit lunaire
• Deux capteurs solaires, fonctionnant à 347 K
• Un capteur Doppler, chargé de mesurer les vitesses et les distances de la sonde par rapport au sol lunaire
• Deux capteurs inertiels, chargés de stabiliser et d'orienter Luna 25 dans les différentes phases de sa mission

Luna 25 est la première sonde spatiale à tenter un alunissage à d'aussi hautes latitudes lunaires. L'angle maximum du Soleil au-dessus de l'horizon n'est que de 16,3°, en sachant que l'atterrisseur peut se poser jusqu'à 10° sur le côté, ce qui pourrait limiter, ou augmenter son exposition. Si le site d'alunissage de secours est utilisé (cratère Manzani), alors le Soleil se s'élèvera plus que de 13°. Les panneaux solaires de l'engin ont donc été dimensionnés en conséquence, eux qui fournissent la majeure partie de l'électricité de la sonde. Le système électrique de la sonde commence à fonctionner immédiatement après la séparation de l'étage Fregat. Il est composé des panneaux photovoltaïques, d'une batterie lithium-ion, d'une unité chargé de gérer informatiquement la répartition de l'énergie, et d'un RTG[4].

Cette batterie lithium-ion, dénommée 8LI-70, est en réalité composée de huit batteries LIGP-70 connectées en série, le tout devant pouvoir fournir 529 W de puissance lors de conditions d'orientation solaire optimales. Ces batteries se chargent avec un courant de 10 A et se déchargent en 25 A. L'électricité de ces dernières est fournie par cinq panneaux photovoltaïques arsenic-halogène, ayant une superficie totale de 4,515 m². Quatre panneaux sont situées sur la section supérieure, autour de la plateforme contenant les divers équipements de Luna 25. Un cinquième panneau est déployé horizontalement après l'atterrissage, situé sur le côté des réservoirs de carburant de la sonde, sur la section inférieure[4].

La communication avec l'atterrisseur est assurée via des antennes en bande radio X. Elles permettant notamment la réception, le décodage, et la transmission de commandes de la Terre à l'ordinateur de bord, l'exécution de diverses mesures avec les stations au sol, la réception d'informations télémétriques provenant des instruments et des capteurs pour les retransférer vers les stations sol. Luna 25 possède deux antennes de réception à faisceau bas, deux antennes d'émission à faisceau bas, et d'une antenne d'émission orientable, ainsi que de trois commutateurs. Le tout assure une communication avec la sonde à une portée comprise entre 200 km et 420 000 km. Luna 25 émet dans deux plages de fréquences, à savoir 7 145–7 235 MHz et 8 400–8 500 MHz, avec un débit de 4 mégabits/seconde[4].

• Exploration de la Lune
• Programme spatial de la Russie
• Luna 26, Luna 27
• Programme Luna

• (en) Lunar Le programme russe d'exploration de la Lune (2016)