Les ouvrages de science-fiction du début du XXe siècle sont les premiers à avoir développé le concept d'un véhicule permettant de transporter des hommes sur la surface de la Lune. Le premier rover lunaire apparaît dans le roman de science-fiction A Srebyym Globie (Sur le Monde d'Argent) publié en 1901 par le polonais Jerzy Żuławski : le véhicule imaginé comporte une cabine pressurisée, est propulsé par un moteur électrique et utilise une combinaison de roues et de « jambes » bioniques.
L'écrivain américain Hugo Gernsback, dans son ouvrage Les Aventures Scientifiques du baron Münschausen (1915), imagine un véhicule qui prend la forme d'une sphère de 18 mètres de diamètre qui utilise pour se mouvoir une chenille qui fait le tour de sa circonférence.
L'écrivain et scientifique russe Constantin Tsiolkovski, père de l'astronautique, décrit dans son roman « Au-delà de la terre » (1918) un véhicule lunaire biplace sur roues doté d'une cabine pressurisée et propulsé par des moteurs électriques. L'engin est doté d'un système de contrôle thermique dont les principes seront repris par la suite pour certaines sondes spatiales.
Dans les années 1950, alors que la course à l'espace est lancée, le sujet reçoit un traitement plus sérieux. Le mathématicien et physicien britannique Arthur C. Clarke est le premier à décrire dans l'article The Exploration of Space (L'Exploration de l'Espace), un véhicule lunaire plus réaliste : « Des véhicules pressurisés équipés de grands pneumatiques qui auront les mêmes fonctions que sur Terre. »
Du Prototype au Rover Lunaire Apollo
Au début des années 1960, le programme Apollo qui doit conduire l'homme sur la lune est lancé. La construction d'un véhicule lunaire sort brutalement du domaine de la fiction. Mais la NASA, accaparée par la mise au point de la fusée Saturn V et des modules spatiaux, peine à définir un programme d'exploration de la lune et les moyens nécessaires.
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La première étude poussée est réalisée en 1959 au sein de l'Agence pour les missiles balistiques de l'armée américaine. Cette administration, qui a en charge le développement de la fusée Redstone, souhaite définir le matériel nécessaire au fonctionnement d'une base sur la lune. L'étude porte à l'époque sur un véhicule à roues biplace pesant 900 kg et comportant une cabine pressurisée. Propulsé par des moteurs électriques alimentés par des batteries rechargeables, le véhicule a une autonomie comprise entre 80 et 240 km.
En 1960, l'agence spatiale américaine NASA, qui vient tout juste d'être mise sur pied, reprend une partie de l'équipe chargée de cette étude, dont Wernher von Braun, au sein du Centre de vol spatial Marshall (Marshall Space Flight Center) et poursuit ces travaux ; à l'époque les chercheurs écartent déjà l'utilisation du pneu et préconisent un véhicule dont les quatre roues seraient mues par des moteurs électriques indépendants.
En 1962, la NASA étudie avec les sociétés aérospatiales Northrop et Grumman les spécifications d'un véhicule lunaire biplace. Deux des modèles les plus représentatifs sont :
- un véhicule de grande taille (longueur 5,4 m et largeur 2 m) pesant 3 tonnes, pouvant accomplir des missions de 30 jours et parcourir 450 km à 14 km/h ;
- un véhicule de plus petite taille (longueur 3,6 m et largeur 2,5 m) pesant 1,5 tonnes pouvant accomplir des missions de 7 jours et parcourir 368 km à 7 km/h.
Les deux véhicules sont dotés d'une cabine pressurisée, utilisent des roues métalliques flexibles et sont propulsés par des moteurs électriques alimentés par des piles à combustible.
En 1964, le Centre Marshall demande aux sociétés Boeing et Bendix de concevoir un véhicule, qui prend l'appellation MOLAB (Mobile Laboratory), permettant de transporter deux personnes sur une période de 14 jours. Il s'agit d'anticiper le besoin qui devrait logiquement découler du programme Apollo. Le prototype proposé par Bendix, équipé de 4 roues métalliques, pèse 3 060 kg et peut transporter en plus de l'équipage trois tonnes de matériel dans une cabine pressurisée, sur une distance de 100 km. Les dimensions du véhicule sont importantes : 9 m de long dont 3,6 m pour la cabine pressurisée et 2 m de large.
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Des modèles - allégés au sixième de leur poids pour simuler la gravité lunaire - les MTA (Mobility Test Article) sont construits par les deux industriels et testés pour évaluer leur comportement.
Le 25 mai 1961, le président Kennedy, prend la décision d'envoyer des hommes sur la Lune avant la fin de la décennie, pour reprendre la suprématie aérospatiale aux russes. Le projet Apollo est lancé.
En 1962, la NASA abandonne le concept d'un envoi sur la Lune en deux temps (une fusée pour l'équipage, une autre pour le matériel lourd) pour les missions Apollo programmées : la technique du rendez-vous en orbite lunaire entre module lunaire (LEM) et les modules ramenant les astronautes sur la terre permet d'effectuer la mission avec une seule fusée, grâce au gain de poids sur la masse à envoyer en orbite.
Début 1969, des études sont entreprises pour vérifier que la fusée Saturn V peut placer en orbite une charge supplémentaire, et que le module lunaire peut effectuer des missions plus longues sur la lune. Les conclusions positives (Saturn V après évolution peut satelliser 2 tonnes supplémentaires) donnent le coup d'envoi au développement du rover lunaire proposé par General Motors.
Le 27 mai 1969, la NASA décide officiellement de développer un Rover lunaire léger et confie logiquement la responsabilité de sa construction au Centre Marshall qui étudie le sujet depuis près d'une décennie.
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En septembre 1970 des coupes budgétaires drastiques dans le programme Apollo, traduisant les nouvelles priorités du gouvernement Nixon, entraînent l'abandon des missions Apollo postérieures à Apollo 17.
Alan Shepard et Edgar Mitchell sont exténués. Les deux astronautes d’Apollo 14 marchent lentementsur le sol lunaire. Leur rythme cardiaque s’accélère. Ils cherchent en vain le cratère ‘Cone’ qu’ils doivent sonder lors de leur mission du mois de février 1971. C’est la première vraie exploration lunaire pendant laquelle les sites visités doivent permettre de découvrir l’origine de notre satellite. Mais voilà, entre les cartes prisent par des sondes éloignées et ces ombres qui tuent toute notion de distance sur un sol poussiéreux et parsemés de cratères, les deux astronautes peinent à s’orienter et ne discernent pas l’objectif visé. Les voici déjà à plus d’un kilomètre du module qui leur a permis de se poser sur la Lune.
Une décision s’impose alors à Houston : terminé les Moon-boots, place au véhicule lunaire ! Désormais, l’Amérique ne fera pas que marcher sur la Lune, elle y roulera pour faciliter l’exploration de notre satellite. Cette voiture lunaire est dans les cartons depuis les années 1950 alors même que l’exploration lunaire n’est qu’un rêve. Après le discours du Président J.F. Kennedy qui a promis la Lune en 1961, le développement d’un moyen de locomotion est validé pour les missions Apollo, et plus particulièrement pour les dernières missions jusqu’à Apollo 20.
Le véhicule lunaire doit être embarqué dès le mois de juillet 1971 à bord de la mission Apollo 15. La fusée qui arrachera les astronautes David Scott, James Irwin et Alfred Worden de l’attraction terrestre embarquera ce véhicule adapté à la circulation sur le sol lunaire.
Le Lunar Roving Vehicle (LRV)
Bien qu'un véhicule de mission lunaire ait été en préparation dès le début du programme Apollo, le premier rover fait pour une telle mission, connu sous le nom de "Lunar Roving Vehicle" (LRV), n'a été lancé qu' au quatrième atterrissage habité sur la Lune, celui d'Apollo 15, en 1971.
Les objectifs du LRV étaient simples : augmenter la zone que les astronautes pouvaient explorer et aider à ramener les roches lunaires. La nécessité de réduire le poids du LRV nécessitait une construction correspondant à la haute technologie. L'utilisation libérale de l'aluminium et du titane a réduit le poids à vide du LRV à seulement 208 kg, soit environ la moitié de celui d'une voiturette de golf typique. Malgré cela, sa charge utile dépassait les 450 kg. Il devait être pliable pour pouvoir être rangé sur le module d'atterrissage lunaire et une fois prêt au lancement, il s'est replié jusqu'à seulement faire 50 cm d'épaisseur.
Il était doté de roues spéciales en acier qui pouvaient se déformer et reprendre leur forme, plutôt que d'éclater ou de se plier, pour éviter les problèmes potentiels sur des rochers escarpés. Les besoins en énergie étaient minimes, car le LRV ne pèserait que 34,4 kg dans le champ gravitationnel plus léger de la Lune. En tant que tel, il ne disposait que d'une puissance totale de 0,75 kilowatt, fournie par quatre moteurs à courant continu (un à chaque roue).
Mission Control a demandé aux astronautes de passer d'une batterie à l'autre pour l'alimentation électrique, suggérant de laisser chacun refroidir pendant de plus longues périodes. Malgré cela, lors de la dernière excursion du troisième jour d'Apollo 16, les batteries LRV ont dépassé leur température maximale de survie, atteignant 62°C à la fin de la mission. Heureusement, les batteries du LRV ont bien fonctionné malgré les températures torrides et aucun astronaute n'a dû rentrer à pied.
Caractéristiques du LRV
- Longueur : 3,12 m
- Empattement : 2,30 m
- Poids : 210 kg (35 kg sur la Lune)
- Autonomie : Presque 100 km
Le LRV se plie en quatre, ou presque. Le « pilote » dispose d’un joystick adapté à sa grosse paluches gantée. Devant lui, un écran multi-informations permet de surveiller entre autres la charge des deux batteries zinc-argent qui autorisent une autonomie de presque 100 km. Royal ! Il ne vous sera pas nécessaire de vérifier la pression des pneus. Ceux-ci sont constitués d’un treillis métallique recouvert en grande partie de plaques de titane, un alliage utilisé également pour les jantes. Les astronautes se plaindront parfois de panne de la « direction intégrale » mais le LRV assurait quand même ses missions.
Deux sièges fixés sur un sommier, lui-même posé sur quatre roues et vous aurez une représentation assez fidèle de ce véhicule dont la conception se devait d’être à la fois rustique mais techniquement hyper sophistiquée. Tout au moins en regard des technologies de l’époque.
Le châssis (réalisé en tubes d’alliage d’aluminium) mesurait 3,10 m de long pour 1,80 m de largeur avec un empattement de 2,30 m. Hauteur maximum pour le LRV 1,14 m et une garde au sol de 35 cm. Le plancher était en panneau d’aluminium.
Pas de volant mais un manche à balai pour diriger ce tout-terrain et des sièges à armature aluminium (très typés 2CV Citroën). Enfin comble du “confort” un accoudoir installé entre les sièges.
Capacité de transport limitée à 490 Kg (363 pour les deux astronautes et 172 pour les échantillons lunaires collectés plus l’outillage et différents équipements). Bien entendu par manque d’atmosphère l’engin était animé par un moteur électrique (l’histoire est un éternel recommencement) alimenté par 2 batteries. Les 4 roues étaient motrices et directrices, alimentées chacune par des petits moteurs électriques d’une puissance de 0,25 cv chacun.
Mais le summum de la technologie embarquée était la réalisation du couple roues-pneus constitué de boudins en treillis métallique. Ce treillis lui-même constitué de cordes de piano tressées entre elles.
La lune peut s’enorgueillir du parc automobile le plus petit de l’univers. On recense sur notre satellite trois véhicules. Oui, ils sont restés sur place après le départ des astronautes !
Le Futur des Véhicules Lunaires : Programme Artemis
Alors que la NASA a prévu le retour de l'humanité sur la Lune avec le projet Artemis, il n'y a pas de mot officiel sur le prochain petit véhicule qui montera à bord, bien qu'il y ait de nombreux prétendants, dont l'un est un projet commun GM/Lockheed propulsé par Ultium. Il est probable que le nouveau rover aura également des capacités de contrôle à distance, comme la sonde NASA VIPER Moon Rover qui devrait être lancée plus tard dans l'année.
Avec Artemis, l'ambition de la NASA n'est plus de rendre une simple visite à la Lune, mais bien de construire un habitat durable et permanent dans une région qui dissimule peut-être de vastes réserves d'eau : le pôle Sud lunaire. À partir de 2026, l'agence spatiale américaine prévoit donc d'implanter sur notre chère voisine un avant-poste pour la recherche, l'ingénierie et la naissance d'une économie extraterrestre.
Pour gagner du temps, étendre leur rayon d'exploration et multiplier les découvertes scientifiques, la NASA a décidé d'équiper ses futurs astronautes d'un nouveau véhicule lunaire, le Lunar Terrain Vehicle (LTV) : le tout-terrain pour les gouverner tous.
Le mois dernier, la NASA a révélé les trois entreprises retenues pour diriger les consortiums responsables du développement de ces bolides lunaires : Intuitive Machines au Texas, Lunar Outpost dans le Colorado et Venturi Astrolab en California. Au cours de l'année à venir, chacun de ces consortiums sera évalué par la NASA et l'agence choisira ensuite l'offre qui remportera le contrat de 4,6 milliards de dollars.
La prochaine échéance du programme lunaire de la NASA est attendue pour fin 2026, avec le retour des astronautes sur la Lune dans le cadre de la mission Artemis III. Selon le calendrier actuel, l'objectif est de déployer le véhicule victorieux avec l'équipage de la mission Artemis V. Il ne reste plus qu'à déterminer lequel d'entre eux aura la chance d’embarquer les astronautes pour s’offrir, entre autres, une petite virée sur la Lune.
« Désormais, la NASA est plutôt à la recherche de moyens à long terme, durables, que les astronautes pourront retrouver pour installer des infrastructures ou des bases autour du pôle Sud de la Lune », nous explique Pete McGrath, directeur des opérations pour Intuitive Machines, l'entreprise texane.
Par conséquent, le rover doit être durable, rechargeable, capable d'accueillir diverses charges utiles, de mener une myriade d'enquêtes scientifiques ou encore de se déplacer de manière autonome, voire d'être piloté depuis la Terre, même en l'absence des astronautes. Dans l'idéal, les LTV seront capables de poursuivre seuls les expériences scientifiques, mais aussi de construire des avant-postes et des infrastructures, comme des réseaux de communication, avant l'arrivée des astronautes, laissant ainsi plus de temps aux futurs explorateurs lunaires pour accomplir des tâches scientifiques plus complexes.
« Cela revient à combiner dans un seul véhicule le buggy lunaire du programme Apollo et un rover scientifique de la mission Mars Science Laboratory. C'est exactement ce que nous essayons de faire ici », témoigne Kearney.
La NASA a dressé un cahier des charges rassemblant les principales exigences imposées aux trois concepts. Les LTV devront être capables d'affronter des pentes raisonnables et disposer d'une autonomie de 20 kilomètres autour du module lunaire (ou, un jour peut-être, de l'habitat lunaire) sans avoir à recharger ses batteries. Le véhicule et ses batteries solaires devront rester opérationnels pendant plusieurs heures dans certaines des régions d'obscurité éternelle du pôle Sud lunaire, où règne un froid glacial et se cachent peut-être des réserves de glace d'eau pouvant être utilisées pour l'hydratation des astronautes, l'irrigation des cultures et la fabrication de carburant pour fusée.
Ces trois rovers ne seront pas pressurisés, ce qui implique que les astronautes devront porter une combinaison spatiale pendant leurs trajets. Idéalement, au lieu d'envoyer plusieurs rovers pour chaque mission habitée, les LTV devront avoir une durée de vie de dix ans.
Les défis à relever
Voilà qui est plus facile à dire qu'à faire. Sur la Lune, les différences de températures entre le jour et la nuit sont extrêmes, « les pneus devront donc résister à des températures aussi froides que l'azote liquide et plus chaudes que l'eau bouillante », illustre Jaret Matthews, fondateur et PDG d'Astrolab.
Sur Terre, il arrive que les batteries des véhicules électriques soient malmenées par le climat ; sur la Lune, les températures sont régulièrement glaciales, ce qui ne fera qu'accentuer le problème. Il est possible de conserver le LTV à l'écart de ces zones froides en le programmant pour chasser le Soleil et ainsi rester au chaud. Il est toutefois préférable de créer des batteries capables de survivre à l'obscurité. « C'est un problème technique particulièrement délicat que nous devons résoudre », déclare Justin Cyrus, fondateur et PDG de Lunar Outpost.
Vient ensuite la question du sol lunaire : une matière abrasive et volatile différente du sable de nos déserts. « C'est un peu comme rouler sur de la fibre de verre ; et la poussière s'accroche à tout », indique McGrath. Chaque LTV doit donc se montrer résistant face aux assauts du régolithe lunaire mais en cas de panne, ils doivent être en mesure de s'autoréparer ou d'être rapidement remis sur roue par les astronautes.
« Il n'y a pas de station-service ou de garage où s'arrêter pour faire les réparations », ajoute McGrath. « Il faut que ce soit comme un arrêt aux stands en Formule 1 ». Simple, rapide, efficace.
Les Concepts Actuels
Malgré ces similarités imposées, les trois LTV se distinguent par leur philosophie de conception. Et même si les consortiums se gardent bien d'en dévoiler trop sur leurs concepts respectifs à ce stade de la compétition, ils ont tout de même laissé filtrer quelques détails croustillants.
Avec son groupe composé de Lockheed Martin, General Motors, The Goodyear Tire & Rubber Company et MDA Space, l'idée de Lunar Outpost est de créer un camion à la pointe de la technologie. « C'est un pick-up de l'espace, conçu pour entretenir et construire des infrastructures à grande échelle à la surface de la Lune », résume Cyrus. Le système de batterie révolutionnaire leur permettra d'utiliser le LTV pendant la nuit lunaire, avec ou sans astronaute à bord, nous explique-t-il. En outre, avec son ensemble de bras robotisés, leur LTV devrait être capable d'exécuter diverses tâches exigeantes de construction et de transport.
Leur cheval de trait est déjà programmé au départ de missions lunaires imminentes menées par des partenaires commerciaux et d'autres agences spatiales. « Nous voulons que ce véhicule soit la colonne vertébrale du programme Artemis », déclare Cyrus.
Du côté d'Intuitive Machines, l'entreprise est déjà connue pour avoir réussi, plus tôt cette année, l'alunissage légèrement agité de la sonde Odysseus sur le pôle Sud lunaire, le premier engin spatial américain à s'être posé sur a Lune depuis 1972. C'est en s'appuyant sur cette expérience inestimable que la société aérospatiale s'est lancée dans la construction du Moon Reusable Autonomous Crewed Exploration Rover (Rover d'exploration autonome réutilisable, ndlr), ou Moon Racer, avec l'aide de ses partenaires, parmi lesquels AVL, Boeing, Northrop Grumman et le groupe français Michelin.
Comme son nom l'indique, ce concept de LTV centré sur l'astronaute est celui qui ressemble le plus à un véhicule de course. « Boeing avait également construit le premier rover lunaire », rappelle McGrath. Leur concept est hautement modulaire, poursuit-il, avec des pièces facilement interchangeables, par des humains et peut-être même de manière autonome.
En s'associant à Axiom Space et Odyssey Space Research, Astrolab a imaginé un LTV baptisé Flexible Logistics and EXploration, ou FLEX, aux allures de buggy compact et élancé. « L'idée est de créer le rover le plus polyvalent de l'histoire », déclare Matthews, en référence à l'architecture hautement modulaire de l'astromobile. Le consortium dispose déjà d'un prototype à taille réelle et une version du FLEX figure déjà sur la liste des équipements envoyés sur la Lune par une prochaine mission commerciale Starship de SpaceX, en compagnie d'une tonne et demie d'instruments divers, d'expériences et d'autres fournitures. « Ce concept de plateforme modulaire est également la base de notre véhicule lunaire », indique Matthews.
Nous ne savons pas lequel de ces trois LTV a le plus de chance d'être sélectionné par la NASA pour contribuer au programme Artemis. En revanche, nous savons que le vainqueur ne sera pas seul pour longtemps : l'agence spatiale japonaise (JAXA) devrait avoir construit son propre rover lunaire pour le lancement de la mission Artemis VII. Celui-ci sera pressurisé, ce qui implique que les astronautes se tiendront à l'intérieur, sans combinaison spatiale, pour sillonner la surface lunaire comme les sous-marins naviguent les profondeurs océaniques.
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