Quel serait le site d’atterrissage le plus idéal pour l’équipage d’Artemis III dans le système d’atterrissage humain (HLS) de SpaceX ? Voici ce qu’un étude récente soumis à Acta Astronauticaet disponible sur le arXiv serveur de préimpression, espère aborder le sujet alors qu’une équipe internationale de scientifiques a étudié des sites d’atterrissage plausibles dans la région du pôle sud lunaire, ce qui vient après La NASA a sélectionné 13 régions candidates pour l’atterrissage en août 2022 et pourrait également permettre de nouvelles méthodes pour déterminer les sites d’atterrissage pour les futures missions.
Ici, Universe Today discute de cette recherche avec le Dr Juan Miguel Sánchez-Lozano de l’Université technique de Carthagène et le Dr Eloy Peña-Asensio du Politecnico di Milano concernant la motivation derrière l’étude, les découvertes importantes, les raisons de la détermination du site d’atterrissage final, l’emplacement du cratère Shackleton, et si un atterrisseur plus petit que HLS aurait changé le résultat ?
Alors, quelle était la motivation derrière l’étude ?
Le Dr Sánchez-Lozano explique à Universe Today : « Notre motivation était de contribuer au processus de sélection du site d’atterrissage d’Artemis III en introduisant pour la première fois dans le contexte de l’exploration spatiale des méthodes bien établies dans d’autres domaines d’étude.
« Plus précisément, nous avons identifié que les systèmes d’information géographique combinés aux méthodologies de prise de décision multicritère (GIS-MCDM) pourraient apporter une valeur significative dans l’évaluation et la priorisation des sites d’atterrissage candidats.
« Nous avons donc cherché à démontrer l’utilité de ces méthodes à la NASA et à les appliquer dans la pratique en identifiant et en recommandant les emplacements d’atterrissage les plus appropriés. »
Pour l’étude, les chercheurs ont utilisé ces méthodes pour analyser 1 247 emplacements dans les 13 régions d’atterrissage candidates près du pôle sud lunaire précédemment identifiées par la NASA pour déterminer les sites d’atterrissage les plus précis pour HLS.
Ils ont accompli cela en combinant leurs méthodologies GIS-MCDM avec un algorithme de technique d’ordre de préférence par similarité à la solution idéale (TOPSIS) pour analyser des critères spécifiques : visibilité de la surface lunaire, ligne de visée pour les astronautes HLS, régions d’ombre permanente (PSR), exposition au soleil, communication directe avec la Terre, unités géologiques et abondance de matériaux mafiques (roche volcanique riche en fer ou en magnésium).
Quelles sont donc les conclusions les plus significatives de cette étude ?
Le Dr Peña-Asensio explique à Universe Today : « En plus de démontrer l’applicabilité du MCDM à ces défis, notre analyse a identifié le site DM2 (Nobile Rim 2) comme le site d’atterrissage optimal sur la base de critères tels que la visibilité, l’éclairage solaire, la communication directe avec la Terre, la diversité géologique et la présence de matériaux mafiques.
« Les neuf meilleurs sites identifiés dans notre étude sont tous situés dans cette région. Étonnamment, ce site ne fait pas partie des régions les plus prisées par la communauté scientifique. »
Le site DM2 est l’une des régions d’atterrissage les plus éloignées parmi les 13 régions candidates, située à environ 250 kilomètres (150 miles) du cratère Shackleton, dont une partie est située directement sur le pôle sud lunaire. Les chercheurs ont identifié l’emplacement exact du site d’atterrissage optimal à 84°12’5.61″ S et 60°41’59.61″ E, qui se trouve à proximité d’un cratère PSR.
La raison pour laquelle les cratères PSR sont importants pour l’exploration est due au fait qu’ils sont si profonds qu’aucune lumière du soleil n’a atteint leurs profondeurs depuis des milliards d’années, ce qui pourrait entraîner leur potentiel à abriter des dépôts de glace d’eau.
Par conséquent, quelles ont été les raisons spécifiques du choix du site DM2 et quels sont les sites d’atterrissage de secours potentiels ?
Le Dr Sánchez-Lozano a déclaré à Universe Today : « Le site DM2 offre des performances exceptionnelles sur plusieurs critères clés, notamment le pourcentage le plus élevé d’illumination solaire, des proportions optimales de zones explorables hébergeant de la glace et des fenêtres de communication étendues avec la Terre. La force de la méthodologie de prise de décision que nous avons employée, en particulier la technique TOPSIS, réside dans sa nature compensatoire.
« Cette approche permet de compenser les critères dont les valeurs sont à peine acceptables par d’autres dont les valeurs sont excellentes, ce qui permet d’obtenir un classement complet des alternatives. Par conséquent, les sites d’atterrissage adjacents à l’emplacement optimal peuvent également présenter des options très viables avec un degré élevé d’acceptabilité. »
En ce qui concerne les sites de secours, le Dr Peña-Asensio a déclaré à Universe Today : « En tant que sites de secours potentiels, nous considérons que DM1 (Amundsen Rim) est particulièrement intéressant, car il offre des emplacements avec des moyennes constamment élevées sur tous les paramètres évalués. Nous mettons également en évidence le site 004, centré sur le bord du cratère Shackleton, que notre analyse identifie comme l’un des meilleurs sites d’atterrissage. »
Comme indiqué, l’un des principaux critères pour déterminer le site d’atterrissage le plus optimal est HLS, qui tentera d’atterrir les premiers humains sur la surface lunaire pour la première fois depuis Apollo 17 en 1972. Cependant, la hauteur de HLS est presque 10 fois supérieure à celle de l’atterrisseur Apollo, soit respectivement 50 mètres (160 pieds) et 5,5 mètres (17,9 pieds), ce qui signifie que l’atterrissage d’un vaisseau spatial plus grand comporte ses propres avantages et défis.
Pour rappel, la conception originale du vaisseau spatial Apollo prévoyait l’atterrissage d’un gros vaisseau spatial sur la surface lunaire, ce que l’on appelle la remontée directe, une technique que Wernher von Braun était initialement favorable à utiliser. Cependant, la technique de remontée directe a été abandonnée au profit de la technique du rendez-vous en orbite lunaire (LOR), qui est considérée comme moins risquée en raison de la nécessité d’un vaisseau spatial plus petit pour atterrir sur la surface lunaire.
Par conséquent, si un atterrisseur plus petit que HLS (c’est-à-dire de la taille d’Apollo) était utilisé, comment cela influencerait-il le choix du site d’atterrissage ?
Le Dr Peña-Asensio explique à Universe Today : « Cela aurait un impact direct sur nos résultats, car nous avons pris en compte des critères tels que l’éclairage solaire reçu par l’atterrisseur pour la recharge en énergie, la visibilité depuis les fenêtres de l’atterrisseur pour aider les activités extravéhiculaires des astronautes et pour permettre la science intravéhiculaire, et la communication directe avec la Terre.
« Un atterrisseur plus bas pourrait intensifier les défis posés par la topographie locale, en obstruant les lignes de vue et la lumière du soleil. Cependant, il pourrait également offrir une stabilité accrue à l’atterrisseur (en réduisant la hauteur de son centre de masse), ce qui pourrait potentiellement diminuer les restrictions de sécurité liées à la pente du terrain et ouvrir ainsi de nouvelles options de sites d’atterrissage pour l’exploration. »
Alors que les sites d’atterrissage de la mission Artemis III continuent d’être débattus, la NASA prévoit actuellement de lancer Artemis II à la fin de l’année prochaine avec un équipage de quatre personnes dont la mission sera de tourner autour de la Lune et de revenir sur Terre comme Apollo 8 en décembre 1968.
De plus, l’industrie spatiale commerciale tente elle aussi sa chance pour atterrir près du pôle sud lunaire avec la prochaine mission IM-2 d’Intuitive Machines, qui a réussi plus tôt cette année à faire atterrir le premier vaisseau spatial américain sur la Lune pour la première fois depuis 1972.
Cette étude démontre qu’une multitude de méthodes peuvent être utilisées pour déterminer les sites d’atterrissage optimaux pour les missions Artemis et potentiellement d’autres missions vers d’autres corps planétaires à travers le système solaire, en particulier l’utilisation d’algorithmes de cartographie et d’apprentissage automatique.
Par conséquent, à mesure que nous approchons de la mission Artemis III et du premier atterrissage humain depuis Apollo 17, ces méthodes continueront d’évoluer et de s’améliorer pour développer des méthodes d’atterrissage améliorées tandis que l’humanité poursuit son voyage dans le cosmos.
Le Dr Sánchez-Lozano a déclaré à Universe Today : « Cette recherche démontre comment les méthodologies du domaine des projets d’ingénierie et du monde des affaires, telles que les techniques de prise de décision multicritère, peuvent être appliquées pour résoudre des problèmes de décision qui intéressent la communauté astronomique internationale, comme l’étude de cas proposée : la sélection du site d’atterrissage optimal pour la mission Artemis III. »
Plus d’informations :
Eloy Peña-Asensio et al., Évaluation des sites d’atterrissage potentiels pour la mission Artemis III à l’aide d’une approche décisionnelle multicritère, arXiv (2024). DOI : 10.48550/arxiv.2406.19863