En mars 2022, une partie défunte d’une fusée spatiale s’est précipitée vers la surface de la Lune et a heurté près du cratère Hertzsprung, un énorme élément d’impact situé sur la face cachée de la Lune qui n’est jamais directement visible depuis la Terre.
Curieusement, et contrairement à tout autre matériel spatial qui s’est retrouvé sur la surface de la lune, celui-ci a laissé derrière lui non pas un mais deux cratères, provoquant des spéculations sur ce qui a exactement trouvé son dernier lieu de repos sur la surface de la lune, selon Tanner Campbell, un doctorant au département de génie aérospatial et mécanique de l’Université d’Arizona et premier auteur de l’étude.
Dans un papier publié dans le Journal des sciences planétaires, une équipe de chercheurs de l’UArizona fournit la preuve définitive que l’objet était un propulseur d’une fusée spatiale chinoise qui avait passé plusieurs années à dégringoler dans l’espace. L’étude a également révélé que l’étage de fusée abandonné transportait probablement une charge utile supplémentaire non divulguée.
La Lune n’est pas étrangère à ce que l’on pourrait appeler des déchets de haute technologie : les restes d’engins spatiaux qui s’écrasent sur la Lune après avoir terminé leur voyage dans l’espace. Plusieurs propulseurs de fusée des missions Apollo de la NASA ne sont que quelques exemples de matériel spatial sur lequel les futurs astronautes pourraient tomber par hasard en explorant le paysage lunaire froid, calme et sans air.
Sept ans auparavant, des chercheurs du Catalina Sky Survey, dirigé par l’UArizona, l’un des principaux programmes mondiaux chargés de détecter et d’étudier les astéroïdes susceptibles de constituer un danger pour la Terre, avaient découvert un objet alors qu’il se déplaçait à un rythme rapide entre la Terre et la Lune. Ils lui ont attribué la désignation WE0913A, mais son identité était inconnue.
Sur la base de sa trajectoire dans le ciel, WE0913A était initialement considéré comme un propulseur de fusée SpaceX Falcon 9 errant d’un lancement en 2015, avec une trajectoire qui le mettait sur la voie d’atteindre la lune. Les premières observations avec le télescope Raptor, construit par l’équipe d’étudiants, et l’analyse spectrale ont rapidement permis de suivre les signaux lumineux précis rebondissant sur la surface de l’objet.
Ils ont conclu que la signature de réflexion lumineuse de WE0913A et la façon dont il se déplaçait dans l’espace le rendaient plus susceptible d’être un propulseur d’une Chang’e 5-T1, une fusée lancée en 2014 dans le cadre du programme d’exploration lunaire de l’agence spatiale chinoise. Alors que l’agence spatiale chinoise a affirmé que le propulseur de la fusée avait brûlé dans l’atmosphère terrestre lors de sa rentrée, le commandement spatial américain a confirmé que le troisième étage de la fusée n’était jamais rentré dans l’atmosphère terrestre.
Conçu comme un essai à sec pour une mission visant à ramener un échantillon de sol lunaire sur Terre, le Chang’e 5-T1 était un vaisseau spatial robotique expérimental monté au sommet d’une fusée Longue Marche 3C. Le troisième et dernier étage de cette fusée est l’objet qui a ensuite été identifié comme l’objet WE0913A par le Catalina Sky Survey. Le propulseur a fourni la poussée qui a propulsé les charges utiles vers une orbite autour de la lune. Une fois dépensé, il a largué le module orbital et la capsule de retour d’échantillon, puis a été laissé à lui-même, une procédure typique pour les propulseurs de fusée une fois qu’ils ont rempli leur fonction.
Bien que le propulseur de fusée soit trop petit pour être détecté même par un télescope de grande puissance, les observations ont donné une courbe de lumière caractéristique d’éclaircissement et d’atténuation, provoquée par sa rotation.
« Lorsque l’objet tourne, nous observons des variations dans la lumière qu’il reflète à mesure que la surface visible change », a déclaré Vishnu Reddy, professeur de sciences planétaires au laboratoire lunaire et planétaire de l’UArizona et directeur du Space4 Center. Reddy est l’un des co-auteurs du journal et le co-conseiller de Campbell. « Lorsque le côté large de la fusée est pointé vers vous, vous obtenez plus de lumière, et à mesure qu’elle tourne, vous recevez moins de lumière de ce côté. »
En comparant les données de courbe de lumière avec des simulations informatiques de milliers d’objets hypothétiques flottant dans l’espace, l’équipe a pu déterminer que WE0913A n’était pas ce que l’on attend d’un propulseur de fusée.
« Quelque chose qui est dans l’espace depuis aussi longtemps qu’il est soumis aux forces de la gravité terrestre et lunaire et à la lumière du soleil », a déclaré Campbell. « On s’attendrait donc à ce qu’elle vacille un peu, surtout si l’on considère que le corps de la fusée est une grosse coque vide avec un moteur lourd d’un côté. Mais cela ne faisait que basculer d’un bout à l’autre, d’une manière très stable. »
En d’autres termes, le propulseur de fusée devait avoir une sorte de contrepoids aux deux moteurs, dont chacun pèse 1 200 livres sans carburant.
« Nous savons que le booster avait un plateau d’instruments monté à son extrémité supérieure, mais ceux-ci ne pèsent qu’environ 60 livres », a déclaré Campbell. « Nous avons effectué une analyse de l’équilibre du couple, qui a montré que cette quantité de poids aurait déplacé le centre de gravité de la fusée de quelques centimètres – ce n’était pas suffisant pour expliquer sa rotation stable. C’est ce qui nous amène à penser qu’il doit il y a eu quelque chose de plus monté à l’avant.
D’autres indices sont venus de l’impact lui-même : lorsque le propulseur de fusée a percuté la lune, il a formé deux cratères, espacés d’environ 100 pieds, au lieu d’un. Encore une fois, c’est très inhabituel, selon Campbell, qui a souligné que les cratères laissés par les fusées Apollo sont soit ronds, si l’impacteur est descendu directement, soit oblongs, s’il est entré selon un angle peu profond.
« C’est la première fois que nous voyons un double cratère », a-t-il déclaré. « Nous savons que dans le cas de Chang’e 5 T1, son impact s’est fait presque directement vers le bas, et pour obtenir ces deux cratères à peu près de la même taille, il faut deux masses à peu près égales et éloignées l’une de l’autre. »
L’étude illustre un besoin croissant : être capable de suivre le matériel spatial obsolète une fois qu’il a rempli son objectif est vital pour la poursuite de l’exploration spatiale. À cette fin, les programmes de recherche sur ce que l’on appelle la connaissance de la situation spatiale jouent un rôle essentiel, et le Space4 Center de l’UArizona fait partie de cet effort, selon Roberto Furfaro, directeur adjoint de Space4 et co-conseiller de Campbell.
Furfaro est co-auteur de l’article et professeur au Département de génie des systèmes et industriel. Parmi les autres co-auteurs de l’article de l’UArizona figurent Adam Battle, étudiant diplômé au Lunar and Planetary Lab, et Neil Pearson, directeur du laboratoire de Reddy.
« Il y a une forte pression au niveau gouvernemental et commercial pour aller sur la Lune », a déclaré Furfaro, « et une fois que vous placez de plus en plus d’objets sur la Lune, il devient extrêmement important que nous non seulement suivions l’objet, mais aussi comprendre également ce qu’ils vont faire une fois sur place.
Quant à la charge utile supplémentaire de la fusée Chang’e 5 T1, il y a de fortes chances que son identité reste mystérieuse, a déclaré Campbell.
« De toute évidence, nous n’avons aucune idée de ce que cela aurait pu être : peut-être une structure de support supplémentaire, ou des instruments supplémentaires, ou autre chose », a-t-il déclaré. « Nous ne le saurons probablement jamais. »
Plus d’information:
Tanner Campbell et al, Caractérisation physique de l’impacteur lunaire WE0913A, Le journal des sciences planétaires (2023). DOI : 10.3847/PSJ/acffb8