Le coût est un facteur déterminant dans le développement des missions d’exploration spatiale. Toute nouvelle technologie ou astuce susceptible de réduire le coût d’une mission la rend beaucoup plus attrayante pour les planificateurs de mission. Par conséquent, une grande partie des recherches de la NASA porte sur les technologies qui permettent des missions moins coûteuses.
Par exemple, il y a quelques années, l’Institute for Advanced Concepts (NIAC) de la NASA a soutenu un projet Michael VanWoerkom d’ExoTerra Resource a conçu une mission d’atterrissage capable de prendre en charge le retour d’échantillons d’Europe. Examinons ce qui différencie cette mission des autres architectures de mission d’Europe.
La mission Nano Icy Moons Propellant Harvester (NIMPH) s’appuie sur trois avancées majeures pour aboutir à un résultat significatif : une réduction de 10 fois du coût global de la mission. Cette réduction de coût est principalement due à un seul fait : le poids de la mission est tombé en dessous du seuil permettant son lancement par un Atlas V plutôt que par le SLS, comme le nécessiteraient des missions similaires.
Le coût estimé de la mission d’un atterrisseur Europa lancé par SLS était d’environ 5 milliards de dollars, ce qui le rendrait prohibitif pour la NASA ou toute autre agence sans sacrifices significatifs pour d’autres missions. ExoTerra estime qu’en utilisant plusieurs technologies de réduction de poids, ils pourraient ramener le prix de la mission à 500 millions de dollars, une somme beaucoup plus raisonnable pour obtenir le soutien de l’un des programmes spatiaux gouvernementaux.
Vidéo décrivant le concept de la mission. Crédit : NASA 360 YouTube Channel
Trois technologies différentes permettraient de réduire ce poids et ce coût. La première serait le système de propulsion électrique solaire (SEP) initialement conçu pour être utilisé sur DART. La deuxième serait un système d’utilisation des ressources micro in situ (µISRU) et la troisième serait un système de transmission d’énergie entre l’atterrisseur et un orbiteur.
Commençons par examiner l’architecture globale de la mission pour comprendre la contribution de chacun. Dans le cadre de NIMPH, un atterrisseur orbiteur combiné utilisera une fusée Atlas V pour se mettre en orbite terrestre. Ensuite, un système de propulsion électrique solaire (SEP) a été initialement conçu pour être utilisé lors du test de redirection d’astéroïde DART.
Bien qu’il n’ait pas été utilisé pendant la mission DART, le propulseur ionique NEXT faisait partie du vaisseau spatial qui a été lancé et, malgré quelques difficultés techniques, il aurait pu permettre au vaisseau spatial d’atteindre sa destination. Un système SEP similaire et léger pourrait amener NIMPH jusqu’au système Jupiter, mais il pourrait également ramener l’échantillon sur Terre après que l’atterrisseur l’ait collecté.
La prochaine étape technologique majeure, le système µISRU, consistera à déterminer comment l’atterrisseur pourra récupérer cet échantillon de la lune glacée. L’architecture de NIMPH nécessiterait d’utiliser la glace locale comme propulseur. Un atterrisseur sublimerait littéralement la glace sous ses pieds, aspirerait la vapeur d’eau qui en résulterait, l’électrolyserait pour la diviser en oxygène et en hydrogène, puis la liquéfierait pour la stocker et l’utiliser pour ramener en orbite un échantillon de carotte de glace de 1 kg.
Pour réaliser tout cela, il faut de l’énergie, et un atterrisseur équipé d’un générateur thermique à radio-isotopes ou d’un système de production d’énergie similaire couramment utilisé serait excessivement lourd. Alors, pourquoi ne pas utiliser l’énorme panneau solaire nécessaire au système SEP et transmettre une partie de cette énergie à l’atterrisseur ? C’est le concept qui sous-tend le système de transmission d’énergie, qui devrait produire environ 2 kW d’énergie dans le système jovien, dont environ 1,8 kW pourraient être transmis directement à un atterrisseur.
Une fois le noyau récupéré et renvoyé en toute sécurité dans l’espace grâce à un moteur LOx-LH2 spécialement conçu qui utilise l’eau collectée par le système µISRU, l’atterrisseur rejoint l’orbiteur. Le système SEP se remet en marche et ramène l’atterrisseur en orbite terrestre, où il se détache à nouveau et revient à la surface de la Terre à l’intérieur d’un module de rentrée standard.
L’architecture de cette mission comporte quelques nuances. Par exemple, le système SEP ne fonctionnerait pas à pleine capacité dans le système jovien, il faudrait donc un système de propulsion LOx/méthane beaucoup plus petit pour manœuvrer l’orbiteur en position. De plus, l’atterrisseur devrait probablement laisser ses jambes encastrées dans la glace d’Europe, car le processus de sublimation qu’il utilise pour collecter le carburant les encastrerait probablement en place.
Il reste encore beaucoup de travail de développement à accomplir sur tous ces systèmes avant qu’une telle mission soit prête à être lancée. Et il est fort probable que la mission Europa Clipper, dont le lancement est prévu plus tard dans l’année, réponde en partie à ce besoin de compréhension scientifique, pour un coût de 4,25 milliards de dollars, soit un montant à peu près équivalent au coût de 10 fois supérieur à celui qui avait motivé à l’origine la conception de la mission NIMPH, plus performante.
Et même si le NIMPH a reçu une subvention de phase II du NIAC, il n’a pas encore été sélectionné pour un développement ultérieur à notre connaissance. Ainsi, pour l’instant, cette nouvelle combinaison de technologies permettant de réduire la masse ne fournira pas d’échantillon glacé d’Europan de sitôt, mais peut-être qu’un jour elle le fera.