La nouvelle génération d'alunisseurs et de rovers lunaires

Les géants de l'industrie aérospatiale et les jeunes entreprises bien financées collaborent et rivalisent pour faire valoir leurs droits sur la Lune et contribuer à façonner l'avenir. Au cours des dix prochaines années, ils développeront une large gamme de véhicules mobiles et d'alunisseurs stationnaires sur la Lune. 

Les modules d'alunissage seront utilisés pour l'expérimentation scientifique, les services commerciaux, la publicité et les activités promotionnelles, ainsi que comme bases pour l'exploitation minière et l'exploration lunaire. Les modules d'alunissage aideront également les rovers à communiquer en servant de nœuds de données et en fournissant des liaisons montantes vers des satellites en orbite lunaire, qui les relaieront ensuite vers la Terre. Les rovers seront principalement utilisés pour prospecter des minerais, transporter des cargaisons, des équipages et des outils, tout en permettant d'explorer, d'échantillonner et de cartographier la surface lunaire. 

Les missions vers la Lune offriront également aux nations et aux entités commerciales des possibilités nouvelles et passionnantes de susciter un regain d'intérêt pour l'espace et les possibilités virtuellement illimitées qu'offre la lune.

À ce jour, chaque alunisseur ou rover est conçu et construit sur mesure pour une tâche particulière. Leur taille, l'autonomie de leur batterie et d'autres spécifications essentielles sont déterminées par ce qui est absolument nécessaire pour accomplir leur mission.

Certains des premiers rovers déployés seront des appareils de la taille d'une boîte à chaussures ou d'une valise, conçus pour explorer les cratères et descendre dans les tubes de lave afin de les cartographier, de collecter des échantillons, de rechercher des minéraux ou de détecter la présence d'eau sous forme de glace sur la Lune. L'exploration des pôles et d'autres tâches importantes nécessiteront des véhicules lunaires de plus grande taille dotés de capacités supplémentaires.

D'ici la fin de la décennie, nous commencerons à voir apparaître une gamme plus large de rovers, depuis les véhicules de transport rudimentaires qui transportent des minéraux et des matériaux pour soutenir l'exploitation minière de l'hélium 3 sur la Lune, jusqu'aux véhicules autonomes et habitables capables de transporter confortablement deux ou trois astronautes sans combinaison pressurisée pour des missions lunaires d'une durée de 30 jours ou plus. Les véhicules de plus grande taille devront peut-être être livrés en pièces détachées, et les pièces du rover lunaire devront être assemblées sur la surface de la Lune par des astronautes ou des robots pour les rendre opérationnels. 

Lorsqu'ils sont transportés de la Terre vers la Lune, les alunisseurs et les rovers sont essentiellement des charges utiles. Par conséquent, ils doivent être construits pour survivre à tout ce que la fusée endure pendant le lancement, le vol spatial et l'atterrissage, tout en étant prêts à entrer en service sur la surface lunaire lorsqu'on leur en donne l'ordre. 

Les facteurs suivants doivent être pris en compte lors de la conception d'un véhicule fonctionnant sur la Lune :

• Poussière : la surface de la Lune constitue une menace majeure pour les mmodules d'alunissage et les rovers. La poussière adhère aux roues et au dessous des rovers et peut endommager les systèmes mécaniques et électriques critiques du véhicule. Le risque de pénétration de la poussière limite également les rovers à des vitesses de 8 à 16 kilomètres par heure ; au-delà, ils risqueraient de soulever une trop grande quantité de poussière. Par conséquent, les véhicules et les composants destinés à la Lune doivent être testés de manière approfondie dans des installations équipées de simulateurs de poussière.
• Un terrain difficile : la surface de la Lune est pleine de cratères qui soumettent les rovers à des vibrations extrêmes et à des montées et descentes très abruptes lors de leurs explorations.
• Variations de température : les températures peuvent varier de -180 °C à 180 °C très rapidement lorsque le rover entre et sort de l'ombre du cratère lunaire.
• Gestion de l'énergie : avant l'alunissage, le module lunaire a besoin d'une poussée ou d'autres fonctions nécessitant une grande quantité d'énergie. Après l'alunissage, ses besoins en énergie deviennent relativement stables et il peut dépendre de l'énergie solaire avec une batterie de secours, si nécessaire, pour survivre à une longue nuit lunaire. Cependant, les rovers plus imposants demandent plus d'énergie que ce que les panneaux solaires peuvent fournir à eux seuls. Il est donc nécessaire de disposer d'une batterie ou d'une source d'énergie nucléaire pour faire face aux fluctuations momentanées de la vitesse et des besoins en énergie en fonction de la mission du rover. Par exemple, les tâches d'un rover telles que le forage, le chargement de marchandises et l'exploration nécessitent des dispositifs d'alimentation plus complexes que ceux d'un alunisseur.
• Coût : les rovers lunaires plus petits ont tendance à être moins critiques en termes de sécurité et ont une durée de vie plus courte que les rovers plus gros. De plus, ils sont relativement faciles à remplacer. Les rovers plus grands sont conçus et équipés pour effectuer des missions lunaires qui peuvent durer des mois, de sorte que la gestion de l'énergie, la fiabilité et la durabilité sont des préoccupations majeures en matière de conception. À terme, des centrales électriques ou des points de recharge électrique seront disponibles pour recharger les batteries du rover aussi facilement que l'on recharge aujourd'hui un véhicule électrique sur Terre.

• Réglementations et restrictions : bien qu'il existe un certain nombre de traités et d'accords internationaux, les voyages et le commerce dans l'espace ne sont pas actuellement soumis à un ensemble universel de réglementations ou de restrictions. De nouvelles lois et réglementations sont nécessaires pour que l'espace puisse être exploité à des fins commerciales. En attendant, chaque pays gère ses propres programmes spatiaux et lunaires. Par exemple, aux États-Unis, la NASA (National Aeronautics and Space Administration) a autorité sur les activités civiles menées par le gouvernement, tandis que la FAA (Federal Aviation Administration) est responsable de toutes les activités et lancements commerciaux. Quelle que soit l'autorité, les missions civiles et commerciales sont toutes soumises à des exigences strictes en termes de fiabilité et de caractère critique.

Chaque nation ou entreprise commerciale doit prendre des décisions difficiles avant de s'engager dans une mission. L'Agence spatiale européenne (ESA) a mis au point un système de classification pour guider son processus de prise de décision. Pour classer chaque mission de l'ESA (classe I, II, III, IV ou V), les paramètres suivants sont pris en compte : 

• Importance pour la stratégie de l'Agence : les missions phares, la coopération internationale et l'impact sur les objectifs stratégiques et l'image de l'ESA sont pris en compte.
• Objectifs de la mission lunaire : identifie la priorité et le but de la mission, qui peut aller de démonstrations en orbite à des missions purement éducatives.
• Coût final : Classe les nouvelles missions lunaires en fonction de leur coût, en commençant par les missions de classe V qui coûtent moins d'un million d'euros, jusqu'aux missions de classe I qui coûtent plus de 700 millions d'euros.
• Durée de la mission : définit la durée de la mission, de 3 mois pour les missions de classe V à plus de 10 ans pour les missions de classe I.
• Complexité de la mission : détermine si la mission utilisera des interfaces de conception nouvelles ou existantes, si elle comportera des charges utiles uniques ou si elle nécessitera le développement d'une nouvelle technologie.

La classe d'une mission détermine les types de composants essentiels à la conception finale du module d'atterrissage ou du rover. Au plus haut niveau, les missions de classe I nécessitent des produits robustes développés pour répondre aux conditions extrêmes de l'espace. Des composants moins robustes, mais néanmoins fiables, peuvent être envisagés pour des missions de classe V.

Bien que ce système de classification soit spécifique à l'ESA, chaque pays ou organisation doit en fin de compte déterminer ce qui est acceptable. 

Les organismes officiels et les grandes entreprises aérospatiales ont toujours fait preuve de prudence lorsqu'il s'agissait de développer de nouveaux projets spatiaux. La plupart des innovations en matière de conception d'alunisseurs et de rovers proviennent aujourd'hui de startups, qui sont moins réticentes au risque et choisissent d'emprunter de nouvelles voies. Le secteur a atteint un point d'inflexion où les coûts deviennent suffisamment abordables pour que, si le concept d'une startup semble commercialement viable, les investisseurs soient plus enclins à prendre des risques dans le domaine spatial.

SpaceX a notamment rendu l'accès à l'espace beaucoup plus accessible et moins coûteux, ce qui a incité d'autres entreprises à remettre en question le statu quo et à prendre davantage de risques commerciaux. 

Un autre exemple de cette nouvelle stratégie a été démontré en avril 2023 lorsque la société japonaise ispace a tenté de devenir la première entreprise privée à atterrir sur la Lune. Malgré les difficultés initiales, ispace va de l'avant et prévoit de retenter sa chance l'année prochaine dans le cadre d'une mission qui comprendra un mélange d'expériences scientifiques et d'opportunités publicitaires.

Les innovateurs comme ispace et SpaceX sont prêts à prendre plus de risques et à apprendre de leurs erreurs, ce qui se traduit par des cycles de développement plus rapides et des coûts de développement moins élevés. Les choses ne se passent pas toujours comme prévu, mais cette approche par essais et erreurs peut être un moyen plus rentable et plus rapide d'atteindre un objectif final.

Les composants de TE Connectivity (TE) ont été utilisés dans les premiers rovers lunaires qui ont été déployés au début des années 1970 et continuent d'être utilisés aujourd'hui. Les relais HARTMAN 100 ampères (N422DG) et 50 ampères (N218DG) de TE sont allés sur la Lune. Les contacts HARTMAN offrent des performances élevées dans un format robuste qui ne représente qu'une fraction de la taille des produits de contrôle industriel typiques utilisés sur Terre.

Les relais haute tension KILOVAC K40P de TE ont été utilisés par la NASA dans le rover Curiosity sur Mars et dans le vaisseau spatial BepiColombo qui est en route vers Mercure et dont l'arrivée est prévue en 2025. Les relais KILOVAC sont également utilisés dans la station spatiale internationale et continuent d'être largement utilisés dans les programmes de satellites spatiaux.

De plus, les contacteurs haute tension KILOVAC CAP120, les fils SPEC 55 qualifiés par l'ESA, les connecteurs DBAS, les connecteurs RF, et les connecteurs coaxiaux MICRODOT sont utilisés dans le cadre de la mission indienne Chandrayaan-3 qui s'est posée sur la Lune en septembre 2023.

Chez TE, nos produits ne sont qu'une partie de la solution. Nous disposons également de l'expérience et des capacités nécessaires pour adapter des produits existants provenant d'autres industries ou applications afin de répondre aux exigences extrêmes de l'environnement lunaire. Si des composants existants, conçus à l'origine pour être utilisés sur Terre, ne sont pas en mesure de résister aux tests rigoureux de simulation spatiale, les ingénieurs de TE peuvent contribuer à développer de nouvelles solutions plus robustes qui y parviendront.

• Un nombre croissant de pays et d'organisations commerciales font la course pour être les premiers à exploiter le potentiel inexploité des ressources et des opportunités qu'offre la Lune.
• Les alunisseurs et les rovers sont essentiels à toute mission visant à transporter ou à récupérer des personnes et des charges utiles vers ou depuis la surface de la Lune.
• Aujourd'hui, chaque module d'alunissage ou rover est conçu et construit pour une tâche particulière. Cependant, une évolution vers une plus grande standardisation se profile à l'horizon.   
• Chaque nation ou entreprise commerciale doit prendre en compte les facteurs environnementaux et de sécurité avant de s'engager dans une mission lunaire.
• La plupart des innovations en matière de conception d'alunisseurs et de rovers proviennent de startups qui sont moins réticentes à prendre des risques que les leaders traditionnels de l'aérospatiale.
• TE Connectivity offre les produits, l'expérience et les capacités qui permettent aux modules d'alunissage et aux rovers de répondre aux exigences extrêmes de l'environnement lunaire.