Orion (véhicule spatial)
véhicule spatial habité américain
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Orion est un véhicule spatial de la NASA conçu pour transporter un équipage de quatre astronautes au-delà de l'orbite terrestre basse pour une mission de trois semaines. Il est placé en orbite par le lanceur lourd SLS. Utilisé dans le cadre du programme Artemis, il a pour rôle, de façon similaire au vaisseau Apollo, de transporter les équipages jusqu'à l'orbite lunaire et de les ramener sur Terre une fois leur mission accomplie. Deux vols sans équipage ont été effectués respectivement en (EFT-1) et (Artemis I). Le premier vol avec équipage est programmé pour (mission Artemis II).
NASA Lockheed Martin
AirbusSpace Launch System
Véhicule spatial habité
| Organisation |
NASA |
|---|---|
| Constructeur |
Lockheed Martin Airbus |
| Type de vaisseau | Desserte de l'orbite lunaire |
| Lanceur |
Delta IV Heavy (test) Space Launch System |
| Base de lancement | Centre spatial Kennedy |
| Premier vol | |
| Nombre de vols | 2 |
| Statut | En phase de test |
| Hauteur | ~7 m |
|---|---|
| Diamètre | 5,02 m |
| Masse à sec | ~17,5 t |
| Masse totale | ~26 t (35 t au lancement avec la tour de sauvetage) |
| Ergols | 8,6 t |
| Propulsion | AJ-10-190 |
| Source énergie | Panneaux solaires |
| Atmosphère | Oxygène/azote |
| Atterrissage | en mer |
| Destination | Orbite lunaire |
|---|---|
| Équipage | 4 |
| Volume pressurisé | 19,56 m3 |
| Espace habitable | 8,95 m3 |
| Delta-V | 1 050 m/s |
| Autonomie | 21 jours |
| Puissance électrique | 11 kW |
| Type d'écoutille | NASA Docking System |
| Rendez-vous | non automatique |
À l'origine, Orion est développé dans le cadre du programme Constellation (2006), dont l'objectif est d'emmener des hommes sur la Lune à l'horizon 2022 et de remplacer la navette spatiale pour la relève des équipages de la Station spatiale internationale. En , le programme Constellation est abandonné et, après avoir envisagé d'annuler le développement du vaisseau, la NASA décide de poursuivre son développement pour de futures missions de survol de la Lune et des astéroïdes, et éventuellement le transport de l'équipage de la Station spatiale internationale. Finalement, le vaisseau est intégré dans l'architecture du programme Artemis, qui doit ramener des hommes à la surface de la Lune au plus tôt en 2027.
Orion reprend l'architecture du vaisseau Apollo avec une capsule conique contenant l'habitacle dans lequel séjourne l'équipage, un module de service dans lequel est rassemblé tout ce qui n'est pas nécessaire au retour sur Terre et une tour de sauvetage, qui est utilisée en cas de défaillance du lanceur. Le module de service est largué avant la rentrée atmosphérique. L'ensemble a une masse d'environ 27 tonnes, dont 16 tonnes pour le module de service. Le vaisseau Orion est conçu pour être lancé par le lanceur lourd SLS développé spécifiquement dans ce but. Contrairement à ses prédécesseurs, Orion utilise des panneaux solaires pour la production d'énergie. Il dispose d'un volume habitable plus que doublé par rapport au vaisseau Apollo et d'un système d'amarrage similaire à celui de la navette spatiale américaine. Le vaisseau Orion est conçu pour se poser en mer à son retour sur Terre et est réutilisable. Le module d'équipage est fourni par Lockheed Martin, tandis que le module de service, qui est dérivé de l'ATV, est fourni par Airbus Defence and Space dans le cadre d'un accord avec l'Agence spatiale européenne. Les coûts du développement du vaisseau Orion ainsi que les dépassements de planning ont à plusieurs reprises fait l'objet de critiques remettant en question la viabilité globale du projet (SLS compris). Le budget total affecté au projet s'élevait en 2024 à 31,4 milliards de dollars.
Le rôle assigné au vaisseau Orion est d'amener l'équipage sur une orbite lunaire haute, où deux des astronautes s'embarquent dans le vaisseau HLS chargé de les amener à la surface de la Lune. Ce transfert peut se faire directement ou après amarrage à la station spatiale Lunar Gateway, dont la date de mise à disposition reste incertaine. Le premier vol d'un vaisseau Orion, Artemis I, qui est destiné à qualifier ses systèmes sans emporter d'équipage et qui constitue également le vol inaugural du lanceur SLS, a lieu en novembre 2022. Artemis II, le premier vol avec équipage qui doit faire le tour de la Lune, est programmé en avril 2026. La première mission destinée à amener des astronautes sur le sol lunaire est Artemis III dont la date de lancement, début 2026, reste dépendante de l'avancement du projet HLS.
Contexte
Héritage du véhicule Apollo
Dès le début de la course à l'espace à la fin des années 1950, la NASA étudie comment mettre au point un véhicule spatial habité, en particulier dans la perspective de l'exploration de la Lune. À la naissance du programme Apollo en , les études se concentrent sur un véhicule spatial qui irait directement se poser sur la Lune avant de rentrer sur Terre. Mais en le scénario du rendez-vous en orbite lunaire est préféré et le véhicule Apollo est scindé en deux : un atterrisseur, le module lunaire (LM) ; et un module de service surmonté d'une capsule, le module de commande et de service (Command/Service Module ou CSM). Deux fois plus massif que le LM, le CSM agit comme un vaisseau mère et se charge d'insérer les deux véhicules en orbite basse lunaire, puis les astronautes font l'aller-retour entre cette orbite et la surface de la Lune à bord du LM, avant de rentrer sur Terre à bord du CSM[1]. Après la fin du programme Apollo, trois CSM sont utilisés pour des séjours à bord de la station spatiale Skylab, puis le dernier vole lors de la mission Apollo-Soyouz en , à chaque fois en orbite basse terrestre[2].
Le CSM du véhicule Apollo est beaucoup plus performant et polyvalent que les véhicules Mercury et Gemini qui l'ont précédé. Il peut transporter trois astronautes pendant 14 jours, ou jusqu'à plusieurs mois amarrés à une station spatiale, et aussi bien en orbite terrestre qu'en orbite lunaire. Il dispose d'un port d'amarrage formant un tunnel pressurisé, d'une tour de sauvetage, de grands réservoirs d'ergols lui offrant une manœuvrabilité considérable, et peut faire varier la composition et la pression de son atmosphère pour s'adapter au LM. Enfin il peut être lancé tout aussi bien par une fusée Saturn 1B qu'une fusée Saturn V. Il connaît deux défaillances majeures, causant la mort de trois astronautes lors d'Apollo 1 en raison de son atmosphère d'oxygène pur hautement inflammable et de son écoutille complexe, et manque de causer celle de l'équipage d'Apollo 13 après l'explosion d'un réservoir d'oxygène alimentant ses piles à combustibles[3]. Considérant la difficulté de sa mission et sa complexité, le CSM du programme Apollo est généralement considéré comme une grande réussite technique ; mais sans autre utilité que le transport d'un équipage, non-réutilisable et au coût très élevé, il est retiré du service en faveur de la navette spatiale alors en développement[4].
Désillusion de la navette spatiale
Lors du programme Apollo le vol spatial habité est une fin en soi en raison du prestige qui l'accompagne dans le contexte de la course à l'espace avec l'Union Soviétique, après quoi l'accent est mis sur l'utilisation de l'espace. La NASA conçoit alors la navette spatiale, un véhicule partiellement réutilisable sensé abaisser les coûts de lancement et offrir une grande variété d'usages. Les astronautes deviennent des travailleurs de l'espace, chargés de piloter la navette, réparer ou récupérer des satellites, et réaliser des expériences scientifiques et technologiques. La navette est conçue et utilisée sans que la sécurité ne soit étudiée comme une variable déterminante, et considérée aussi fiable qu'un avion de ligne par la direction de l'agence qui chercher à la rentabiliser financièrement en assurant un grand nombre de lancements. L'accident de Challenger en met un terme à cette approche, la navette ne doit alors être plus utilisée que lorsque ses capacités uniques sont nécessaires[5]. Peu à peu le vol habité lui-même redevient la justification première de la navette, d'abord avec les visites de la station spatiale russe Mir , puis l'assemblage de la station spatiale internationale (ISS)[6].
L'accident de Columbia en illustre finalement que la navette est irrémédiablement trop dangereuse pour ses équipages, car indépendamment des problèmes de gestion du programme par l'agence, la sécurité n'a pas été un enjeu structurant lors de son développement[4]. De plus, le concept de l'avion spatial présente des vulnérabilités majeures, en particulier le bouclier thermique exposé pendant toute la durée du vol alors qu'il est plus fragile que celui d'une capsule[7], et la difficulté d'incorporer un système d'éjection fiable pendant le lancement[8]. La navette n'est également pas adaptée à la desserte en équipage d'une station spatiale, car elle ne peut rester amarrée pendant une longue durée pour servir de véhicule de sauvetage comme le Soyouz russe. La NASA a étudié avant l'accident différents projets d'avions spatiaux pour succéder à la navette, comme le X-33 ou le Crew Return Vehicle, mais ils n'aboutissent pas du fait des difficultés de développement et des contraintes budgétaires[9],[10].
Historique
Lancement et annulation du programme lunaire Constellation (2004-2010)
En 2004, à la demande du président des États-Unis George W. Bush, qui souhaite que les États-Unis renouent avec les succès du programme Apollo, la NASA lance le programme Constellation, qui doit permettre à des équipages de réaliser des séjours de longue durée sur la Lune d'ici 2020. Ce programme doit également assurer le remplacement de la navette spatiale américaine, dont le retrait est programmé à la suite de l'accident de la navette spatiale Columbia. Le programme doit être financé grâce aux économies réalisées par l'arrêt des navettes spatiales puis par le retrait de la Station spatiale internationale.
Les caractéristiques des engins spatiaux du programme Constellation sont rendues publiques le . Le vaisseau spatial habité principal est désigné sous l'appellation de Crew Exploration Vehicle (CEV) avant d'être baptisé Orion le . Ce nom est celui d'une des navettes du film 2001, l'Odyssée de l'espace (1968), ainsi que d'une étude de vaisseau spatial propulsé par l'énergie nucléaire. La NASA annonce le que le véhicule sera construit par Lockheed Martin. En , la fabrication du bouclier thermique du vaisseau est confiée à la société Boeing pour un montant de 14 millions. Le vaisseau spatial doit être placé en orbite par un nouveau lanceur baptisé Ares I. Les premiers essais sont alors prévus pour 2008 avec un vol non habité pour 2011, un vol habité pour et un premier retour des astronautes sur la Lune pour 2019, mais ces dates sont repoussées du fait de la faiblesse des ressources financières affectées au programme[11].
À la suite de son investiture, le président américain Barack Obama demande à la commission Augustine, créée à cet effet le et composée de spécialistes de l'astronautique issus de l'industrie de la recherche et de la NASA, d'examiner les conséquences du retrait de la navette spatiale américaine sur le programme de la Station spatiale internationale et d'effectuer une revue du programme Constellation, lequel est confronté à la fois à des problèmes budgétaires et de planification. Le comité rend son rapport le . En ce qui concerne le programme Constellation, ses principales conclusions sont que la NASA a besoin d'un complément budgétaire annuel de trois milliards de dollars pour pouvoir atteindre les objectifs qui lui sont fixés[12]. Elle constate que le lanceur Ares I, qui doit permettre le lancement du vaisseau Orion, rencontre des problèmes techniques qui devraient pouvoir être résolus mais que sa mise au point tardive diminue fortement son intérêt. Le comité estime préoccupant le coût de production du vaisseau Orion, par ailleurs soumis à de fortes contraintes (masse, coût de développement)[13]. Le président Barack Obama annonce le qu'il va proposer l'annulation du programme Constellation en avançant trois motifs : un budget en dépassement, le retard pris sur les échéances et l'absence d'innovations intégrées dans le projet[14]. Le , le président Obama approuve le « NASA Authorization Act 2010 », qui confirme l'arrêt du programme[15].
Un vaisseau sans affectation précise (2010-2016)
À la suite de l'abandon du programme Constellation, l'arrêt du développement du vaisseau spatial est envisagé. La NASA lance un appel d'offres pour assurer la relève des équipages de la Station spatiale internationale. Bien qu'il ne soit plus prévu de mission au-delà de l'orbite terrestre qui pourrait justifier l'existence d'Orion, la NASA annonce le que le développement du vaisseau spatial se poursuit. L'agence spatiale américaine prévoit de l'utiliser pour lancer des missions orbitales vers la Lune ou les astéroïdes géocroiseurs à l'horizon 2020. Il doit également servir de solution de secours si les prestataires sélectionnés pour la relève des équipages de la station spatiale ne parvenaient pas à remplir leurs objectifs de desserte de la station spatiale. Le vaisseau est baptisé Multi-Purpose Crew Vehicle (MPCV) « Orion »[16].
| Caractéristiques | Orion | Apollo | SpaceX Dragon 2 | Soyouz | Mengzhou |
|---|---|---|---|---|---|
| Pays | États-Unis | Russie | Chine | ||
| Desserte | Orbite lunaire | Orbite terrestre basse | Orbite lunaire | ||
| Premier vol opérationnel | 2026 | 1966 | 2019 | 1967 | 2026 |
| Longueur | ~7 m | 11,03 m | 8,1 m | 7,48 m | ~9 m |
| Diamètre max | 5,02 m | 3,9 m | 4 m | 2,72 m | 5 m |
| Envergure | 18,8 m | 3,9 m | 10,06 m | ||
| Masse totale (dont ergols) | 26,5 t (8,6 t) | 30,33 t (18,5 t) | 12,5 t (?) | 7,25 t (0,9 t) | 26 t |
| Volume pressurisé / habitable | 19,56 m3 / 8,95 m3 | 10,4 m3 / 6,17 m3 | / 9,3 m3 | / 10 m3 | 14 m3 / |
| Delta-v | 1 050 m/s | 2 800 m/s | ? | 390 m/s | |
| Source énergie | Panneaux solaires | Piles à combustible | Panneaux solaires | ||
| Production énergie | 11 kW | 2 kW | 0,6 kW | ||
| Durée maximale de la mission | 21 j | 14 j | 10 j | 14 j | |
| Taille équipage | 4 | 3 | 4 | 3 | 3 |
| Site d'atterrissage | mer | mer | mer | terre ferme | terre ferme |
Entrée dans le projet de l'Agence spatiale européenne(2012)
Le vaisseau Orion est composé de manière classique de deux sous-ensembles principaux : le module de commande (ou module d'équipage) pressurisé et le module de service. Pour étaler les coûts des développement, il est prévu que la conception de ce dernier soit programmée dans une deuxième phase. En 2011, la NASA négocie l'utilisation d'une version adaptée aux besoins d'Orion du module de service du cargo spatial ATV développé par l'Agence spatiale européenne (ESA). Cette solution permet à l'ESA de payer en nature sa participation à la Station spatiale internationale[17], qui n'est plus couverte par la livraison des vaisseaux ATV. En effet, le dernier vaisseau cargo ATV livré par l'ESA en 2014 n'assure le paiement des séjours des astronautes européens que jusqu'en 2017. Cette décision de l'ESA est validée en par le conseil des ministres européens réuni à Naples pour statuer sur l'activité de l'agence au cours des années suivantes. Ce contrat est rendu public en [18],[19]. Ce module est construit pour 450 millions d'euros sous la maîtrise d'œuvre de la filiale allemande d'Airbus à Brême.
Réactivation du programme spatial lunaire de la NASA : la station Lunar Gateway (2017)
En , la NASA précise la stratégie de son programme spatial habité dans la perspective de l'abandon de la Station spatiale internationale qui est frappée d'obsolescence à moyen terme. Elle annonce le développement d'une station spatiale placée en orbite lunaire baptisée Deep Space Gateway (DSG). Celle-ci pourra accueillir des équipages pour une durée de 42 jours. La station sera assemblée à partir de composants transportés par le futur lanceur lourd SLS et elle sera desservie par le vaisseau Orion qui trouve ainsi un premier emploi. Dans une première phase du programme, les équipages qui devraient occuper la station à partir de 2028 l'utiliseront pour apprendre à vivre et à travailler en orbite lunaire. Cette phase permettra également de pratiquer les rendez-vous entre vaisseaux loin de l'orbite terrestre basse[20],[21],[22].
Lancement du programme Artemis (2019)
En avril 2019, à quelques mois du cinquantième anniversaire de la mission Apollo 11 qui a vu le premier homme fouler le sol lunaire, le Président américain Donald Trump demande à la NASA d'accélérer son programme lunaire en exigeant que l'agence spatiale dépose un premier équipage à la surface de la Lune dès 2024 soit quatre ans avant l'échéance prévue jusque là[23]. Pour répondre aux attentes du président, la NASA lance le programme Artemis. Le scénario d'une mission prévoit que le vaisseau spatial Orion transporte l'équipage entre la Terre et la station spatiale Lunar Gateway à l'aller comme au retour. Les astronautes, une fois dans la station, embarquent à bord du vaisseau HLS qui doit les déposer à la surface de la Lune puis les ramener à la station. Au cours des années suivantes il devient évident que le développement de la station spatiale lunaire ne sera pas disponible lors des premières missions. Aussi pour la mission Artemis III, qui est la première du programme Artemis à amener des astronautes à la surface de la Lune, le vaisseau Orion doit s'amarrer directement au vaisseau HLS pour le transfert des astronautes.
- Module d'équipage dans différents états d'achèvement
Maquette (2013).
Structure de la partie inférieure fabriquée par la société Ingersoll Machine Tools.
Coque pressurisée après sa dernière soudure (2012) de l'exemplaire utilisé pour le test en vol EFT-1 .
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Développement
Rôle de la NASA et de ses partenaires industriels
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Le module d'équipage du vaisseau Orion est fabriqué par la société américaine Lockheed Martin Space Systems. Plusieurs établissements sont impliqués situés à Denver (Colorado), Houston (Texas) et Titusville (Floride)[24]. Lockheed Martin fabrique dans le Centre d'assemblage de Michoud détenu par la NASA la coque pressurisée du module d'équipage constituée de sept éléments en aluminium fournis par les sociétés AMRO Fabricating (South El Monte, Californie) et Ingersoll Machine Tools (Rockford, Illinois)[25].
Par ailleurs la majorité des établissements de la NASA contribuent au pilotage du projet Orion, à sa conception, à son développement ou à ses tests. Le Centre spatial Johnson, qui est historiquement l'établissement de la NASA dédié aux missions spatiales avec équipage et qui héberge les centres de contrôle assurant le suivi des vols joue un rôle central dans le projet. Le développement du vaisseau Orion est piloté par une équipe d'ingénieurs de cet établissement. L'équipe du Rapid Prototyping Lab (RAL) est responsable de la conception des 60 interfaces (écrans), 60 interrupteurs et des manettes qui seront utilisés par les astronautes pour piloter le vaisseau. Le centre a également mis au point un simulateur Systems Engineering Simulator (SES) qui permet de tester les répercussions des modifications des composants physiques et logiciels du vaisseau. Il met en œuvre le simulateur Systems Engineering Simulator (OMS) pour entraîner les équipages et les contrôleurs au sol en leur faisant pratiquer des opérations courantes tout comme les situations d'urgence déclenchées par des anomalies de fonctionnement. Le Space Vehicle Mockup Facility (SVMF) est une maquette du vaisseau Orion qui est utilisée pour s'assurer de l'ergonomie de la cabine mais également pour l'entrainement des équipages. Le centre est chargé de valider avec des représentants des astronautes que la conception des engins spatiaux permet le déroulement des différentes procédures (Human-in-the-loop evaluations ou HITL). Par exemple l'établissement a testé que l'équipage pouvait évacuer le vaisseau après son amerrissage dans des conditions météorologiques non favorables. L'établissement a affiné le système permettant à la capsule de se stabiliser dans le bon sens après son amerrissage[26].
Presque tous les autres établissements de la NASA jouent ou ont joué un rôle dans la conception, la fabrication et les tests du vaisseau Orion. Le White Sands Test Facility a testé entre 2019 et 2020 le sous-ensemble propulsif du module de service livré par Airbus sur un banc d'essais pour en vérifier ses performances, le système d'alimentation en ergols ainsi que son comportement dans des conditions non nominales[27]. Le Centre de recherche Langley a vérifié entre 2011 et 2021 le comportement du module d'équipage lors de l'amerrissage en simulant celui-ci sur des modèles à l'échelle un[28]. Le Centre d'assemblage de Michoud fabrique les structures du bouclier thermique, de la tour de sauvetage et de l'adaptateur qui fait le lien entre le vaisseau Orion et l'étage supérieur du lanceur SLS[25]. Le Centre de vol spatial Marshall fabrique un grand nombre de petites pièces du vaisseau Orion en utilisant pour certaines d'entre elles la technique de l'impression 3D. Cet établissement supervise également le développement du système de support de vie (SCLSS)[29]. Les équipements du Neil A. Armstrong Flight Research Center ont été utilisés entre 2019 et 2020 pour tester le comportement du vaisseau dans des conditions similaires à celles rencontrés dans l'espace (température, vide) ainsi que le fonctionnement de l'électronique (interférences, compatibilité)[30]. Des tests complémentaires ont été effectués dans les installations O&C (Neil Armstrong Operations & Checkout) situées au Centre spatial Kennedy : tests acoustiques et thermiques du vaisseau, tests d'étanchéité du module d'équipage, fonctionnement de l'avionique. L'assemblage final de tous les composants d'Orion et les tests d'intégration sont également réalisés dans cet établissement[31].
Le module de service, qui est fourni par l'Agence spatiale européenne est assemblé par Airbus Defence and Space dans son établissement de Brême (Allemagne). L'Allemagne fournit également les quatre réservoirs d'ergols de 2100 litres en titane ainsi que l'électronique contrôlant les 33 moteurs-fusées[32]. La structure du module et les radiateurs sont fournis par l'établissement italien de Thales Alenia Space à Turin[33]. Les industriels français fournissent les réservoirs sphériques en fibre de carbone qui stockent l'hélium sous haute pression (400 bars), une partie du cablage et des logiciels de l'avionique[34]. Les Pays-Bas fournissent les panneaux solaires[35]. Les autres pays contribuant à la fabrication du module de service du vaisseau Orion sont la Belgique[36], la Suisse[37], la Suède[38], l'Espagne[39], la Norvège[40] et le Danemark [41].
Tests
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Test au sol du MLAS (2009)
Le la NASA effectue un test au sol d'une technique constituant une alternative à la tour de sauvetage (MLAS pour Max Launch Abort System). Celui-ci repose sur un module propulsif placé sous le module d'équipage. Cette solution permet de réduire la hauteur du lanceur, réduire la trainée aérodynamique et descendre le centre de gravité. Cette solution ne sera finalement pas retenue. Max Launch Abort System (en), un système de sauvetage alternatif, avec une maquette du vaisseau[42].
Premier vol du lanceur Ares I avec une maquette d'Orion (2009)
Le vol Ares I-X qui a lieu le a pour objectif de tester en vol le lanceur spatial Ares I dont le rôle dans le cadre du programme Constellation est de placer en orbite le vaisseau Orion. La fusée, qui décolle du complexe de lancement Kennedy LC-39B, emporte une maquette du module d'équipage et de la tour de sauvetage du vaisseau Orion. L'ensemble réalise un vol suborbital de 6 minutes[43].
Test de la tour de sauvetage dans le cas d'une interruption avant le décollage (2010)
Le fonctionnement de la tour de sauvetage dans le cas d'une interruption du lancement avant le décollage nécessitant une éjection du module d'équipage est testé le sur le polygone d'essais de missile de White Sands (Pad Abort-1). L'objectif est de s'assurer que le vaisseau était éjecté à une distance de sécurité suffisante (hauteur, distance latérale) et de valider la séparation de la tour de sauvetage et du module d'équipage Artemis ainsi que l'ouverture des parachutes. Ce test permet également la collecte de données sur les contraintes subies par les structures de la tour de sauvetage et du module d'équipage[44],[45],[46].
Test du système d'aide au rendez-vous STORRM (2011)
STORRM (Sensor Test for Orion Relative Navigation Risk Mitigation) est un nouveau système destiné à faciliter les rendez-vous entre deux engins spatiaux qui doit être mis en œuvre par Orion. Il repose principalement sur un capteur d'images utilisant un laser installé près de l'écoutille du vaisseau qui qui, à compter d'une distance de 5 kilomètres fournit une image précise de la cible et de ses coordonnées (distance, gisement, alignement et orientation) avec six degrés de liberté contre trois dans les systèmes précédents. Il inclut également une caméra en couleur à haute résolution. Il est testé avec succès le durant la mission STS-134 lors de l'amarrage de la Navette spatiale américaine à la Station spatiale internationale, qui a été pour l'occasion équipée de cinq cibles réfléchissantes[47].
EFT-1 : test en vol du vaisseau Orion avec une maquette du module de service (2014)
La vol EFT-1 (Exploration Flight Test-1) qui a lieu le a pour objectif principal de tester le fonctionnement du bouclier thermique et la séquence de déploiement des parachutes du vaisseau Orion. Celui-ci est dans une version semi-opérationnelle car le module de service est une maquette. Le vaisseau est lancé par une fusée Delta IV Heavy décollant de Cap Canaveral. Après avoir bouclé deux orbites autour de la Terre, le vaisseau réduit sa vitesse de manière à effectuer une rentrée atmosphérique à une vitesse égale à 84 % de celle atteinte dans le cadre d'une mission vers la Lune[48]. Le lancement a lieu le [49],[50].
Test du fonctionnement en vol de la tour de sauvetage (2019)
Le fonctionnement de la tour de sauvetage est testé en vol le (vol Ascent Abort-2). Dans ce but elle est fixée au sommet du maquette du module d'équipage d'Orion qui est lui-même fixé au sommet du premier étage d'un lanceur Minotaur IV qui a été adapté. L'ensemble décolle de la base de lancement de Cap Canaveral. La mise à feu de la tour de sauvetage est déclenchée à une altitude de 9 400 mètres proche de celle où le lanceur subit une pression aérodynamique maximale (Max Q)[51],[52],[53].
Artemis I : qualification du vaisseau dans une configuration quasi opérationnelle (2022)
Artemis I est la première mission réunissant le vaisseau Orion dans sa configuration presque complète (le système de support de vie n'est pas embarqué) et est également le premier vol du lanceur SLS. Le lancement a lieu le . Le vaisseau sans équipage s'insère sur une orbite lunaire de type DRO (distant retrograde orbit). La mission dure 25 jours. Orion amerrit le après avoir rempli tous ses objectifs dans l'océan Pacifique au large de la Basse-Californie, au Mexique[54],[55].
Mais une inspection du bouclier thermique montre que le matériau ablatif (AVCOAT) qui le constitue a subi des dommages plus élevés que prévu durant la rentrée atmosphérique. Le rapport qui explique les causes de cette anomalie et les corrections à apporter est publié en décembre 2024 deux ans après le vol. Ces dommages sont dus à l'échauffement et à la dilation des gaz piégés dans le matériau ablatif non poreux du bouclier thermique qui se sont produits durant les rebonds atmosphériques. Durant cette phase le vaisseau pénètre puis ressort de la partie dense de l'atmosphère dans le but d'allonger afin par exemple de modifier la zone d'amerrissage et/ou de limiter l'échauffement. Cette façon de procéder entraine une succession d'échauffements et de refroidissements à l'origine du phénomène observé. Malgré les fissures le bouclier thermique a rempli son rôle en empêchant tout échauffement excessif dans l'espace habitable[56].
Artemis II : qualification du système de support de vie et des procédures (2026)
Artemis II (mars 2026) est le premier vol avec équipage du vaisseau Orion. Un équipage de quatre astronautes (trois américains et un canadien) réaliseront une mission en boucle autour de la Lune en suivant une trajectoire de retour libre vers la Terre (comme Apollo 13). Ce sera la première mission habitée vers la Lune depuis Apollo 17 en 1972. L'Agence spatiale européenne fournira un deuxième module de service pour cette mission. Cette mission permettra aussi de tester Orion en orbite terrestre avant l’injection vers la Lune.
Artemis III : qualification conjointe des vaisseaux Orion et HLS (2027)
La mission Artemis III a été ajoutée début 2026 dans le but de tester l'ensemble des composants impliqués dans le débarquement sur la Lune avant la première mission amenant des astronautes à la surface de notre satellite qui sera Artemis IV. Cette mission se déroule entièrement en orbite terrestre basse. Le vaisseau Orion transportant un équipage doit réaliser une manoeuvre de rendez-vous et s'amarrer au vaisseau lunaire HLS fourni soit par SpaceX soit par Blue Origin selon le degré d'avancement de leur développement. Le vaisseau Orion est équipé pour la première fois d'un système d'amarrage. La nouvelle combinaison spatiale utilisée pour les sorties extra-véhiculaires doit être testée. L'équipage validera les procédures mises en oeuvre dans le cadre d'une mission lunaire[57],[58].
Synthèse des vols
| Mission | N° | Lancement | Amerrissage | Durée | Insigne | Objectif du vol | Lieu | Lanceur |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MLAS (en) | - | N/A |  |
Test au sol du Max Launch Abort System (en), solution alternative à la tour de sauvetage. | Wallops Flight Facility | |||
| Ares I-X | -/- | 6 min |  |
Test en vol de la fusée Ares I avec une maquette du vaisseau Orion. | Kennedy LC-39B | Ares I-X | ||
| PA-1 (en) (Pad Abort-1) | -/- | 1 min 35 s |  |
Test du fonctionnement de la tour de sauvetage en cas d'éjection déclenchée au sol. | White Sands LC-32E | |||
| EFT-1 | 1/- |  |
Test en vol d'une version semi opérationnelle du vaisseau Orion. Test du bouclier thermique et du déploiement des parachutes. | Cap Canaveral SLC-37 | Delta IV Heavy | |||
| AA-2 (en) (Ascent Abort-2) | -/- | 3 min 13 s |  |
Test du fonctionnement en vol de la tour de sauvetage et de la séquence de déploiement des parachutes. | Cap Canaveral SLC-46 | Orion Abort Test Booster | ||
| Artemis I | 2/1 | 25 jours |  |
Test en vol d'Orion dans une version quasi opérationnelle. Premier vol du lanceur SLS. | Centre spatial Kennedy SLC-39B | SLS Bloc 1 | ||
| Artemis II | 3/2 | vers avril 2026 |  |
Premier vol avec équipage. Test du système de support de vie. Validation des procédures. | Centre spatial Kennedy SLC-39B | SLS Bloc 1 | ||
| Artemis III | 4/3 | vers 2027 | Premier vol avec le système d'amarrage installé. Validation de la manoeuvre d'amarrage avec le vaisseau lunaire HLS et d'autres procédures associées. Sortie extravéhiculaire. | Centre spatial Kennedy SLC-39B | SLS Bloc 1 | |||
| ¹N° exemplaire module d'équipage/N° exemplaire module de service | ||||||||
Dépassements budgétaires
De 2006 à 2024 le coût de développement du vaisseau Orion s'élève à 24,1 milliards de dollars (soit 31,5 milliards de dollars en coût actualisé à 2025). Ce chiffre n'inclut pas les sommes allouées à la conception du module de service et à la fabrication du premier exemplaire de celui-ci qui sont entièrement à la charge de l'Agence spatiale européenne (coût estimé à 1 milliard de dollars)[59]
| Année fiscale | Budget¹ | Année fiscale | Budget¹ | Année fiscale | Budget¹ | Année fiscale | Budget¹ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2006 | 1 338[60] | 2007 | 1 097[61] | 2008 | 1 740[62] | 2009 | 2 542[62] |
| 2010 | 2 353[62] | 2011 | 1 688[63] | 2012 | 1 676[64] | 2013 | 1 533[65] |
| 2014 | 1 616[66] | 2015 | 1 575[67] | 2016 | 1 660[68] | 2017 | 1 728[69] |
| 2018 | 1 685[70] | 2019 | 1 653[71] | 2020 | 1 685[72] | 2021 | 1 621[73] |
| 2022 | 1,531[74] | 2023 | 1 380[75] | 2024 | 1 313[76] | 2025 | |
| ¹en US$ (valeur actualisée en 2015) | |||||||
Caractéristiques techniques
Architecture
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Conçu dans le cadre du programme Constellation, le vaisseau adopte une architecture dite « en ligne ». Le vaisseau est placé au sommet d'un lanceur classique à l'image des vaisseaux du programme Apollo dont Orion s'inspire fortement. La formule du planeur adoptée pour la navette spatiale américaine n'a pas été retenue. Orion peut transporter quatre astronautes pour des vols de 21 jours et sept astronautes vers l'orbite basse où il peut séjourner dans l'espace durant six mois amarré à la station spatiale[77],[78].
Orion est composé de quatre sous-ensembles : le module d'équipage (module de commande) dans lequel séjourne l'équipage, le module de service qui regroupe les équipements qui ne sont pas indispensables pour le retour sur Terre (propulsion, consommables, énergie), la tour de sauvetage qui permet au vaisseau de revenir au sol en cas de défaillance du lanceur et qui est larguée lorsque le lanceur a atteint une certaine altitude et l'adaptateur qui assure la liaison entre le vaisseau et le deuxième étage de la fusée.
Les piles à combustible qui alimentaient en énergie la génération des vaisseaux précédents sont abandonnées au profit de panneaux solaires. Le vaisseau dispose d'une écoutille de type APAS, le NASA Docking System, similaire à celle utilisée par la navette spatiale américaine pour s'amarrer à la Station spatiale internationale. L'atmosphère de la cabine est composée d'un mélange d'azote et d'oxygène dans des proportions qui peuvent être modulées. Ce choix, identique à ce qui est pratiqué sur les vaisseaux russes, diverge de la solution adoptée sur les différents vaisseaux spatiaux américains des années 1960-1970 qui, pour économiser de la masse, utilisaient une atmosphère d'oxygène pur (choix qui s'était avéré dangereux après la catastrophe d'Apollo 1). Les spécifications du module de service ne sont connues qu'à travers le cahier des charges établi pour le programme Constellation dont les missions ne sont plus d'actualité. À l'époque, il est envisagé que la propulsion et les réserves d'ergols du module de service lui permettent d'effectuer des changements de vitesse totaux de 1,4 à 1,5 km/s[79]. La version finale du véhicule Orion a un Delta-v de 1 050 m/s[80].
Le vaisseau peut être réutilisé une dizaine de fois. Initialement, son retour était prévu sur la terre ferme, amorti par des coussins gonflables, et non dans l'océan, contrairement à toutes les autres capsules américaines (de Mercury à Apollo). Cependant, après 117 essais d'atterrissage avec des coussins gonflables, le retour en mer est privilégié en raison d'une sécurité accrue (notamment si un parachute est défaillant comme lors du retour d'Apollo 15) et d'un atterrissage moins brutal.
Pour la mission Artemis II[note 1] l'ensemble formé par le vaisseau Orion avec sa tour de sauvetage et l'adaptateur qui le relie au deuxième étage du lanceur SLS a une hauteur de 20,4 mètres pour un diamètre maximal de 5,2 mètres. La masse totale au décollage est de 35,38 t dont 8,618 t d'ergols utilisables. Après injection sur sa trajectoire devant l'amener à la Lune, la masse totale du vaisseau Orion est de 25,854 t[81].
| Caractéristique | Module d'équipage | Module de service | Tour de sauvetage | Adaptateur |
|---|---|---|---|---|
| Hauteur | 3,35 m | 4,79 m | 15,25 m | 1,5 m[82] |
| Diamètre | 5 m | 5 m | 0,9 à 5,2 m | 5,45 m[82] |
| Masse au lancement | 10 387 kg | 15 604 kg¹ | 7 711 kg | 1 270 kg |
| Masse ergols | ?kg | ?kg | 2 585 kg | |
| Propulsion (nbre et poussée) | 12 x 73 kg | 1 x 2 772 kg 8 x 50 kg 24 x 23 kg | Ejection : 1 x 181,4 t Contrôle d'attitude: 1 x 3,175 t Séparation1 x 18,144 t | |
| Autres caractéristiques | Volume pressurisé 19,56 m3 Volume habitable 9,34 m3 | 4 panneaux solaires 11 kW | ||
| ¹Comprend également deux panneaux aérodynamiques (masse 454 kg) qui sont largués lorsque le lanceur atteint une certaine altitude. | ||||
Module d'équipage
Le module d'équipage (Crew Module ou CM) transporte l'équipage constitué de quatre astronautes et est la seule partie du vaisseau qui revient sur Terre après chaque mission. Le volume de la partie du vaisseau dans lequel est maintenu une atmosphère respirable est de 19,56 m3 mais en prenant en compte les espaces occupés par les rangements et les équipements, le volume habitable disponible pour les astronautes durant plus d'une dizaine de jours n'est plus que de 8,95 m3. Sa forme conique a été choisie pour lui permettre de survivre à une rentrée atmosphérique essentiellement balistique source d'une dissipation thermique intense. Il dispose de capacités de manœuvre limitées utilisées durant la rentrée atmosphérique pour contrôler l'orientation du module. Les équipements transportés sont principalement l'avionique, les parachutes utilisés pour le retour sur Terre et le système de support de vie. Ce dernier est toutefois largement dépendant de ressources (consommables, radiateurs) déportées dans le module de service. Il comprend quatre petits hublots et deux écoutilles dont l'une se situe au niveau du dispositif d'amarrage à l'extrémité de sa partie conique[83].
Structure
La coque pressurisée est la structure du module d'équipage qui doit résister aux forces découlant des différences de pression entre l'espace et le volume pressurisé mais qui doit également résister aux forces aérodynamiques lors du lancement et de la rentrée atmosphérique. Cette coque ainsi que les longerons sont réalisés dans un alliage aluminium-lithium (en) de couleur vert olive utilisé précédemment pour la réalisation de la version allégée du réservoir externe de la navette spatiale américaine pour les vols à partir de 1998. La coque pressurisée est constituée de plusieurs composants qui sont assemblés en utilisant la technique du soudage par friction. Ce sont en allant de l'avant vers l'arrière (voir schéma ci-contre) le tunnel de communication au bout duquel est situé une écoutille et le système permettant de s'amarrer à un autre vaisseau, la cloison avant, la partie cônique, la partie cylindrique et la cloison arrière derrière laquelle est fixée le bouclier thermique. La partie cylindrique et la cloison arrière servent de support à un treillis de longerons qui ajoutent de la rigidité à l'ensemble et fournissent des points d'attache pour les sièges de l'équipage, les systèmes installés dans la coque pressurisée et les armoires de rangement. La coque pressurisée comporte six ouvertures. Ce sont d'une part deux écoutilles : l'une située à l'extrémité du tunnel est utilisée par les astronautes après l'amarrage avec un autre engin spatial (HLS, station spatiale lunaire) pour pénétrer dans celui-ci, l'autre située sur le flanc du vaisseau est utilisée au sol par les astronautes pour s'installer à bord du module d'équipage. Par ailleurs la coque comprend quatre hublots : deux hublots horizontaux et deux hublots inclinés permettant d'observer vers l'avant du vaisseau pour les opérations d'amarrage. De nombreux équipements sont situés à l'extérieur de la coque pressurisée principalement autour du tunnel de communication situés à l'avant du vaisseau. La coque pressurisée et les équipements situés à l'extérieur de celle-ci (avionique, réservoirs d'ergols, batteries, systèmes de contrôle de l'environnement) sont recouverts par des panneaux en nid-d'abeilles de titane qui fournissent une première isolation thermique et sont chargés de bloquer les micrométéorites[84]. Avant le lancement puis après l'amerrissage, les astronautes entrent et sortent de la capsule via une écoutille latérale trapézoïdale de 82 cm de largeur en bas pour 61 cm en haut, et 82 cm de hauteur[85].
Protection thermique
Le module d'équipage, qui est le seul à revenir sur Terre doit être protégé des températures extrêmes rencontrées durant la rentrée atmosphérique. La vitesse à laquelle le vaisseau de retour de la Lune pénètre dans l'atmosphère est en effet particulièrement importante : elle atteint 40 000 km/h contre 27 000 km/h dans le cas des missions en orbite basse (desserte de la Station spatiale internationale). Or l'énergie thermique dégagée est proportionnelle au carré de la vitesse. La température des parties du vaisseau les plus exposées atteint 2 760 °C et la protection thermique d'Orion doit dissiper cinq fois plus de chaleur que celle des autres vaisseaux. Orion pénètre dans l'atmosphère avec sa partie la plus large positionnée en avant aussi c'est celle-ci qui subit les températures les plus extrêmes. Pour cette raison la protection thermique est constitué de deux sous-ensembles aux caractéristiques différentes[86].
- Le bouclier thermique protège le fond du vaisseau qui subit les températures les plus élevées. D'un diamètre de cinq mètres il est conçu par Boeing en collaboration avec le Centre de recherche Ames. Les caractéristiques du bouclier thermique ont été largement modifiées à la suite du test en vol Exploration Flight Test-1 de 2014[note 2]. Il est désormais constitué d'une structure constituée de longerons en titane et de panneaux en fibre de carbone qui est recouverte de 186 briques constitués d'une résine chargée en microfibres et en billes de silice. Ce matériau est dérivé du Avcoat utilisé par les missions lunaires du programme Apollo. Il est ablatif c'est à dire qu'il évacue la chaleur en brûlant lentement de manière contrôlée. La surface est ensuite recouverte avec une couche de peinture epoxy blanche puis une fois celle-ci séchée par des feuilles d'aluminium qui dissipent les charges électriques de surface. L'ensemble est ensuite solidarisé avec la structure du module d'équipage.
- Les flancs du module d'équipage ainsi que la partie supérieure du cône subissent des températurs beaucoup moins élevées. Ils sont recouverts de 1300 tuiles en fibre de silice AETB-8 (Alumina Enhanced Thermal Barrier) similaires à celles utilisées sur la Navette spatiale américaine 30 ans plus ans. Leur taille, qui est en moyenne de 20 x 20 centimètres, est souvent standardisée.
Aménagements intérieurs
L'espace habitable très réduit (8,95 m3, soit approximativement la moitié du volume d'une petite chambre de 9 m2), est occupé principalement par les quatre sièges disposés en deux rangées parrallèles qui sont fixés sur le sol du vaisseau et font face au tunnel de communication. Une des deux rangées de siège est occupée par le commandant et le pilote de la mission. Ceux-ci sont placés face à la console regroupant les écrans, les commandes manuelles de vol et les interrupteurs tout en apercevant à travers quatre hublots placés là à cet effet la partie avant du vaisseau pour les opérations d'amarrage. Les sièges sont adaptés à la morphologie de 99% de la population depuis une femme mesurant 1,47 m et pesant 43 kg jusqu'à un homme de 1,96 m et pesant 110 kg. Les sièges comportent de nombreux réglages pour répondre aux besoins de confort des astronautes. Un système de sangles comportant cinq points d'attache permet de maintenir l'astronaute sur son siège durant les phases d'accélération et de déccélération.Pour mieux résister à l'accélération au le lancement et durant le retour sur Terre (rentrée atmosphérique et amerrissage) les astronautes sont installés en position allongée semi-foetale avec des pieds fixés dans des repose-pieds. Pour l'amerrissage qui est relativement violent, un système d'amortissement au niveau des points de fixation des sièges permet de réduire le choc en permettant au siège de coulisser sur une distance de 15 centimètres. Une fois en apesanteur seuls les deux sièges du commandant et du pilote qui font face aux écrans et aux commandes sont conservés mais sans leur repose-pieds tandis que les deux autres sièges sont démontés. Les astronautes dorment dans des sacs de couchage qui sont fixés au sol ou aux parois du vaisseau[87],[88].
Le sol sur lequel sont fixés les sièges est situé à une distance d'environ 60 centimètres de la cloison arrière. La majorité de l'espace situé entre ces deux parois est divisé par des cloisons en aluminium créant des compartiments occupés soit par des équipements soit par des espaces de rangement auquels les astronautes ont accès via des trappes. Les deux principaux espaces de rangement situés en position centrale et de forme rectangulaire (1 x 0,6 x 0,6 mètre) servent de stockage pour la nourriture, les kits médicaux, les extincteurs, les sacs de couchage, les combinaisons spatiales, des bidons d'eau et les saccs contenant les différents déchets. Si une éruption solaire susceptible de frapper le vaisseau est détectée par les observatoires (les particules énergétiques générées peuvent être mortelles pour l'équipage qui n'est plus abrité par la magnétosphère terrestre), les astronautes ont pour consigne de se réfugier dans ces deux rangements après les avoir vidé de leur contenu et disposer les sacs de déchets et les bidons d'eau le long de leur paroi pour accroitre la protection contre le rayonnement. Il est prévu que les astronautes puissent passer jusqu'à 24 heures dans ces abris improvisés chaque couple d'astronautes se faisant face avec les genous repliés. A droite des deux rangements centraux, l'espace situé entre le sol et la cloison arrière accueille le cabinet de toilettes de la taille d'une cabine téléphonique dans laquelle les astronautes font leurs besoins mais qui peut être également utilisé par les astronautes pour avoir une communication personnelle avec leur proche ou avec le médecin affecté à la mission. A gauche des rangements centraux et logés dans l'espace situé entre la cloison arrière et le sol se trouvent le distributeur d'eau potable et un appareil qui permet aux astronautes d'effectuer des exercices permettant de combattre les effets de l'apesanteur. Pour combattre les pertes osseuses et musculaires ils doivent effectuer chaque jour 30 minutes d'exercice. Cet appareil très compact (14 kg) est constitué par une barre reliée par un cable qui se déroule en étant freiné par une roue d'inertie dont la résistance est réglable (jusqu'à 180 kg)[89],[87],[90].
- Vue intérieure d'une maquette du module de commande
Position des principaux équipements (libellés en anglais) dans une maquette du vaisseau Orion. Les deux sièges à gauche sont en partie démontés et les deux sièges de droite sont recouverts par les combinaisons spatiales.
Entrainement de l'équipage dans une maquette du module de commande Orion.
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Ecoutilles
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Le vaisseau Orion comporte trois écoutilles permettant aux astronautes d'entrer et de quitter le module d'équipage. L'écoutille latérale est utilisée durant les opérations au sol. L'écoutille du système d'amarrage, située au bout du tunnel qui permet aux astronautes de passer d'Orion à un autre vaisseau (par exemple la station spatiale lunaire Lunar Gateway ou l'atterrisseur lunaire HLS). L'écoutille de la tour de sauvetage qui fait face à l'écoutille latérale (la partie inférieure de la tour de sauvetage coiffe complètement le module d'équipage)[91].
L'écoutille latérale comporte en son centre un petit hublot. Très lourde elle est équipée d'un contrepoids pneumatique qui doit être actionné pour permettre sa fermeture comme son ouverture. Elle incorpore des capteurs qui permettent de tester l'étanchéité. Sur le site de lancement, en cas d'urgence, elle peut être ouverte par un système pyrotechnique qui est déclenché par l'équipe au sol ou par l'équipage. Au retour sur Terre après l'amerrissage l'équipe chargée de la récupération de l'équipage réalise l'ouverture de l'écoutille. En cas d'urgence des dispositifs pyrotechniques peuvent être déclenchés de l'extérieur pour accélerer la procédure. L'équipage peut également évacuer la capsule par l'écoutille d'amarrage en utilisant l'échelle souple stockée dans le vaisseau[91].
Système d'amarrage
Le système d'amarrage utilisé par le vaisseau Orion est de type NDS qui est déjà mis en oeuvre par les vaisseaux SpaceX Dragon 2 et CST-100 Starliner pour s'amarrer à la Station spatiale internationale. C'est un système hybride (pas de pièce mâle ou femelle) qui permet l'amarrage automatique ou piloté. Des interfaces physiques permettent le transfert d'énergie, d'air et de données entre les deux vaisseaux. L'ouverture disponible est circulaire et a un diamètre de 80 centimètres. Sur le vaisseau Orion l'amarrage automatique est piloté par un ordinateur qui s'appuie sur des données fournies par des caméras et un LiDAR dont les impulsions laser réfléchies par des dispositifs installés sur le vaisseau cible permettent de reconstituer précisément la distance et l'orientation de celui-ci et de manoeuvrer en conséquence depuis une grande distance jusqu'au contact final. Le système d'amarrage est situé à l'extrémité du tunnel du module d'équipage doté par ailleurs d'une écoutille permettant à l'équipage de passer dans le vaisseau amarré. La NASA considère que tester l'utilisation du système d'amarrage ne constitue pas un objectif important dans la mesure où il est déjà mis en oeuvre de manière opérationnelle. Aussi il sera installé pour la première fois sur le vaisseau Orion de la mission Artemis III[92],[93].
Système de support de vie
Le système de support de vie a pour fonction de maintenir une atmosphère respirable et pressurisée dans la cabine, de réguler la température, de fournir l'eau consommée par l'équipage et de gérer les déchets corporels. Dans la cabine, la composition et la pression de l'atmosphère sont proches de celles régnant à la surface de la Terre ; la pression peut être ajustée pour s'adapter à celle d'autres engins spatiaux auxquels le vaisseau Orion s'amarrerait. Le système élimine de manière continue le dioxyde de carbone expiré par l'équipage et le remplace par de l'oxygène provenant de réservoirs sous haute pression. La vapeur d'eau est également éliminée, ainsi que certains gaz produits par le corps humain comme l'acétone et l'ammoniac. La technique utilisée pour éliminer le dioxyde de carbone repose sur des filtres auto-nettoyants qui remplacent les cartouches jetables utilisées à bord de la navette spatiale américaine avec un gain important en masse et en volume occupé. La cabine contient un distributeur d'eau potable, utilisée pour les boissons, la préparation de la nourriture (stockée sous forme déshydratée) et les besoins hygiéniques et médicaux. Les réservoirs d'oxygène, d'azote et d'eau sont situés dans le module de service[94]. Contrairement au système de support de vie de la Station spatiale internationale, celui d'Orion est conçu pour disposer d'une tolérance aux pannes[note 3]. En cas de fuite ou de contamination de l'atmosphère, le système est capable de maintenir des conditions vivables durant 144 heures pour les astronautes qui auront enfilé la combinaison spatiale OCSS[95].
L'équipage des missions Apollo ne disposait pas de toilettes[note 4]. Le vaisseau Orion comprend un cabinet de toilette de taille réduite. Le système UMWS (Universal Waste Management System) comporte une cuvette comme les WC terrestres et fonctionne grâce à un ensemble de pompes qui permet d'évacuer les déchets corporels malgré l'absence de pesanteur. L'urine, après avoir été traitée pour empêcher la production d'ammoniac, est stockée puis larguée dans l'espace une fois par jour, tandis que les fèces sont stockées dans un sac qui est remplacé tous les quelques jours par les astronautes[96].
Avionique
L'avionique du vaisseau Orion comprend principalement les sous-systèmes suivants : l'informatique embarquée, le système de guidage, de navigation et de contrôle (GN&C), le système de télécommunications et de suivi de la trajectoire, les écrans d'affichage et les commandes (boutons, manettes), le système de collecte des données de vol et la gestion de l'alimentation électrique[97].
Informatique embarquée
Le cerveau du vaisseau Orion repose sur quatre ordinateurs redondants fournis par la société Honeywell et regroupés en deux sous-ensemble VMC (Vehicle Management Computer) de deux ordinateurs FMC (Flight Computer Module). Chaque VMC peut contrôler de manière indépendante le vaisseau. Chaque FCM comporte lui-même des composants redondants et vérifie de manière continue son fonctionnement interne. Si l'un des FMC fournit des données divergentes (par exemple du fait d'une anomalie matérielle ou de l'impact d'un rayonnement ionisant), il est immédiatement arrêté et redémarré, son fonctionnement est testé et, si le résultat est positif, il repasse en statut opérationnel 22 secondes après l'incident. Les ordinateurs sont connectés aux différents capteurs, équipements et instruments du vaisseau par l'intermédiaire de huit PDU (Power and Data Unit). L'échange de données se fait en utilisant le protocole TT-GbE (Time-Triggered Gigabit Ethernet) permettant un débit mille fois plus rapide que celui installé à bord de la Station spatiale internationale. Chaque ordinateur est 20 000 fois plus rapide que ceux du vaisseau Apollo et dispose de 128 000 fois plus de mémoire[98].
Système de guidage, de navigation et de contrôle (GN&C)
Le système de guidage, navigation et contrôle (GNC) d'Orion calcule de manière continue la position et l'orientation du vaisseau et pilote le système propulsif de manière à le maintenir sur la trajectoire prévue tout en contrôlant son attitude. Au cœur de ce système se trouve le logiciel FSW qui, à partir des différentes entrées (mesures effectuées par les capteurs, instructions des astronautes transmises via les commandes de vol), fait fonctionner les dispositifs répartis entre le module de service, le module d'équipage et la tour de sauvetage (par exemple dans ce dernier cas il déclenche l'éjection du module d'équipage si les capteurs signalement une anomalie grave au niveau du lanceur spatial). Les principaux capteurs sont [99] :
- Une centrale à inertie qui mesure les accélérations du vaisseau.
- Un récepteur GPS qui est utilisé pour déterminer la position du vaisseau lorsque celui-ci est proche de la Terre. Il fournit en particulier l'altitude qui sert de déclencheur à certains événements.
- Un équipement déterminant la position du vaisseau à partir des émissions radio du réseau d'antennes du Deep Space Network. Il est utilisé lorsque Orion est loin de la Terre et que le système GPS n'est plus capable de remplir cette fonction.
- Un altimètre qui détermine l'altitude en mesurant la pression atmosphérique. Il est utilisé, en solution de secours, au retour sur Terre pour déterminer le moment où doit être déclenché l'ouverture des parachutes et d'autres événements liés à leur déploiement.
- Un viseur d'étoiles qui détermine l'orientation du vaisseau à partir de la position des étoiles.
- La caméra de navigation OpNav qui permet de déterminer la distance et le gisement de la Terre et de la Lune en analysant les images de ces corps célestes.
- Des capteurs solaires installés sur le module de service et qui sont utilisés, lorsque le vaisseau est en mode survie, pour maintenir les panneaux solaires pointés vers le Soleil et ainsi continuer à fournir de l'électricité aux différents systèmes d'Orion.
Affichages et contrôles
L'équipage peut consulter les données de fonctionnement du vaisseau et agir sur celui-ci par l'intermédiaire de trois écrans plats, quatre manettes, deux curseurs et sept panneaux regroupant une soixantaine d'interrupteurs. Les écrans peuvent afficher les données dans des formats adaptés aux différentes situations ou procédures. Les astronautes disposent ainsi de plus de 60 interfaces différentes et peuvent passer toutes les commandes depuis celles-ci au-lieu de devoir basculer des interrupteurs répartis dans tout le vaisseau. L'ergonomie est optimisée pour réduire la charge de travail de l'équipage et faciliter la gestion des situations d'urgence[100].
Propulsion
La propulsion principale du vaisseau est située dans le module de service. Toutefois le module de commande/équipage dispose également d'une propulsion qui est utilisée lors du retour sur Terre durant la rentrée atmosphérique pour contrôler l'attitude et par conséquent la trajectoire de la capsule Ces propulseurs de type RCS (Reaction Control System) sont douze petits moteurs-fusées à ergols liquides monergol MR-104J de 700 newtons de poussée alimentés par pression et brûlant de l'hydrazine. Ils sont fournis par Aerojet Rocketdyne (depuis racheté par L3Harris)[101]. Au total 200 kg d'hydrazine sont stockés dans deux réservoirs, maintenus sous pression par de l'hélium[102].
Parachutes et amerrissage
Comme les autres vaisseaux américains transportant un équipage, le vaisseau Orion revient sur Terre en amerrissant (contrairement au vaisseau russe Soyouz conçus pour se poser sur le sol ferme en réduisant leur vitesse juste avant l'impact avec de petits moteurs-fusées). Pour réduire sa vitesse finale à une valeur acceptable, il dispose de onze parachutes dont le poids total est de 518 kg. De taille croissante ceux-ci sont déployés les uns après les autres au fur et à mesure que l'altitude du vaisseau décroit et que sa vitesse décroit[103].
À une altitude d'environ 8 km et une vitesse de 520 km/h, trois parachutes se détachent de la capsule, emportant le couvercle protecteur de la baie avant, permettant ainsi aux autres parachutes de se libérer par la suite. Ces trois parachutes en kevlar mesurent chacun deux mètres de diamètre, ont un volume d'environ 1 mètre cube et un poids de 3,6 kg. Lorsque l'altitude du vaisseau approche les 7 500 mètres à une vitesse de 494 km/h, deux parachutes de freinage (kevlar/nylon) et de stabilisation de la capsule sont largués (7 mètres de diamètre, poids 36 kg). La vitesse décroit jusqu'à atteindre 210 km/h. Le système ensuite libère à 3 000 mètres d'altitude trois parachutes pilotes (diamètre 3,3 m, poids 5 kg) dont le rôle est d'extraire et de déployer les trois parachutes principaux qui sont chargés de réduire la vitesse jusqu'à atteindre entre 35 km/h et 25 km/h. Chaque parachute principal (kevlar/nylon) d'une masse de 140 kg a un diamètre de 35,4 mètres[104]. Immédiatement après sa prise de contact avec la mer, cinq ballons se gonflent au niveau de la partie supérieure du vaisseau pour que le module d'équipage flotte dans l'eau dans le bon sens. L'équipage et le vaisseau sont recueillis alors par hélicoptères et par l'équipage d'un navire de département de type LPD de la marine américaine qui a été pré-positionné non loin de la zone visée pour l'amerrissage[105].
- Retour sur Terre du vaisseau Artemis
Schéma montrant les séquences de déploiement des parachutes du vaisseau Orion. A :Largage du capot recouvrant les containers des parachutes - B1 à B4 : Déploiement des parachutes de freinage et de stabilisation - C1 à C4 : Déploiement des parachutes pilotes qui extraient les parachutes principaux qui se déploient à leur tour - D1 Éjection du bouclier thermique - D2 : Largage des parachutes principaux après l'amerrissage.
Mission Artemis I : la photo montre les ballons qui empêchent le vaisseau de flotter à l'envers.
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Protection de l'équipage contre les radiations
L'équipage peut être dangereusement irradié si une éruption solaire se produit dans la direction du vaisseau alors que celui-ci se situe dans l'espace interplanétaire en dehors de la protection de la magnétosphère terrestre ou de la Lune. Dans ce cas de figure, l'équipage a pour consigne de se réfugier dans les deux grands rangements situés au centre du vaisseau entre le plancher et le bouclier thermique en utilisant les sacs que contiennent ces placards pour se protéger autant que possible des particules solaires[106].
Autres équipements
Pour la mission Artemis II, 28 caméras fixes ou mobiles sont installées à l'extérieur et à l'intérieur du vaisseau Orion. Plus de la moitié d'entre elles sont utilisées pour filmer les phases critiques de la mission (caméras situées à l'extrémité du module de commande filmant notamment le déploiement des parachutes) ou surveiller le fonctionnement de certains systèmes (par exemple des caméras fixées à l'extrémité des quatre panneaux solaires). Trois caméras filment la cabine de l'équipage. Les astronautes disposent par ailleurs de deux appareils photos Nikon, tandis que quatre GoPro sont utilisées pour un futur documentaire produit par Disney et National Geographic[107].
Module de service
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Le module de service ESM (en) (European Service Module) regroupe l'ensemble des équipements qui ne sont pas indispensables pour le retour sur Terre. On y trouve la propulsion principale et les réservoirs d'ergols associés ainsi que les consommables (eau, oxygène, azote) utilisés par l'équipage. Les panneaux solaires qui produisent l'énergie électrique du vaisseau ainsi que les radiateurs qui assurent l'évacuation de la chaleur excédentaire sont également logés dans le module de service. Un système environnemental permet de contrôler la température des composantes du véhicule et du fret. Il est largué avant le retour sur Terre[108]. Le module de service est également équipé d'une soute permettant d'emporter du fret non pressurisé ou des instruments scientifiques.
La version du module de service utilisée pour le premier vol est développée par l'ESA au titre de paiement pour le séjour des astronautes européens à bord de la Station spatiale internationale entre 2017 et 2020. En effet, le dernier vaisseau cargo ATV livré par l'ESA en 2014 n'assure le paiement du séjour que jusqu'en 2017. Fin 2014, la NASA a commandé un seul exemplaire de ce module baptisé European Service Module (en) pour le vol Artemis I et en a commandé cinq autres pour les vols Artemis II à Artemis VI.
Structure
Le module de service de forme cylindrique a une longueur de 2,72 mètres (tuyère exclue) pour un diamètre de 4,5 mètres. Sa masse à sec est d'environ 3,8 tonnes et il peut emporter 9,2 tonnes d'ergols. Sa structure primaire qui supporte les efforts et auxquels sont accrochés les différents équipements comprend vers les deux extrémités un panneau circulaire en aluminium largement ajouré pour permettre le passage d'une part de l'extrémité des réservoirs et d'autre part des tuyères des moteurs-fusées (OMS et moteurs auxiliaires). Ces deux parties sont reliées entre elles par six longerons qui supportent les efforts et cinq cloisons en fibre de carbone très légers (10 kg) qui délimitent l'espace intérieur. L'enveloppe extérieure est constituée de panneaux recouverts de kevlar qui assure une protection contre les micrométéorites. Elle comprend six radiateurs se caractérisant par un réseau de tubulures solidaire de la paroi dans lesquelles circulent un liquide transportant la chaleur excédentaire. Le volume dégagé est occupé principalement par les réservoirs des différents consommables : ergols, oxygène, azote, eau, hélium[109],[33].
Propulsion
La propulsion comprend trois systèmes distincts : un moteur-fusée principal OMS-E (Orbital Maneuvering System Engine) développé pour la navette spatiale américaine, huit propulseurs auxiliaires qui peuvent se substituer au moteur principal et 24 petits moteurs-fusées utilisés pour le contrôle d'attitude et les petites corrections de trajectoire. La propulsion est pilotée par un système développé pour l'ATV. Tous ces moteurs utilisent le même mélange d'ergols stockables : du monométhylhydrazine et du MON-3 (oxydant). Chaque type d'ergol est stocké dans deux réservoirs qui sont reliés en série et disposent de système de pressurisation indépendants. Ce dernier utilise de l'hélium stocké à 340 bars dans un réservoir sphérique. Tous les moteurs sont alimentés par des ergols mis sous pression. Les caractéristiques détaillés des trois types de moteur sont les suivantes[84],[110] :
- Le moteur principal OMS de type AJ10-190 (en) fournit une poussée de 27,7 kN avec une impulsion spécifique de 316 secondes. Il mesure 1,91 m de long et sa tuyère a un diamètre de 1,09 mètre. Sa tuyère est orientable avec deux degrés de liberté ce qui lui permet d'agir en tangage et en lacet. Le moteur peut être rallumé 10 fois et la durée d'une phase propulsive peut être comprise entre 2 et 1030 secondes. Les moteurs OMS-E des premières missions Artemis sont des engins issus des navettes spatiales retirées du service qui ont été remis en état.
- Les propulseurs auxiliaires sont une version modifiée des R-4D-11 de la société Aerojet. Ils fournissent chacun une poussée de 489 newtons et sont utilisés pour les manœuvres précises ainsi que comme système de secours en cas de défaillance du propulseur principal. Ces moteurs déjà mis en oeuvre par les vaisseaux Apollo ont une masse à sec de 3,63 kg et une impulsion spécifique de 310 secondes. Le rapport de section de la tuyère est de 164. Les propulseurs auxiliaires permettent de contrôler le tangage et le lacet en modulant le nombre de moteurs-fusées mis à feu simultanément.
- Les 24 moteurs-fusées de type RCS (Reaction Control System) utilisés pour le contrôle d'attitude sont regroupés en six grappes de quatre moteurs. Ils sont fabriqués par l'établissement allemand de Lampoldshausen d'ArianeGroup. Ils fournissent une poussée individuelle de 220 N et peuvent être utilisés pour des impulsions très brèves (au minimum 28 millisecondes avec une fréquence maximale de cinq impulsion par seconde) et/ou en fonctionnement continu. Leur impulsion spécifique est supérieure à 275 secondes.
- Propulsion du module de service
Le module de service en cours d'assemblage vu du dessus montrant les réservoirs d'ergols.
Le module de service en cours d'assemblage vu du dessous montrant les tuyères de principaux moteurs-fusées.
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Énergie
L'énergie électrique est fournie par des panneaux solaires en X qui reprennent l'architecture utilisée sur le vaisseau cargo ATV de l'ESA. Chaque branche du X est composé de trois panneaux solaires utilisant des cellules solaires à triple jonction à l'arséniure de gallium permettant de transformer 30 % de l'énergie solaire en électricité soit une amélioration de 17 % par rapport aux panneaux de l'ATV. L'European Service Module (ESM) fournit ainsi 11 kW au niveau de l'orbite basse terrestre. Une fois déployés, les panneaux solaires portent l'envergure du vaisseau à 18,8 mètres. Les quatre ailes disposent de deux degrés de liberté : elles peuvent tourner autour de leur axe pour maximiser l'énergie produite et s'incliner par rapport à l'axe longitudinal du vaisseau de -60° à +55° pour réduire les forces exercées lorsque le vaisseau utilise sa propulsion pour accélérer ou décélérer[84].
- Énergie
Inspection d'un des quatre panneaux solaires du vaisseau Orion de la mission Artemis I.
Un des quatre panneaux solaires du module de service en position déployée photographié durant la mission Artemis I.
Consommables
Le module de service comprend les réservoirs de consommables. Six réservoirs d'eau d'une capacité totale de 280 kg alimentent à la fois le système de contrôle thermique et l'équipage en eau de consommation. Le système de stockage et d'alimentation est équipé de résistances chauffantes et de capteurs pour éviter le gel. Quatre réservoirs d'une capacité de 33 kg conservent sous une pression de 275 bars l'oxygène et l'azote utilisés pour renouveler l'atmosphère dans le module d'équipage[84].
Tour de sauvetage
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La tour de sauvetage (LAS ou Launch Abort System) est un dispositif qui est utilisé pour protéger le vaisseau et son équipage si le lanceur est victime d'une défaillance grave dans la première phase du lancement. Doté de son propre système de propulsion et fixé au-dessus du vaisseau, il permet d'écarter le module d'équipage (CM ou Crew Module) du lanceur tout en lui faisant prendre suffisamment d'altitude pour que les parachutes puissent être déployés et freiner le vaisseau avant son atterrissage. Il comprend une coiffe qui entoure le module d'équipage et un ensemble propulsif (LAT ou Launch Abort Tower). L'ensemble est haut de 15,25 mètres et a une masse de 7,7 tonnes. Le diamètre à la base est de 5,2 mètres et se réduit à 90 cm au niveau du système propulsif. La coiffe est une structure en composite qui recouvre et protège la capsule contre la chaleur dégagée par les moteurs de la tour de sauvetage, la pression de l'air et l'environnement acoustique. La propulsion comprend trois moteurs à propergol solide jouant des rôles distincts. Le moteur principal, d'une poussée de 181 tonnes, est chargé d'écarter le module d'équipage du lanceur. Le moteur de contrôle d'attitude utilise un générateur de gaz à propergol solide comportant huit tuyères montées à sa périphérie pour orienter l'ensemble. Il peut exercer une poussée s'élevant à 3,2 tonnes dans chacune des huit directions. Le moteur d'éjection est utilisé pour séparer la tour de sauvetage du vaisseau. Cette séparation intervient une fois que le moteur principal a achevé sa tâche pour permettre aux parachutes de se déployer. Si le vol se déroule normalement, l'éjection de la tour de sauvetage est réalisée après six minutes de vol alors que le vaisseau se trouve à 91 km d'altitude en utilisant le moteur principal. La tour de sauvetage peut être déclenchée au sol si l'incident se produit avant le décollage mais alors que les moteurs du premier étage ont été mis à feu[111],[112],[81].
Anneau de liaison entre le module d'équipage et le module de service
Le module d'équipage et le module de service sont reliés par l'anneau CMA (Crew Module Adapter) haut de 1,5 mètres qui assure la jonction mécanique entre ces deux sous-ensembles. Ce composant comprend des cables et des conduits qui prennent en charge les échanges de données (télécommunications, données des capteurs, commandes ...), d'énergie électrique et de fluides (oxygène, azote, eau, liquide caloporteur). Ces liaisons sont toutes redondantes. Des mécanismes basés sur des ressorts assurent la séparation des deux modules lorsque celle-ci est déclenchée quelques heures avant la rentrée atmosphérique[84].
Adaptateur entre le vaisseau Orion et la fusée SLS
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Le vaisseau Orion est fixée au deuxième étage du lanceur SLS par l'adaptateur OSA (Orion stage adapter) fabriqué par le Centre de vol spatial Marshall. C'est une structure creuse en forme de cône tronqué. La version utilisée avec le lanceur SLS dans sa version bloc I (étage supérieur IPCS) a un diamètre maximal de 5,4 mètres, une hauteur de 1,5 mètres et une masse de 1 270 kg. La paroi interne de l'adapteur peut servir de support pour des nano-satellites (en fonction des paramètres de la mission jusqu'à 17 Cubesats 6U et 12U représentant un volume total maximum de 14,6 m3) qui sont largués en orbite une fois que le deuxième étage s'est séparé du vaisseau Orion[82],[81]. Un diaphragme en composite carbone situé au fond de l'adaptateur empêche les gaz en provenance du lanceur d'arriver jusqu'au vaisseau Orion[113].
Déroulement d'une mission
Le scénario nominal prévoit que le vaisseau Orion s'amarre à la station spatiale Lunar Gateway en orbite autour de la Lune et qu'une partie de son équipage s'embarque alors dans le vaisseau HLS qui doit les emporter à la surface de la Lune. Pour la première mission sur le sol de notre satellite, la station spatiale ne sera sans doute pas encore en service aussi le transfert de l'équipage s'opérera directement entre Orion et HLS. Le déroulement décrit ci-dessous s'inspire pour les phases proches de la Terre du déroulement de la mission Artemis II.
Préparation du vaisseau Orion au sol
Lancement
Le lancement du vaisseau Orion avec son équipage est conditionné par le pré-positionnement du vaisseau lunaire HLS sur l'orbite lunaire.
- Une fois que le lanceur SLS a placé le vaisseau spatial sur une orbite terrestre haute, l'étage supérieur de la fusée est largué. Les astronautes vérifie le fonctionnement de l'ensemble des systèmes du vaisseau (cette phase dure 23 heures pour la mission Artemis II). Les résultats conditionnent l'injection sur une orbite de transit vers la Lune[114].
- Le moteur principal OMS est mis à contribution pour injecter le vaisseau Orion sur une orbite contournant la Lune[114].
Transit vers la Lune
- Durant le transit plusieurs corrections de trajectoire sont effectués à l'aide des moteurs du vaisseau[114].
Manoeuvres en orbite lunaire
- Le vaisseau Orion s'insère sur une NRHO en utilisant sa propulsion principale ;
- le vaisseau Orion réalise une manœuvre de rendez-vous avec le vaisseau lunaire Starship HLS auquel il s'amarre ;
- deux des astronautes embarquent à bord du vaisseau lunaire HLS et entament la descente vers le sol lunaire. Leur séjour à la surface de la Lune dure environ une semaine ;
- A la fin de la mission à la surface de la Lune, le vaisseau HLS redécolle, se place sur une orbite lunaire puis réalise une manoeuvre de rendez-vous spatial avec le vaisseau Orion ;
- son équipage réintègre alors le vaisseau Orion qui est resté sur une orbite NRHO durant leur séjour sur la Lune et retrouve les deux coéquipiers restés en orbite. Il embarque le résultat de la collecte des échantillons lunaires (environ 100 kilogrammes) et certaines expériences scientifiques ;
- le vaisseau Orion utilise sa propulsion pour quitter l'orbite lunaire et se placer sur une orbite qui doit le ramener sur Terre ;
Retour vers la Terre
Rentrée atmosphérique et amerrissage
- Quelques heures avant l'arrivée sur Terre, les membres d'équipage enfilent leur combinaison spatiale OCSS et débutent la check-list.
- 20 minutes avant le début de la rentrée atmosphérique, le module de service est largué ; ne disposant pas d'un bouclier thermique, il est détruit lors de sa propre rentrée atmosphérique, les débris retombant dans l'océan.
- La rentrée atmosphérique proprement dite commence à une altitude de 122 kilomètres alors qu'Orion se déplace à la deuxième vitesse cosmique soit environ 12 km/s (46 300 km/h). La capsule utilise ses propres propulseurs d'attitude pour piloter sa trajectoire et du plasma se forme autour du véhicule, ce qui interrompt brièvement les télécommunications avec le contrôle au sol[115].
- Le vaisseau utilise la technique du rebond atmosphérique c'est à dire qu'il utilise sa portance aérodynamique de l'engin spatial dans la haute atmosphère pour ressortir de l'atmosphère avant d'y replonger et ce éventuellement plusieurs fois. Cette technique permet de choisir la zone d'atterrissage en allongeant de manière ajustable la distance durant laquelle l'engin spatial séjourne dans l'atmosphère. Elle permet de limiter les moyens qui sont déployés pour la récupération des vaisseaux. Alors que la distance parcourue par les vaisseaux Apollo après le début de leur rentrée atmosphérique était de 3 200 km, le vaisseau Orion peut ainsi parcourir jusqu'à 10 200 kilomètres avant d'amerrir[116].
- Lorsque l'altitude n'est plus que de 11 kilomètres les panneaux protégeant les parachutes son éjectés
- Deux parachutes de freinage de 7 mètres de diamètre sont déployés à 7,5 kilomètres d'altitude afin de stabiliser et ralentir la capsule à moins de 500 km/h.
- Lorsque l'altitude descend sous 2,9 kilomètres, trois parachutes pilotes de 3 mètres de diamètre déploient les trois parachutes principaux de 35 mètres de diamètre, freinant la descente de la capsule de 210 à 27 km/h au moment de l'amerrissage dans l'océan Pacifique.
- Immédiatement après l'amerrissage cinq ballons au sommet de la capsule sont gonflés afin de la redresser si elle se stabilise sur le côté ou à l'envers[115].
- L'équipage est ensuite extrait de la capsule et récupéré par des plongeurs de la marine américaine, puis la capsule est récupérée dans le radier inondable de l'USS Somerset, un navire de débarquement de la classe San Antonio[117].
Liste des missions réalisées ou prévues
Plusieurs missions à la surface de la Lune sont programmées mais leur date tout comme les modalités précises de leur déroulement restent flous du fait des retard dans la mise au point du vaisseau lunaire HLS. Artemis III (pas avant 2028) est le deuxième vol avec équipage d'Orion et la première mission habitée sur la Lune depuis Apollo 17 en 1972. Il doit emporter un équipage de quatre astronautes dont deux (un homme et une femme) doivent descendre à la surface de la Lune[118].
| Mission | N°¹ | Lancement | Atterrissage | Durée | Insigne | Description | Véhicule | Lieu | Statut |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Artemis II | 3/2 | 1 avril 2026 | 10 jours | |
Premier vol habité du programme, trajectoire de retour libre autour de la Lune, sans mise en orbite ni atterrissage. | SLS Block 1 | Centre spatial Kennedy SLC-39B | En développement | |
| Artemis III | 4/3 | pas avant 2028 | Deuxième vol habité du programme, premier atterrissage américain sur la Lune depuis le programme Apollo. Première mission habitée du Starship HLS. | SLS Block 1 | Centre spatial Kennedy SLC-39B | En projet | |||
| Artemis IV | 5/4 | Troisième vol habité et deuxième atterrissage sur la Lune du programme. Deuxième mission habitée du Starship HLS. Première mission vers la station Lunar Gateway et première utilisation du SLS Block 1B, livraison du module européen d'habitation I-Hab. | SLS Block 1B | Centre spatial Kennedy SLC-39B | En projet | ||||
| Artemis V | -/- | Quatrième vol habité et troisième atterrissage sur la Lune du programme. Première mission habitée du Blue Moon HLS. Deuxième mission vers la station Lunar Gateway et livraison du module européen de ravitaillement et d'observation Lunar View. | SLS Block 1B | Centre spatial Kennedy SLC-39B | En projet | ||||
| Artemis VI | -/- | Cinquième vol habité et quatrième atterrissage sur la Lune du programme. Atterrisseur lunaire en attente de sélection. Troisième mission vers la station Lunar Gateway et livraison du module de sas émirati, dernier module de la station. | SLS Block 1B | Centre spatial Kennedy SLC-39B | En projet | ||||
| ¹N° exemplaire module d'équipage/N° exemplaire module de service | |||||||||
Missions envisagées dans le cadre du programme Constellation avant 2010
Selon les plans originaux, Orion devait être lancé par le lanceur Ares I pour les missions vers l'orbite basse (desserte de la Station spatiale internationale) comme pour les missions vers la Lune. Le lanceur lourd Ares V, capable de satelliser 125 tonnes de son côté, aurait été chargé de la mise en orbite du module Altair, chargé d'atterrir sur la surface lunaire et qui joue un rôle analogue à celui du module lunaire (LM) du programme Apollo. Comme dans le scénario des missions Apollo, l'équipage aurait placé l'ensemble formé par Orion et Altair en orbite lunaire puis utilisé le module Altair pour descendre sur le sol lunaire puis en revenir. Toutefois, contrairement aux missions Apollo, c'est l'ensemble de l'équipage qui serait descendu sur le sol lunaire. La NASA retient à l'époque ce concept éprouvé et donc moins cher qui permet théoriquement de limiter les risques de retard : la NASA doit en effet disposer d'un moyen de transport pour remplacer la navette spatiale américaine dont le retrait est effectif depuis 2011. Depuis 2011, la NASA dépend des vaisseaux russes Soyouz pour l'envoi de ses astronautes dans l'espace. Cette tâche va être affectée aux futurs CST-100 Starliner de Boeing et Crew Dragon de SpaceX.
Vue d'artiste de l'Orion version 2008 et de l'ISS.
Vue d'artiste de la première version de l'Orion (Crewed Exploration Vehicle) et du module lunaire Altaïr.
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