Retour d’Artemis II : les 8 minutes de poussée brûlante

Mise à jour : le retour de la capsule Orion s’est conclu avec succès et les quatre astronautes de l’équipage vont bien.

Ils sont partis le 2 avril depuis la Floride sur une colonne de feu blanc. Ils ont survolé la face cachée de la Lune, battu le record de distance par rapport à la Terre établi par Apollo 13 en 1970, atteignant les 406 771 kilomètres de notre planète. Ils ont vu la Terre se lever derrière le satellite comme aucun être humain ne l’avait vu depuis plus d’un demi-siècle.

Maintenant, Reid Wiseman, Victor Glover, Christina Koch et Jeremy Hansen, les quatre astronautes de la mission Artemis II, se préparent à affronter celle qui, sur le plan technique, est la phase la plus dangereuse de toute l’aventure: rentrer chez soi. L’amerrissage est prévu pour 02h07, heure française, samedi 11 avril, dans l’océan Pacifique au large de San Diego, en Californie.

Mais avant de toucher l’eau, la capsule Orion, baptisée Integrity par l’équipage, devra traverser un enfer de plasma, supporter des températures qui feraient fondre la plupart des métaux connus et démontrer qu’un bouclier thermique déjà fissuré une fois est prêt à jouer son rôle lorsque des vies humaines sont en jeu.

Avant le retour, le module d’équipage se séparera du module de service, construit par l’Agence spatiale européenne (ESA), qui abrite l’instrumentation et le moteur utilisés pour les manœuvres orbitales. À ce stade, le module de service n’est plus utile: il rentrera dans l’atmosphère et se désintégrera. La capsule elle-même, un cône tronqué d’environ 5 mètres de diamètre à sa base, pointera le bouclier thermique vers l’atmosphère pour protéger les quatre astronautes des températures extrêmes du retour.

LA DIFFUSION EN DIRECTE DE LA NASA

Imaginez lancer un objet de huit tonnes contre un mur d’air. À 40.000 kilomètres par heure, soit presque 11 km/s: la capsule transformera l’air ambiant en plasma incandescent, atteignant des pics de 2 800 degrés Celsius, presque la moitié de la température de la surface du Soleil.

La phase critique durera environ huit minutes, durant lesquelles le bouclier thermique devra résister, la trajectoire doit être exacte et les systèmes doivent fonctionner ensemble. Pendant ce temps, le plasma enveloppe totalement la capsule, bloquant toute communication radio avec la Terre pendant environ six minutes. Le Centre de contrôle de la mission de Houston perdra le signal. Les astronautes seront seuls, enveloppés par le feu, dans un silence total.

La NASA a calculé qu’Artemis II atteindrait une vitesse maximale de 10.657 mètres par seconde, proche du record établi par Apollo 10 en 1969: l’un des retours habités les plus rapides de l’histoire.

Le matériau qui doit protéger la capsule s’appelle Avcoat et il est issu de l’expérience du programme Apollo. Il y a deux ans, il ne s’était pas comporté comme prévu.

Cette peau est conçue pour brûler et s’effriter de façon contrôlée: lors du retour, la chaleur fond littéralement les couches externes du bouclier, qui s’évaporent et emportent avec elles l’énergie thermique, empêchant qu’elle pénètre dans l’habitacle. L’Avcoat a été inséré dans une grille en nid d’abeille composée de plus de 300 000 cellules, formant une barrière compacte de 5 mètres de diamètre.

Le problème est que lors de la mission sans équipage Artemis I en 2022, ce matériau ne s’était pas comporté comme prévu. La capsule est revenue intacte et la température interne est restée à 24°C, mais les marges de sécurité se sont révélées plus resserrées que prévu. Pas un échec, mais une alerte qui ne pouvait être ignorée. L’enquête de la NASA a déterminé que le problème venait de la trajectoire de skip reentry utilisée dans ce vol: Orion avait été faite rebondir sur l’atmosphère comme une pierre sur l’eau et, lors des phases de chauffage intermittent, les gaz emprisonnés dans l’Avcoat ne parvenaient pas à sortir, faisant exploser le revêtement de l’intérieur. Résultat: plus de 100 points d’érosion irrégulière sur le bouclier, des fragments perdus de manière imprévisible.

La NASA se trouva face à un dilemme épineux: le bouclier d’Artemis II était déjà assemblé, identique à celui défectueux. Il n’y avait pas de temps pour le redessiner. La solution proposée était contre-intuitive: au lieu de réduire la charge thermique, l’augmenter, mais pour une durée plus courte. L’idée était qu’un pic thermique plus élevé pendant quelques minutes produirait moins de contraintes sur le matériau que le chauffage prolongé mais moins intense.

Les essais semblent avoir confirmé cette hypothèse. Tous ne sont pas convaincus, cependant. Charlie Camarda, ancien spécialiste de mission avec trois diplômes d’ingénierie, a qualifié cette décision de « folie », soutenant que la NASA continue à « pousser le bouchon » plutôt que de s’attaquer au problème à la racine. D’autres experts, après avoir examiné les données, ont changé d’avis. Le désaccord entre des ingénieurs de renom, avec des vies humaines en jeu, est resté ouvert jusqu’au lancement.

Pour comprendre le retour d’Artemis II, il faut imaginer une pierre plate lancée sur la surface d’un lac. C’est la skip reentry, le retour «à rebond» qui caractérise Orion: la capsule entre dans l’atmosphère, remonte légèrement puis réentre une seconde fois, réduisant le stress sur les astronautes et améliorant la précision de la trajectoire.

La décélération se produit en deux phases, répartissant les forces g sur le corps des astronautes et permettant de viser avec une plus grande précision la zone d’amerrissage.

Dans la phase initiale, Integrity effectuera un premier «plongeon» contrôlé dans les couches supérieures de l’atmosphère. L’attrition générera des températures proches de 2 760°C, mais avant que la chaleur puisse pénétrer excessivement dans la structure, la capsule utilisera la portance générée par son inclinaison pour remonter brièvement.

Puis la seconde entrée, définitive, vers l’océan. Cependant, précisément en raison des problèmes d’Artemis I, la NASA a modifié le profil de vol en concevant une trajectoire dite « loft »: une entrée dans l’atmosphère à un angle plus raide et plus direct, qui raccourcit la distance parcourue dans l’atmosphère et limite le temps passé dans la plage thermique critique. Moins de rebond, plus de descente directe. Un compromis entre la nécessité de protéger les astronautes contre la décélération et celle de ne pas cuire le bouclier de l’intérieur.

Les parachutes, l’océan, les secours.Si le bouclier tient, la séquence finale est presque élégante dans sa mécanique. Après la phase de chauffage, à environ 7 500 mètres d’altitude, deux parachutes de freinage s’ouvriront.

Puis trois parachutes principaux, chacun de 35 mètres de diamètre, ralentiront Orion de 750 à environ 27 km/h pour l’amerrissage. Cinq airbags orange se gonfleront pour maintenir la capsule droite. Un navire amphibie de la Marine américaine sera là pour les récupérer, avec des équipes navales spécialisées prêtes à intervenir immédiatement après l’impact avec l’eau.

La mission Artemis II n’est pas allée sur la Lune. Les astronautes n’ont pas laissé de traces sur le sol lunaire. Et pourtant cette mission est, dans un sens précis, le test qui décide tout ce qui viendra ensuite: si le retour du 11 avril se termine avec succès, Artemis II n’aura pas seulement ramené quatre personnes de l’environnement lunaire, elle aura validé que le bouclier thermique redessiné fonctionne dans les conditions les plus extrêmes jamais rencontrées par une capsule moderne.

Cette confirmation est le dernier maillon technique avant que la NASA ne puisse autoriser l’alunissage d’Artemis IV, prévu au plus tôt en 2028. Cette nuit, tandis que la plupart d’entre nous dormiront, quatre êtres humains traverseront un mur de plasma à 40.000 kilomètres par heure. Ils portent avec eux des milliers de photographies de la Lune, des données scientifiques précieuses, un record de distance par rapport à la Terre qui tenait depuis 1970. Et un bouclier qui, cette fois, doit tenir.