Le bouclier thermique de l’Artemis II de la NASA s’apprête à subir son ultime épreuve alors que l’équipage d’Orion se prépare pour la rentrée. Ed Macaulay, maître de conférences en physique et en science des données, explique à Live Science les raisons d’être confiant avant l’amerrissage historique d’aujourd’hui.
Le bouclier thermique de l’Artemis II est essentiellement le même que celui de l’Artemis I, qui a subi des dommages inattendus lorsque le vaisseau spatial Artemis I Orion (photo ci-dessus) est rentré dans l’atmosphère terrestre après un vol non habité autour de la lune en 2022. (Crédit image : NASA) Abonnez-vous à notre newsletter
Le vaisseau spatial Orion Artemis II devrait amerrir plus tard aujourd’hui (10 avril), tandis que le monde attend de souhaiter la bienvenue à l’équipage record de la mission. Jusqu’à présent, la mission lunaire Artemis II a été un succès retentissant, mais cette dernière étape du voyage préoccupe certains experts.
Il y a un problème avec le bouclier thermique d’Artemis II, qui est censé protéger les astronautes de la chaleur intense de la rentrée. La NASA est convaincue qu’une modification de la trajectoire de rentrée suffira à atténuer les problèmes du bouclier thermique observés lors du vol d’essai Artemis I, et à assurer la sécurité des astronautes aujourd’hui.
Patrick Pester : Qu’est-ce que le bouclier thermique d’Orion et pourquoi est-il important ?
Ed Macaulay : Le bouclier thermique est une partie absolument essentielle du vaisseau spatial Orion. Lorsque le vaisseau spatial Orion reviendra et rentrera dans la Terre, il voyagera à une vitesse d’environ 25 000 miles par heure (40 000 km/h) — c’est une vitesse tout simplement incroyable. Pour vous donner une idée, à cette vitesse, il parcourrait la distance du marathon de Londres [ou du marathon de New York] en environ quatre secondes.
En raison de cette vitesse, la capsule atteindra des températures lors de la rentrée d’environ la moitié de celles de la surface du soleil [5 000 degrés Fahrenheit ou 2 800 degrés Celsius]. Le bouclier thermique est essentiel pour protéger la capsule de cette chaleur intense de la rentrée. Sans lui, la capsule fondrait et brûlerait complètement.
PP : Pouvez-vous expliquer pourquoi certains experts s’inquiètent du bouclier thermique ?
EM : Certaines préoccupations ont été soulevées concernant le bouclier thermique, car Artemis II est une version habitée de la mission non habitée Artemis I qui a volé il y a quelques années. Elle a été conçue pour être exactement le même profil de mission, mais sans aucun être humain à bord. Lorsque la capsule Artemis I est revenue sur Terre, elle a traversé l’atmosphère en toute sécurité, mais les dommages et les effets sur le bouclier thermique ont été plus graves que ce qui avait été anticipé par la modélisation.
Le bouclier thermique est conçu pour brûler sous l’effet de la chaleur ; il n’est pas conçu pour rester complètement intact et immaculé. On peut presque le considérer comme une sorte de zone d’écrasement d’une voiture, mais pour la chaleur. Dans une voiture, la zone d’écrasement est conçue pour se comprimer lors de l’impact afin que les passagers soient en sécurité. Le bouclier thermique est conçu pour brûler et se fragmenter, et ainsi dissiper la chaleur.
Ce qui a été surprenant avec le bouclier thermique d’Artemis I, c’est que des parties du bouclier thermique avaient brûlé et se détachaient en gros morceaux. Il ne s’érodait pas uniformément. Cela semble être causé par des gaz chauds piégés dans le bouclier thermique. À mesure qu’ils chauffent, ils se dilatent, arrachent des morceaux du bouclier thermique et provoquent ces dommages.
Pour Artemis II, la NASA a décidé de conserver le même bouclier thermique qu’avec Artemis I. Au lieu de cela, ils ont décidé de modifier le profil de rentrée pour exercer moins de contraintes sur le bouclier thermique. Ainsi, on espère obtenir une ablation uniforme du bouclier thermique et éviter qu’il ne brûle en gros morceaux.
Le bouclier thermique d’Orion Artemis I a subi une perte de carbone inattendue. (Crédit image : NASA)
PP : Est-ce que je comprends bien que la NASA va adopter une approche plus directe plutôt que d’opter pour une rentrée à rebond, qui aurait pu causer les problèmes la première fois ?
EM : En résumé, c’est exactement ce qu’ils font. Le profil de rentrée à rebond a été conçu en principe pour rendre la rentrée plus facile pour la capsule et pour l’équipage. Parce que vous arrivez dans l’atmosphère à 25 000 miles par heure et qu’en quelques minutes, toute cette vitesse doit être dissipée, transformée en chaleur.
L’idée avec le profil de rentrée à rebond est qu’avant de revenir directement dans l’atmosphère, la capsule effleure la surface de l’atmosphère, dissipe un peu de cette vitesse, puis ressort, et revient plus tard pour la rentrée complète. En principe, cela exercera moins de contraintes sur la capsule en termes de température, en termes de force g [force gravitationnelle].
Ce qui semble se produire en pratique, cependant, c’est que comme tout ce processus prend plus de temps, il y a plus de temps pour que ces gaz piégés dans le bouclier thermique chauffent, se dilatent et causent des dommages. C’est pourquoi, pour Artemis II, la capsule adoptera un profil de rentrée directe ; le même profil de rentrée que celui utilisé pour les missions Apollo.
On espère ainsi qu’il y aura moins de temps pour que les gaz causent des dommages. L’autre avantage de la rentrée directe est qu’elle est plus simple à modéliser. L’équipe de la NASA et tous les ingénieurs associés ont passé énormément de temps à faire des simulations informatiques de ces profils de rentrée, essayant de déterminer à quel point le bouclier thermique va chauffer et quels seront les dégâts.
Avec une rentrée à rebond, l’ensemble du processus est plus complexe. Vous essayez de modéliser comment quelque chose va rebondir puis revenir. Avec une rentrée directe, c’est plus simple. J’ai presque l’impression que c’est “mieux vaut le diable que l’on connaît”.
PP : Donc, peut-être un peu plus inconfortable pour l’équipage, mais mieux pour le bouclier thermique ?
EM : Oui, je pense que c’est peut-être le compromis. Et l’équipage d’Artemis II est constitué de professionnels si accomplis lorsqu’il s’agit de supporter des forces g. Donc, si vous parlez de forces g de 4 G ou quelque chose de similaire, ils ne cilleront même pas. Ils s’entraînent pour des charges g bien plus élevées. Tirer quelques G pendant quelques minutes, ce ne sera absolument pas un drame pour l’équipage d’Artemis II.
Le vaisseau spatial Orion Artemis II a survolé la lune et ramène maintenant son équipage sur Terre. (Crédit image : NASA)
PP : Vous seriez prêt à parier votre vie sur ce bouclier thermique ?
EM : La réponse courte, si vous me demandez, serait non. Je pense qu’il y a des raisons d’être confiant à ce sujet car, même avec le bouclier thermique d’Artemis I se désintégrant en gros morceaux, l’équipage aurait quand même été en sécurité s’il y avait eu des humains à bord. Je pense que cela montre qu’il y a une marge de sécurité dans ce bouclier thermique. Même si les choses ne sont pas tout à fait, comme on dit à la NASA, “hors norme” — pas entièrement normales — il y a une marge de sécurité raisonnable dans ce que le bouclier thermique peut supporter. Ce n’est pas tout à fait la même chose que de me demander personnellement, serais-je le prochain sur la liste pour aller sur Artemis II ?
L’équipage d’Artemis II est clairement un groupe d’astronautes extraordinaires. Ils ont tous manifestement le talent nécessaire. Et ce qu’ils font dans cette mission est vraiment extraordinaire. Ils vont beaucoup plus loin que l’humanité ne l’a fait depuis plus d’un demi-siècle.
Je suis sûr qu’ils ont tous étudié tous ces détails car personne n’est plus investi dans ce bouclier thermique qu’eux. Et je suis sûr qu’ils auront tous confiance dans le travail accompli par tous les scientifiques et ingénieurs impliqués dans le bouclier thermique.
Avec la mission Artemis II jusqu’à présent, elle a été un succès extraordinaire d’un point de vue technique. Je pense que cela donne des raisons d’être confiant quant à la rentrée, car il semble y avoir toutes les raisons de s’attendre à ce que la trajectoire soit absolument nominale, absolument conforme à ce pour quoi elle est conçue. Et espérons que cela leur offrira le meilleur voyage possible lors de la rentrée.
PP : Mais vous ne voudriez pas personnellement assumer le risque, ou vous ne voudriez pas être astronaute en général ?
EM : Personnellement, je suis un voyageur aérien nerveux. Et je pense qu’il est facile d’oublier à quel point le risque est élevé dans les vols spatiaux habités et à quel point ce risque est plus grand que tout ce que nous expérimentons normalement au quotidien. Seulement quelques centaines de personnes sont jamais allées dans l’espace. Nous n’avons même pas eu 1 000 personnes aller dans l’espace. Et, très malheureusement, même avec seulement quelques centaines de missions spatiales habitées, il y a eu des missions fatales.
PP : Y a-t-il autre chose que vous aimeriez ajouter pour conclure ?
EM : Mon opinion personnelle est que cette mission a été un succès extraordinaire jusqu’à présent, pour toutes sortes de raisons. D’un point de vue technique, la mission a été un succès incroyable ; le Space Launch System [fusée], les propulseurs, l’entrée en orbite initiale, l’injection translunaire — la performance du système a été incroyable.
Mais plus que cela, ces quatre astronautes ont été absolument incroyables. Non seulement ils ont accompli leurs tâches techniques, mais ils ont apporté cette connexion humaine, cette perspective humaine, et ont emmené le reste de la planète Terre dans ce voyage.
Une partie de mon enthousiasme réside dans le fait que tout cela ne s’arrêtera pas lorsque Artemis II reviendra pour sa rentrée. Ce n’est que le début d’un tout nouveau chapitre : les plans très ambitieux récemment annoncés par la NASA pour cette présence humaine continue sur la lune et des projets concrets et passionnants pour les prochaines missions Artemis. C’est donc vraiment le début d’un tout nouveau chapitre.
Note de l’éditeur : Cet entretien a été modifié et condensé pour plus de clarté.
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