Le rover VIPER, pour cartographier la glace d'eau sur la Lune
- Lancement :
- État de la mission : en développement
Les rovers agissent comme les yeux et les mains des scientifiques : ils aident à analyser des échantillons de roche, de sol et de composés volatils sur place, et renvoient des données à la Terre. Grâce à leurs outils et instruments, ils peuvent aider les scientifiques à en savoir plus sur les ressources importantes de la Lune qui seront nécessaires pour y établir une présence à long terme et envoyer des êtres humains dans l'espace lointain.
Le rover VIPER (pour Volatiles Investigating Polar Exploration Rover) de la NASA cartographiera la glace d'eau près du cratère Nobile, au pôle Sud de la Lune. Il s'agit de la première mission de cartographie des ressources sur un autre corps céleste. Alimenté par l'énergie solaire, ce rover de la taille d'une voiture de golf utilisera plusieurs instruments scientifiques et une foreuse d'un mètre de longueur pour recueillir des échantillons à des endroits précis sélectionnés par des experts et les analyser sur place.
Cette image de la région polaire sud de la Lune est une mosaïque de plus de 1500 images prises par l'engin spatial Clementine. La région autour du cratère Nobile (encerclé) est l'endroit où VIPER va se déplacer. Comme l'axe de rotation de la Lune est presque perpendiculaire au Soleil, la lumière du Soleil n'atteint pas le fond des cratères aux pôles. Le pôle Sud de la Lune contient donc de nombreuses zones qui sont ombragées en permanence, ce qui en fait une cible attrayante pour les missions d'exploration pour trouver de l'eau. (Source : NASA/JPL/USGS/Agence spatiale canadienne.)
Quels sont les composés volatils sur la Lune?
Les composés volatils sont des éléments ou des composés chimiques qui peuvent être facilement vaporisés. L'hydrogène, l'eau, l'hélium et le dioxyde de carbone sont des exemples de composés volatils. Lorsqu'ils sont chauffés, ces composés peuvent être libérés sous forme de gaz, ce qui les rend difficiles à manipuler. Cependant, les composés volatils sont susceptibles de jouer un rôle clé dans la présence durable d'êtres humains sur la Lune, car ils pourraient être utilisés comme source de carburant, pour créer de l'air respirable, ou comme source d'eau.
Les composés volatils présents dans le régolite lunaire (le sol lunaire) peuvent avoir différentes origines :
- ils peuvent avoir été piégés chimiquement quand la Lune s'est formée;
- ils peuvent être apportés par le vent solaire ou provenir de l'impact d'une comète ou d'une météorite;
- ils peuvent être redistribués à partir de différentes zones de la Lune.
Vue d'artiste du rover VIPER sur la Lune. Équipé de phares, VIPER aidera à déterminer la répartition de la glace d'eau à la surface et sous la surface jusqu'à une profondeur de un mètre. (Source : Centre de recherche Ames de la NASA/Daniel Rutter.)
Objectifs
Les objectifs de la mission VIPER sont les suivants :
- cartographier l'emplacement des dépôts de glace;
- prélever des échantillons de sol pour déterminer la répartition de la glace d'eau;
- en savoir plus sur l'origine de l'eau sur la Lune;
- préparer l'exploration habitée de l'espace lointain.
Défis de la conception d'un rover lunaire
Créer un rover capable de résister aux conditions de la Lune n'est pas une tâche facile. Les ingénieurs doivent adapter VIPER de manière unique pour qu'il puisse fonctionner en dépit ce qui suit : contrastes extrêmes de luminosité, écarts extrêmes de température, divers types de sol et parois de cratère abruptes. Le rover doit également être capable de communiquer avec la Terre.
- Contrastes extrêmes de luminosité
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Les très grandes différences de luminosité entre les zones ensoleillées et les zones d'ombre sur la Lune constitueront un défi unique. Sur Terre, les particules présentes dans l'air réfléchissent et diffusent la lumière du Soleil de sorte que les ombres ne sont pas totalement sombres, mais faiblement éclairées par une lumière indirecte. Sur la Lune, il n'y a pas d'air, donc pas de particules pour réfléchir et diffuser la lumière du Soleil : certaines zones sont exposées à une lumière solaire très vive et d'autres sont d'un noir d'encre. Les ombres au pôle Sud sont longues et se déplacent rapidement en raison du faible angle du Soleil par rapport à l'horizon. Cet angle faible, combiné à certaines caractéristiques topographiques, peut faire en sorte que certaines zones ne sont jamais exposées au Soleil : elles sont ombragées en permanence. Ces écarts de luminosité peuvent avoir une incidence sur la perception de la profondeur du rover et sa capacité à détecter les dangers.
- Écarts extrêmes de température
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Équipé de phares, le rover VIPER sera en mesure d'explorer les cratères ombragés en permanence du pôle. Les conditions de luminosité de la Lune exigent l'utilisation d'un système spécialisé d'éclairage et de caméra. Et les écarts ne s'arrêtent pas à la luminosité; en effet, le passage de la lumière du Soleil à l'ombre s'accompagne aussi d'écarts extrêmes de température. Entre les zones ombragées et les zones ensoleillées, la température peut passer de −248 à 123 °C.
Les cratères ombragés en permanence situés près du pôle Sud de la Lune comptent parmi les endroits les plus froids du Système solaire, où l'on pense que de la glace a été stockée pendant des milliards d'années. Comme l'eau est restée gelée pendant très longtemps, les scientifiques de la mission seront en mesure d'étudier l'origine de l'eau sur la Lune et de déterminer la quantité d'eau qui s'y trouve. Vu que le rover est alimenté par l'énergie solaire, il devra recharger ses batteries au Soleil et ses appareils de chauffage devront le maintenir suffisamment chaud pour qu'il puisse se rendre échantillonner dans les cratères ombragés.
- Planification de l'itinéraire
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Pour économiser de l'énergie, le rover VIPER devra être capable de se déplacer vers un «
lieu sûr
» et d'entrer en hibernation. Les endroits où les nuits sont plus courtes sont des lieux sûrs. Pour le rover VIPER, il est important de disposer d'un endroit où les rayons de soleil peuvent atteindre ses panneaux solaires afin de maintenir ses batteries chargées. Il est essentiel que le rover VIPER puisse se rendre dans un endroit sûr pour garder ses composants internes au chaud. - Mobilité
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Les roues du rover doivent être très polyvalentes pour permettre au rover de rouler sur des sols variés et de se déplacer dans les cratères. Le rover VIPER peut se déplacer latéralement, en diagonale ou même faire pivoter ses roues pour faire marche arrière tout en se maintenant face à la même direction. S'il rencontre un sol mou, il peut même actionner chaque roue séparément. Entièrement métalliques, les roues permettent au rover de gravir des pentes pouvant atteindre 30 degrés.
Source : NASA/GRC/Bridget Caswell.
Source : NASA/GRC/Jef Janis.
Les roues du rover doivent être soumises à de nombreux tests. Photographiées ici au Simulated Lunar Operations Laboratory du centre de recherche Glenn de la NASA, les roues entièrement métalliques gravissent des pentes raides, traversent des matières meubles et passent par-dessus de grosses pierres.
- Communication avec le rover
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Les communications radio en visibilité directe avec la Terre permettent à l'équipe de travailler de manière interactive en temps quasi réel. Les communications seront transmises par le Deep Space Network. Le délai ne sera que de 6 à 10 secondes (en comparaison de 10 à 20 minutes pour Mars). Les opérateurs du rover pourront ainsi prendre rapidement des décisions en fonction des obstacles que le rover rencontre.
De à , six missions Apollo ont rapporté 382 kg de roches, de sable, de poussière et de carottes de sondage de la Lune. Dans le cadre du programme Luna de l'Union soviétique, trois missions ont rapporté sur Terre 300 grammes d'échantillons lunaires en , et .
Les études des roches lunaires fournissent des renseignements sur l'origine de la Lune, la formation de la croûte lunaire et l'histoire de l'activité solaire. Les missions d'orbiteur et d'impact ont montré la présence d'un peu de glace d'eau.
L'objectif est que le rover VIPER parcoure jusqu'à 20 km pour prélever directement des échantillons de glace d'eau à différentes profondeurs et températures. Sa mission aidera les scientifiques à déterminer la répartition, l'origine et la permanence de l'eau gelée sur la Lune.
Rôle du Canada dans la mission
Myriam Lemelin, professeure de géomatique appliquée, Université de Sherbrooke. (Source : Université de Sherbrooke.)
L'Agence spatiale canadienne accorde une subvention à l'Université de Sherbrooke pour soutenir la participation de Myriam Lemelin, professeure de géomatique appliquée, à titre de membre de l'équipe scientifique de la mission.
La Pre Lemelin a été sélectionnée par la NASA comme l'une des experts qui accroitront la valeur scientifique des échantillons analysés par les instruments de télédétection du rover : le NIRVSS (système de spectrométrie dans le proche infrarouge des composés volatils) et l'AIM (module d'imagerie du centre de recherche Ames). Elle mettra à profit son expertise en matière de télédétection pour aider à en savoir plus sur la composition des composés volatils, notamment la glace d'eau, et sur les processus géologiques dans la région du pôle Sud.
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