Présentation d’ensemble et calendrier nominal
La Gateway est une station destinée à être placée sur une orbite hautement elliptique survolant le pôle Sud de la lune, pouvant accueillir un équipage, permettant la conduite d’expériences technologiques et scientifiques, et pouvant constituer un point de jonction pour des missions à destination ou en provenance de la Terre, de la lune ou de Mars.
Avec le lancement de son premier module, le PPE, en 2022, cette station devrait être composée à l’horizon 2025 de deux modules d’utilisation, de deux modules d’habitation (d’un volume global de 125 m3, à comparer avec le volume habitable de 388 m3 de la station spatiale internationale), de sas permettant les activités extravéhiculaires et l’amarrage d’engins visiteurs, d’un module logistique et d’un bras robotique.
La Gateway pourra accueillir un maximum de quatre astronautes, pour des séjours d’une durée d’un à trois mois. Du fait du coût élevé de sa desserte, la Gateway n’a pas vocation à être habitée en permanence . La NASA n’exclut pas l’occupation de la station par des équipages étrangers ou commerciaux.
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Calendrier nominal
Pour mémoire, les deux premiers vols du dytique SLS (version Block 1) / Orion sont respectivement prévus en 2020 (Exploration Mission-1, sans équipage, orbite rétrograde distante) et 2022 (Exploration Mission-2, avec équipage, orbite de survol de la lune).
Le lancement du PPE est programmé durant la seconde moitié de 2022, avec un lanceur privé plaçant l’engin sur une trajectoire en direction de la lune. Le PPE doit effectuer lui-même son injection en orbite lunaire, le contractant en charge effectuant, au maximum une année durant, un ensemble d’activités destinées à démontrer à la NASA les capacités de l’engin.
Les modules d’utilisation (module ESPRIT European System Providing Refuelling, Infrastructure and Telecommunications et module de la NASA) doivent être lancés en 2023, avec la capsule Orion avec équipage, par une SLS Block 1B (dotée de l’Exploration Upper Stage) depuis la plateforme de lancement Mobile Launcher-2, dans le cadre de l’Exploration Mission-3.
Les deux modules d’habitation (un fourni par des partenaires internationaux, un par le secteur privé américain) seraient lancés en 2024 et 2025 par une SLS. Le module EVA, un module logistique et un bras robotique devraient également être lancés à l’horizon 2024.
Le module de puissance et de propulsion (PPE)
Calendrier (et considérations budgétaires)
La NASA a lancé le 6 septembre une consultation finale (Broad Agency Announcement – BAA) portant sur un « Spacecraft Demonstration of a Power and Propulsion Element », une sollicitation qui avait fait l’objet d’un appel à commentaires en juillet dernier. Cette consultation établit un ensemble de spécifications (cf. infra), tout en tablant sur le fait que le secteur privé recourra le plus possible à des technologies disponibles.
La date limite de réponse est fixée au 15 novembre, l’engagement contractuel étant prévu en mars 2019. Les contractants devront proposer un calendrier, avec un lancement pas plus tard que septembre 2022, et une démonstration en vol pas plus longue qu’une année, devant prendre fin au plus tard en septembre 2023.
A noter que la passation de contrat reste sujette à la promulgation d’un budget pour l’exercice 2019. A ce jour, les deux commissions d’appropriations de Chambre et du Sénat se sont, certes, prononcées pour un budget de 504 M$ pour la Gateway, mais le volet de la loi de finance comprenant cette proposition (Commerce, Justice, Science and Related Agencies) n’a pas encore été voté par le Congrès. Le calendrier de décision budgétaire actuellement entrevu laisse, en fait, présager une promulgation au plus tôt début décembre, avec la mise en œuvre d’une continuing resolution pour ce chapitre de la loi fiscale jusqu’à cette échéance. S’agissant d’un nouveau programme, toute activité en lien avec la Gateway ne peut être couverte par une continuing resolution et doit faire l’objet d’une mention explicite dans la loi de finance 2019.
Principales caractéristiques techniques du PPE
Le principal développement technologique est le système de propulsion électrique solaire (SEP). Sur ce sujet, la BAA spécifie : « le modèle de vol du PPE utilisera un système de propulsion électrique solaire capable de fonctionner over a thrust-to-power ratio range of at least 43 – 52 mN/kW (millinewtons per kilowatt) ».
Outre le SEP, le PPE comprendra un système de propulsion chimique (monopropergol hydrazine).
Les contraintes en termes de maintien de l’orbite apparaissent peu élevées (« le modèle de vol du PPE effectuera des manœuvres de maintien avec une magnitude maximale de moins de 10 m/s de delta-v par an »).
Apres la période de démonstration, la NASA exercera son droit de propriété sur l’engin spatial, la masse du PPE ne devant pas excéder 8 000 kg (incluant 1 050 kg de xénon pour le SEP et 800 kg d’hydrazine pour le système de contrôle de réaction).
L’orbite
L’orbite choisie pour la Gateway sera de type orbite de halo : L2 Southern Near Rectilinear Halo Orbit. Celle-ci offre une stabilité et permet d’envisager des missions de ravitaillement avec des lanceurs commerciaux.
Sur son orbite hautement elliptique, les distances minimale et maximale de la Gateway par rapport à la lune seront respectivement de 1 500 km et de 70 000 km (pour mémoire, la distance moyenne entre la Terre et la lune est de 384 000 km). La période de rotation sera de six jours, à l’extérieur de la zone d’ombre lunaire, ce qui permet des communications ininterrompues avec la Terre.
Ravitaillement
Le choix de l’orbite permet d’envisager le recours à des lanceurs privés pour le transport de fret vers la Gateway. La capacité de transport en orbite TLI (Trans Lunar Injection) du SLS est de l’ordre de 44 m3 alors que celles du Falcon Heavy et du futur New Glenn se situent entre 11 et 15 m3, ce qui permet d’envisager, en tenant compte de la masse du volume pressurisé et du module de service, l’acheminement d’une charge utile d’une masse comprise entre trois et quatre tonnes. Le lanceur Vulcan d’ULA (qui devrait avoir remplacé le Atlas V et Delta IV Heavy à l’horizon considéré) et le lanceur OmegA de Northtrop Grumman Innovation Systems, devraient également être en mesure d’assurer des services de fret.
