Principaux instruments
| HVM |
Spectromètre imageur infrarouge |
| LTM |
Radiomètre thermique |
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Lunar Trailblazer est une mission spatiale à faible coût de l'agence spatiale américaine, la NASA, destinée à cartographier et étudier les caractéristiques physiques de l'eau présente à la surface de la Lune. Cet orbiteur, développé dans le cadre du programme spatial SIMPLEx, emporte deux instruments : un spectromètre imageur fonctionnant en proche infrarouge (0,6 à 3,6 microns) qui doit cartographier les éléments volatils avec une résolution spatiale de 70 mètres par pixel et un radiomètre qui doit mesurer la température de la surface avec une résolution de 30 mètres par pixel et déterminer certaines caractéristiques physiques de la surface. le volet scientifique du projet Lunar Trailblazer est géré par l'université Caltech. La sonde spatiale doit être placée sur une orbite polaire lunaire mi 2025.
Historique du projet
En 2018 l'agence spatiale américaine, la NASA, lance son deuxième appel à propositions de son programme SIMPLEx. (Small Innovative Missions for Planetary Exploration). Ce programme regroupe des missions d'exploration robotiques du système solaire à très faible coût : 55 millions US$ (hors coût de lancement et des opérations). Les sondes spatiales SIMPLEx doivent avoir une masse inférieure à 180 kilogrammes et sont lancées en tant que charge utile secondaire. 12 missions sont proposées et trois d'entre elles sont sélectionnées en juin 2019 : Janus, EscaPADE et Lunar Trailblazer. Ce dernier est un orbiteur chargé de détecter, cartographier et caractériser les gisements d'eau à la surface de la Lune. Le projet est proposé par Bethany Ehlmann, du California Institute of Technology. La gestion du projet est prise en charge par le Jet Propulsion Laboratory[1]. En juillet 2020, l'établissement de Denver (Colorado) de Lockheed Martin Space est sélectionné pour la construction de la sonde spatiale[2]. En octobre 2020 le projet franchit l'étape de la revue de conception préliminaire (PDR)[3].
Objectifs scientifiques
La Lune a été longtemps été considérée comme un astre complètement dépourvu d'eau (eau présente < 100 parties par million). Une série de découvertes effectuées entre 2008 et 2010 entraine une révision complète de cette hypothèse. De l'eau et des éléments volatiles sont détectés dans des verres volcaniques. L'impacteur LCROSS a détecté la présence d'eau dans les régions de la Lune perpétuellement à l'ombre. Ces découvertes doivent être interprétées pour comprendre l'histoire et l'évolution des volatiles sur la Lune et dans le système solaire interne[4].
Cette eau a trois origines principales[4] :
- elle était stockée dans le manteau de l'astre à sa formation et elle a été libérée par des processus géologiques (éruptions volcaniques, ...),
- elle a été apportée par des astéroïdes et des comètes venues s'écraser à la surface de la Lune.
- elle s'est formée in situ à la surface à la suite d'interactions entre le sol et le plasma du vent solaire.
La mission Trailblazer doit placer en orbite des senseurs infrarouges très sensible qui doivent caractériser la répartition et le déroulement du processus aboutissant au piégeage de l'eau[4] :
- Déterminer la forme prise par l'eau piégée (glace d'eau, hydroxide, eau de cristallisation), son abondance et sa distribution sur la face éclairée de la Lune.
- Déterminer la variabilité temporelle des volatiles. Les mesures effectuées semblent indiquer qu'une partie de l'eau ou des composants hydratés présents à la surface de la Lune varie dans le temps ce qui implique un processus actif aboutissant à la création et la destruction de liens chimiques. Celui-ci pourrait être induit par le Soleil ou des déplacements des volatiles en réaction aux gradients thermiques. La mission doit caractériser la variabilité temporelle actuelle et sa corrélation avec la minéralogie et la maturité des sols.
- Déterminer la forme et l'abondance de la glace d'eau, des hydroxides et de l'eau de cristallisation.
- Déterminer comment les gradients d'albedo et de la température de surface influent sur les concentrations en eau sous toutes ses formes.
Caractéristiques techniques
L'engin spatial d'une masse de 200 kg est construit par Lockheed Martin. Il est stabilisé 3 axes et l'énergie est fourni par deux panneaux solaires orientables situés de part et d'autre du corps du satellite. Pour atteindre la Lune, s'insérer en orbite lunaire et effectuer ses manœuvres de correction orbitale durant sa mission scientifique, la sonde spatiale disposera d'une propulsion utilisant de l'hydrazine lui donner une capacité de Delta-v de 1000 m/s. Le corps du satellite est de forme parallélépipède de 122x76x92 centimètres de côté[5],[6],[7].
Instruments scientifiques
L'orbiteur emporte deux instruments[8] :
- HVM3 (High-resolution Volatiles and Minerals Moon Mapper) est un spectrographe imageur observant les émissions infrarouge court (0,6 à 3,6 microns) avec une résolution spatiale de 70 mètres par pixel et une résolution spectrale de 10 nanomètres. La fauchée est de 20 kilomètres. Le détecteur est de type pushbroom (en). L'instrument est optimisé pour cartographier la glace d'eau, les hydroxides et de l'eau de cristallisation.
- LTM (Lunar Thermal Mapper) est radiomètre imageur multi-canaux mesurant la température (entre 110 et 400 kelvin) et simultanément détermine les propriétés physique et la composition des zones contenant des produits hydratés. Sa résolution spatiale est de 25 mètres par pixel et il effectue ses mesures dans 4 bandes large entre 6 et 100 microns et dans 11 bandes entre 7 et 10 microns. Le détecteur est de type pushbromom et sa fauchée est de 11 kilomètres.
Lancement et déroulement de la mission
Lunar Trailblazer est un engin d'une relative faible masse et il sera lancé à ce titre comme une charge utile secondaire avec trois à quatre autres micro-satellites par un lanceur dont l'objectif principal sera de placer en orbite le satellite scientifique IMAP, une mission de la NASA qui doit étudier le vent solaire. Le lancement devrait intervenir vers janvier 2025. La fusée doit placer IMAP sur une trajectoire l'amenant au point de Lagrange L1 du système Terre-Lune. Deux heures après le lancement Lunar Trailblazer se séparera de IMAP et entamera une série de manœuvres destinées à ramener l'engin spatial au niveau de la Lune où il se placera sur orbite polaire vers aout 2025[6].
NASA Caltech
