La NASA retourne sur la lune et doit affronter un ennemi familier : la poussière

CAP CANAVERAL, Floride —

La lune est incroyablement chaude, et aussi incroyablement froide.

Il y a des radiations. Une atmosphère ténue. Pas d’air à respirer.

Si la NASA établit un jour une base lunaire – un projet à long terme avancé mercredi avec le lancement d’Artemis I – elle devra faire face à ces défis pour l’habitation humaine.

Il devra également comprendre la poussière.

La poussière lunaire est constituée de petites particules noueuses – des grains déchiquetés et aux arêtes vives qui constituent un problème majeur pour les astronautes et à peu près tout objet fabriqué par l’homme censé atterrir ou décoller de la lune.

Pendant des années, les scientifiques de la NASA ont étudié à quel point cette poussière, ainsi que le gravier et les roches lunaires, pourraient causer des dommages, en particulier lorsqu’elle est propulsée par des moteurs de fusée et commence à se déplacer à des vitesses plus rapides qu’une balle.

« Ce n’est pas seulement de la poussière pelucheuse qui va mettre une petite couche sur votre… matériel », a déclaré Philip Metzger, planétologue à l’Université de Floride centrale qui a étudié les effets de la poussière interplanétaire depuis 1997. « C’est du sablage, endommageant ; ce sont des roches à grande vitesse, des grains de sable, du gravier à grande vitesse.

L’une des principales institutions étudiant la poussière lunaire et son effet potentiel sur les missions humaines est le Swamp Works, un laboratoire de recherche de la NASA cofondé en 2013 par Metzger, qui est maintenant à la retraite de l’agence mais collabore toujours à certains projets.

Basé au Kennedy Space Center de Floride dans un bâtiment carré autrefois utilisé pour former les astronautes d’Apollo, le laboratoire vise à lancer et à tester rapidement des technologies qui permettraient aux humains de vivre et de travailler sur d’autres corps planétaires.

La mission Artemis 1 n’atterrira pas sur la lune, mais la capsule de l’équipage Orion voyagera autour de la lune lors d’un voyage de 25 jours pour tester les capacités du vaisseau spatial avant que les humains ne montent à bord la prochaine fois.

Il y a plus de dix ans, Metzger et son co-fondateur de Swamp Works, Robert P. Mueller, ont tenté d’avertir les responsables de la NASA de la façon dont la poussière crachée par les gaz d’échappement des fusées pourrait entraver les futures missions lunaires et de la nécessité de poursuivre les recherches et la planification. Ils ont été balayés.

Aujourd’hui, avec le programme Artemis qui démarre à plein régime, et l’agence annonce avec impatience l’atterrissage de la première femme et de la première personne de couleur sur la lune dès que la recherche sur la poussière lunaire en 2025 aura explosé.

« Tout ce que nous faisons est 10 ans trop tôt », a déclaré Mueller, qui est également technologue principal au Kennedy Space Center. « Quand tout le monde commence à le faire, alors vous savez que vous avez fait la bonne chose parce que c’est adopté. »

La poussière de lune simulée – autrefois un produit de recherche colporté entre la NASA et certains laboratoires universitaires – est maintenant produite commercialement. La NASA a récemment organisé un événement médiatique près de Flagstaff, en Arizona, montrant comment les astronautes géreront l’environnement dur et poussiéreux de la lune.

Le problème de la poussière est presque aussi ancien que la NASA elle-même. Lors du programme Apollo dans les années 1960 et au début des années 1970, les astronautes se sont plaints de ne pas pouvoir remettre leurs gants après trois jours car la poussière lunaire avait dégradé les joints.

« C’est très pointu, très fin », a déclaré Mueller. « Cela broie tout. »

Pour vraiment avoir une idée du problème – et trouver des moyens de le combattre – le laboratoire a transporté par camion 120 tonnes de poudre fine gris cendré qui restait de la chaîne de production de revêtement routier d’une carrière.

La NASA est tombée sur le truc par hasard. Lors d’un voyage de recherche près d’une carrière en Arizona, un chercheur de Swamp Works est entré dans un tas de poudre à la consistance semblable à de la farine et est tombé jusqu’à la taille. L’astronaute d’Apollo 17 Harrison « Jack » Schmitt, qui faisait partie du voyage, a jeté un coup d’œil à la poudre, l’a ramassée, l’a frappée et l’a jetée en l’air.

« Ouais, ça ressemble à de la poussière de lune », se souvient Mueller, avant que l’astronaute ne s’éloigne.

Au Swamp Works, la poussière de lune simulée est maintenant logée dans une enceinte en plastique de 26 pieds de long et 26 pieds de large, où les chercheurs testent des excavatrices robotiques conçues pour creuser la terre et les roches lunaires et modéliser jusqu’où les moteurs de fusée vont cracher de la poussière de lune pendant le décollage et un atterrissage. Un système de filtration empêche l’excès de poussière de circuler dans le reste du laboratoire et dans les poumons des chercheurs.

Mueller a enfoncé une pelle dans une petite tente en plastique transparent située juste à côté de la plus grande enceinte et a ramassé un autre type de poussière de lune simulée, celle-ci trouvée par une équipe de la NASA de Houston. Il la laissa tomber du bord de la bêche, et la matière ressemblant à de la farine de gâteau se répandit comme un nuage bas et noir.

« Tu ne veux pas respirer ça, alors je vais fermer ça, » dit-il en fermant la porte en plastique.

Les particules de poussière simulées – comme la vraie chose – sont si fines qu’elles peuvent se coincer dans vos poumons. Pour se protéger, les chercheurs qui entrent dans le grand bac suivent les règles de l’Administration de la sécurité et de la santé au travail et enfilent des combinaisons de protection, avec des couvre-chefs, des gants et des respirateurs. Même la femme de ménage du laboratoire qui balaye dehors porte un respirateur.

Pourtant, Mueller a trouvé de la poussière entre ses orteils après une journée dans le grand bac.

« Même dans les costumes », a-t-il dit, « ça se retrouve partout. »

Mueller a fait ces commentaires lors d’une visite du laboratoire en 2019. Trois ans plus tard, les défis posés par la poussière de lune persistent – et ne peuvent toujours pas être entièrement reproduits dans le grand bac.

Plus la fusée est grosse, plus le panache est dangereux, ce qui signifie que la poussière lunaire, le gravier et les roches qui sont projetés lors de l’atterrissage ou du décollage se déplaceront à des vitesses nettement plus élevées que lors des missions Apollo.

Les vidéos d’alunissage d’Apollo ne rendent pas justice à la poussière. La vue depuis la fenêtre côté pilote du module lunaire lors de la mission Apollo 15 de 1971 montre simplement de la brume alors que des traînées de poussière passent.

Mais lorsque Metzger a commencé à exécuter des simulations informatiques, le problème est devenu très clair. La meilleure estimation actuelle des chercheurs est que les particules de la taille de la poussière peuvent à elles seules avoir une vitesse comprise entre 2 236 mph et 6 710 mph. Les particules plus grosses se déplacent plus lentement, mais elles ne sont toujours pas à éternuer – celles de la taille de gravier peuvent parcourir 67 mph.

Un atterrisseur de 40 tonnes pourrait disperser la poussière 50% plus rapidement que l’atterrisseur Apollo en raison de son poids plus lourd, a déclaré Metzger.

« Si vous aviez un vaisseau spatial en orbite lunaire basse et s’il arrivait qu’il arrive au mauvais moment… [the dust] pourrait causer des dommages importants à l’optique et à d’autres surfaces sensibles – à tel point qu’un instrument sensible pourrait être ruiné avec une seule exposition », a-t-il déclaré.

La poussière pose des problèmes particuliers pour une base lunaire. Idéalement, les futures missions avec équipage atterriraient à proximité d’un avant-poste lunaire afin de minimiser le temps de trajet des astronautes entre le vaisseau spatial et le module d’habitation. Mais cela signifierait des atterrissages répétés autour de matériel précieux.

« Ce n’est pas qu’une seule exposition », a déclaré Metzger. « Nous pourrions finir par avoir 20 à 30 expositions de sablage. »

Une façon de minimiser les dommages consisterait à construire une piste d’atterrissage afin que les fusées aient une zone lisse et stabilisée pour fonctionner. Mais comment acheminer tous les matériaux de construction sur la lune ?

C’est là qu’intervient la recherche de Swamp Works.

Au fil des ans, l’équipe a expérimenté des moyens d’utiliser la poussière et le gravier lunaires – oui, les mêmes qui causent tous ces problèmes – pour construire des aires d’atterrissage.

Le matériau le plus performant est ce qu’on appelle le régolithe fritté, une version en poudre de la roche qui est fondue juste assez pour tout lier ensemble, mais pas au point de devenir du verre cassant. La température de fusion exacte varie en fonction du type de minéral, ce qui signifie que les chercheurs auront besoin d’un échantillon du point d’atterrissage potentiel pour s’assurer que leurs calculs s’alignent.

En attendant, ils travaillent sur la manière exacte dont ce régolithe fritté peut être utilisé pour construire des choses. Lors de la tournée Swamp Works, Mueller a sorti ce qui ressemblait à une tarte à la vache écrasée. Il s’agissait de la première tentative de l’équipe d’utiliser une imprimante 3D pour créer quelque chose avec leur poussière de lune simulée fine et poudreuse ; mais dans les années qui ont suivi, les chercheurs ont progressé vers une colonne soigneusement enroulée – un grand cône enroulé qui pourrait servir de toit, de roue et même de pavés en forme de pierre qui peuvent s’emboîter.

« C’est la solution à long terme », a récemment déclaré Mueller à propos des aires d’atterrissage permanentes.

L’idée d’utiliser les ressources trouvées sur les corps planétaires pour l’habitation humaine n’est pas nouvelle. C’est ce qui stimule l’idée d’exploiter la lune ou Mars pour des éléments qui pourraient faire du propulseur de fusée, ce qui permettrait plus d’exploration sans transporter de carburant supplémentaire.

Tout le monde à la NASA n’est pas convaincu qu’une piste d’atterrissage fabriquée à partir de la lune est la voie à suivre.

D’une part, ce serait coûteux et long à réaliser. Et si une mission se rend à plusieurs endroits sur la lune, il n’est peut-être pas très logique de construire une piste d’atterrissage à chaque endroit. C’est pourquoi Swamp Works étudie également des idées à plus court terme, comme un polymère liquide qui serait pulvérisé par un petit rover et durci avec la lumière ultraviolette du soleil dans une sorte de zone d’atterrissage temporaire.

« Pensez-y comme un aéroport avec une piste d’atterrissage en herbe, par rapport à un aéroport avec une piste en béton », a déclaré Mueller. « C’est un niveau d’atténuation différent, et ce ne serait pas permanent – ​​peut-être qu’il durerait un ou deux atterrissages. »

L’atterrisseur Starship de SpaceX tentera d’atterrir sur la lune plus tard cette décennie sans aire d’atterrissage en déplaçant ses propulseurs vers le haut de la fusée pour essayer d’atténuer le dégagement de poussière.

Encore plus loin, cependant, les recherches de l’équipe ont des implications au-delà du programme lunaire. Il y a aussi de la poussière sur Mars.