Luna-25: quel trajet spatial pour Luna-25 jusqu’au Pôle Sud lunaire ?

En août 2023, depuis le cosmodrome de Vostochny, le lanceur Soyouz-2.1b avec l'étage supérieur Fregat devrait lancer la première station automatique Luna-25 de l'histoire moderne de la Russie vers le satellite naturel de la Terre. Elle effectuera un atterrissage en douceur à proximité du pôle sud de la Lune pour étudier le régolithe et l'exosphère lunaires.

Pour être sur un satellite naturel de la Terre et accomplir toutes les tâches, Luna-25 doit passer par plusieurs étapes de vol.

Le premier d'entre eux est  le lancement de la station sur une trajectoire de vol vers la Lune.

Neuf minutes après son lancement depuis le cosmodrome de Vostochny, la fusée porteuse Soyouz-2.1b livre l'étage supérieur Fregat avec la station Luna-25 sur une trajectoire suborbitale. La première inclusion du système de propulsion de Fregat permet au composite d'être transféré sur une orbite presque circulaire d'une hauteur d'environ 200 km, sur laquelle elle passe environ la moitié de la révolution autour de la Terre.

Par la deuxième activation du système de propulsion de Fregat, l'étage supérieur envoie la station sur une trajectoire de vol vers la Lune. La durée du lancement de Luna-25 depuis le lancement du lanceur jusqu'à la séparation de la station automatique est de 1 heure 20 minutes.

Fregat, après la séparation de "Luna-25", est détournée vers une orbite d'existence très elliptique, qui évite la Lune et de croiser l'orbite de la station lors de ses manœuvres ultérieures.

Pendant ce temps, la deuxième étape commence -  le vol de "Luna-25" vers le satellite naturel de la Terre . Sur la station, tous les systèmes sont allumés, vérifiés et ajustés. Pour assurer la reconstitution des réserves d'énergie, Luna-25 construit une orientation solaire constante, dans laquelle il se tourne vers le Soleil avec la surface maximale de panneaux solaires.

Étant donné que les paramètres de la trajectoire de vol formée par l'étage supérieur d'injection s'écartent des valeurs calculées lors de la conception balistique de la mission, environ un jour et demi après le lancement, Luna-25 devra effectuer une première correction d'orbite. La veille de sa mise en orbite autour de la Lune, la station effectue une seconde correction de trajectoire.

Le dernier jour du vol, les paramètres de l'orbite Luna-25 sont spécifiés et la manœuvre de décélération est calculée, ce qui est nécessaire pour transférer la station sur l'orbite du satellite naturel de la Terre.

Avec le freinage de "Luna-25" à l'aide du système de propulsion, la troisième étape commence - un vol autour de la Lune sur une orbite circumpolaire circulaire d'une hauteur de 100 km, qui dure trois jours. Dans ce cas, le plan de l'orbite de la station s'avère être approximativement perpendiculaire à la direction de la Lune au Soleil.

Le vol en orbite lunaire basse se caractérise par une évolution rapide de sa forme due au champ gravitationnel complexe de la Lune. Par conséquent, la tâche du groupe de contrôle est de s'assurer de la nature donnée de cette évolution afin de former les paramètres corrects de l'orbite d'atterrissage. Étant donné que le freinage près de la Lune est une grande manœuvre, la qualité de son exécution affecte donc grandement l'orbite résultante du satellite artificiel de la Lune.

A cet égard, deux corrections de trajectoire sont fournies sur l'orbite circumlunaire pour la transition de Luna-25 vers une orbite d'atterrissage elliptique : la première fournit la hauteur requise (le point de l'orbite le plus éloigné de la Lune), la seconde forme la hauteur de péricélium spécifiée (le point de l'orbite le plus proche de la Lune), qui doit être au-dessus du point d'atterrissage. Lors de l'atterrissage, il est nécessaire que la zone d'atterrissage soit éclairée par le soleil - cela permet d'exclure les intervalles d'ombre, ce qui améliore considérablement le bilan énergétique de la station.

Au cours de la quatrième étape -  un vol autour de la Lune sur une orbite d'atterrissage elliptique à une altitude minimale de 18 km et maximale de 100 km  - des mesures des paramètres de mouvement de Luna-25 sont effectuées pour affiner l'orbite résultante. Le calcul et la saisie de la tâche de vol pour le programme de freinage et la mise en œuvre d'un atterrissage en douceur sur la surface lunaire sont également effectués.

La dernière et plus importante étape du vol est l'atterrissage de la station dans la région du Pôle Sud de la Lune. Luna-25 effectue deux décélérations pour désorbiter le satellite artificiel de la Lune. Ceci est suivi d'une verticalisation et d'une chute libre de la station à une hauteur d'environ 800 à 1200 m avec la réception d'informations du compteur de vitesse et de distance Doppler. S'ensuit un freinage de précision à l'aide d'un système de propulsion fonctionnant d'abord en mode forte poussée, puis en mode faible poussée. Enfin, Luna 25 descend à vitesse constante jusqu'à toucher la surface.

Après avoir atterri sur la lune et pointé l'antenne directionnelle de la station vers la Terre, les travaux scientifiques de Luna-25 sur la surface lunaire commencent, qui devraient durer un an. Si tout va bien...

Source et crédits graphiques: Lavochkine/Roscosmos