Résumé :
La scène des ports spatiaux que l'on voit couramment dans les films et les jeux de science-fiction pourrait progressivement devenir une réalité au cours des vingt prochaines années. La National Aeronautics and Space Administration (NASA) envisage de construire une station spatiale lunaire "Gateway". Il deviendra non seulement la première station spatiale humaine en orbite autour de la Lune, mais pourrait également jouer un rôle similaire à celui d'un « aéroport spatial lunaire » en fournissant des services d'assemblage, d'amarrage et de transfert pour les engins spatiaux habités, les engins spatiaux cargo et les atterrisseurs lunaires.
Des équipes de recherche de l'université A&M du Texas, du centre spatial Johnson de la NASA et de l'université Purdue ont récemment proposé un plan de gestion du trafic des engins spatiaux pour la station spatiale Gateway, comprenant un algorithme de maintien de l'orbite relative et des règles d'attente en orbite, visant à éviter le risque de chaos, voire de collision, lorsque plusieurs engins spatiaux s'approchent de la station spatiale en même temps à l'avenir.
Selon le plan actuel de la NASA, Gateway sera lancé dès 2027. La station spatiale servira au programme d'alunissage « Artemis » et deviendra une plaque tournante importante pour le vaisseau spatial habité Orion, le vaisseau spatial cargo et les atterrisseurs lunaires. Auparavant, la NASA avait révélé que Gateway utiliserait un système de propulsion électrique solaire de haute puissance, et SpaceX avait également obtenu des contrats pertinents pour le transport des fournitures nécessaires au projet.
Gateway fonctionnera sur une orbite spéciale appelée « orbite de halo quasi rectiligne » (NRHO). Il s'agit d'une orbite mince, presque en forme d'œuf, autour de la Lune : la station spatiale passera à environ 1 000 milles au-dessus du pôle nord de la lune, puis s'étendra jusqu'à une zone située à environ 40 000 milles au-delà du pôle sud de la lune. L'orbite maintient des communications continues avec la Terre et nécessite relativement peu de propulseur de maintenance orbitale, elle est donc considérée comme adaptée au fonctionnement à long terme d'une station spatiale lunaire.
Cependant, l'effet gravitationnel conjoint de la Terre et de la Lune complique également cet environnement. Contrairement aux aéroports terrestres, les avions à l'arrivée ne peuvent pas simplement « se garer » à proximité pour attendre une place libre. Tous les vaisseaux spatiaux sont en mouvement continu à grande vitesse, et les vaisseaux spatiaux en attente de fenêtres d'amarrage peuvent devoir rester autour de la passerelle pendant des heures, des jours, voire des semaines.
Pour résoudre ce problème, l'équipe de recherche a mené des milliers de simulations pour tester comment plusieurs avions peuvent partager des orbites en toute sécurité en présence d'erreurs de navigation, d'écarts de tir des propulseurs et d'autres perturbations. La solution principale proposée dans l'étude consiste à répartir les vaisseaux spatiaux en attente devant ou derrière la passerelle selon des positions pré-calculées, formant une formation semblable à un « collier de perles ».
Les chercheurs n'ont pas permis à chaque avion en visite de maintenir sa propre orbite de manière indépendante, mais ont utilisé un algorithme de maintenance d'orbite relative pour ajuster continuellement sa position en utilisant la passerelle comme référence spatiale. Les résultats montrent que des corrections d'orbite plus fréquentes mais plus petites peuvent maintenir l'avion dans une formation plus serrée et plus prévisible tout en n'entraînant qu'une consommation de carburant supplémentaire limitée. Cette approche permet de réduire le risque que les vaisseaux spatiaux se rapprochent ou entrent en collision.
Des résultats pertinents ont été publiés dans la revue Acta Astronautica. L'équipe de recherche a souligné que ces plans ne constituent pas encore une réglementation obligatoire du trafic spatial, mais un ensemble de cadres techniques pour l'arrivée, le départ et l'attente en orbite des futurs engins spatiaux lunaires. La NASA a actuellement développé des normes d'interopérabilité pour Gateway impliquant des systèmes d'amarrage, de rendez-vous, de communication et robotiques, et cette recherche répond en outre à une question tout aussi critique : où et comment les vaisseaux spatiaux en visite doivent-ils attendre lorsque le port d'amarrage n'est pas encore libéré.
Bien qu'il n'y ait pas de carrousels à bagages, de boutiques hors taxes ou de conflits de sièges dans la vision de la NASA pour le moment, le mécanisme de planification du trafic requis par Gateway signifie que les humains commencent à établir des règles de base pour une navigation plus fréquente et plus complexe dans l'espace lointain. À mesure que les activités d’exploration lunaire augmentent, cette station spatiale lunaire pourrait devenir un nœud important permettant à l’humanité d’évoluer vers un transport lunaire normalisé à l’avenir.
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