Cet article est adapté d’un article paru originellement en anglais dans la revue Advances in Space Research, vol. 61, p. 2983–2988 (2018), “A truly international lunar base as the next logical step for human spaceflight”,  https://doi.org/10.1016/j.asr.2018.03.035 0273-1177/_ 2018 COSPAR. Published by Elsevier Ltd.

1.      Qu’est ce que l’exploration ?

Selon un groupe de  travail de l’Agence Spatiale Européenne l’exploration spatiale peut être définie comme « un projet non borné dans le temps, s’appuyant sur des activités humaines et robotiques, visant à accéder  à des régions et des environnements inconnus par la présence directe (humains) ou indirecte (missions automatiques et robots) à travers une approche systématique incluant des activités préparatoires, à ouvrir de nouvelles frontières pour le progrès et l’acquisition de connaissances nouvelles, et à présenter des options afin d’étendre la portée des actions humaines et inspirer les générations futures » [1]. Avec cette définition très large, n’importe quel dispositif d’observation, vu comme une extension de nos sens, peut être considéré comme un outil d’exploration ; la recherche de planètes extra-terrestres par un observatoire astronomique est ainsi de facto une activité d’exploration. Cependant on réserve en général ce terme aux corps célestes sur lesquels il est possible d’effectuer des investigations in situ, c’est-à-dire les objets du système solaire, et de façon encore plus étroite aux destinations qui pourraient plausiblement être atteintes par les humains dans un avenir pas trop lointain bien qu’encore indéfini, ce qui limite le champ de l’exploration à la Lune, Mars et les astéroïdes passant près de la Terre. En parallèle, il y a aussi des missions robotiques à finalité purement scientifique vers Mercure, Vénus, les planètes géantes et leurs satellites, et les petits corps (astéroïdes et comètes) [2].

2.      La situation présente

Récemment, l’International Space Exploration Coordination Group (ISECG), un groupe de travail composé de représentants de 14 agences spatiales [3], a publié la troisième édition de sa feuille de route Global Exploration Roadmap (GER), qui présente une mission habitée vers Mars comme l’objectif à long terme de l’exploration spatiale, avec des étapes intermédiaires vers la Lune ou des astéroïdes. D’un point de vue scientifique, alors que sur la Terre l’érosion et la tectonique des plaques ont effacé les traces de son histoire, Mars a conservé les marques de son évolution depuis un passé chaud et humide il y a 4 milliards d’années environ jusqu’à l’état froid et sec d’aujourd’hui ; l’intérêt extraordinaire de son histoire géologique, climatique et éventuellement biologique n’est pas douteux, Mars étant la seule planète du système solaire avec la Terre où la vie telle que nous la connaissons a pu voir le jour ; c’est aussi la seule planète où il semble possible d’envoyer des humains dans un délai raisonnable.

Il y a plusieurs motivations rationnelles pour l’exploration spatiale, sans même mentionner les irrationnelles : la politique, l’économie, la science, la technologie, l’éducation etc… La science est l’une d’elles, mais il faut bien admettre qu’elle n’est pas le seul moteur de l’exploration ni même le principal. Cependant il n’y a pas de chemin clairement défini à ce jour, car les stratégies individuelles détaillées des principaux acteurs potentiels semblent encore fort éloignées les unes des autres.

En outre, une mission habitée vers la surface de Mars et retour ne semble pas possible avant plusieurs décennies. Beaucoup de questions importantes restent à résoudre : (i) la durée d’une telle mission, près de 2 ans pour un bref séjour ou 3 ans pour un long séjour, sans possibilité d’un retour prématuré parce que les fenêtres de transfert Terre-Mars ne s’ouvrent que tous les 26 mois environ, avec les problèmes logistiques d’un voyage aussi long (air, eau, nourriture, déchets), (ii) les questions de sécurité pour l’équipage (les radiations au premier chef, mais aussi l’impesanteur, le confinement et le stress), (iii) le problème de poser en toute sécurité un atterrisseur lourd sur la surface martienne, beaucoup plus lourd que les véhicules robotiques actuels, et le besoin d’un puissant véhicule ascendant pour redécoller de la surface martienne (la pesanteur sur Mars est environ deux fois plus grande que sur la Lune).

D’ici là, les missions robotiques comme MSL-Curiosity, ExoMars, Mars 2020 etc. auront fourni une énorme quantité d’informations sur la planète rouge, sur son environnement actuel et son habitabilité, à un coût modéré ; en particulier, une mission automatique de retour d’échantillons Martiens (MSR) est une condition sine qua non avant toute mission d’exploration humaine de Mars.

Pour l’instant la réalisation la plus ambitieuse dans le domaine des vols habités est la Station Spatiale Internationale (ISS) en orbite basse terrestre ou LEO (Low Earth Orbit), dont l’assemblage a débuté en 1998 et s’est achevé pour l’essentiel en 2011. Dans 5 à 10 dix ans d’aujourd’hui, ses opérations se termineront et on peut déjà essayer de faire le bilan de cette colossale entreprise. Alors que l’ISS est souvent présentée comme une grande infrastructure de recherche, les grandes attentes exprimées dans les années 80 et 90 sur les retombées économiques de la recherche en micropesanteur n’ont pas été satisfaites. Certains promettaient des milliards de dollars qui seraient générés par les produits, alliages, cristaux, médicaments, fabriqués dans l’espace ; ces promesses de richesses venues du ciel ne se sont pas matérialisées, sauf bien sûr pour les industries qui ont construit les moyens spatiaux.

Cela ne signifie pas que les recherches en micropesanteur ont peu de valeur ; on effectue dans les modules laboratoires de l’ISS des recherches de qualité en sciences physiques (par exemple en physique des fluides supercritiques et milieux granulaires, bien que la présence d’astronautes puisse être un inconvénient puisque leur activité perturbe le niveau de micropesanteur) et en sciences de la vie (notamment la compréhension de certains mécanismes neurosensoriels et cardiovasculaires) mais aucune percée majeure n’est apparue à ce jour ; en fait, les principaux résultats ont été principalement bénéfiques pour le secteur spatial lui-même, les sciences de la vie et la médecine pour mieux contrôler la santé des équipages, la physique des fluides pour mieux comprendre le comportement des systèmes fluides dans les systèmes spatiaux. Côté technologie, on peut citer pas mal d’exemples de convergence (« spin in » et « spin-off ») entre R&D sol et R&D spatiale (par exemple : microélectronique, gestion des déchets, stockage de l’énergie) mais on ne peut pas affirmer que ces progrès ne seraient pas arrivés sans le contexte spatial. En conclusion, nous devons reconnaître que le principal succès de la Station Spatiale Internationale est d’avoir permis à ses partenaires de travailler ensemble.

De leur côté, les Chinois ont développé leur propre programme de vols habités avec les capsules ShenZhou, les modules visitables TianGong 1 & 2  et la future station spatiale TianGong 3 dont la construction est prévue à partir de 2021.

L’utilisation de l’ISS existante devrait être optimisée en vue de préparer les futures missions d’exploration humaine au-delà de l’orbite basse, par exemple en tant que lit d’essai pour les technologies qui seront nécessaires.  La construction d’une nouvelle station spatiale en orbite basse qui a été envisagée afin de poursuivre les activités actuelles de l’ISS retarderait la mise en œuvre d’un programme d’exploration au-delà de cette orbite et le retour qu’on peut en attendre ne justifierait pas l’investissement. Une utilisation coopérative de la future station spatiale chinoise après la fin de l’ISS pourrait assurer la continuité des activités en orbite basse.

3.      Et maintenant ?

Cependant un programme à long terme de vols habités qui serait limité à l’orbite basse a peu d’intérêt ; la prochaine étape dans le domaine de l’exploration humaine devrait donc être la définition d’un nouveau programme d’exploration au-delà de l’orbite basse dans une perspective à long terme.

La coopération multilatérale est essentielle en recherche spatiale, car elle permet de mettre en œuvre des projets qui dépassent les ressources d’un seul pays. En outre, les projets multilatéraux sont plus robustes en cas de fluctuations programmatiques d’origine politique ou budgétaire. Compte tenu du volume des ressources financières, humaines et technologiques nécessaires, cela est particulièrement vrai pour un programme d’exploration ambitieux et à long terme : un tel programme, surtout pour les vols spatiaux habités qui nécessitent une lourde infrastructure, requiert un (très) long engagement et d’un investissement budgétaire important, qui ne peut que souffrir d’interférences politiques et d’accidents budgétaires de type « stop-and-go ».

Une ambition majeure dans le domaine spatial devrait donc être l’élaboration d’une nouvelle coopération entre les principaux pays spatiaux afin de mettre en œuvre un grand programme d’ exploration au-delà de l’orbite basse associant les humains et les robots, et nécessitant des ressources importantes sur une longue période. Tous les partenaires ne participeraient pas à toutes les étapes d’un tel programme, puisqu’ils n’ont pas les mêmes priorités ni les mêmes capacités. En ce moment, il semble que le seul objectif raisonnable et réalisable pour un programme à court/moyen terme de vols habités serait  la construction d’une base lunaire, à condition que cette base soit conçue comme une entreprise véritablement internationale.

La science n’était pas le principal moteur de l’ISS ; la politique en était en fait le principal moteur. Néanmoins, bien qu’étant conscients que la science n’est pas le seul moteur de l’exploration, nous pensons qu’un fort soutien de la communauté scientifique la plus large est nécessaire pour rendre cet effort énorme acceptable et durable ; ce soutien n’existait pas quand l’ISS a été décidée.

En fait, une recherche de grande qualité peut être effectuée sur la surface lunaire :

• science de la Lune : formation du système solaire, origine du système Terre-Lune, évolution planétaire,
• science sur la Lune : rayonnement solaire, rayons cosmiques, observations astronomiques dans le domaine des radiofréquences.

Pour en savoir plus, on peut par exemple se reporter aux rapports de l’International Lunar Exploration Working Group (ILEWG) [4] ou au document Science-Driven Scenario for Space Exploration du Comité européen des sciences spatiales de l’European Science Foundation (ESF\ ESSC, 2008).

Après la course à la Lune pendant la guerre froide, qui a culminé avec les missions habitées américaines Apollo (de Apollo 11 en 1969 à Apollo 17 en 1972) et le programme robotique Luna de l’URSS (avec les missions de retour d’échantillons Luna 16/20/24 et les robot mobiles Lunakhod 1 et 2 dans la période 1970-1976) il y a eu un désintérêt pour notre satellite pendant plus d’une décennie. Depuis les années 1990, un regain d’intérêt pour la Lune est apparu avec une série de missions robotiques lancées ou prévues par plusieurs pays (USA, Russie, Chine, Inde et Japon).  Une liste de ces missions est donnée dans les tables 1 (missions passées récentes) et 2 (futures missions).

En ce qui concerne  les missions habitées, la NASA a lancé en 2005 sous l’administration Bush le programme lunaire Constellation, annulé en 2010 par l’administration Obama et remplacé par un programme d’exploration de l’espace lointain incluant la réalisation d’un nouveau système de vol habité avec le lanceur lourd SLS et la Capsule Orion, programme dans lequel Mars est présenté comme la cible ultime avec des étapes intermédiaires telles que la mission ARM (Asteroid Redirect Mission) de capture d’un fragment d’astéroïde, maintenant annulée [5]. Un retour à la Lune a été amorcé par l’administration Trump avec le projet d’une station en orbite lunaire qui servirait de relais pour des opérations en surface.

Alors que l’ISS dans les années 1990 avait illustré une relation apaisée entre les États-Unis ainsi que l’Europe,  le Canada et le Japon d’une part et la Russie d’autre part, une base lunaire serait de façon semblable le symbole d’une relation apaisée entre les mêmes partenaires et la Chine, et éventuellement autres pays comme l’Inde. Cela pourrait être le germe d’une relation plus détendue entre les grands pays : qu’on se souvienne de la mission de rendez-vous orbital Apollo-Soyouz en 1975 pendant la guerre froide. Toutefois, la situation géopolitique actuelle est très différente de ce qu’elle était alors ; en particulier, les économies des principaux pays sont fortement interdépendantes et cela devrait rendre les choses plus faciles.

Nous savons qu’un tel programme est techniquement réalisable et financièrement abordable, bien que cher, dans un délai assez court (2025-2030).

4.      Comment ?

Ce continent extraterrestre, la Lune, devrait être utilisé à des fins pacifiques et ne pas devenir le théâtre ou l’enjeu de conflits, sur le modèle du continent Antarctique. Dans une base lunaire, les équipages exécuteraient des activités scientifiques et seraient remplacés périodiquement (tous les 6 mois par exemple). Il pourrait y avoir une base internationale, unique, sur le modèle de la base Concordia conjointement mise en place et gérée par la France et l’Italie sur le dôme C de l’Antarctique ; les partenaires mettraient en commun les diverses infrastructures (transport de l’équipage, transport de fret, modules d’habitation, alimentation énergétique, télécoms, systèmes de localisation, etc.), avec un équilibre approprié entre complémentarité et redondance. Une étape préliminaire pourrait être le concept de « village robotique » proposé par l’ILEWG, dont l’objectif est de coordonner les diverses missions robotiques sur la surface lunaire. L’étape suivante serait un avant-poste habité avec des dessertes temporaires et enfin une base occupée en permanence. Une variante de ce modèle serait la coexistence de quelques bases distinctes mises en œuvre en différents endroits, coopérant entre elles (partage des infrastructures, normes et interfaces communes).

Cela dit, une telle stratégie mondiale d’exploration doit être envisagée à deux niveaux : un niveau technique et programmatique d’une part, et un niveau politique d’autre part. Au niveau technique et programmatique, plusieurs groupes de travail impliquant les agences spatiales sont actifs (International Lunar Exploration Working Group, International Mars Exploration Working Group), où les participants échangent des informations et coordonnent certaines activités (par exemple partage de bases de données, normes et  protocoles de communication communs, partage de moyens de communication). Parmi ces groupes de travail une attention particulière doit être donnée à l’International Space Exploration Coordination Group (ISECG) évoqué plus haut avec sa feuille de route Global Exploration Global Roadmap (GER). Une future version de la GER de l’ISECG pourrait concerner la mise en œuvre de la présente approche.

Au niveau politique, il y a l’International Space Exploration Forum (ISEF) où sont invités  les ministres en charge de l’espace; suite à une initiative conjointe de l’Union européenne et de l’Agence spatiale européenne (à Prague en 2009 et à Bruxelles en 2010), l’ISEF s’est réuni à Lucques en novembre 2011 (ISEF 0), à Washington en janvier 2014 (ISEF 1), et à Tokyo en mars 2018. Les sorties de ces réunions passées sont assez maigres. L’ISEF pourrait cependant être le lieu où définir  une stratégie globale de haut niveau et entériner au niveau politique des objectifs communs.

La mise en œuvre d’une vision partagée nécessite une gouvernance claire et l’ISEF pourrait être l’endroit pour discuter de ces questions. L’ISS, qui est un projet unique et limité dans le temps, ne peut pas constituer le modèle idéal et un nouveau type de gouvernance doit être inventé [6]. La mise en œuvre et l’exploitation d’une base lunaire internationale pourraient être pilotées par une structure internationale dédiée dont il existe de nombreux exemples dans le domaine scientifique, par exemple une organisation internationale comme l’ESO en astrophysique ou un consortium tels que l’observatoire ALMA. Mais en raison du contexte politique fort, un accord intergouvernemental (IGA) supervisé par le COPUOS (Comité sur les utilisations pacifiques de l’espace extra-atmosphérique, voir ci-dessous) semble être la bonne façon. Bien sûr un tel IGA serait complété par un ensemble de mémorandums d’accord techniques entre les agences spatiales des partenaires.

Le COPUOS a été mis en place par l’Assemblée générale de l’ONU en 1959 afin de « régir l’exploration et l’utilisation de l’espace pour le bénéfice de toute l’humanité : paix, sécurité et développement » [7]. Le Comité est chargé d’examiner la coopération internationale dans le domaine des utilisations pacifiques de l’espace extra-atmosphérique, d’étudier les activités spatiales qui pourraient être entreprises par les Nations Unies, d’encourager des programmes de recherche spatiale et d’étudier les problèmes juridiques découlant de l’exploration de l’espace extra-atmosphérique ; en particulier, il est le gardien du Traité de l’Espace de 1967 (« Traité sur les principes régissant les activités des États dans l’exploration et l’utilisation de l’espace extra-atmosphérique, y compris la Lune et les autres corps célestes ») [8]. Ce texte ratifié par 107 pays dont les principaux pays spatiaux fournit une base juridique générale pour les utilisations pacifiques de l’espace et un cadre pour l’élaboration d’un droit de l’espace. Le Traité établit la liberté des investigations scientifiques et interdit les activités militaires dans l’espace extra-atmosphérique, principes assez semblables à ceux du traité de l’Antarctique de 1959 [9];  il stipule en outre qu’aucun pays ne peut s’approprier l’espace extra-atmosphérique. Le cadre juridique d’un programme international de base lunaire, dont les activités devraient être principalement axées sur la science, devra être compatible avec les accords internationaux supervisés par le Comité et au premier chef avec le Traité de l’Espace [10]^, [11].

5.      Conclusion

L’exploration spatiale est un magnifique terrain potentiel de coopération scientifique et technique internationale ; elle permet également aux nouveaux pays spatiaux de démontrer leurs compétences. En raison de la sensibilité du domaine spatial, si proche de la souveraineté et de l’identité des nations, il faut trouver la force de surmonter les difficultés qui se posent lorsqu’il s’agit de partager des ressources et des savoirs ; il faut aussi surmonter les obstacles qui entravent les échanges techniques.

Rien ne se passera si aucune initiative n’est lancée par l’un des principaux intervenants : une invitation à combiner les efforts pour mettre en œuvre un programme dont les principes et les lignes principales auraient été préparés dans des discussions multilatérales au sein des fora existants. Une telle initiative exige une volonté politique et le courage de surmonter aussi bien la méfiance réciproque que le désir de ne pas partager un leadership.

L’exploration pacifique de l’espace devrait être un effort politique commun de l’humanité au sein d’un programme mondial, une entreprise internationale avec une coopération équilibrée entre partenaires égaux et la pleine reconnaissance des contributions et des réalisations de chacun d’eux, sans aucun monopole ni appropriation par un seul pays. Alors allons sur la Lune, mais allons-y tous ensemble !

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