Programme Artemis

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L'équipage d'une mission Artemis à la surface de la Lune près du pôle sud (vue d'artiste).

Le programme Artemis est un programme spatial habité de la NASA, l'agence spatiale américaine, dont l'objectif est d'amener un équipage sur le sol lunaire d'ici 2024. À l'instigation du président américain Donald Trump, la date du retour de l'homme sur la Lune, que la NASA avait fixée à 2028 sans programmation clairement défini, a été avancée de quatre ans en avril 2019 avec des objectifs qui ont été précisés donnant naissance au programme Artemis. Celui-ci doit déboucher sur une exploration durable de notre satellite c'est à dire l'organisation de missions régulières dont l’aboutissement serait l'installation d'un poste permanent sur la Lune. Le programme doit également permettre de tester et mettre au point les équipements et procédures qui seront mises en œuvre au cours des futures missions avec équipage à la surface de la planète Mars. La réalisation des missions du programme Artemis nécessite le développement de plusieurs engins spatiaux : le lanceur lourd Space Launch System (SLS) et le vaisseau spatial Orion dont la réalisation a déjà débuté depuis plusieurs années mais est marquée par des dérapages budgétaires et calendaires réguliers, un vaisseau lunaire entièrement nouveau HLS chargé d'amener les hommes sur le sol lunaire et des missions robotiques chargées de réaliser des reconnaissance et des études scientifiques complémentaires. L'architecture des missions repose sur la future station spatiale Lunar Orbital Platform-Gateway (LOP-G) qui, placée en orbite autour de la Lune, servira de relais entre la Terre et la surface de la Lune.

Pour remplir les objectifs ambitieux du programme Artemis dans le délai très court qui lui est imposé, la NASA sous-traite de manière particulièrement importante la conception de composants importants (vaisseau lunaire HLS, modules de la station spatiale LOP-G, atterrisseurs des missions robotiques) ainsi que les prestations de lancement de ces engins et de ravitaillement de la station spatiale. Selon le planning établi en mai 2019, Artemis 3, lancée en 2024, sera la première mission qui devrait amener un équipage mixte de deux astronautes sur la Lune pour un séjour d'une durée de 6 jours et demi. A compter de 2026 doivent être menées des missions caractérisées par des séjours plus longs, un équipage au sol de quatre personnes au lieu de deux, plus d'équipements permettant d'étoffer le retour scientifique. Le vaisseau lunaire sera alors partiellement réutilisable. Les sites d'atterrissage retenus pour toutes ces missions se situent au pôle sud de la Lune car les réserves de glace d'eau présentes dans les cratères perpétuellement à l'ombre présentent un intérêt stratégique dans la perspective de missions de longue durée.

Outre son délai très serré, le projet rencontre un problème budgétaire similaire à celui qui avait été fatal en 2009 au programme Constellation qui poursuivait les mêmes objectifs. Courant 2019, une ligne budgétaire de 1,6 milliard de dollars a été allouée à la NASA pour le projet alors qu'il va être nécessaire de disposer de 6 à 8 milliards US$ par an pour développer le programme. La tenue de cet objectif très ambitieux dans un délai aussi réduit et sans qu'un budget dédié ait été clairement dégagé, fait débat.

Contexte[modifier | modifier le code]

Depuis la mission habitée Apollo 17 de 1972, dernière mission du programme Apollo de la NASA, plus aucun astronaute ne s'est éloigné de plus de quelques centaines de kilomètres de la Terre. L'agence spatiale américaine mène depuis cette époque des études de fond sur le scénario d'une mission habitée vers Mars mais aucun planning précis n'est défini pour ce projet dont les couts sont supérieur d'un ordre de grandeur à celui du programme lunaire. Les dirigeants américains, de leur côté, initient au cours des décennies qui suivent le programme Apollo plusieurs programmes habités ambitieux à destination de l'espace lointain (au delà de l'orbite terrestre) mais ceux-ci n'aboutissent pas faute de moyens et d'une véritable volonté politique. Ces projet sont successivement la Space Exploration Initiative de George Bush (1989), le programme Constellation de George W. Bush (2004) et le Flexible Path (2010) dont la première mission l'Asteroid Retrieval and Utilization avorte en 2017.

Le programme Constellation (2004-2009)[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Programme Constellation.
Le programme Constellation est la tentative la plus aboutie de ramener des hommes à la surface de la Lune. Vue d'artiste du vaisseau Altair étudié pour ce programme.

Le , pour le 20e anniversaire de l'atterrissage d’Apollo 11, le président des États-Unis George H. W. Bush lance un programme spatial ambitieux sur 30 ans, le Space Exploration Initiative (SEI)[1], qui doit permettre l'installation d'une base permanente sur la Lune. Mais son coût, l'absence de soutien dans l'opinion publique et les fortes réticences du Congrès font capoter le projet. En 2004, son fils, le président George W. Bush, rend publics les objectifs à long terme qu'il souhaite assigner au programme spatial américain alors que l'accident de la navette spatiale Columbia vient de clouer au sol une flotte de navettes spatiales vieillissantes et que le sort de la station spatiale internationale, dont l'achèvement approche, est en suspens. Le projet présidentiel Vision for Space Exploration veut replacer l'Homme au cœur de l'exploration spatiale : le retour d'astronautes sur la Lune est programmé avant 2020 pour une série de missions destinées à préparer une éventuelle présence permanente de l'homme sur le sol lunaire et mettre au point le matériel nécessaire à de futures missions habitées sur Mars fixées à une échéance beaucoup plus lointaine[2],[3]. Cette fois ci, l'opinion comme le Congrès sont favorables au projet : le programme Constellation est alors mis sur pied par la NASA pour répondre aux attentes présidentielles. Il prévoit la construction de deux types de lanceur Ares I et Ares V ainsi que, de manière similaire au programme Apollo, deux vaisseaux habités Altair et Orion[4]. La NASA utilise, en les adaptant, des moteurs-fusées développés pour la fusée Saturn V, les propulseurs à poudre de la navette spatiale ainsi que de nombreuses installations au sol remontant à l'époque du programme Apollo. Mais le programme prend du retard et se heurte à un problème de financement qui selon les plans initiaux, doit s'effectuer sans augmentation substantielle du budget global de la NASA[5]. À la suite de son investiture, le président américain Barack Obama fait expertiser le programme Constellation par la commission Augustine, créée à cet effet le . Celle-ci conclut qu'il manque trois milliards de dollars par an pour atteindre les objectifs fixés[6] mais confirme l'intérêt d'une seconde exploration humaine de la Lune comme étape intermédiaire avant une mission habitée vers Mars[7]. Début , le président Obama annonce l'annulation du programme Constellation qui est confirmée par la suite[8],[9].

Le Flexible Path : Mars en plusieurs étapes (2010)[modifier | modifier le code]

Malgré l'arrêt du programme Constellation la NASA décide de poursuivre le développement du lanceur lourd Space Launch System (SLS) et du vaisseau spatial interplanétaire Orion. Ces engins spatiaux doivent être utilisés pour réaliser des missions interplanétaires d'une complexité croissante dans le but ultime de déposer des hommes sur Mars. La stratégie ainsi définie, baptisée « Flexible Path », est beaucoup plus progressive que ce qui a été envisagé dans les projets martiens antérieurs. Avant de poser l'homme sur Mars, il est prévu de mener des missions autour de la Lune, sur des astéroïdes proches puis sur la lune martienne Phobos pour mettre au point les matériels et gagner en expérience. Les premières missions de SLS et Orion à destination de l'espace cis-lunaire sont progressivement définies au cours des années suivantes. Toutefois la stratégie d'exploration du système martien proprement dit reste vague[10].

La mission avortée Asteroid Retrieval and Utilization (2012-2017)[modifier | modifier le code]

La première mission du programme Flexible Path est l'envoi d'un équipage à la surface d'un astéroïde géocroiseur : l'Asteroid Retrieval and Utilization (ARU) doit combiner l'étude in situ de cet objet et tester les nouveaux équipements notamment en déplaçant une roche de 4 mètres de diamètre située à la surface de l'astéroïde pour la placer sur une orbite lunaire[10]. Toutefois, en interne à la NASA comme au Congrès des États-Unis, peu de personnes soutiennent cette mission et celle-ci est finalement annulée en juin 2017[11]. Cette annulation replace la Lune au cœur du programme spatial habité.

Analyse des raisons de l'échec des projets lunaires et martiens antérieurs[modifier | modifier le code]

Plusieurs raisons expliquent les échecs répétés des projets de missions lunaires et martiens[12] :

  • Il n'y a pas justification économique à de telles missions. Une mission robotique, certes moins agile, permet d'explorer l'espace lointain à un cout cent fois moins élevé et sans risquer la vie d'un équipage. La justification avancée pour une mission habitée - c'est dans la nature de l'homme d'explorer et d'étendre son horizon - est faible si on la rapproche de ses implications financières.
  • Les américains qui soutiennent ces projets sont minoritaires. Les sondages récents, qui rejoignent des analyses antérieures, montrent que seulement un quart des américains considèrent comme important ou très important l'envoi d'hommes sur la Lune ou sur Mars. Une large majorité considère que les priorités vont à la protection de la Terre contre l'impact d'un astéroïde, l'étude de notre planète et l'exploration du système solaire par des missions robotiques.
  • Une mission habitée vers Mars est un objectif très ambitieux sur le plan financier et technologique. Pour illustrer cette complexité, l'astronaute Don Petitt cite le fait que si les toilettes ne fonctionnaient plus à bord de la Station spatiale internationale, la NASA peut envoyer une pièce de rechange, tandis que si le même incident se produit sur Mars il entraine la mort de l'équipage.
  • Une mission lunaire de son côté constitue aux yeux de beaucoup d'américains un objectif présentant peu d'intérêt dans la mesure où il s'agit seulement de renouveler à un coût élevé une réalisation remontant déjà à plus de 50 ans.
  • Les différents acteurs impliqués dans le programme spatial ont des vues divergentes qui freinent la réalisation de projets de grande envergure. La Maison-Blanche est favorable à un programme ambitieux mais elle dépend du Congrès américain pour obtenir le budget. Ce dernier est souvent hostile à des dépenses aussi importantes dans le domaine spatial. Certains de ses membres sont guidés par des objectifs purement électoraux (créer de l'emploi dans leur circonscription) comme le sénateur républicain de l'Alabama Richard Shelby qui contrôle de facto le budget de la NASA. Les différents établissements de la NASA sont eux-même en conflit entre eux pour préserver leur budget et leur pouvoir au sein de l'agence spatiale. Enfin les grands industriels du spatial (Boeing, Orbital ATK, Aerojet Rocketdyne) font jouer leurs appuis au Congrès de manière à préserver leur activité éventuellement en contradiction avec les objectifs de l'agence spatiale. Les acteurs du NewSpace (SpaceX, Blue Origin, ...) tentent également d'influencer les décideurs au mieux de leurs intérêts financiers.

Développement récent du programme lunaire habité[modifier | modifier le code]

Regain d'intérêt des puissances spatiales pour la Lune[modifier | modifier le code]

La Russie annonce au milieu de la décennie 2010 qu'elle projette de développer une station orbitale lunaire, la Lunar Orbital Station et d'envoyer des hommes à la surface de la Lune à l'horizon 2030 en utilisant le vaisseau Federatsia en cours de développement. De son côté l'Agence spatiale européenne lance en 2015 l'idée d'un village lunaire, c'est-à-dire d'une base permanente sur la Lune développée par l'ensemble des nations spatiales. La Chine, dont les réalisations spatiales progressent à grand pas, envisage depuis 2017 de débarquer des hommes à la surface de la Lune au cours de la décennie 2030[13].

La station spatiale lunaire Deep Space Gateway (2017)[modifier | modifier le code]

Article principal : Lunar Orbital Platform-Gateway.

En avril 2017, la NASA précise la stratégie de son programme spatial habité dans la perspective de l'abandon de la Station spatiale internationale qui est frappée d'obsolescence à moyen terme. Elle annonce le développement d'une station spatiale placée en orbite lunaire baptisée Deep Space Gateway (DSG). Celle-ci pourra accueillir des équipages pour une durée de 42 jours. Elle comprendra un module d'habitation, un module de propulsion et peut être un module servant de sas. La DSG sera assemblée à partir de composants transportés par le futur lanceur lourd SLS et elle sera desservie par le vaisseau Orion. Dans une première phase du programme, les équipages qui devraient occuper la station à partir de 2025 l'utiliseront pour apprendre à vivre et à travailler en orbite lunaire. Cette phase permettra également de pratiquer les rendez-vous entre vaisseaux loin de l'orbite terrestre basse. La NASA souhaite à ce stade faire appel aux entreprises privées et aux partenaires internationaux pour les missions de ravitaillement. Ces missions sont un préambule à l'envoi de missions vers Mars constituant la phase ultime du programme. Pour convoyer les équipages, il est prévu de développer un vaisseau spatial de grande taille, le Deep Space Transport. Celui-ci sera convoyé jusqu'à la station lunaire après un lancement par le SLS puis sera ravitaillé avant d'être lancé vers Mars avec un équipage de 4 personnes[14],[15],[16].

Le programme Artemis : un équipage à la surface de la Lune en 2024 ? (2019)[modifier | modifier le code]

Logo du programme Artemis.

En avril 2019, à quelques mois du cinquantième anniversaire de la mission Apollo 11 qui a vu le premier homme fouler le sol lunaire, le vice-président américain Mike Pence, après avoir adressé des reproches à la NASA et à ses sous-traitants pour le retard pris dans le développement du lanceur lourd SLS (la date du premier vol a glissé de 2017 à 2021), annonce que le président américain Donald Trump souhaite qu'un premier équipage soit déposé à la surface de la Lune dès 2024 soit quatre ans avant l'échéance prévue jusque là par la NASA[17]. Le président assigne deux objectifs à l'agence spatiale : d'une part tenir la date de 2024 et d'autre part réaliser à terme des missions "dites durables" permettant l'exploration de la Lune puis de Mars. Pour pouvoir remplir le premier objectif, la NASA décide de concevoir deux types de missions. Les premières missions sont simplifiées (séjour court de 6 jours et demi sur la Lune, masse emportée limitée, équipage de deux hommes, pas de pré positionnement de matériel à la surface, vaisseau lunaire non réutilisable). Les missions dites durables qui interviennent à compter de 2026 utilisent un vaisseau lunaire plus gros qui permet d'emporter plus d'équipements et un équipage de 4 personnes tandis que le séjour à la surface est plus long[18]. Le site d'atterrissage serait situé près du pôle sud lunaire car celui-ci est à la fois un objectif scientifique important et recèle également des stocks d'eau qui peuvent être exploités pour optimiser les séjours sur la Lune[19].

Mi-mai 2019, une enveloppe supplémentaire de 1,6 milliard de dollars est débloquée au titre de l'année budgétaire 2020 pour ce programme lunaire, qui est baptisé à cette occasion « programme Artemis », du nom de la déesse grecque personnifiant la Lune dans la mythologie grecque. Il s'agit d'une référence explicite au programme Apollo, qui est nommé d'après Apollon, le dieu grec et frère jumeau d'Artémis. Les fonds doivent être utilisés de la manière suivante[20] :

  • 1 milliard de dollars sont consacrés à la réalisation d'un atterrisseur capable de déposer des hommes sur la Lune. La conception et la fabrication de ce module serait complètement sous-traité à l'industrie privée.
  • Le budget engagé pour le développement de la station spatiale lunaire sera réduit de 321 millions de dollars en limitant sa fonction à celle de support pour déposer l'équipage sur la Lune. La somme libérée doit être affectée à d'autres dépenses du programme Artemis.
  • 651 millions de dollars sont affectés au développement du lanceur SLS et du vaisseau Orion.
  • Le développement des systèmes de propulsion reçoit 132 millions de dollars, dont 90 millions affectés à l'exploration robotique.

Développement du programme[modifier | modifier le code]

Au cours du deuxième semestre 2019, la NASA prend de nombreuses décisions pour tenter de tenir le calendrier très tendu du programme Artemis :

  • Courant mai l'agence spatiale sélectionne la société MAXAR Technologies pour le développement du module PPE (Power and Propulsion Element) de la station spatiale lunaire Lunar Orbital Platform-Gateway[21].
  • La NASA veut lancer plusieurs missions robotiques ayant pour objectif d'effectuer une première reconnaissance. Le développement des atterrisseurs chargés de déposer ces équipements scientifiques sur la Lune est confié à l'industrie privée dans le cadre du programme Commercial Lunar Payload Services (CLPS) fonctionne de manière analogue au programme COTS consacré au ravitaillement de la Station spatiale internationale. Trois entreprises, sont pré-sélectionnées en juin 2019[22].
  • En juillet la NASA sélectionne la société Northrop Grumman pour le développement du module d'habitation HALO de la station spatiale lunaire Lunar Orbital Platform-Gateway [23].
  • Début septembre l'agence spatiale soumet aux industriels un cahier des charges pour le vaisseau lunaire HLS. Les réponses sont attendues début novembre et le vainqueur sera sélectionné en décembre 2019. Une somme de 1 milliard US$ a été demandée par la NASA pour financer les développement de ce vaisseau sur l'année budgétaire 2020 (le cout total sera de plusieurs milliards US$). Les trois entreprises susceptibles d'être choisies sont Blue Origin, Boeing et SpaceX[24].
  • Fin octobre 2019 la NASA lance le développement de l'astromobile (rover) VIPER dans le but d'étudier la glace d'eau présente dans le régolithe du fond des cratères situés au pôle sud de la Lune. Celui-ci doit effectuer une reconnaissance fin 2022 de la région dans laquelle atterriront les premiers équipages[25].

Les équipements du programme lunaire Artemis[modifier | modifier le code]

Vue d'artiste du lanceur lourd Space Launch System qui sera chargé de lancer le vaisseau Orion.

L'architecture de la mission lunaire, telle que définie en mai 2019, repose sur la disponibilité de plusieurs vaisseaux spatiaux : le lanceur lourd Space Launch System, la station spatiale lunaire Lunar Orbital Platform-Gateway qui joue le rôle de relais entre l'orbite lunaire et la surface de la Lune, le vaisseau Orion qui est utilisé pour transférer l'équipage entre la Terre et la station spatiale lunaire et le vaisseau lunaire HLS (Human Landing System) chargé de déposer l'équipage sur le sol lunaire puis de le ramener à la station spatiale. Plusieurs vols de lanceurs commerciaux sont également prévus pour positionner des missions robotiques à la surface de notre satellite afin de préparer l'arrivée des équipages et ravitailler la station spatiale lunaire.

Le lanceur lourd SLS[modifier | modifier le code]

Article principal : Space Launch System.

Le lanceur lourd Space Launch System bloc 1 développé principalement par Boeing permet de placer 26 tonnes en orbite lunaire. Il est chargé de lancer le vaisseau Orion avec l'équipage à bord. Huit des 37 lancement prévus d'ici 2028 pour le programme Artemis sont pris en charge par ce lanceur. Son premier vol doit avoir lieu en 2020 ou 2021. La version bloc 1 comprend un premier étage dérivé du réservoir externe de la navette spatiale américaine et propulsé par quatre moteurs-fusées RS-25E version dérivée de moteurs de la navette spatiale. Au décollage la poussée est principalement fournie par deux propulseurs d'appoint à propergol solide à cinq segments, directement dérivés des Solid Rocket Boosters (SRB) de la navette spatiale, qui n'avaient eux que quatre segments. Le deuxième étage ICPS (Interim Cryogenic Propulsion Stage) est dérivé du second étage du lanceur Delta IV, est propulsé par un unique moteur-fusée à ergols liquides RL-10B2, brûlant un mélange d'hydrogène liquide et d'oxygène liquide.

Le vaisseau Orion[modifier | modifier le code]

Article principal : Orion (véhicule spatial).
Le vaisseau Orion de la mission Artemis 1.

Le vaisseau spatial Orion est chargé de transporter l'équipage entre la Terre et la station spatiale lunaire à l'aller comme au retour. Contrairement au vaisseaux américains développés récemment il dispose de la capacité à aller au-delà de l'orbite terrestre basse : bouclier thermique permettant de résister à une vitesse de rentrée atmosphérique de 11 km/s, capacité de manœuvre importante, protection thermique adaptée au trajet interplanétaire, habitacle permettant un séjour long de l'équipage, etc... . Il reprend l'architecture du vaisseau Apollo avec un module de commande en forme de cône contenant l'habitacle dans lequel séjourne l'équipage et un module de service dans lequel est rassemblé tout ce qui n'est pas nécessaire au retour sur Terre. Ce dernier module est largué avant la rentrée atmosphérique. L'ensemble a une masse de 26 tonnes dont 15,5 tonnes pour le module de service. Contrairement au vaisseau Apollo, il utilise des panneaux solaires pour la fourniture d'énergie. Il dispose d'un système d'amarrage similaire à celui de la navette spatiale américaine. Il dispose d'une quantité d'ergols nettement inférieure à celle d'Apollo ce qui ne lui permet pas de se placer sur une orbite lunaire basse comme le vaisseau Apollo (delta-V de 1 340 m/s contre 2 800 m/s) (il s'amarre à la station spatiale lunaire qui est placé sur une orbite haute qui permet d'économiser un delta-V d'environ 1 500 m/s). Le vaisseau Orion est conçu pour se poser sur l'eau à son retour sur Terre. Il peut emporter quatre personnes pour une mission d'une durée de trois semaines[26] .


Comparaison des caractéristiques d'Orion avec celles de ses prédécesseurs
Caractéristiques Orion (Artemis 2)[26] Apollo Soyouz
Longueur ~8,14 m 11,03 m 7,48 m
Diamètre max 5,03 m 3,9 m 2,72 m
Envergure 18,8 m 3,9 m 10,06 m
Masse totale (ergols) 25,85 t ( ?) 30,33 t (18,5 t) 7,25 t (0,9 t)
Volume pressurisé / habitable 19,56 m3 / 8,95 m3 / 6,17 m3 / 9 m3
Delta-V 1 340 m/s 2 800 m/s 390 m/s
Source énergie Panneaux solaires Piles à combustible Panneaux solaires
Production énergie 11 kW kW 0,6 kW
Durée mission 21 j 14 j 14 j
Taille équipage 4 3 3
Zone d'atterrissage Mer Mer Terre

La station spatiale lunaire[modifier | modifier le code]

Article principal : Lunar Orbital Platform-Gateway.

La station spatiale lunaire Lunar Orbital Platform-Gateway sert de relais entre la Terre et la surface de la Lune. Elle ne constitue pas un élément obligatoire pour les premières missions vers le sol lunaire : dans le cahier des charges du vaisseau lunaire HLS, un rendez-vous en orbite lunaire entre le vaisseau Orion et le HLS est une option pour laquelle le candidat peut opter. Par contre pour les missions "dites durables" à compter de 2026 la station lunaire devient obligatoire notamment pour permettre la réutilisation de tout ou partie du vaisseau lunaire[18]. Pour les premières missions du programme Artemis la priorité est donnée aux deux modules nécessaires pour les missions qui doivent se dérouler sur le sol lunaire :

  • le module PPE (Power and Propulsion Element) produit l'énergie de la station et dispose d'un système propulsif principal utilisant des moteurs ioniques. Les panneaux solaires dont il est équipé fournissent 50 kW. Le module dispose également de systèmes de télécommunications permettant d'assurer la liaison avec la Terre d'une part et la surface de la Lune d'autre part. La construction de ce module a été confiée en mai 2019 à la société MAXAR Technologies (autrefois SSL) pour un montant de 375 millions US$. Le module doit être mis à disposition pour un lancement fin 2022[21].
  • le module d'habitation HALO (Habitation and Logistics Outpost) également baptisé MHM (Minimal Habitation Module) sert de module d'habitation. Développé par la société Northrop Grumman il est basé sur le cargo spatial Cygnus. De forme cylindrique il comporte deux ports d'amarrage radiaux pour permettre l'amarrage du vaisseau Orion et des cargos chargés du ravitaillement et deux autres ports d'amarrage dans l'axe pour se fixer aux autres modules de la station spatiale. Le module pressurisé dispose d'un système de communications, d'un système de support de vie permettant à un équipage de 4 personnes de vivre durant 30 jours dans le volume fourni par ce module et le vaisseau Orion. Le module HALO doit être fourni par Northrop Grumman de manière à permettre son lancement fin 2023[23].

La station spatiale est placée sur une orbite autour de la Lune dite NRHO (Near Rectilinear Halo Orbit ). C'est une orbite de halo dont la période orbitale est de 6,5 jours et le périlune (le point le plus proche de la Lune) est de 3366 km et l'apolune de 70 000 km. Cette orbite est sélectionnée parce qu'elle présente plusieurs avantages[27],[28] :

  • Cette orbite permet à la station spatiale d'être en permanence visible de la Terre c'est à dire que celle-ci n'est jamais masquée par la Lune. Les liaisons radio ne sont donc jamais interrompues.
  • Il n'y a aucune éclipse du Soleil par la Terre. Celles-ci sont les plus gênantes car elles peuvent atteindre une durée de 2,6 heure (éclipse totale) ce qui dépasse les capacités des batteries du vaisseau Orion et de la station spatiale lunaires (les batteries doivent prendre le relais des panneaux solaires durant les éclipses).
  • Cette orbite comporte quelques éclipses du Soleil par la Lune chaque année mais leur durée n'excède pas 80 minutes.
  • Cette orbite est instable mais elle ne nécessite que de petites corrections: la correction de vitesse nécessaire pour la maintenance de l'orbite est de 1,86 mm/s par orbite. Cette valeur ne prend pas en compte les perturbations diverses que subit tout engin spatial dans l'espace quelle que soit sa trajectoire en particulier la pression solaire.

Le vaisseau lunaire[modifier | modifier le code]

Décollage de l'étage de remontée du vaisseau HLS (vue d'artiste).

Le vaisseau lunaire HLS (Human Landing System) qui, au repos, est amarré à la station Lunar Orbital Platform-Gateway a pour rôle de déposer deux astronautes sur le sol lunaire. A la surface il sert d'habitat durant la mission d'une durée initiale d'environ une semaine puis il ramène l'équipage à la station spatiale. Pour remplir ces objectifs la NASA préconise une architecture comprenant trois modules qui permet de limiter la masse de chaque module à moins de 15 tonnes ce qui la rend compatible avec le positionnement autour de la Lune par des véhicules commerciaux (la version à deux modules similaire au module Apollo aurait une masse de 9 à 12 t (module de remontée) + 32-38 t. (module de descente)[19],[29] :

  • Un module propulsif qui est uniquement chargé d'abaisser l'orbite des deux autres modules. D'une masse de 12 à 15 tonnes, il permet une modification de la vitesse de 850 m/s. Il est éventuellement réutilisable dans le cas des missions "durables".
  • Un module de descente qui après largage du module propulsif est chargé d'annuler la vitesse horizontale et de déposer le module habitable (module de remontée) sur le sol lunaire. D'une masse de 15 à 16 tonnes, il permet une modification de la vitesse de 2 000 m/s. Il pourrait être également utilisé dans une autre configuration pour déposer du fret sur le sol lunaire.
  • Un module de remontée/module habitable qui sert d'habitat à l'équipage de 4 astronautes (c'est le seul module pressurisé de l'ensemble) et qui dispose d'une propulsion lui permettant de remonter en orbite. D'une masse de 9 à 12 tonnes, il permet une modification de la vitesse de 2 850 m/s. Après la remontée du sol lunaire, il peut être réutilisé après avoir été ravitaillé en consommables.

Pour respecter ces échéances serrées, la NASA se tourne vers le privé pour développer le module lunaire. Elle sélectionne à la mi-mai 2019 onze industriels pour développer un module lunaire ou une partie de module lunaire : Aerojet Rocketdyne, Blue Origin, Boeing, Dynetics, Lockheed Martin, Masten, Maxar (qui fournit le module de propulsion de la Gateway), Northrop Grumman, Orbit Beyond, Sierra Nevada et SpaceX. Blue Origin, avec son Blue Moon, et Lockheed Martin, avec un atterrisseur dérivé du vaisseau Orion font figure de favoris[30].

Le cahier des charges de la NASA précise les principales caractéristiques du vaisseau HLS. Deux versions successives du vaisseau doivent être construites la version non réutilisable 2024 capable de transporter deux astronautes et devant séjourner durant la journée lunaire et la version définitive utilisée à partir de 2026 pouvant transporter trois à quatre astronautes et permettant de survivre à une nuit lunaire[31].

Principales caractéristiques du vaisseau lunaire HLS spécifiées dans le cahier des charges de la NASA[31]
Caractéristique Exigences pour la mission de 2024 Exigences pour les missions postérieures à 2026
Équipage 2 personnes 3 à 4 personnes
Capacité de manœuvre Permet d'effectuer un aller-retour entre l'orbite lunaire et un site situé entre les latitudes 84 et 90° sud
Capacité à interrompre la mission
Atterrissage automatique à la surface de la Lune
Rendez-vous et ammarrage automatique à la station spatiale et au vaisseau Orion
Fiabilité 97,5% avec au minimum 2 sorties extravéhiculaires (non réutilisable) 98% par mission, 87% sur une période de 10 ans (>= 5 missions)
Précision à l'atterrissage 100 m.
Site d'atterrissage Éclairé en permanence > 50 heures de nuit continue (objectif 191 heures)
Durée du séjour dans le module 8 jours terrestres
A la surface de la Lune 6,5 jours
Sorties extravéhiculaires durée > 4 h.
Nombre > 2
durée > 8 h.
Nombre = 5
Charge utile déposée à la surface de la Lune > 865 kg dont
combinaison xEMU 373 kg
Nourriture 59 kg
Équipage 175 kg
> 1595 kg
Autre charge utile à l'atterrissage au minimum 80 kg d'instrumentation
dont 10-20 kg pour les caméras et instruments dans l'habitacle
voir supra
Charge utile au décollage > 525 kg dont
combinaison xEMU 167 kg
Nourriture 18 kg
Equipage 175 kg
> 1070 kg
Autre charge utile au décollage au minimum 15 kg (cible 100 kg) voir supra

Rôle des lanceurs commerciaux[modifier | modifier le code]

Pour optimiser les couts et les délais, la NASA fait appel aux lanceurs commerciaux d'une part pour positionner les différents composants - modules de la station spatiale lunaire et du vaisseau lunaire HLS - d'autre part pour assurer le ravitaillement de la station spatiale lunaire Lunar Orbital Platform-Gateway en consommables (ergols, eau, oxygène). Sur les 37 lancements programmés entre 1999 et 2028, 29 doivent être pris en charge par des lanceurs commerciaux, les huit autres l'étant par le lanceur géant SLS. Les modalités des contrats qui seront passés avec les fournisseurs de cette prestation, sont similaires à celles du programme COTS de ravitaillement de la Station spatiale internationale. Selon l'architecture de mission la plus probable les trois modules du vaisseau lunaire (il pourrait n'y en avoir que deux mais cela mettrait hors jeu les vaisseaux commerciaux pour l'un des deux modules) dont la masse totale atteint une quarantaine de tonnes seront expédiés séparément pour tenir compte des capacités limitées des lanceurs. Pour les missions de ravitaillement, selon le cahier des charges établi par la NASA au cours de l'été 2019, le fournisseur devra mettre à disposition un cargo spatial pouvant s'amarrer à la station spatiale lunaire, générer sa propre énergie et resté amarré durant un an[32].

Comparaison des lanceurs lourds utilisables par le programme Artemis[29]
Lanceur Constructeur 1er vol Capacité en orbite lunaire Cout Commentaire
Space Launch System bloc 1 Boeing 2020 ou 2021 26 t.
Falcon Heavy version non réutilisable SpaceX opérationnel 15 t. 90 millions US$
Vulcan avec étage Centaur United Launch Alliance 2021 13 t. env 200 millions US$ ? Version plus puissante disponible en 2024
New Glenn Blue Origin 2021 13,6 t. entre 100 et 200 millions US$ ?

Combinaisons spatiales[modifier | modifier le code]

Prototype de la combinaison spatiale xEMU.

Deux types de combinaison spatiale sont mis au point pour le programme Artemis :

  • L'OCSS (Orion Crew Survival System) est la combinaison spatiale portée par les astronautes dans le vaisseau Orion durant le décollage et la phase de rentrée atmosphérique. Étanche (elle comporte un casque), elle permet de survivre en cas de décompression accidentelle et est traditionnellement de couleur orange pour faciliter le repérage des astronautes après leur amerrissage suite à leur retour sur Terre. Ses caractéristiques sont proches de celles des combinaisons spatiales utilisées pour les missions vers la station station internationale. Mais contrairement à celles-ci chaque combinaison spatiale sera taillée aux dimensions exactes de son porteur. Les zones de frottement ont été retravaillées, les gants permettent un meilleur toucher et les bottes fournissent une meilleure protection contre le feu tout en étant plus confortable[33].
  • L'xEMU (Exploration Extravehicular Mobility Unit) est la combinaison spatiale que porteront les astronautes durant leurs sorties extravéhiculaires à la surface de la Lune. De nombreuses améliorations ont été apportés par rapport aux combinaisons spatiales portées par les équipages de la Station spatiale internationale lors de leurs sorties dans l'espace et aux combinaisons des astronautes du programme Apollo. La combinaison est mieux protégée contre la contamination corrosive de la poussière lunaire. La miniaturisation de l'électronique a permis de dupliquer la plupart des systèmes vitaux ce qui permet de réduire les risques et d'envisager des sorties de plus longue durée. Elle est capable de résister à des températures extrêmes comprises entre -250°C et +250°C. L'xEMU permet une meilleure agilité grâce à des articulations repensées qui limitent également les efforts fournis par l'astronaute. Le nouveau système micro/écouteurs, amélioré pour une meilleure qualité audio, permet de supprimer l'inconfortable casquette snoopy. Les astronautes enfileront la combinaison spatiale en rentrant par une porte située à l'arrière de celle-ci reprenant le dispositif des combinaisons russes Orlan[34].

Les missions robotiques[modifier | modifier le code]

Des missions robotiques sur le sol lunaire précèdent et accompagnent les missions avec équipage. Leur dépose à la surface de la Lune est confiée à l'indutrie privée dans le cadre du programme Commercial Lunar Payload Services.

Avant de faire atterrir des hommes dans la région du pôle sud lunaire, la NASA veut lancer plusieurs missions robotiques ayant pour objectif d'effectuer une première reconnaissance. Le premier objectif de ces missions est d'étudier les caractéristiques de la glace d'eau présente, raison d'être de la sélection du pôle sud. Les autres objectifs sont l'étude de la géologie lunaire et de l'environnement pour préparer les premières missions avec équipage. Ces missions robotiques se poursuivront après le premier atterrissage d'un équipage sur le sol lunaire.

Le programme CPLS[modifier | modifier le code]

Article principal : Commercial Lunar Payload Services.

L'agence spatiale a décidé de confier le développement des atterrisseurs chargés de déposer ces équipements scientifiques sur la Lune, à l'industrie privée. Le programme Commercial Lunar Payload Services (CLPS) fonctionne de manière analogue au programme COTS consacré au ravitaillement de la Station spatiale internationale. Trois entreprises, ont été pré-sélectionnées en juin 2019. ELle devront effectuer un premier vol d'ici 2020 et 2021. Les engins développés doivent pouvoir disposer au minimum 40 à 100 kg à la surface de la Lune[22],[35].

L'astromobile VIPER[modifier | modifier le code]

Article principal : VIPER (astromobile).

En octobre 2019 la NASA décide de développer l'astromobile (rover) VIPER. dans le but d'étudier la glace d'eau présente dans le régolithe du fond des cratères situés au pôle sud de la Lune. L'eau pourrait jouer un rôle important pour les séjours à la surface de la Lune d'équipage d'astronautes en fournissant les consommables nécessaires - oxygène, eau consommable et ergols - grâce aux technologies d'utilisation des ressources in situ. L'engin spatial, qui doit être lancé vers décembre 2022, fait partie des missions développées dans le cadre du Programme Artemis. Il emporte une foreuse et trois instruments destinées à analyser les carottes de sol. La dépose du rover de 250 kg sur le sol lunaire doit être confiée au programme Commercial Lunar Payload Services[36].,[37],[25].

Déroulement des missions[modifier | modifier le code]

Selon le planning diffusé en mai 2019 la NASA prévoit d'effectuer 37 lancements entre 2019 et 2028 dans le cadre du programme Artemis. Ces vols comprennent l'envoi de missions robotiques de reconnaissance, le positionnement en orbite lunaire des composants de la station spatiale et des exemplaires du vaisseau lunaire HLS, le ravitaillement de la station spatiale et enfin l'envoi des équipages destinés à tester le lanceur SLS (Artemis 1) le vaisseau Orion (Artemis 2), puis à se poser sur la Lune (Artemis 3, 4, 5, 6). La majorité des lancement est effectué par des lanceurs commerciaux[38].

Les missions préparatoires : Artemis 1 et Artemis 2[modifier | modifier le code]

Le programme Artemis doit commencer par deux missions destinées à mettre au point les véhicules et les procédures avant d'amener le premier équipage sur la Lune. Le premier vol, la mission Artemis 1, doit tester en 2021 le vaisseau Orion sans équipage. Artemis 2 doit emporter en 2022-2023 le même vaisseau avec équipage pour un vol autour de la Lune. Dans les deux cas le vaisseau Orion doit être placé en orbite par le lanceur lourd SLS Bloc 1. La même année, une fusée commerciale doit placer le premier module de la station en orbite lunaire. Il s'agit du module disposant d'une propulsion et fournissant de l'énergie. En 2023 le deuxième module MiniHab, de type habitat, doit être lancé par une fusée commerciale. Ce module dispose d'au moins deux ports d'amarrage libre permettant d'y amarrer simultanément le module lunaire chargé d'amener les astronautes sur le sol lunaire (un homme et une femme) et le vaisseau Orion. Le module lunaire, qui comprend trois sous-ensembles, sera placé en orbite lunaire grâce à trois vols commerciaux[39].

Artemis 3 : première mission sur le sol lunaire[modifier | modifier le code]

Article principal : Artemis 3.

La mission Artemis 3 est la première à amener un équipage sur le sol lunaire. Selon le scénario préconisé par la NASA, sa durée totale est 25 à 34 jours et le séjour sur la Lune est de 6 jours et demi. L'équipage est composé de quatre personnes dont deux (un équipage mixte) doivent descendre sur le sol lunaire. Le déroulement de cette première mission sur le sol lunaire est le suivant[18], [39] :

  • Les deux modules de la station spatiale lunaire LOP-G sont prépositionnés par des lanceurs commerciaux et assemblés en orbite lunaire NRHO.
  • Un vaisseau de ravitaillement chargé de consommables est lancé par un lanceur commercial et s'amarre à la station.
  • Les trois modules du vaisseau lunaire HLS sont lancés séparément par des lanceurs commerciaux et s'amarrent également à la station spatiale. Des programmes de diagnostic sont lancés à distance.
  • Si le diagnostic est positif, le lanceur géant SLS Bloc 1 décolle en emportant le vaisseau Orion avec son équipage de quatre astronautes.
  • Le vaisseau Orion s'amarre également à la station spatiale lunaire.
  • Deux des astronautes embarquent à bord du vaisseau lunaire HLS et entament la descente vers le sol lunaire. Celle-ci dure environ un jour.
  • La descente se décompose en cinq phases : le transfert de l'orbite NRHO à une orbite basse circulaire de 100 km (durée 12 heures), l'abaissement du périlune, la phase de freinage consistant à annuler pratiquement la vitesse horizontale, la phase d'approche permettant de positionner le vaisseau au-dessus du site d'atterrissage et la descente verticale finale une fois le vaisseau au-dessus de la zone d'atterrissage.
  • Le vaisseau lunaire se pose sur un site du pôle sud qui va lui permettre de bénéficier durant les 6 jours et demi d'un éclairage permanent par le Soleil, permettant de générer de manière continue de l'énergie avec ses panneaux solaires. Les astronautes disposeront d'un rover non pressurisé analogue à celui du programme Apollo. Le séjour à la surface de la Lune doit durer 6 jours et demi soit trois jours de plus que la dernière mission Apollo. Au moins deux sorties extra-véhiculaires d'une durée minimale de 4 heures sont réalisées. Le cahier des charges de l'atterrisseur limite à 26 kg la quantité de roches lunaires que pourront ramener les astronautes[40].
  • A la fin de son séjour l'équipage redécolle de la surface avec le seul étage de remontée.
  • Une fois sur une orbite basse, le vaisseau lunaire est mande manœuvré de manière à réussir un rendez-vous spatial avec la station spatiale.
  • Son équipage réintègre alors le vaisseau Orion qui est resté amarré à la station spatiale durant leur séjour sur la Lune et retrouve les deux coéquipiers restés en orbite.
  • L'étage de remontée, qui n'est pas réutilisé pour ces premières missions, est largué.
  • Le vaisseau Orion quitte la station spatiale avec à son bord l'équipage complet, le résultat de la collecte des échantillons lunaires et certaines expériences scientifiques.
  • De retour sur Terre, il amerrit dans l'océan et est recueilli avec son équipage par des navires pré-positionnés.

Déroulement des missions Artemis à compter de 2026[modifier | modifier le code]

Selon le planning publié par la NASA en mais 2019, à compter de 2026 les astronautes bénéficient d'un vaisseau lunaire aux capacités largement accrues. Celui-ci peut déposer au sol jusqu'à 4 personnes. L'habitat peut supporter une nuit lunaire partielle ou même complète (objectif). Des équipements mis à leur disposition sont pré-positionnés par des missions robotiques. La station spatiale est étoffée avec de nouveaux modules (sas, habitat, ...).

Architecture des missions Artemis à compter de 2026 : équipage sur le sol lunaire portée à 4 personnes, réutilisation d'une partie du vaisseau lunaire, ajout de modules à la station lunaire (février 2019).

Critiques du programme Artemis[modifier | modifier le code]

La viabilité du programme Artemis avec l'objectif calendaire qui lui a été fixé est douteuse compte tenu de la modestie des sommes allouées au programme au titre du budget 2020 et de l'absence d'une enveloppe budgétaire consacrée au programme pour les années suivantes[41],[38]:

  • Les estimations de coût du programme varient selon les spécialistes interrogés entre 20-25 milliards et 30 milliards de dollars américains. Il faudrait donc consacrer entre 6 et 8 milliards de dollars par an pour atteindre l'objectif à l'échéance imposée par le président Trump.
  • La NASA dépend pour la tenue des objectifs de ses sous-traitants. Or Boeing qui développe le lanceur géant SLS a pris un retard considérable alors que celui-ci réutilise des composants existants. Dans ce contexte le développement de l'atterrisseur lunaire qui comportera trois modules complètement nouveaux avec des moteurs à mettre au point ainsi que plusieurs systèmes complexes peut il être envisagé dans un délai aussi-court ?
  • L'architecture retenue nécessite le développement d'un nouvel étage pour le lanceur SLS dont le développement a été arrêté pour permettre à Boeing de tenir ses échéances.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) Steve Garber, « The Space Exploration Initiative », sur history.nasa.gov, NASA History Division (consulté le 19 octobre 2009).
  2. (en) Conférence NASA Societal impact of spaceflight, Societal impact of spaceflight (SP-2007-4801) : Live from the Moon: The Societal Impact of Apollo d'Andrew Chaikin, (lire en ligne)
  3. George Bush, « President Bush Announces New Vision for Space Exploration Program », sur history.nasa.gov, (consulté le 11 octobre 2009).
  4. [PDF]John Connolly (NASA), « Constellation Program Overview », sur nasa.gov, (consulté le 11 octobre 2009).
  5. Seth Borenstein, Associated Press, « Return-to-moon plan gets boost on Capitol Hill », sur usatoday.com, US Today, (consulté le 10 octobre 2009).
  6. « Rapport final de la commission Augustine sur le site de la NASA » [PDF], sur nasa.gov, NASA (consulté le 24 janvier 2010), p. 97.
  7. « Rapport final de la commission Augustine sur le site de la NASA » [PDF], sur nasa.gov, NASA (consulté le 24 janvier 2010), p. 69.
  8. « Présentation du budget 2011 de la NASA par l'administrateur de la NASA Charlie Bolden » [PDF], sur nasa.gov, NASA, .
  9. « Synthèse du budget 2011 de la NASA proposé le 1 février 2010 » [PDF], sur nasa.gov, NASA, .
  10. a et b (en) Chris Bergin, « Taking aim on Phobos – NASA outline Flexible Path precursor to man on Mars », nasaspaceflight.com,
  11. (en) Jeff Foust, « NASA closing out Asteroid Redirect Mission », spacenews.com,
  12. (en) Eric Berger, « Half a century after Apollo, why haven’t we been back to the Moon? », sur arstechnica.com,
  13. (en) Ben Blanchard, « China prepares first manned mission to the moon », Independent,
  14. (en) Jason Davis, « NASA unveiled new plans for getting humans to Mars, and hardly anyone noticed », Planetary Society,
  15. (en) Kathryn Hambleton, « Deep Space Gateway to Open Opportunities for Distant Destinations », sur www.nasa.gov, NASA (consulté le 5 avril 2017).
  16. Jason Crusan Robyn Gatens, « Cislunar Habitation & Environmental Control & Life Support System », sur www.nasa.gov, NASA (consulté le 31 mars 2017).
  17. Killian Temporel, « Les américains sur la Lune en 2024? », Espace & Exploration n°51,‎ , p. 32-35 (ISSN 2114-1320)
  18. a b et c (en) NASA, Human Landing System Concept of Operations, NASA, , 12 p. (lire en ligne)
  19. a et b (en) Casey Dreier, « T-minus Five Years and Counting - Can NASA return astronauts to the Moon by 2024? », The Planetary Society,
  20. (en) William Harwood, « Trump adds $1.6 billion to NASA budget request to kick start ‘Artemis’ moon mission », sur spaceflightnow.com,
  21. a et b « NASA Awards Artemis Contract for Lunar Gateway Power, Propulsion », NASA,
  22. a et b (en) Jeff Foust, « NASA awards contracts to three companies to land payloads on the moon », sur spacenews.com,
  23. a et b (en) Douglas Messier, « NASA Awards Contract to Northrop Grumman for Lunar Gateway Habitat Module », parabolicarc.com,
  24. (en) Eric Berger, « Sizing up the contenders for NASA’s lunar-lander program », sur arstechnica.com,
  25. a et b (en) « New VIPER Lunar Rover to Map Water Ice on the Moon », NASA,
  26. a et b (en) « ORION QUICK FACTS », NASA,
  27. (en) NASA, A Continuous 15 Year NRHO Reference Trajectory, NASA, , 6 p. (lire en ligne)
  28. « Angelic halo orbit chosen for humankind’s first lunar outpost », Agence spatiale européenne,
  29. a et b (en) Eric Berger, « As NASA tries to land on the Moon, it has plenty of rockets to choose from », sur arstechnica.com,
  30. Killian Temporel, « Lune 2024ː Artemis navigue entre politique et budget », Espace & Exploration n°52,‎ , p. 74-77
  31. a et b Human Landing System (HLS) Requirements document, p. 28-41
  32. (en) Chris Gebhardt, « NASA determining best course for commercial Lunar Gateway resupply », nasaspaceflight.com,
  33. (en) « Orion Suit Equipped to Expect the Unexpected on Artemis Missions », NASA,
  34. (en) « A Next Generation Spacesuit for the Artemis Generation of Astronauts », NASA,
  35. (en) « NASA Expands Plans for Moon Exploration: More Missions, More Science », NASA,
  36. (es) Daniel Marín, « VIPER: un rover de la NASA para explorar el hielo de los polos de la Luna », sur Eureka,
  37. (en) Stephen Clark, « NASA’s VIPER rover in development for scouting mission to moon’s south pole », sur spaceflightnow.com,
  38. a et b (en) Eric Berger, « NASA’s full Artemis plan revealed: 37 launches and a lunar outpost », sur arstechnica.com,
  39. a et b (en) Loren Grush, « NASA administrator on new Moon plan: ‘We’re doing this in a way that’s never been done before’ », sur theverge.com,
  40. (en) Jeff Foust, « Artemis missions face sample return crunch », sur spacenews.com,
  41. (en) Casey Dreier, « A Crash Program or Modest Proposal? The latter. », The Planetary Society,

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • (en) Centre de vol spatial Marshall, Human Landing System (HLS) Requirements document, NASA, , 315 p. (lire en ligne)
    Cahier des charges du module lunaire HLS (septembre 2019)
  • (en) NASA, A Continuous 15 Year NRHO Reference Trajectory, NASA, , 6 p. (lire en ligne)
    Spécifications de l'orbite NRHO de la station spatiale
  • (en) NASA, Human Landing System Concept of Operations, NASA, , 12 p. (lire en ligne)
    Déroulement d'une mission Artemis comprenant la dépose d'un équipage sur la Lune
  • (en) NASA, Architecture Analyses of Alternatives, NASA, , 60 p. (lire en ligne)
    Les différentes architectures de la mission du vaisseau lunaire étudiées
  • Killian Temporel, « Lune 2024- Artemis navigue entre politique et budget », Espace & Exploration n°52,‎ , p. 74-77 (ISSN 2114-1320)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]



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