CAPSTONE, un cubesat en orbite NRHO avant la Gateway

La NASA a attribué un contrat de 13,7 M$ à la sté Advanced Space, dans le Colorado, pour développer et exploiter une mission de CubeSat sur la même orbite lunaire ciblée par le Gateway.

CAPSTONE pour "Cislunar Autonomous Positioning System Technology Operations and Navigation Experiment" démontrera comment entrer dans cette orbite et l'exploiter, ainsi que tester une nouvelle capacité de navigation. Ces informations contribueront à réduire les incertitudes logistiques pour le Gateway,

Le CubeSat de 12 unités a à peu près la taille d’un petit four à micro-ondes. Un système de communication embarqué sera capable de déterminer la distance qui sépare CAPSTONE de la sonde LRO (comme chacun sait, en orbite autour de la Lune) et la rapidité avec laquelle la distance entre les deux engins spatiaux évolue. Les informations inter-vaisseaux seront utilisées pour faire la démonstration d'un logiciel de navigation autonome, permettant aux futures missions de déterminer leur emplacement sans avoir à s'appuyer exclusivement sur le suivi depuis la Terre.

Lancement prévu en décembre 2020.

L'article complet

La NASA a confié le développement et l'opération du cubesat lunaire CAPSTONE à Advanced Space (Boulder, Colorado) pour 13,7 M$.

https://www.nasa.gov/press-release/nasa-funds-cubesat-pathfinder-mission-to-unique-lunar-orbit

La NASA a attribué le contrat de lancement vers la Lune du cubesat CAPSTONE à Rocket Lab pour 9,9 M$.

Le lancement est prévu depuis Wallops début 2021.

https://www.nasa.gov/press-release/nasa-awards-contract-to-launch-cubesat-to-moon-from-virginia

Rappelons que l’objectif est de tester une orbite semblable à celle de la Gateway.

Même dans les publications sérieuses, on dit que le NRHO est une orbite lunaire mais ce n'est pas le cas! Une orbite halo ne tourne pas autour d'un corps céleste mais autour d'un point de Lagrange (ici L2 ou L1 du système Terre-Lune)….Il y a quelques années Frank Dewinne expliquait que son rôle était aussi de répondre à des questions sur l'astronomie….(mais des questions d'enfants, quoi!)….Un jour (bien plus tard), je le revois et lui demande d'expliquer le NRHO...Il m'a répondu par un large sourire qu'il n'avait pas la compétence pour ce domaine 8-) 
Même des conférenciers sur TED se trompent parfois dans les images pour expliquer le NRHO !
Je suppose que personne (d'où l'intérêt de Capstone) ne sait exactement quelle trajectoire emprunter pour de la Terre, rejoindre le LOP-G déjà dans le NRHO, ni quelle est la fenêtre de lancement, ni quelle est la stabilité réelle de cette orbite.

Le Blog de Maxar précise les choses.

WHAT ARE CISLUNAR SPACE AND NEAR RECTILINEAR HALO ORBITS ?

The NRHO is a seven-day cycle, taking the Gateway as close as approximately 1,600 km (1,000 miles) and as far away as about 68,260 km (42,415 miles) from the lunar surface. Consequently, roughly every seven days, the lunar lander can depart the Gateway to travel to the lunar surface. Because the Gateway can sit in this halo orbit, almost like it’s held in place by the gravity of Earth and the moon, it requires little energy for stationkeeping or to maneuver into other cislunar orbits. The orbit is called a "halo" orbit because the tracked orbit looks like a halo around the moon.

[mod]jassifun ce serait bien que tu accompagnes tes articles ou copier/coller anglophones d'un succinct résumé en français STP.

Quelques rappels :

• Règlement du forum 9/ Ce forum est francophone.
  

Les posts d'articles en anglais sont tolérés si la version française n'existe pas. Un bref résumé en français sera exigé pour permettre aux non anglophones de pouvoir participer. Toute traduction type Google est déconseillée. Les débats en anglais n'y sont par contre pas les bienvenus, il existe de nombreux forums anglophones pour cela. Tout message anglais pourra être supprimé selon l'appréciation de la modération.

• Concernant l'emploi du français et les articles étrangers
  

[/mod]

Pour le Gateway, mes informations ne sont pas claires, on en parle moins depuis qu'on parle aussi des missions Artemis pourtant ça m'étonnerait que le projet soit abandonné. La Nasa attend sans doute que les élections américaines de novembre 2020 soit passées pour s'engager plus avant.

L1 et L2 doivent correspondre en effet aux points de Lagrange L1 et L2 (mais ce n'est pas mentionné dans le texte). 
NRHO : Orbite Halo Quasi-Rectilinéaire (je suppose car pas encore lu ainsi en français).

L1 et L2 sont effectivement assez proches de la Lune donc sur une orbite NRHO, le Gateway resterait proche de l'astre visé pour l'exploration.

A noter toutefois que les schémas sont souvent simplifiés et ne respectent pas l'échelle (vu la largeur d'une page)

schéma simplifié des positions des point de LAgrange Terre-Lune



La distance terre-Lune en respectant l'échelle



Avec cette représentation L1 et L2 seraient placés beaucoup plus proches de la Lune. Donc trajet court pour des ondes (si on veut téléguider des rovers ou autres robots) et durée de trajet faible pour un Descent Vehicle (alunisseur) et pour un Ascent Vehicle (étage de remontée)

Sur ton schéma, L2 est beaucoup plus éloigné de la Lune que L1. C'est normal ? Les deux devraient se trouver à environ 60 000 km de la Lune non ?

J'ai pris le schéma sur ce blog :

http://marcgourion26.blogspot.com/2018/09/

Je ne suis pas sûr qu'il y ait symétrie avec le centre de la Lune. Il faut que les adeptes des équations de Lagrange se replongent dans cette question.

Une piste (c'est pour les points de Lagrange Soleil-Terre mais on doit pouvoir s'en inspirer)
https://www-spof.gsfc.nasa.gov/stargaze/Slagrang.htm

The derivation of the distance to the nightside Lagrangian point L2 is very similar (as is its result). In that case the equations involve r+R rather than r–R, and in the equation for F the terms are added instead of subtracted, because now the Sun and the Earth pull in the same direction. Try it!

Cela dit le schéma exagère peut-être la différence.

J'ai trouvé ces chiffres là sur un site :

L1 : 58 200 km
L2 : 64 700 km

Donc oui, le schéma exagère beaucoup

60.000 km c'est très loin de la Lune qui devrait apparaître toute petite! Si Artemis suppose que le LOP-G et le NRHO soient abandonnés, alors comment ferait Orion pour s'approcher de la Lune ? 
Il me semble que le SLS et le module de service n'ont pas la puissance requise pour porter  Orion très près de la Lune et de l'y maintenir ! 
En même temps, le but c'est bien de se poser aux pôles (c'est là où le Soleil peut fournir assez d'énergie le plus longtemps possible) mais le NRHO a une faiblesse: en cas d'urgence, comment regagner rapidement Orion ?

Fabien0300 a écrit:J'ai trouvé ces chiffres là sur un site :

L1 : 58 200 km
L2 : 64 700 km

J'ai un doute sur les valeurs indiquées par Fabien0300 pour les distances des points de Lagrange L1 et L2 :  pourrait-il indiquer sa source ?
Pour ma part (et compte tenu de l'état de mes neurones ... ) j'ai trouvé une valeur de la distance à L1 depuis la Lune d'environ 4600 km. (C'est une distance au centre de notre satellite ... donc on doit terminer en retranchant le rayon de la Lune).

Raoul a écrit:60.000 km c'est très loin de la Lune qui devrait apparaître toute petite! Si Artemis suppose que le LOP-G et le NRHO soient abandonnés, alors comment ferait Orion pour s'approcher de la Lune ?

La distance indiquée par Fabien pourrait correspondre à une position maximale du Gateway sur l'orbite NRHO (????)

https://www.space.com/41763-nasa-lunar-orbiting-platform-gateway-basics.html a écrit: NASA plans to assemble the Gateway in a highly elliptical "near-rectilinear halo orbit," which will bring the outpost within 930 miles (1,500 km) of the lunar surface at closest approach and as far away as 43,500 miles (70,000 km).

Donc :  les distances minimale et maximale de la Gateway par rapport à la lune seront respectivement de 1 500 km et de 70 000 km

Nota : la valeur minimale de 1 500 km, correspondrait assez bien à un point de Lagrange L1 avec ma valeur de 4600 km du centre lunaire (soit environ 4600 - 1700 = 2900 km du sol) puisque une orbite NRHO se fait "en elliptique" autour de L1.

Un peu plus visuel (orbite rouge) :

montmein69 a écrit:J'ai un doute sur les valeurs indiquées par Fabien0300 pour les distances des points de Lagrange L1 et L2 :  pourrait-il indiquer sa source ?
Pour ma part (et compte tenu de l'état de mes neurones ... ) j'ai trouvé une valeur de la distance à L1 depuis la Lune d'environ 4600 km. (C'est une distance au centre de notre satellite ... donc on doit terminer en retranchant le rayon de la Lune).

Oui la voici : http://villemin.gerard.free.fr/Cosmogra/Lagrange.htm#L1

montmein69 a écrit:La distance indiquée par Fabien pourrait correspondre à une position maximale du Gateway sur l'orbite NRHO (????)

Oui, mais cette distance maximale correspond aussi au point de Lagrange

D'ailleurs, le relais Queqiao, qui orbite de point L2 Terre-Lune, se trouve à 65 000 km de la Lune

Bon, cela parait effectivement différent.

Je vais revoir si la formule que j'ai dégotée ..... est buggée

La plateforme de service "Photon" utilisée par le lanceur Electron sur ce vol est bien avancée.
Peter Beck partage cette photo :

Lancement prévu début juin.

3 nouvelles photos proposées par Rocket Lab. Le lancement est prévu pour 2022.

Il y a un article sur CAPSTONE dans le numéro Janvier-Février de Espace et Exploration (n° 67).

Le lancement par fusée Electron de Rocket Lab sera effectué depuis le site de Mahia Peninsula en Nouvelle Zélande.

Le lanceur sera équipé du nouveau second étage Lunar Photon (moteur Super Curie).
(voir les photos publiées ci-dessus)

Le lancement est maintenant prévu (NET) le 3 mai.

Je ne sais pas si nous auront des informations régulières sur cette mission, mais je pense que ça vaut le coup de la détailler afin de savoir quel est son véritable but.

CAPSTONE  (Cislunar Autonomous Positioning System Technology Operations and Navigation Experiment) est un CubeSat de la taille d'un four à micro-ondes pesant seulement 25 kg.

En tant que pionnier de la future station Gateway, il contribuera à réduire les risques pour les futurs engins spatiaux en validant des technologies de navigation innovantes et en vérifiant la dynamique de cette orbite en forme de halo.

L'orbite est considérablement allongée. Son emplacement à un point d'équilibre précis entre les gravités de la Terre et de la Lune, offre une stabilité pour les missions à long terme et nécessite une énergie minimale pour s'y maintenir. L'orbite amènera CAPSTONE à moins de 1600 km d'un pôle lunaire à son passage le plus proche et à 70 000 km de l'autre pôle à son apogée, tous les sept jours, nécessitant moins de capacité de propulsion pour les engins spatiaux volant vers et depuis la surface de la Lune que les autres orbites circulaires.

CAPSTONE orbitera cette zone pendant au moins six mois pour comprendre les caractéristiques de l'orbite. Plus précisément, il validera les besoins en puissance et en propulsion pour maintenir son orbite, tel que les prévoient les modèles de la NASA, réduisant ainsi les incertitudes logistiques. Il démontrera également la fiabilité des solutions innovantes de navigation entre engins spatiaux ainsi que les capacités de communication avec la Terre. Le NRHO offre l'avantage d'une vue dégagée de la Terre en plus de la couverture du pôle Sud lunaire.

Pour tester ces nouvelles capacités de navigation, CAPSTONE dispose d'un deuxième ordinateur de vol et d'une radio dédiés qui effectueront des calculs pour déterminer où se trouve le CubeSat sur sa trajectoire orbitale grâce à LRO qui servira de point de référence. Le but est que CAPSTONE communique directement avec LRO et utilise les données obtenues à partir de cette liaison croisée pour mesurer à quelle distance il se trouve de LRO et à quelle vitesse la distance entre les deux change et ainsi détermine la position de CAPSTONE dans l'espace.

Ces informations seront utilisées pour évaluer le logiciel de navigation autonome de CAPSTONE. En cas de succès, ce logiciel, appelé CAPS (Cislunar Autonomous Positioning System), permettra aux futurs engins spatiaux de déterminer leur emplacement sans avoir à se fier exclusivement au suivi depuis la Terre. Cette capacité pourrait permettre aux futures démonstrations technologiques de fonctionner par elles-mêmes sans le soutien-sol et permettre aux antennes au sol de donner la priorité aux données scientifiques par rapport à un suivi opérationnel plus routinier.

Objectifs de la mission :

Vérifier les caractéristiques d'une orbite de halo pour les futurs engins spatiaux.

Démontrez l'entrée et le maintien dans cette orbite.

Démontrer des services de navigation entre engins spatiaux qui permettront aux futurs engins spatiaux de déterminer leur position par rapport à la Lune sans compter exclusivement sur le suivi depuis la Terre.

Jeter les bases d'un soutien commercial aux futures opérations lunaires.

Acquérir de l'expérience avec de petits lancements dédiés de CubeSats au-delà de l'orbite terrestre basse, vers la Lune et au-delà.

Source : https://www.nasa.gov/directorates/spacetech/small_spacecraft/capstonehttps://www.nasa.gov/directorates/spacetech/small_spacecraft/capstone

CAPSTONE est partie!



Faut le faire: une mini sonde de la NASA (USA) lancée par une firme privée américaine depuis la Nouvelle Zélande pour un voyage de 4 mois avant d'atteindre la NRHO (peut-être en français la OHQR (orbite de halo quasi rectilinéaire).

Lors du Summer space Festival à Bruxelles, la semaine dernière (à ma grande surprise sur la soixantaine de personnes dans la salle, nous n'étions que 3 à nous souvenir des directs d'Apollo), j'avais posé la question sur la NRHO mais personne n'a vraiment répondu sur la NRHO.

Quoique ce soit difficile à comprendre en tous cas pour moi, et pourtant j'étais debout toute la nuit du 21 juillet 1969 (quoique cela n'ait rien à voir). 

En direct en ce moment, l'injection trans lunaire de Capstone par l'étage Lunar Photon.