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Le programme LUNA (URSS, 1959-1976)

Les sondes spatiales automatiques de la famille Luna ont été lancées à 24 exemplaires de 1959 à 1976, toutes étaient destinées à l'exploration de la Lune. Les trois premières étaient appelées "Lunik".
A leur actif, il faut retenir :
- premier impact sur la Lune d'un engin construit par l'homme (Luna 2),
- première photographie de la face cachée de la Lune (Luna 3),
- premier atterrissage en douceur sur le sol lunaire (Luna 9),
- première satellisation réussie autour de la Lune (Luna 10).

C'est le 2 janvier 1959 que Luna 1 est lancée en direction de la Lune, qu'elle frôle avant de se perdre dans l'espace. Elle est le premier planétoïde artificiel, orbitant désormais autour du Soleil en 450 jours. Ses capteurs détectent pour la première fois le vent solaire.

Le 13 septembre de la même année, Luna 2 s'écrase dans la mer des pluies, non loin du cratère Autolycus, après une course de 33 h 32 min. On découvre qu'il existe une couche de gaz ionisé de basse énergie autour de la Lune.

Le 4 octobre 1959, on aperçoit pour la première fois la face cachée de la Lune, grâce aux photographies prises par Luna 3, qui orbite (encore aujourd'hui) autour de la Terre en 15,3 jours avec un apogée de 470 800 km, passant ainsi au-delà de la Lune.
La caméra était équipée d'un objectif de 203 mm à f/5,6 et d'un 508 mm ouvert à 9,5. Le film était développé à bord, séché et ensuite repris par un système de télévision qui transmettait les images à la Terre. La caméra a pris 29 images en 40 minutes, couvrant 70% de la face cachée. Seulement 17 images furent transmises, la seconde tentative ayant échouée.

C'est la fin des sondes Luna de première génération. La seconde génération ne connaîtra son premier succès qu'avec Luna 9.

Luna 4 devait réaliser le 2 avril 1963 un atterrissage en douceur, mais le contact fut perdu et elle manqua la Lune. Elle est maintenant satellisée sur une orbite luni-terrestre. Luna 5, deuxième tentative d'atterrissage en douceur, échoue aussi, elle s'écrase dans la mer des nuées le 9 mai 1965.
Luna 6 manque la Lune le 8 juin 1965, à cause d'une panne de moteur. Elle est désormais sur une orbite solaire. Luna 7 (4 octobre 1965) et Luna 8 (3 décembre 1965) manquent aussi l'atterrissage en douceur et s'écrasent toutes deux dans l'océan des tempêtes.

Luna 9, lancé le 31 janvier 1966, est le premier engin à se poser en douceur sur la Lune, le 3 février 1966, dans l'océan des tempêtes. Quatre photos panoramiques sont envoyées à la Terre, prises par un système de télévision à 360°. Des capteurs détectent un faible niveau de radioactivité.

Luna 10 est le premier engin placé en orbite lunaire. Lancé le 31 mars 1966, il est en orbite le 3 avril. L'intensité et les variations du champ de gravité lunaire sont étudiées, ainsi que la radioactivité et le champ magnétique de surface.

Luna 11 et 12 (24 août et 22 octobre 1966) réussissent leurs mises en orbite. Luna 12 transmet des vues à grande échelle de la mer des pluies et du cratère Aristarque, et emporte les moteurs électriques des roues du futur Lunakhod pour les tester.

Luna 13 se pose en douceur dans l'océan des tempêtes le 24 décembre 1966. La sonde fournit 3 vues panoramiques et effectue les premières mesures physiques directes du sol lunaire, densité et radioactivité.

Luna 14, lancé le 7 avril 1968, se place en orbite lunaire et entame une reconnaissance photographique, ainsi qu'une série de mesures de radioactivité dans l'espace près de la Lune.


Les sondes Luna de troisième génération commencent avec le vol d'essai de Luna 15, lancé le 13 juillet 1969 (crash dans la mer des crises le 21 juillet 1969, pendant la mission Apollo 11). C'est désormais une plate-forme multi-fonctions qui sera déposée sur la Lune, avec soit un dispositif de forage et de récolte d'échantillons associé à une fusée capable de les ramener sur Terre, soit un véhicule laboratoire télécommandé Lunakhod.
Les caractéristiques du vol jusqu'à la Lune des sondes de type Luna de troisième génération sont détaillées ci-dessous.

Le lancement (repère 1) est effectué à une heure précise, calculée en fonction des positions Terre-Lune-Soleil, c'est la "fenêtre de tir". Le dernier étage assemblé avec la charge utile est injecté (2) sur une orbite d'attente terrestre.
A l'instant précis calculé par les programmeurs, le moteur du dernier étage est allumé (3) pour donner à la sonde l'impulsion nécessaire à l'injection sur la trajectoire de transfert lunaire.
Le temps de vol jusqu'à la Lune est d'environ 4 jours et demi. Deux corrections (4 et 5) sont effectuées à mi-course pour amener la sonde près de la Lune, en un point et un moment donnés. Les valeurs initiales de ces corrections sont calculées par le CCC (Centre de Coordination et de Calcul) sur la base des données de télémétrie collectées. Elles sont envoyées à la sonde en code spécial pendant les périodes de transmissions.

 Trajectoire type d'une sonde Luna
Aucune échelle (taille, distance, altitude) n'est respectée sur cette image.
Les trajectoires sont situées dans un plan proche de l'écliptique.

La sonde est insérée (6) sur une orbite lunaire quasi-circulaire, à une altitude de 85  km au-dessus du sol.
Pendant les deux jours suivants, on procède aux manoeuvres de rétro-freinage (7) pour transformer l'orbite en ellipse dont le périastre (plus petite distance avec l'astre autour duquel on est en orbite) se situe à 19 km de la surface lunaire.
Les ultimes manoeuvres de transfert (8) pour amener la sonde vers une orbite de descente ont lieu à un moment calculé dans le but d'atteindre la zone prescrite (9).


Luna 16 se pose dans la mer de la fécondité le 21 septembre 1970. La sonde est équipée d'un dispositif de forage situé au bout d'un bras pivotant. Ce système permet de récolter des échantillons jusqu'à 45 cm de profondeur. Placés ensuite dans une capsule de récupération, par relevage du bras, ces échantillons (100 grammes) sont renvoyés sur Terre (fusée puis descente en parachute) pour analyse le 24 septembre 1970.

Le 17 novembre 1970, Luna 17 dépose le premier véhicule robotisé à la surface de la Lune, dans la Mer des pluies, près du promontoire Héraclides. Lunakhod 1 fonctionne pendant 11 mois et parcourt 10 540 m.

Luna 18 s'écrase dans la mer de la fertilité le 2 septembre 1971. Luna 19, mis en orbite lunaire le 28 septembre 1971, étudie le champ gravitationnel lunaire.

Luna 20 se pose dans la mer des crises et renvoie des échantillons de sol (30 grammes) sur Terre le 25 février 1972.

Le 16 janvier 1973, Luna 21 s'est posé en bordure de la mer de la sérénité, dans le cratère Le Monnier, avec le véhicule laboratoire Lunakhod 2. Il a parcouru 37 km pendant ses quatre mois d'activité.

Luna 22 devait ramener des échantillons de sol, mais la sonde n'a pu effectuer sa descente et est restée en orbite lunaire de mai à juin 1974. Luna 23 s'est posé dans le sud de la mer des crises le 28 octobre 1974, mais la foreuse n'a pas fonctionné et aucun échantillon n'a été renvoyé sur Terre.

Le 9 août 1976, Luna 24 marque la fin la première phase d'exploration lunaire, récoltant et renvoyant sur Terre avec succès des échantillons (170 grammes) du sol de la mer des crises.



Autres programmes soviétiques d'exploration lunaire :

Spoutnik 25, janvier 1963, sonde lunaire, n'atteint pas la Lune
Zond 3, juillet 1965, sonde lunaire (ou martienne ?), photographie la face cachée.
Cosmos 111, mars 1966, sonde lunaire, n'atteint pas la Lune
Zond 5, 21 septembre 1968, survole la Lune et revient sur Terre.
Zond 6, 17 novembre 1968, survole la Lune et revient sur Terre.
Zond 7, 14 août 1969, survole la Lune et revient sur Terre.
Cosmos 300 et 305, n'atteignent pas la Lune et retournent sur Terre le 27 septembre et le 24 octobre 1969.
Zond 8, vol circumlunaire et retour sur Terre le 27 octobre 1970.