Starship HLS (, litt. « Système d'atterrissage humain ») est un atterrisseur lunaire habité développé par la société SpaceX pour le programme Artemis de la NASA, dérivé du deuxième étage réutilisable de son lanceur Starship. Il doit emmener deux à quatre astronautes sur la Lune puis les ramener en orbite lunaire, où le véhicule Orion de la NASA se charge du retour sur Terre, tandis qu'une version cargo doit être plus tard capable de déposer plus de .
En 2017 l'administration Trump décide de refaire de l'exploration de la Lune l'objectif de la NASA, puis en 2019 accélère le projet, donnant naissance au programme Artemis. Sous l'impulsion de son fondateur Elon Musk, SpaceX développe indépendamment le lanceur super lourd et entièrement réutilisable Starship depuis 2018 pour une grande variété d'usages, dont ses projets martiens. En 2021 la NASA le sélectionne comme atterrisseur habité, puis en 2023 attribue un second contrat au Blue Moon de Blue Origin afin de créer une compétition entre les deux fournisseurs, qui soutiennent l'essentiel de l'effort financier de leur développement.
SpaceX rencontre ensuite des difficultés et retards avec Starship qui se répercutent sur Starship HLS. En 2026 la NASA annule le projet de station spatiale Gateway en orbite lunaire, en conséquence SpaceX déplace le rendez-vous avec le véhicule Orion en orbite terrestre basse (LEO). Starship HLS doit réaliser un vol de démonstration inhabité avec atterrissage sur la Lune avant le premier vol avec équipage lors de la mission Artemis IV prévue en 2028, puis déployer le rover pressurisé japonais Lunar Cruiser.
Haut de pour de diamètre, Starship HLS utilise plusieurs moteurs Raptor brûlant de l'oxygène et du méthane liquide, mais très peu de détails techniques sont publiques. Lors du lancement, Starship HLS consomme ses propres ergols pour se placer en LEO, après quoi il se ravitaille auprès d'un autre Starship servant de dépôt et ayant lui-même été plusieurs fois ravitaillé par d'autres Starship. Il est ensuite rejoint par l'équipage à bord du véhicule Orion qu'il injecte vers la Lune puis insère en orbite basse lunaire (LLO), d'où il réalise l'aller-retour vers la surface, avant que l'équipage ne rentre sur Terre avec Orion.
La sélection du Starship HLS par la NASA fait l'objet de critiques qui lui reprochent sa complexité comme son besoin de la mise au point du transfert et de la conservation de longue durée d'ergols cryogéniques dans l'espace, deux technologies immatures. Ses retards mettent en doute la capacité des États-Unis à retourner sur la Lune avant la Chine, qui vise un objectif similaire.
Historique
Contexte : le programme Artemis En , la NASA décide de développer une station spatiale placée en orbite lunaire () qui doit à la fois entrainer des hommes et tester des équipements pour des missions de longue durée dans l'espace interplanétaire et servir de point d'appui pour l'envoi d'équipages à la surface de la Lune et ainsi contribuer à la préparation de futures missions à destination de Mars. En , le président américain Donald Trump décide d'accélérer ce programme au planning relativement détendu en demandant à l'agence spatiale américaine, la NASA, de faire en sorte que des astronautes puissent réaliser leur première mission à la surface de la Lune en 2024.
Pour répondre à la demande du président américain, la NASA met sur pied le programme Artemis. Celui-ci comprend le développement de plusieurs engins spatiaux : la station spatiale lunaire , le lanceur lourd (SLS), le vaisseau spatial Orion, dont la réalisation a débuté dans les années 2010, des missions robotiques, chargées de réaliser des reconnaissances et des études scientifiques complémentaires et enfin un vaisseau lunaire entièrement nouveau, le HLS (), chargé de transporter les hommes à la surface de la Lune, servir de base une fois au sol puis de ramener l'équipage en orbite lunaire.
Vaisseau lunaire : le cahier des charges de la NASA Le vaisseau lunaire HLS () doit déposer deux astronautes sur le sol lunaire. À 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 (module de remontée) + 32-. (module de descente)).. : 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 . 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 , il permet une modification de la vitesse de . 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 quatre 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 . Après la remontée du sol lunaire, il peut être réutilisé après avoir été ravitaillé en consommables.
La NASA a défini un cahier des charges précisant les principales caractéristiques du vaisseau HLS. Pour permettre le respect d'un calendrier serré, la NASA est moins exigeante pour les premiers vols. Pour ceux-ci, l'agence spatiale demande un vaisseau non réutilisable capable de transporter deux astronautes pour des missions dont la durée de séjour sur la Lune n'excède pas une journée lunaire (14 jours). La version qui devra pouvoir être utilisée à partir de 2026 pourra transporter trois à quatre astronautes et pouvoir survivre à une nuit lunaire..
+Principales caractéristiques du vaisseau lunaire HLS spécifiées dans le cahier des charges de la NASA Caractéristique Exigences pour la mission de 2024 Exigences pour les missions postérieures à 2026Équipage 2 personnes 3 à 4 personnesCapacité de manœuvre Permet d'effectuer un aller-retour entre l'orbite lunaire et un site situé entre les latitudes 84 et 90° sudCapacité à interrompre la mission Atterrissage automatique à la surface de la LuneRendez-vous et amarrage automatique à la station spatiale et au vaisseau OrionFiabilité 97,5 % avec au minimum deux sorties extravéhiculaires (non réutilisable) 98 % par mission, 87 % sur une période de 10 ans (>= 5 missions)Précision à l'atterrissage Site d'atterrissage Éclairé en permanence > 50 heures de nuit continue (objectif 191 heures)Durée du séjour Dans le module : huit jours terrestresÀ la surface de la Lune : 6,5 jours Sorties extravéhiculaires durée > 4 h. Nombre > 2 durée > 8 h. Nombre = 5Charge utile déposée à la surface de la Lune > dont Combinaison xEMU Nourriture Équipage > Autre charge utile à l'atterrissage Au minimum d'instrumentation dont 10- pour les caméras et instruments dans l'habitacle voir supraCharge utile au décollage > dont Combinaison xEMU Nourriture Équipage > Autre charge utile au décollage au minimum (cible ) voir supra
Sélection du Starship HLS
Pour respecter les échéances serrées qui lui ont été imposées, la NASA décide de sous-traiter entièrement la conception et le développement du vaisseau lunaire en fournissant uniquement un cahier des charges répertoriant les besoins à satisfaire. Mi-, les propositions de onze industriels sont pré-sélectionnées 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, , Sierra Nevada et SpaceX. Blue Origin, avec son Blue Moon, et Lockheed Martin, avec un atterrisseur dérivé du vaisseau Orion font figure de favoris..
Le processus de sélection est effectué en deux temps. Le , l'administrateur de la NASA Jim Bridenstine annonce que trois candidats ont été retenus pour détailler leur offre : Blue Origin qui reçoit 579 millions US$ pour détailler son offre, Dynetics qui reçoit 253 millions US$ et SpaceX qui reçoit 135 millions US$. Le finaliste doit être annoncé en . Les trois engins pré-sélectionnés fin sont... : La proposition de Blue Origin est la plus classique. Elle s'inspire du module lunaire Blue Moon et reprend l'architecture à deux étages du module lunaire Apollo. Les deux étages sont propulsés par un moteur BE-7 du constructeur. Un troisième module de transfert est chargé d'abaisser l'orbite du vaisseau lunaire de l'orbite NRHO (sur laquelle se trouve la station spatiale lunaire et le vaisseau Orion) vers l'orbite lunaire basse. Cette version du HLS doit être placée en orbite par le lanceur lourd New Glenn de Blue Origin ou à défaut par le lanceur Vulcan. Dynetics propose un engin comprenant deux modules dont le module de transfert et le module lunaire proprement dit combinant le rôle de l'étage de descente et de l'étage de remontée. Le DHLS comporte deux réservoirs largables, ce qui simplifie la conception. Les réservoirs sont placés de part et d'autre de la cabine pressurisée, ce qui permet de réduire la hauteur au-dessus du sol. Les sociétés Sierra Nevada et Thales Alenia Space participent en tant que sous-traitants. SpaceX propose un vaisseau lunaire mono-module (pas d'étage de descente et de remontée séparés) dérivée de son vaisseau Starship. Celui-ci doit être placé sur une orbite terrestre par un étage Starship Super Heavy sur une orbite basse puis ravitaillé sur cette orbite par plusieurs vaisseaux Starship avant de gagner sans équipage la Lunar Gateway en orbite lunaire, où le vaisseau récupère l'équipage. Le vaisseau Starship lunaire se pose sur la Lune puis redécolle également par ses propres moyens. Le vaisseau se distingue des deux autres par le fait qu'il remplit immédiatement les exigences de réutilisabilité prévue par la NASA dans le cadre de la deuxième phase du programme Artemis. Mais cela s'accompagne d'une grande complexité..
Le , la NASA sélectionne la proposition de SpaceX pour le développement et le lancement des deux premières missions. L'évaluation de la NASA a porté sur trois critères : dans l'ordre d'importance décroissante, les aspects techniques (conception, développement, risques, tests, opérations de lancement et déroulement de la mission...), le coût et la gestion du projet (organisation, gestion du planning, risques...). Sur le plan technique, les solutions de SpaceX et Blue Origin sont considérées comme acceptables (niveau moyen 3/5 dans l'échelle de la NASA qui comporte cinq niveaux) tandis que celle de Dynetics est considérée comme peu pertinente (2/5). Le coût de la proposition de SpaceX (2,89 milliards US$) est beaucoup moins élevée que celui de ses concurrents (deux fois moins que celle de et quatre fois moins que celle de Dynetics. En matière de gestion de projet, la proposition de SpaceX est évaluée comme remarquable (5/5) alors que celle de ses deux concurrents est considérée comme très bonne (4/5). Il était initialement envisagé de sélectionner une deuxième proposition à ce stade du développement mais la proposition de Blue Origin, évaluée comme recevable sur le plan technique et de la gestion de projet, n'a pas été retenue compte tenu de son coût et du budget limité dont dispose la NASA pour ce volet du programme Artemis...
Contestation de la sélection de SpaceX par Blue Origin