Le programme Constellation (, souvent abrégé en CxP) est un programme d'exploration spatiale de la NASA annulé en 2010, dont le principal objectif est l'envoi d'astronautes sur la Lune vers 2020 pour des missions de longue durée. Ce programme concrétise la stratégie spatiale américaine à long terme définie par le président George W. Bush en intitulé visant à relancer l'exploration du Système solaire par des missions habitées. Le programme Constellation prévoit le développement de deux nouveaux lanceurs — et — ainsi que de deux véhicules spatiaux : Orion et le module lunaire Altair.

Le programme, en 2009, prend beaucoup de retard sur son calendrier et son objectif est contesté par ceux qui considèrent que la planète Mars doit être dès à présent la prochaine étape de l'exploration spatiale. Le premier vol du lanceur , la mission Ares I-X, a lieu avec succès le . Fin 2009, le programme Constellation et le lanceur en particulier sont remis en cause par la commission Augustine chargée d'examiner le programme spatial habité américain. La commission exprime ses doutes sur la capacité de la NASA à tenir le calendrier adopté compte tenu du budget disponible et des choix d'architecture retenus. Plusieurs alternatives sont proposées, dont un lanceur dérivé de la navette spatiale, un lanceur habitable ou et un lanceur habitable privé.

Le président Barack Obama annonce le qu'il propose l'annulation du programme Constellation. Cette annulation est confirmée par le président le . Toutefois, le développement du vaisseau Orion est poursuivi pour des missions au-delà de l'orbite basse qui sont programmées au début des années 2020. Le programme Artemis, qui reprend les objectifs du précédent, est lancé en 2019.

Définition des objectifs (2004)

thumb|Un vaisseau spatial Orion s'approche de la station spatiale internationale (vue d'artiste). thumb|Lancement d'un véhicule spatial Orion par un lanceur Ares 1 (vue d'artiste). thumb|Les vaisseaux Orion et Altair sont injectés sur leur trajectoire de transfert vers la Lune (vue d'artiste). thumb|Les lanceurs du programme Constellation comparés à la navette spatiale et au lanceur (vue d'artiste). thumb|Le vaisseau spatial Orion en orbite autour de la Lune (vue d'artiste). thumb|Le module lunaire Altair sur la Lune (vue d'artiste). thumb|Maquette du module de commande Orion au Centre de recherche Langley (2008).

Le , le président des États-Unis George W. Bush rend publics les objectifs à long terme assignés au programme spatial américain dans le domaine de l'exploration du système solaire et des missions habitées, formalisés à travers le plan . La définition de cette stratégie est dictée par deux motivations : il est nécessaire de remplacer la flotte des navettes spatiales, vieilles de près de trois décennies, qui ont, à deux reprises, explosé en vol lors du lancement et lors de la rentrée dans l'atmosphère terrestre, tuant leur équipage, et qui sont très coûteuses à lancer. Or, la Station spatiale internationale doit être desservie en hommes et en matériel dans la phase actuelle de construction et lorsqu'elle sera pleinement opérationnelle ; le président veut renouer avec le succès du programme Apollo en fixant des objectifs ambitieux à long terme et en engageant immédiatement les moyens de les atteindre. Il souhaite remettre l'exploration spatiale par l'homme au premier plan.

Reprenant la démarche du président Kennedy, le président demande à la NASA d'élaborer un programme qui permette de réaliser des séjours de longue durée sur la Lune d'ici 2020. L'expérience acquise sur la Lune doit ensuite être utilisée pour concevoir et lancer une mission habitée vers la planète Mars.

Par ailleurs, les vols des navettes spatiales doivent s'arrêter en 2010, date à laquelle la station spatiale internationale doit être achevée. Un nouveau véhicule spatial doit être développé pour desservir la Station spatiale internationale.

Programme Constellation Pour répondre à ces objectifs, la NASA reprend en grande partie le scénario du programme Apollo : un véhicule spatial (Orion) est chargé de transporter l'équipage jusqu'en orbite lunaire (et de l'en ramener) tandis qu'un deuxième véhicule, Altair, est destiné à l'atterrissage sur la Lune et au retour vers Orion. Toutefois, là où le programme Apollo utilisait le lanceur pour envoyer les deux véhicules vers la Lune, le programme Constellation prévoit deux lanceurs dont l'un () est destiné au lancement de la capsule habitée tandis que l'autre () place en orbite terrestre le module lunaire et le dernier étage du lanceur chargé d'accélérer l'ensemble vers la Lune. En effet : la masse des véhicules spatiaux à envoyer vers la Lune s'est considérablement accrue pour répondre aux objectifs plus ambitieux du programme Constellation. L'envoi par un lanceur unique nécessiterait de développer un lanceur nettement plus puissant que le lanceur ; la technique des rendez-vous en orbite est parfaitement maîtrisée par la NASA, ce qui permet d'envisager un assemblage en orbite des véhicules à destination de la Lune, scénario qui avait été écarté parce que considéré comme trop risqué à l'époque du programme Apollo ; Orion doit être utilisé pour des missions non lunaires en particulier la desserte de la station spatiale internationale, ce qui nécessite de disposer d'un lanceur de classe intermédiaire.

Une deuxième caractéristique du programme est le recours généralisé à des composants existants afin de limiter le coût du programme. La NASA utilise, en les adaptant, des moteurs-fusées développés pour le lanceur , les propulseurs à poudre de la navette ainsi que de nombreuses installations au sol existantes. Enfin, il est prévu que plusieurs des composants du programme puissent être réutilisés après remise en condition.

Les véhicules développés sont les suivants.

Orion

Orion est un vaisseau spatial habité qui devait être utilisé à la fois pour desservir la station spatiale internationale et pour les missions vers la Lune. Il est composé d'un module de commande pressurisé qui peut transporter de quatre (Lune) à sept (station spatiale) astronautes et d'un module de service non pressurisé qui assure la propulsion principale et les fonctions de support. Le module de commande reprend la forme conique du module de commande Apollo mais offre un volume de soit celui du module Apollo. Au décollage, Orion est surmonté d'une tour de sauvetage chargée de mettre en sécurité le véhicule en cas d'échec du lancement. L'ensemble Orion a une masse de , dont pour le module de commande, 3,7 pour le module de service et 8,3 pour le carburant. Par ailleurs, Orion est le seul rescapé du programme Constellation puisqu'il est réutilisé dans son successeur, le programme Artemis.

Altair

Altair est le module qui doit permettre aux astronautes de se poser sur la Lune puis d'en décoller, jouant un rôle analogue au module lunaire Apollo. Il est composé d'un étage de descente qui assure l'atterrissage sur la Lune d'une masse de et d'un étage de remontée de . La propulsion serait assurée par des moteurs utilisant un mélange hydrogène liquide/oxygène liquide. Par rapport à son ancêtre, le module lunaire Apollo, Altair dispose d'un espace habitable de (contre pour Apollo) et comprend un sas ne nécessitant pas de dépressuriser l'habitacle pour les sorties extravéhiculaires. Altair doit assurer l'hébergement de quatre astronautes.

Ares

Ares I est le lanceur destiné à placer en orbite terrestre le véhicule spatial habité Orion. Il permet de mettre en orbite basse. Son premier étage est un propulseur à poudre de la navette spatiale américaine allongé (cinq segments au lieu de quatre), ce qui lui donne une forme plus élancée ( de haut). Le deuxième étage est un nouveau développement utilisant un moteur-fusée J-2 du programme Apollo à la conception simplifiée et consommant un mélange oxygène liquide/hydrogène liquide.

Ares

Ares V est un lanceur lourd, de la classe de l'ancien lanceur . Culminant à , sa capacité de lancement a été calculée pour permettre le lancement des missions lunaires. Il peut placer sur une trajectoire de transfert vers la Lune ou déposer de fret sur le sol lunaire. Il est constitué de : un premier étage propulsé par six moteurs-fusées RS-68 d'environ de poussée consommant un mélange hydrogène liquide/oxygène liquide hérités du lanceur ; deux propulseurs à carburant solide de la navette spatiale portés de quatre à cinq segments et demi. Ces boosters flanquent le premier étage et sont allumés au décollage ; un deuxième étage utilisant le même moteur J-2 que le lanceur . Baptisé (EDS), cet étage capable de redémarrer est chargé des manœuvres en orbite ainsi que de l'injection sur la trajectoire lunaire de l'ensemble Orion et Altair. sera également chargé de lancer les modules d'habitation, véhicules et autres équipements nécessaires aux missions de longue durée sur la Lune. La capacité d'emport exceptionnelle d' ( en orbite basse) devrait également être mise à contribution pour de nombreuses missions que les limitations des lanceurs actuels ( et diamètre de la coiffe) ne permettent pas de réaliser : envoi de sondes spatiales lourdes dans le système solaire, mise en orbite des télescopes dotés d'une optique de ou plus à des fins civiles ou militaires...

Missions types Les premières missions du programme Constellation devaient assurer la desserte de la Station spatiale internationale. Vers 2020, les missions auraient été vers la Lune, d'abord pour des séjours courts, puis pour des séjours de longue durée. Enfin, à une date non fixée (on évoquait 2037), les véhicules et lanceurs du programme devaient participer aux premières expéditions vers Mars.

Desserte de la station spatiale internationale vignette|La Station spatiale internationale. thumb|Vue d'artiste d'un amarrage d'un vaisseau Orion avec l'ISS.

Avec l'arrêt des navettes spatiales, l'une des missions du programme Constellation est d'assurer la rotation des équipages de l'ISS. Le premier amarrage avec la station spatiale aurait dû avoir lieu lors de la mission .

Missions lunaires La mission lunaire type comprend un séjour sur la Lune de sept jours, soit quatre de plus que pour le programme Apollo. Les astronautes, au nombre de quatre, descendent tous sur le sol lunaire. À une échéance non fixée, les plans de la NASA prévoient le développement d'un ensemble de modules (habitation, rover, autres équipements) déposés sur la Lune grâce à plusieurs lancements d' (celui-ci peut « livrer » jusqu'à quinze tonnes de fret sur le sol lunaire). Ces équipements doivent permettre de prolonger le séjour des astronautes pour des missions qui peuvent ainsi durer . On envisage d'installer des avant-postes lunaires près du pôle Sud pour bénéficier à la fois d'un ensoleillement plus important, donc de nuits plus courtes et de températures moins extrêmes. Les sondes lunaires (LCROSS) et (LRO) doivent par ailleurs confirmer la présence d'eau dans des zones situées à l'intérieur de cratères qui sont plongées en permanence dans l'obscurité.

Missions vers Mars

Déroulement du programme thumb|Concept en 2007 du vaisseau Orion en configuration pour une mission lunaire. Le cœur du projet est le développement du véhicule spatial Orion (en anglais CEV : Crew Exploration Vehicle) et du lanceur qui doivent tous deux permettre de remplacer la navette spatiale durant la phase d'exploitation de la station spatiale internationale. En effet, le recours aux lanceurs utilisés par l'armée américaine ( et ) a été définitivement abandonné.

Selon la planification établi en 2008, la mission doit déposer le module sur la Lune en (la dernière présence humaine sur le sol lunaire date de lors de la dernière mission du programme Apollo : ). Vers 2024, une base avancée habitée doit être créée sur les flancs du cratère Shackleton, au pôle Sud lunaire..

Avancement Vaisseau Orion