Le Navigation Doppler Lidar de la NASA se prépare à effectuer un nouveau voyage vers la Lune après que sa première démonstration lunaire a fourni des mesures extrêmement précises de l’altitude et de la vitesse lors de la mission historique IM-1 d’Intuitive Machines en 2024.
Le système de navigation basé sur laser, connu sous le nom de NDL, a désormais été intégré à l’atterrisseur lunaire Griffin-1 d’Astrobotic, dont le lancement est prévu pour la fin de l’année 2026. Cette prochaine mission offrira à la NASA une nouvelle occasion d’évaluer la technologie lors d’une descente opérationnelle, cette fois dans le cadre d’une architecture d’atterrissage conçue pour l’environnement particulièrement exigeant du pôle Sud lunaire.
Résultats du test lunaire du NDL
Le Navigation Doppler Lidar a été développé au Langley Research Center de la NASA comme une alternative aux systèmes conventionnels de mesure de vitesse et d’altitude basés sur le radar.
Le système dirige plusieurs faisceaux laser vers la surface située sous le vaisseau spatial. En mesurant le décalage de fréquence Doppler de la lumière réfléchie, le NDL peut calculer la vitesse du véhicule par rapport au sol. Le temps nécessaire au retour des signaux fournit quant à lui des informations sur l’altitude.
Selon la NASA, cette technologie peut déterminer la vitesse d’un vaisseau spatial avec une précision de l’ordre du centimètre par seconde tout en fournissant des données d’altitude extrêmement précises pendant la descente.
Sa première démonstration lunaire a eu lieu à bord de l’atterrisseur Odysseus d’Intuitive Machines, qui a atteint la Lune le 22 février 2024.
Bien que le NDL ait initialement été installé comme instrument de navigation de secours, des problèmes affectant les principaux capteurs de navigation d’Odysseus ont offert de manière inattendue au système laser l’occasion de jouer un rôle plus important.
Les contrôleurs de vol ont tenté d’utiliser les mesures du NDL pendant la descente. Un problème d’intégration logicielle a toutefois empêché le système de guidage de l’atterrisseur d’exploiter ces informations, ce qui signifie que le NDL n’a pas été chargé de contrôler la trajectoire finale d’atterrissage.
L’instrument lui-même a néanmoins fonctionné avec succès.
L’analyse effectuée après le vol a montré que ses mesures d’altitude et de vitesse correspondaient étroitement aux valeurs modélisées. Des caractéristiques du terrain lunaire, notamment des cratères, étaient également identifiables dans les données lidar enregistrées et pouvaient être comparées aux modèles numériques d’élévation existants.
Les résultats ont montré un écart d’environ 5 mètres pour les mesures de distance et d’environ 0,5 mètre par seconde pour les mesures de vitesse, fournissant ainsi une validation en vol importante du concept de navigation sous-jacent.
Fonctionnement du Navigation Doppler Lidar
Le NDL remplit une fonction similaire à celle d’un radar Doppler, mais remplace l’énergie radiofréquence par de la lumière laser.
L’architecture développée par le centre Langley de la NASA utilise plusieurs faisceaux laser transmis vers la surface planétaire sous différents angles. La lumière réfléchie revient vers l’instrument, où les variations de fréquence et le temps de propagation du signal sont analysés.
Cela permet à l’ordinateur de navigation de déterminer simultanément plusieurs paramètres, notamment la vitesse par rapport au sol et l’altitude.
La NASA a développé ce système spécifiquement parce que les atterrissages de précision deviennent de plus en plus importants à mesure que les missions s’éloignent des grandes zones d’atterrissage relativement tolérantes.
Les futurs véhicules lunaires pourraient devoir déposer des instruments scientifiques, du fret ou des équipages dans des zones beaucoup plus restreintes entourées de pentes, de rochers, de cratères et d’autres dangers du terrain.
Le NDL n’identifie pas lui-même ces dangers. Il fournit plutôt les données de mouvement extrêmement précises requises par le système de guidage, tandis que des systèmes distincts de navigation relative au terrain et de détection des dangers déterminent l’endroit où le vaisseau spatial doit atterrir.
Cette distinction est importante. Le NDL est fondamentalement un capteur de navigation et non un instrument d’imagerie du terrain.
Griffin-1 reçoit le NDL de la NASA
Le prochain test majeur aura lieu à bord du Griffin-1 d’Astrobotic.
Astrobotic a confirmé en avril 2026 que le Navigation Doppler Lidar avait été intégré à l’atterrisseur. Griffin associe le NDL à des technologies de navigation relative au terrain et de détection des dangers afin de permettre des opérations d’atterrissage autonomes.
Le vaisseau spatial est en préparation pour une mission vers la région du pôle Sud lunaire, où les longues ombres, les forts contrastes lumineux et le relief irrégulier rendent la navigation particulièrement difficile.
Astrobotic a dévoilé l’atterrisseur destiné au vol en juin et a indiqué que le lancement de la mission était prévu pour la fin de l’année 2026. L’entreprise présente Griffin comme un atterrisseur lunaire de classe infrastructure conçu pour transporter des charges utiles de plus en plus importantes vers la surface.
La mission s’inscrit dans le programme Commercial Lunar Payload Services de la NASA, qui fait appel à des entreprises privées pour transporter des instruments scientifiques et des démonstrateurs technologiques vers la Lune.
La NASA a également décrit Griffin-1 comme un élément de son architecture plus large d’exploration lunaire.
Pourquoi le lidar peut surpasser le radar
La navigation laser offre plusieurs avantages potentiels par rapport au radar lors d’opérations autour de corps planétaires dépourvus d’atmosphère.
Comme les longueurs d’onde laser sont considérablement plus courtes que les longueurs d’onde radio généralement utilisées par les radars, les systèmes lidar peuvent obtenir des mesures extrêmement précises avec un matériel optique relativement compact.
La Lune est également particulièrement adaptée au lidar, car elle ne possède pratiquement pas d’atmosphère. Il n’existe ni nuages terrestres ni couches atmosphériques denses susceptibles d’interférer de manière significative avec le trajet du laser pendant la descente.
L’intégration peut également être plus simple dans certaines configurations de vaisseaux spatiaux, ce qui peut permettre de réduire la masse, les besoins en énergie et la complexité du développement.
Ces avantages deviennent de plus en plus importants pour les atterrisseurs lunaires commerciaux, où chaque kilogramme de capacité de charge utile et chaque watt de puissance électrique représentent un coût direct pour la mission.
Psionic commercialise le lidar de la NASA
Le NDL devient également un exemple de la manière dont une technologie développée par la NASA peut être transférée vers des produits commerciaux.
La NASA a accordé en 2016 une licence sur cette technologie à Psionic, une entreprise basée en Virginie. La société a ensuite développé son propre Psionic Navigation Doppler Lidar, ou PNDL, en utilisant l’architecture de la NASA comme base technologique.
Selon la NASA, le matériel plus récent de Psionic représente moins de la moitié de la taille et du poids du système d’origine, tout en offrant une portée opérationnelle accrue, une consommation d’énergie réduite et des fonctionnalités supplémentaires.
Des travaux de développement plus récents ont abouti à un système de quatrième génération capable de mesurer simultanément la distance et la vitesse dans quatre directions. Les données obtenues peuvent être utilisées pour estimer la vitesse au sol, l’altitude, le roulis et le tangage.
La NASA a également effectué des essais en vol du matériel Psionic à bord d’avions de recherche, tandis que la technologie progresse vers de nouvelles applications spatiales et terrestres.
Le NDL pourrait devenir un équipement standard pour les missions lunaires
L’élément le plus important de la mission de 2024 n’est peut-être pas le fait que le NDL ait démontré une précision de mesure exceptionnellement élevée. La vélocimétrie laser de précision a déjà été largement validée lors d’essais terrestres.
Ce qui compte davantage, c’est que le système ait produit des données utiles dans l’environnement lunaire réel.
Les technologies spatiales fonctionnent souvent correctement lors d’essais contrôlés, mais rencontrent des problèmes thermiques, optiques, vibratoires ou d’intégration inattendus une fois installées sur des véhicules spatiaux opérationnels. Le NDL a désormais franchi une partie de cette étape.
Son prochain défi sera l’intégration au niveau du système.
L’expérience d’Odysseus a montré qu’un capteur peut fonctionner parfaitement tout en n’apportant aucune contribution à la mission si ses données ne peuvent pas atteindre l’ordinateur de guidage ou être correctement interprétées par celui-ci. Griffin-1 représente donc un test plus significatif que la simple répétition de l’expérience de mesure.
Si les données du NDL sont intégrées avec succès au guidage en boucle fermée pendant la descente de Griffin, la technologie pourrait passer du statut de charge utile expérimentale à celui d’équipement d’atterrissage standard.
Cela pourrait être particulièrement important alors que les entreprises commerciales cherchent à augmenter la fréquence des missions lunaires. Des capteurs standardisés de navigation de précision pourraient réduire les risques d’ingénierie et limiter la quantité de matériel de navigation personnalisé nécessaire pour chaque nouvel atterrisseur.
Cette technologie évolue donc vers quelque chose de plus vaste qu’une simple expérience de recherche de la NASA. Elle devient un élément d’un écosystème commercial émergent dédié à l’atterrissage planétaire autonome.
À propos de la NASA
La NASA a été créée en 1958 et reste la principale agence civile américaine chargée de l’espace et de l’aéronautique. Son organisation comprend 10 grands centres et installations et environ 14 000 fonctionnaires civils travaillant dans plus de 150 domaines professionnels.
Le Navigation Doppler Lidar a été développé au Langley Research Center de la NASA à Hampton, en Virginie, avec le soutien de plusieurs programmes de la Space Technology Mission Directorate. La technologie a reçu en 2022 le prix Commercial Invention of the Year de la NASA et a depuis été transférée à l’industrie dans le cadre du programme de licences technologiques de l’agence.
Le financement adopté de la NASA pour l’exercice 2026 s’élève à environ 24,8 milliards de dollars, selon la documentation budgétaire de l’agence pour l’exercice 2027. Ses programmes lunaires associent de plus en plus des technologies développées par la NASA à des véhicules spatiaux commerciaux fournis dans le cadre d’initiatives telles que Commercial Lunar Payload Services.
