Artemis V est une mission spatiale habitée du programme Artemis de l'agence spatiale américaine, la NASA, qui doit avoir lieu fin 2028, et dont l'objectif est de réaliser le deuxième atterrissage avec des astronautes à la surface de la Lune du programme, après la mission Artemis IV prévue pour être la première la même année. L'équipage doit décoller à bord du véhicule Orion lancé par une fusée Space Launch System (SLS) jusqu'en orbite de halo (NRHO) autour de la Lune, là où deux astronautes montent à bord du Starship HLS de SpaceX ou du Blue Moon de Blue Origin, atterrisseur qui fait l'aller-retour vers le site visé : le pôle sud de la Lune.

Initialement la mission devait être la deuxième du programme à se poser à la surface de la Lune, après la mission Artemis III, mais en février 2026 la NASA décide de décaler le premier atterrissage d'une mission, afin de raccourcir le délai entre les vols et de tester davantage les différents équipements et procédures ; cette méthode incrémentale s'inspire ouvertement de celle du programme Apollo.

La mission Artemis V devait initialement avoir pour objectif principal de continuer l'assemblage de la station spatiale Gateway en y ajoutant le module de ravitaillement et d'observation Lunar View, développé par l'agence spatiale européenne ESA. Mais en février 2026 la NASA annonce développer une nouvelle version "standard" du Space Launch System (SLS) à la place de l'étage Exploration Upper Stage (EUS) qui seul permet de lancer des modules vers la station Gateway avec le véhicule Orion. La mission Artemis V devient alors exclusivement une mission vers la surface de la Lune, au plan de vol identique à la mission Artemis IV^[1].

Le site d'atterrissage de la mission sera situé près du pôle Sud de la Lune. Dans cette région, du fait de l'éclairage rasant permanent du Soleil et des reliefs (cratères), on trouve côte à côte des zones éclairées pratiquement de manière continue (parties surélevées) et des zones plongées en permanence à l'ombre (fond des cratères). Les régions éclairées en permanence permettent durant la nuit lunaire (14 jours) de continuer à produire de l'énergie et d'éviter les chutes de température extrêmes, tandis que les zones en permanence à l'ombre abritent souvent des réserves de glace d'eau qui peuvent être exploitées pour optimiser les séjours de longue durée : fourniture d'oxygène, d'eau consommable et d'ergols pour la propulsion. La Terre comme le Soleil étant très bas sur l'horizon au niveau du pôle Sud, les communications avec la Terre devront être relayées par la station spatiale lunaire. Pour la mission Artemis III, la NASA a sélectionné en août 2022 13 sites d'atterrissage potentiels, tous situés à moins de six degrés de latitude du pôle sud, complétés par neuf autres sites octobre 2024^[2]. Les sites retenus, identifiés grâce aux données collectées par la sonde spatiale Lunar Reconnaissance Orbiter, prennent en compte les contraintes d'atterrissage du module lunaire Starship HLS^[3].

En date de 2022, l'équipage pour la mission Artemis V n'a pas encore été finalisé : le processus de sélection pour les missions du programme Artemis est ouvert à tous les astronautes de la NASA^[4].

La mission Artemis V est la première à amener un équipage sur le sol lunaire. Selon le scénario préconisé par la NASA, sa durée totale est 25 à 34 jours et le séjour sur la Lune est de six jours et demi. L'équipage est composé de quatre personnes dont deux, un homme et une femme, doivent descendre sur le sol lunaire. Le déroulement de cette première mission sur le sol lunaire est le suivant selon le scénario de 2019^[5],[6] :

• pour cette mission, afin de respecter l'échéance fixée, la station spatiale Lunar Gateway n'est pas utilisée ;
• le vaisseau lunaire Starship HLS est placé sur une orbite terrestre basse par le premier étage réutilisable de la fusée Starship (Starship Heavy) avant le lancement de l'équipage pour permettre un pré-positionnement. Il est ravitaillé en ergols par plusieurs Starship Tanker placés chacun en orbite par un étage Starship Heavy. Des programmes de diagnostic sont lancés à distance ;
• si le diagnostic est positif, le lanceur SLS Bloc 1 décolle en emportant le vaisseau Orion avec son équipage de quatre astronautes ;
• le vaisseau Orion réalise une manœuvre de rendez-vous avec le vaisseau lunaire Starship HLS auquel il s'amarre ;
• deux des astronautes embarquent à bord du vaisseau lunaire HLS et entament la descente vers le sol lunaire ;
• la descente se décompose en cinq phases : le transfert de l'orbite NRHO à une orbite basse circulaire de 100 km (durée 12 heures), l'abaissement du périlune, la phase de freinage consistant à annuler pratiquement la vitesse horizontale, la phase d'approche permettant de positionner le vaisseau au-dessus du site d'atterrissage et la descente verticale finale une fois le vaisseau au-dessus de la zone d'atterrissage ;
• le vaisseau lunaire se pose verticalement sur un site du pôle sud qui en août 2022 reste encore à définir. Il génère de manière continue de l'énergie avec ses panneaux solaires. Le séjour à la surface de la Lune doit durer six jours et demi, soit trois jours de plus que la dernière mission Apollo. Au moins deux sorties extra-véhiculaires d'une durée minimale de quatre heures sont réalisées. Le cahier des charges de l'atterrisseur limite à 26 kg la quantité de roches lunaires que pourront ramener les astronautes^[7] ;
• à la fin de son séjour, l'équipage redécolle de la surface ;
• une fois sur une orbite basse, le vaisseau lunaire est manœuvré de manière à réussir un rendez-vous spatial avec le vaisseau Orion ;
• son équipage réintègre alors le vaisseau Orion qui est resté sur orbite NRHO durant leur séjour sur la Lune et retrouve les deux coéquipiers restés en orbite ;
• le vaisseau Orion retourne vers la Terre avec à son bord l'équipage complet, le résultat de la collecte des échantillons lunaires et certaines expériences scientifiques ;
• de retour sur Terre, il amerrit dans l'océan et est recueilli avec son équipage par des navires pré-positionnés.

La mission Artemis IV doit décoller à partir du Complexe de lancement 39 situé au Centre Spatial Kennedy en Floride. Cette mission est la première qui utilisera la version Bloc 1B du lanceur Space Launch System. Cette version remplace l'étage supérieur, Interim Cryogenic Propulsion Stage, utilisé lors des trois premières missions, par un étage supérieur plus puissant nommé Exploration Upper Stage (EUS), augmentant la capacité de charge utile dans une orbite de transfert lunaire^[8].

Le vaisseau Orion, accompagné du module I-Hab, sera placé dans une orbite circulaire terrestre avant que le second étage EUS rallume ses moteurs pour effectuer une injection trans-lunaire. Par la suite, Orion se séparera du second étage EUS et s'arrimera à l'I-Hab pour l'extraire de l'EUS et larguer le second étage.

En route vers la Lune, Orion doit effectuer plusieurs manœuvres de correction de sa trajectoire pour ainsi survoler la Lune. Orion rallumera ensuite ses moteurs pour atteindre une orbite de halo presque rectiligne et débuter les manœuvres de rendez-vous avec la station Lunar Gateway. Le module I-Hab est arrimé aux deux premiers modules de la station à l'aide d'Orion. L'équipage doit intégrer la station pour s'occuper de la mise en fonction de l'I-Hab et de son occupation pour la durée du séjour en orbite lunaire. À la fin du séjour sur Gateway, les quatre astronautes réintègrent le vaisseau Orion et ce dernier se désarrime de la station avant d'effectuer une manœuvre de retour vers la Terre tout en faisant un survol rapproché de la Lune.

En route vers la Terre, Orion corrige sa trajectoire pour viser une rentrée précise dans l'atmosphère. Peu avant de pénétrer dans l'atmosphère terrestre, le module de service d'Orion est largué. Le vaisseau effectue sa rentrée atmosphérique à une vitesse de 12 km/s (46 300 km/h). Lorsque l'atmosphère a fait chuter sa vitesse à 600 km/h les parachutes sont déployés. Le vaisseau Orion amerrit dans l'océan Pacifique à une vitesse de 37 km/h^[9]. Des navires pré-positionnés récupèrent alors l'équipage et le vaisseau Orion^[10].

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