L'ATV, le véhicule de ravitaillement de la Station Spatiale Internationale

La Station Spatiale Internationale (ISS) est opérationnelle depuis le 31 octobre 2001 et une équipe d’astronautes y mène en permanence de multiples expériences. Pour permettre aux équipes de mener leur travail et d’utiliser au mieux l’ISS sur le long terme, des services logistiques perfectionnés sont nécessaires pour assurer l’approvisionnement de vivres et de matériel scientifique en orbite. L’ATV, véhicule de transfert automatique, se chargera de cette mission dans le futur. Sous contrat de l’Agence Spatiale Européenne, EADS SPACE Transportation développe ce véhicule non habité depuis 1998. Après avoir achevé l’intégration du premier modèle de vol, baptisé Jules Verne, la première mission est prévue pour 2006. L’ATV est un des plus ambitieux projets d’ingénierie scientifique et technique jamais entrepris dans une coopération européenne. Pour la première fois dans l’histoire de l’Europe, l’ATV -lancé par Ariane 5- exécutera une mission de rendez-vous dans l’espace et d’arrimage automatique avec une station orbitale.

Pour une mission classique, L’ATV ravitaillera la station spatiale en eau, en ergols, en vivres et en matériel scientifique. En fin de mission, il sera empli de déchets, désarrimé, et se désintègrera dans l’atmosphère terrestre durant sa phase de rentrée. Les débris retomberont dans l’Océan Pacifique Sud, comme ce fut le cas par le passé avec les fragments de la station spatiale russe, MIR. Par ailleurs, l’ATV réalisera une tâche importante pour la sécurité de la station. En raison de la présence d’atmosphère résiduelle à une altitude de 400 kilomètres et de l’importante superficie de la station spatiale, celle-ci perd constamment de l’altitude, qui nécessite d’être corrigée à intervalles réguliers. Pour cela, l’ATV transporte 4 tonnes de propergols disponibles pour redresser la station jusqu’à 30 km. Le Space Shuttle américain et la capsule russe Progress sont également en mesure de réaliser cette manœuvre. Grâce à l’ATV, l’Europe contribuera de façon essentielle à la sécurité de la station dans le futur.

La conception de l’ATV et sa souplesse de transport du système
La capacité maximale de la charge utile de l’ATV est de 9,5 tonnes. Selon la mission, la capacité de la charge utile est utilisée de la façon suivante : entre 1,5 et 5,5 tonnes de charges utiles (nourriture, instruments d’expérimentation, outils, etc.), jusqu’à 840 kg d’eau potable, jusqu’à 100 kg de gaz (air, oxygène, azote, apporté individuellement pour par combinaison de deux ou trois gaz), jusqu’à 4 tonnes d’ergols pour le système propulsif de la station et jusqu’à 860 kg d’ergols utilisés pour la stabilisation autonome de la station. Le système ATV mesure 10 m de long et 4,5 m de diamètre. L’ATV est constitué d’un module de propulsion et d’une case à équipements (spacecraft), et d’un module de la charge utile (Integrated Cargo Carrier, ICC).

Le corps central de l’ATV (spacecraft) est composé du module de propulsion, du module avionique comprenant des ordinateurs de bord et des systèmes électroniques, et de l’adaptateur Ariane 5. Quatre panneaux solaires, d’une envergure de 22 m, assurent l’approvisionnement énergétique principal durant l’arrimage. Durant une mission de 6 mois, les panneaux solaires de l’ATV peuvent fournir près de 4 000 W, ce qui correspond à la consommation d’un foyer de 4 personnes sur Terre pendant 3 ans.

Le système de propulsion est constitué de 4 moteurs principaux de 490 N et 28 propulseurs de 220 N. Le contrôle de vol est effectué par le logiciel de l’ATV, installé sur un ordinateur à tolérance de pannes conçu à Brême. Le système informatique est composé de trois unités autonomes dotées de capacités d’auto-correction. En plus des moteurs et du système de contrôle, le module avionique et de propulsion contient 8 réservoirs en titane capables de supporter jusqu’à 7 tonnes d’ergols, MMH et dioxyde d’azote.

La partie cargo pressurisé de l’ATV (ICC) sert par exemple au transport des vivres et des instruments d’expérimentation. Il peut aussi contenir jusqu’à 6 casiers d’expérimentation complètement équipés pour être intégrés et utilisés à bord des modules individuels de la Station. Une autre partie de l’ICC contient des réservoirs d’eaux, d’air, d’oxygène et d’azote ainsi que le système de chargement du combustible pour le transfert d’ergols à la station spatiale.

L’intégration du premier modèle de vol de l’ATV a débuté en novembre 2002, sous la maîtrise d’œuvre d’EADS SPACE Transportation à Brême. Toutes les activités d’intégration, de tests et de services logistiques sont rassemblées sur le site de Brême. Les composants individuels de l’ATV ont subi de nombreux essais système au cours des 16 derniers mois. L’intégration finale du spacecraft – c’est-à-dire la connexion des unités de contrôle électronique et du système de propulsion – ainsi que les tests électroniques de l’ensemble du système destinés à démontrer la « navigabilité » de l’unité a passé avec succès la phase d’essais à Brême. Le spacecraft et l’ICC étaient connectés l’un à l’autre dans le but de contrôler directement le système d’arrimage et les moteurs grâce à des ordinateurs de bord.

En juillet 2004, l’ATV a été transporté dans les installations d’essais du Centre européen de technologies spatiales (ESTEC) de l’ESA situé à Noordwijk, aux Pays Bas, à bord de l’avion de transport Beluga d’Airbus puis par bateau et en semi-remorque à plate-forme surbaissée. Là-bas, une campagne d’essais a été effectuée dans le but de vérifier la résistance de l’ATV au lancement et aux contraintes spatiales spécifiques (compatibilité électromagnétique de tous les systèmes et des logiciels). Ces essais seront suivis par des tests de résistance aux impacts acoustiques et thermiques dans le vide, dans le but de pouvoir simuler précisément les conditions de microgravité. Par ailleurs, l’ICC subira des tests de charges dans des conditions extrêmes.

Un éclairage artificiel permettra de tester les panneaux solaires. Durant les essais, seront testés pour la première fois le déploiement correct et le fonctionnement des panneaux solaires d’une longueur totale de près de 9 m.

La fin des essais au site hollandais de l’ESA est prévue pour automne 2005 pour pouvoir ensuite livrer l’ATV à bord d’un véhicule spécial d’Arianespace depuis Rotterdam au port spatial européen de Kourou, en Guyane.

La première mission de 2006 : Le vol vers la Station Spatiale Internationale

Pour sa première mission, l’ATV sera lancé par une version d’Ariane 5, équipée d’un étage supérieur à propergols stockables et permettant jusqu’à 5 ré-allumages (Ariane 5 G+).

La tâche principale d’Ariane 5 sera d’injecter l’ATV selon le plan de l’orbite de l’ISS, incliné à 51,6° par rapport à l’équateur. Cette inclinaison permettra de surveiller l’ATV dans sa mission et les intervalles réguliers de l’ISS depuis Brême étant donné que la ville se trouve sur une latitude similaire.

Ariane 5 est un lanceur à deux étages : un étage principal cryotechnique doté de deux EAP (étages d’accélération à poudre) et un étage supérieur transportant la charge utile. Environ 7 minutes après le décollage, l’étage principal se détache, laissant l’ATV relié à l’étage supérieur. Après 60 minutes, l’étage supérieur injecte l’ATV en orbite à une altitude de 300 km.

Immédiatement après la séparation, l’étage supérieur d’Ariane, les moteurs et tous les systèmes de bord, tels que le système de contrôle et de navigation, seront activés. Les panneaux solaires seront déployés. L’ATV activera ensuite ses antennes de communications et effectuera un « check-up » dans le but de s’assurer du fonctionnement de tous systèmes. Enfin, le véhicule spatial se dirigera vers la Station Spatiale Internationale.

La sécurité de l’équipe et de la station est la priorité principale lors de l’arrimage automatique à l’ISS. Durant le vol, les systèmes de bord de l’ATV sont surveillés en permanence par le Centre de contrôle au sol de l’ISS de Houston, au Texas, et par le Centre de contrôle de l’ATV de Toulouse. La phase d’approche finale est contrôlée par le Centre de contrôle russe de Moscou, étant donné que l’ATV s’arrime au Module de Services russe Zvezda. Le système de sécurité de l’ATV, autonome et intelligent, garantit que, même dans le cas d’une infime anomalie du système, le véhicule spatial retournera automatiquement vers sa dernière position et stationnera à une distance appropriée de l’ISS. Après vérification du système, une nouvelle approche débutera.

La phase d’arrimage totalement automatique commence à près de 30 km de l’ISS. L’ATV entre en contact radio direct avec la station spatiale. Cela lui permet de déterminer précisément sa position exacte par rapport à elle, en utilisant des mesures GPS. A une distance de 3 500 m, des stations de contrôle autorisent l’ATV à poursuivre son approche.

A 250 m, le système d’arrimage et ses capteurs établissent un contact direct avec l’ISS. En plus de la connexion radio déjà établie, les astronautes à bord de l’ISS peuvent directement surveiller la manœuvre d’arrimage par vidéo. L’unité de mesure de la distance par laser de l’ATV vérifie les données transmises par le GPS. Après avoir obtenu l’autorisation de l’ISS et des stations au sol, l’ATV continue son approche jusqu’à 12 m et couvre les derniers mètres jusqu’au port d’arrimage de l’ISS à une vitesse de quelques centimètres par seconde. La pointe de l’ATV, d’un diamètre de 15 cm, doit être capturée par le port d’arrimage du module russe Zevzda, de 90 cm de diamètre.

Dès que le système d’arrimage de l’ATV touche la station spatiale pour la première fois, l’ATV fournit une faible poussée finale pour assurer la capture du véhicule spatial européen par le port d’arrimage du module russe. L’ATV s’aligne à l’axe longitudinal de l’ISS. Toutes les connexions électriques, mécaniques et fluides entre l’ISS et le véhicule spatial sont établies automatiquement. Après l’arrêt de tous les systèmes d’arrimage et la mise en mode dit « dormant » de l’ATV, les astronautes enlèvent le système d’arrimage complet du véhicule. Un panneau de chargement d’un mètre de diamètre connecte l’ICC au module de service russe, et l’ATV devient partie intégrante de l’ISS.

L’ATV est le véhicule spatial le plus novateur et le plus complexe jamais mis au point et construit en Europe. Dans le cadre de la participation européenne à la Station Spatiale Internationale, l’ESA établit avec EADS SPACE Transportation un contrat pour le développement et la construction de l’ATV. Les centres de compétence d’EADS SPACE Transportation, à Brême, à Lampoldshausen et aux Mureaux, possèdent le savoir-faire nécessaire au développement et à la construction d’un tel système.

Le savoir-faire spécifique d’EADS SPACE Transportation couvre de nombreux aspects : tout d’abord, EADS SPACE Transportation possède l’envergure nécessaire pour assurer le développement et la production d’un système aussi ambitieux et complexe en tant que maître d’œuvre. Ensuite, EADS SPACE Transportation dirige les activités de 30 sociétés partenaires dans 10 pays européens et d’autres sociétés en Russie et aux Etats-Unis, fournissant des parties, des composants et des sous-systèmes pour l’ATV. EADS SPACE Transportation doit s’assurer que tous les composants sont livrés avec la qualité escomptée, au prix convenu, au bon endroit et au bon moment. Enfin, EADS SPACE Transportation construit le système de propulsion et l’unité de contrôle sur le site de Brême et développe et programme le logiciel de vol et le logiciel nécessaire à l’arrimage totalement automatique du véhicule à la station sur le site des Mureaux. Au cours des dernières années, l’Europe a dû fournir de nombreux efforts pour acquérir le savoir-faire nécessaire au projet, un savoir-faire jusqu’alors uniquement présent dans les projets russes et américains.

Au sein du consortium industriel, les membres parmi lesquels figurent Alenia Spazio (Italie), Contraves (Suisse) et Dutch Space (Pays Bas), près de 1 600 techniciens et ingénieurs à travers l’Europe sont impliqués dans le développement de l’ATV. EADS SPACE Transportation, en tant que chef de file du système ATV, s’investit dans le projet à travers ces sites en France et en Allemagne.

La société EADS SPACE Transportation est le spécialiste européen du transport spatial et des infrastructures orbitales. Elle conçoit, développe et produit les lanceurs de la famille Ariane, le laboratoire Columbus et le cargo spatial ATV pour la Station spatiale internationale, des véhicules de rentrée atmosphérique, des systèmes de missiles pour la force de dissuasion française, des systèmes propulsifs et des équipements spatiaux. EADS SPACE Transportation est une filiale d’EADS SPACE.

EADS SPACE filiale d’EADS, spécialisée dans les systèmes spatiaux civils et militaires, a réalisé en 2004 un chiffre d’affaires de 2,6 milliards d’euros avec 11.000 employés en France, en Allemagne, au Royaume-Uni et en Espagne.

EADS est un leader mondial de l’aérospatial, de la défense et des services associés.

En 2004, EADS a enregistré un chiffre d’affaires de 31,8 milliards d’euros avec un effectif de plus de 110.000 personnes.

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