Station spatiale internationale - Définition

La Station spatiale internationale (International Space Station, ISS) est une station spatiale construite et assemblée en collaboration entre plusieurs pays. Elle est en orbite autour de la Terre à une altitude d'environ 386 kilomètres.

Note : de nombreux termes anglais consacrés par l'usage scientifique ne pourraient que souffrir d'une traduction approximative. Ils apparaîtront donc dans cette langue, suivis d'un texte explicatif.

L'origine

La NASA amorce les premières réflexions sur un projet de station spatiale sur orbite terrestre dès le début des années 1960. Suivant le concept d'alors, elle serait occupée en permanence par un équipage de dix à vingt astronautes et déjà, on prévoit de nombreuses applications : laboratoires, observatoire astronomique, ateliers de montage, dépôts de pièces et matériel, station-service, nœud et base de transport et de relais.

De 1963 à 1966, les plans d'une station orbitale s'inspiraient directement du matériel mis en œuvre pour les missions Apollo. C'est ainsi que le 14 mai 1973, Skylab fut lancé par une fusée Saturn V dont seuls les deux premiers étages étaient actifs, le troisième constituant le corps de la station. Mais Skylab ne devait constituer que la démonstration de faisabilité d'un projet bien plus ambitieux.

En avril 1983, le Président Ronald Reagan demande que soit établi un projet de station spatiale par la NASA, puis le 25 janvier 1984, lors de son discours annuel sur l'état de l'Union, annonce la décision d'en entreprendre la construction dans un cadre international^[1]. Son coût est alors estimé à huit milliards de dollars. La NASA crée un bureau d'études le 27 juillet.

Le 31 janvier 1985, l'Agence spatiale européenne (ESA) s'associe au projet, puis est suivie par le Canada le 16 avril et le Japon le 9 mai de la même année. Mais le 28 janvier 1986, la navette spatiale Challenger explose en vol, ce qui entraînera un retard considérable de tous les projets de la NASA et une refonte complète du programme spatial. C'est le 20 août que les nouveaux plans seront définis, ils sont alors évalués à 10,9 milliards de dollars.

En 1987, diverses études successives, menées par la NASA et le Conseil de la Recherche américain, rehausseront l'estimation du coût de la station à 13 milliards de dollars d'abord, 24,5 milliards de dollars ensuite.

Le 16 juillet 1988, le Président Ronald Reagan baptise la station du nom de Freedom (Liberté).

En 1993, l'administration Clinton invite la Russie à se joindre au projet qu'elle révise entièrement et redéfinit en suivant un concept dérivé des plans de Freedom et de la station russe Mir 2 qui devait succéder à Mir. Le projet est rebaptisé Alpha. En février, le Président Bill Clinton exige de la NASA que le coût de la station soit divisé par deux ; l'agence doit proposer une nouvelle conception pour le mois de juin.

Dès 1993, les Américains estiment nécessaire de profiter de la longue expérience de la Russie, maintenant alliée au projet, dans le domaine des longs séjours à bord de stations spatiales, dans le but d'éviter de reproduire certaines erreurs stratégiques ou technologiques susceptibles de provoquer de lourdes dépenses inutiles. Le 16 décembre, la NASA et la Rousskoye Kosmitcheskoye Agentsvo (RKA, l'agence spatiale russe) marquent leur accord pour 10 vols de navette vers Mir, et le 23 juin 1994, la NASA acceptera d'en payer le coût, 400 millions de dollars.

Nous sommes le 13 juin 1995, et le coût d'exploitation de la station est maintenant estimé à 93,9 milliards de dollars, dont 50,5 milliards de dollars rien que pour les vols de navettes. Plusieurs accostages se sont ainsi accomplis entre 1995 et 1998 durant lesquels onze astronautes américains purent totaliser 975 jours de présence à bord de la vénérable station Mir. À neuf reprises, les navettes spatiales américaines se sont arrimées et ont ravitaillé Mir en hommes, vivres et matériel.

Le 14 octobre 1997, c'est au tour du Brésil de rejoindre l'équipe, et à Washington en 1998, ce sont 16 nations qui participent au projet : les États-Unis, 11 États de l'Union européenne, le Canada, le Japon, le Brésil, la Russie. La construction peut débuter. Mais l'arrivée de la Russie a aussi impliqué une refonte totale de l'organisation logistique de la station, de ses installations et ressources, de son partage, et bien entendu, de son coût d'exploitation. Dans la foulée, le nom Alpha, qui ne plaît pas aux Russes car ils estiment que ce sont eux qui ont créé la véritable première station orbitale, est simplement dénommée Station spatiale internationale, ou International space station (ISS).

Et le 20 novembre 1998, le premier élément de la Station Spatiale Internationale, le module Zarya, est mis en orbite par les Russes au moyen d'une fusée Proton lancée depuis Baïkonour.

En octobre 2005, suite à l'échec du retour en mission des navettes spatiales américaines, la NASA a annoncée que seul 18 vols auraient lieu avant la fin du programme. Ces 18 vols comprennent notamment l'envoi du module européen Columbus et du Japanese experiment module (JEM). Deux importants modules : la plate-forme de puissance solaire russe et la centrifugeuse japonaise ne seront pas envoyés.

Chronologie

Les prises de participation

États-Unis

La NASA est l'initiatrice du projet, et à ce titre la responsabilité de son bon déroulement lui incombe. Elle a pour principal contractant le groupe Boeing Space & Communications, et sa participation matérielle comprend la structure principale (poutrelles), quatre paires de panneaux solaires, trois modules formant le nœud de liaison incluant les sas d'amarrage pour les vaisseaux spatiaux et les autres éléments, et les réservoirs d'air respirable qui approvisionneront aussi bien les locaux d'habitation que les combinaisons spatiales tant états-uniennes que russes^[2]. La NASA fournit aussi le module d'habitation, le laboratoire états-unien et le module de raccordement à la centrifugeuse. La logistique sous la responsabilité de la NASA inclut la puissance électrique, les communications et le traitement des données, le contrôle thermique, le contrôle de l'environnement de la vie et l'entretien de la santé de l'équipage. Les gyroscopes de l'ISS sont aussi sous sa responsabilité.

Canada

L'Agence spatiale canadienne prend en charge la réalisation du bras robotique MSS (pour Mobile servicing system), un dispositif unique destiné à fournir une aide dans l'assemblage et la maintenance de la station. Le Canada fournit aussi le Space vision system (SVS), un système de caméras qui a déjà été testé sur le bras manipulateur de la navette spatiale américaine destiné à assister les astronautes chargés de son utilisation.

Europe

La majorité des États membres de l'ESA travaillent à l'ISS, notamment en fournissant le Columbus Orbital Facility (COF ou simplement appelé Columbus), module pouvant recevoir 10 palettes à instruments, dont la moitié européennes, et l’Automated transfer vehicle (ATV). L'ESA est aussi responsable du bras manipulateur européen, qui sera utilisé depuis les plates-formes scientifiques et logistiques russes, ainsi que des systèmes de gestion de données du module de service. Sans oublier les lanceurs Ariane 5, qui seront utilisés pour le ravitaillement de l'ISS en carburant et matériel.

Japon

La NASDA fournit le Japanese experiment module (JEM) qui abrite plusieurs compartiments pressurisés habitables, une plate-forme où 10 palettes d'instruments peuvent être exposés au vide spatial et un bras manipulateur spécifique. Le module pressurisé peut quant à lui accueillir également 10 palettes à instruments.

Russie

L'agence spatiale fédérale russe fournit un tiers environ de la masse de l'ISS, avec la participation de ses principaux contractants : Rocket space corporation-Energia, et Krunitchev space center. Un module de service habitable, qui sera le premier élément occupé par un équipage ; un module d'amarrage universel qui permettra l'accostage de vaisseaux aussi bien états-uniens (Navette spatiale) que russes (Soyouz) ; plusieurs modules de recherches. La Russie est aussi largement impliquée dans le ravitaillement de la station ainsi que pour son maintien en orbite, en utilisant notamment des vaisseaux-cargos Progress. Le module de contrôle Zarya a été le premier élément à être mis en orbite.

Italie

Indépendamment à sa participation à l'ESA, l'ASI) fournit trois modules logistiques polyvalents. Conçus pour pouvoir intégrer la soute de la navette états-unienne, ils comportent des compartiments pressurisés et amèneront divers instruments et expériences à bord de l'ISS. La conception du module européen Columbus s'inspire largement de ces trois éléments. L'ASI fournit aussi les nœuds 2 et 3 de la station.

Brésil

Sous la direction de l'Agence spatiale brésilienne, l'Institut national de recherches spatiales (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) fournit une palette à instruments et son système de fixation qui accueilleront diverses expériences à l'extérieur de la station. Acheminées par une navette, celles-ci sont destinées à être exposée au vide spatial durant une longue période.

Anatomie

En gros, on peut dire que la Station spatiale internationale est un gigantesque mécano de quelque 108 mètres de longueur sur 74 mètres de large et une masse de quelque 415 tonnes lorsqu'elle sera terminée sur orbite. Avec un volume habitable de plus de 1200 m³, elle dépassera en complexité, et de loin, tout ce qui a été conçu jusqu'à ce jour. Elle pourra accueillir sept astronautes en permanence, qui se succéderont et se relaieront selon les exigences des missions. Son énergie sera fournie par les plus grands panneaux solaires qui aient jamais été construits, d'une puissance de 110 kW.

L'Union européenne

Columbus

La partie européenne de la station est représentée essentiellement par le module laboratoire européen, dénommé Columbus Orbital Facility (COF), ou plus généralement Columbus. Extrêmement polyvalent, ce laboratoire à usages multiples peut être adapté à différentes missions par l'échange de bâtis normalisés à bord, tout comme les avions de ligne à cabines modulaires peuvent se reconfigurer pour différents usages. Columbus sera le lieu de travail privilégié des astronautes et chercheurs européens.

Ce module pressurisé sera raccordé en permanence à la station, dont il fera partie intégrante, et il en recevra toutes les ressources nécessaires. Ses utilisations sont multiples, et portent entre autres sur la science des matériaux, la physique des fluides, les sciences de la vie, la physique fondamentale et de nombreuses autres technologies. Il renfermera aussi la plupart des charges utiles pressurisées européennes.

L'ATV

Bien qu'il ne reste pas fixé en permanence à l'ISS, l'Automated Transfer Vehicle (ATV) n'en est pas moins un élément des plus importants.

L'ATV est un vaisseau cargo spatial automatique de 20 tonnes développé par l'ESA dont la mission est d'assurer les fonctions de cargo ravitailleur et de remorqueur pour l'ISS. Il sera lancé par une Ariane 5 spécialement aménagée pour une injection directe en orbite basse.

ATV se présente sous la forme d'un cylindre de 4,85 mètres de diamètre sur dix mètres de longueur. Il est constitué de 3 modules : un module de propulsion emportant jusqu'à six tonnes de carburant, un module d'avionique qui intègre tous les circuits électroniques ainsi que les systèmes de régularisation thermique, de production d'énergie et de télécommunications et un module cargo de quarante mètres cubes. Le module cargo comprend une partie pressurisée accessible aux astronautes de l'ISS et les réservoirs pour l'eau et l'air et le carburant qui sont livrés à l'ISS. L'extrémité avant du module cargo pressurisé est équipée du port d'amarrage avec l'ISS. Ce port d'amarrage sert aussi d'accès pour les astronautes qui peuvent aller et venir entre ce module pressurisé et le reste de l'ISS.

Les charges utiles véhiculées par l'ATV se répartissent en deux catégories : les fluides (air, eau, carburant) et celles qui nécessitent d'être transportées sous atmosphère contrôlée. La capacité totale d'emport de l'ATV est de neuf tonnes de fret qui peuvent se répartir différemment à chaque vol avec au maximum : 4 700 kg de carburant brûlé par la fonction de remorquage, 860 kg de carburant pompés dans les réservoirs de l'ISS, 4 500 kg de matériel pour les astronautes, 100 kg d'air ou oxygène et 800 kg d'eau.

L'ATV, équipé de ses quatre gros moteurs de propulsion et d'une grande capacité d'ergols, sera aussi utilisé comme remorqueur spatial pour effectuer les modifications d'attitude et d'orbite de la station, et notamment les reboosts, c'est-à-dire les rehaussements d'orbite destinés à en compenser l'usure.

À la fin de sa mission de six mois à la Station, le module cargo sera chargé des vieux matériels devenus inutilisables à bord de la station ainsi que des déchets. Puis l'ATV sera séparé de l'ISS et effectuera une rentrée contrôlée dans l'atmosphère terrestre où il brûlera.

Le premier vol de l'ATV (véhicule baptisé Jules Verne) est prévu début 2008.

L'ERA

Le bras manipulateur européen (ERA pour European robotic arm) est bâti sur un concept tout à fait original et unique qui en fait un engin d'exception très différent du bras manipulateur principal de la station ou de son homologue de la navette spatiale américaine.

À chaque extrémité de ce manipulateur symétrique de 10 mètres se trouve un organe préhenseur identique. Son utilisation alternée en tant que pied et main permet au bras de se déplacer d'un point d'ancrage à un autre à la manière d'une chenille arpenteuse. Ces organes sont conçus pour saisir et relâcher des charges utiles équipées d'un dispositif standard d'accrochage, pour mesurer des forces et des couples, ainsi que pour transmettre des signaux électriques, de données ou de vidéo des charges utiles qu'ils ont saisies. Ces organes préhenseurs sont aussi équipés d'un outil de service intégré que l'on pourrait comparer à un tournevis universel. Il peut également recevoir une plate-forme comportant cale-pieds et mains courantes et transporter des astronautes lors de sorties extravéhiculaires.

L'ERA sera mis en œuvre à partir d'un dispositif d'ancrage monté sur une petite plate-forme mobile capable de se déplacer le long de rails longeant la structure de la plate-forme russe scientifique et d'énergie. En se déplaçant d'un point d'ancrage à un autre, répartis sur d'autres éléments de la station, l'ERA élargit considérablement sa zone d'intervention.

Les États-Unis

En leur qualité d'initiateurs du projet, les États-Unis joueront le rôle principal dans son élaboration et c'est sans surprise que l'on peut constater que la majeure partie de l'ISS leur appartient.

Le laboratoire scientifique américain Destiny

Destiny est un module pressurisé, habitable, conçu pour accueillir les charges utiles et les expériences devant s'accommoder d'une atmosphère terrestre. Sa capacité est de 24 racks modulables, dont 13 sont spécialement conçus pour recevoir des expériences nécessitant un interfaçage complet avec la station et ses ressources.

Cet élément a été mis en orbite le 7 février 2001.

Parmi les premiers éléments à être installés dans ce laboratoire américain, on peut citer notamment :

Material Science Research Design Facility

Ce rack comprend un élément central qui coordonne la collecte et le traitement des données, ainsi que l'enregistrement et la redistribution d'images vidéo, ainsi que deux ensembles de contrôle de la température et de l'environnement des échantillons à traiter dans diverses expériences.

Microgravity Science Glovebox

Il s'agit d'une boîte de manipulation à gants utilisée pour la manipulation d'échantillons en évitant toute contamination, telle qu'on en trouve dans tout laboratoire de biologie terrestre.

Fluids and Combustion Facility

Ce triple rack, conçu par le Lewis research center de la NASA, est conçu pour l'étude de la physique des fluides (liquides, gaz et mélanges) et de la combustion en apesanteur. Il comprend une chambre de combustion, des dispositifs de dosage des gaz et des liquides, ainsi que divers systèmes très élaborés d'éclairage, de polarisation, de prise de vues et tous leurs automatismes incluant l'enregistrement vidéo sous forme digitale.

Biotechnology facility

Ce rack comporte six sous-ensembles interchangeables et modulables selon les expériences en cours. Ses éléments seront utilisés dans de nombreuses occasions, qu'il s'agisse de cultures cellulaires, de croissance de cristaux, études des protéines, séparations biochimiques, microencapsulation. Chacun de ses sous-ensembles est énergétiquement autonome et peut être alimenté sous différentes atmosphères (oxygène, azote, dioxyde de carbone et argon). Il comporte son propre système informatique et un dispositif indépendant de prises de vues.

Window Observational Research Facility

Cet élément un peu particulier comporte un hublot pratiqué dans la paroi du module laboratoire équipé d'un verre de qualité optique. Il peut recevoir différents instruments dédiés à l'observation de la surface terrestre et sera utilisé notamment pour l'étude des continents ou des phénomènes atmosphériques.

X-Ray Cristallography Facility

Double rack consacré à l'étude des cristaux en apesanteur. La croissance, la multiplication des cristaux peut être étudiée à l'intérieur des cuves de conditionnement de ce dispositif, qui possède un système ultra-perfectionné de manipulation robotisée pilotée par l'équipage, par un ordinateur ou encore par des techniciens au sol. Tous les systèmes de prises de vues et d'analyses, aussi bien chimiques que spectrométriques en lumière visible ou en rayons X, sont inclus dans cet élément.

Minus Eighty degrees Celsius Laboratory Freezer for the ISS

Le Minus Eighty degrees Celsius Laboratory Freezer for the ISS (MELFI) a été construit par l'Agence spatiale européenne (ESA) sous la direction de la NASA. Il comprend trois unités de vol assurant le transport d'échantillons entre le sol et la station spatiale pouvant prendre place aussi bien dans la soute de la navette que dans le laboratoire scientifique. Ces racks comportent quatre unités de réfrigération autonomes pouvant assurer des températures régulées de -80°C, -26°C et +4°C.

La centrifugeuse

Le Centrifuge Accommodation Module (CAM) se présente sous le même gabarit que le laboratoire scientifique, dont il partage la même interface et les mêmes ressources. Le CAM est construit par l'Agence spatiale japonaise (NASDA) sous contrat avec la NASA. Sa fonction, comme son nom l'indique, est d'étudier l'effet de différents niveaux de gravité (de 0,01g à 2g) sur la structure et la fonction de plantes ou d'animaux obtenus en microgravité.

Il est composé d'une centrifugeuse consistant en un rotor de 2,5 mètres de diamètre, comportant de nombreux emplacements d'expériences et son propre système de contrôle. Ce rotor, caréné, est disposé en bout d'élément.

En juin 2005, lors d'une rencontre des chefs des agences spatiales, son installation est abandonnée.^[3]

Le sas de sortie

Élément à part entière, celui-ci est fixé au Node-1 déjà en orbite. Comme son nom le révèle, sa fonction est de permettre le passage entre l'intérieur, pressurisé, de la station, et le vide spatial. Il est étudié pour recevoir deux astronautes équipés aussi bien du scaphandre américain Extravehicular mobility unit (EMU) que du scaphandre russe Orlon EVA.

Cupola

Cupola est une baie vitrée de forme convexe et circulaire, composée d'une mosaïque de sept hublots, soit un hublot central de forme circulaire entouré de six autres plus petits et trapézoïdaux. L'ensemble, fixé sur le Node-1 du côté opposé au sas de sortie, fournit une vue panoramique vers le bras manipulateur canadien et sera largement employé lors de différentes opérations.

La poutre et les panneaux solaires

Il s'agit incontestablement de la partie la plus spectaculaire de la Station spatiale internationale.

Assemblés en plusieurs étapes, ces gigantesques générateurs électriques sont les plus grands qui n'aient jamais été construits. Ils fourniront en moyenne jusqu'à 110 kW à la station.

Disposés en deux groupes, Tribord S (starboard) et Bâbord P (port) comprenant chacun un ensemble de huit panneaux ; chacun d'entre eux ne mesure pas moins de 40×13 mètres. À chaque groupe de panneaux sont associé un ou plusieurs radiateurs dissipateurs de chaleur.

L'ensemble est disposé de part et d'autre d'une poutre de plus de 100 mètres de longueur, fixée en son centre au sommet du Node-1 Unity par un élément intermédiaire.

Node 3

Les nœuds sont des modules auxquels viennent se raccrocher d'autres modules. Le nœud 3 offre de nombreux systèmes de survie.

La Russie

La participation de la Russie dans la réalisation de la Station spatiale internationale est loin d'être symbolique, même si elle est loin d'être définie, du moins complètement. En effet, si on examine une représentation de l'ISS, on s'aperçoit que la partie russe s'apparente plus à une station dans la station qu'à une simple annexe…

Sans conteste, le générateur électrique en sera la marque la plus visible. Composé de huit panneaux solaires fixés au bout de leur propre mât de près de 20 mètres trouvant ancrage sur le module de service Zvezda, il assure l'autonomie énergétique de toute la section.

Au module de service, sur le sas opposé au mât et dirigé vers le nadir (c'est-à-dire vers la Terre) s'amarrera un module d'accostage multiple, très similaire à celui qui fut utilisé sur Mir. Et à cet élément viendront se fixer deux modules laboratoires, un module d'habitation et un sas d'amarrage universel pouvant notamment recevoir les vaisseaux de ravitaillement Progress. L'ensemble sera prolongé par un vaisseau Soyouz pouvant faire office de barque de sauvetage dans l'attente du développement d'un moyen d'évacuation plus approprié.

Mais l'état actuel de l'économie russe empêche de pousser plus loin la définition du projet.

Le Japon

Le Japanese experiment module (JEM) Kibo est la pièce maîtresse du Japon sur la Station spatiale internationale. Fourni par l'Agence spatiale japonaise (NASDA), il comporte dix emplacements normalisés à bord, dont cinq seront occupés par des racks de charge utile japonais et cinq autres par du matériel de la NASA. Tous les emplacements sont compatibles aux standards internationaux en ce qui concerne les branchements énergétiques et l'approvisionnement en divers gaz ou liquides.

Le JEM inclut l’Experiment logistic module — Pressurized section (ELM PS), cylindre également pressurisé fournissant des emplacements supplémentaires pour certaines expériences réclamant, entre autres, une atmosphère ou une pression atmosphérique différentes. Cet élément est fixé perpendiculairement au JEM.

L’Experiment logistic module – Exposed section (ELM ES) est une palette prolongeant l'élément principal, destiné à recevoir les instruments et expériences devant être exposés au vide spatial. Un sas en facilite l'accès.

Le module japonais possède également son propre bras manipulateur, qui présente l'avantage de limiter le nombre d'interventions humaines à l'extérieur.

Le Japon fournit également un véhicule de transfert HTV.

Le Canada

Le Canada, fort de son expérience à bord de la Navette spatiale américaine, se charge de fournir le bras manipulateur principal de la station spatiale. Long de près de 20 mètres, il est capable de déplacer des charges de 125 tonnes et sera largement utilisé dans la phase de construction de la station. Deux ans après son installation, une main (Dextre) beaucoup plus précise y sera adaptée, autorisant des travaux exigeant une grande dextérité.

L'Agence spatiale canadienne construira aussi une plate-forme mobile d'inspection et de maintenance, petit véhicule inhabité entièrement autonome télécommandé depuis la station et qui sera capable de parcourir l'ensemble de la structure en relayant images et données aussi bien vers le centre de contrôle à bord que sur Terre.

L'Italie

Bien que faisant partie de l'Agence spatiale européenne (ESA), l'Agence spatiale italienne (ASI) a choisi d'ajouter une participation personnelle et indépendante à la construction de la Station spatiale internationale. L’Italian Multi-Purpose Laboratory Modules (MPLMs) est un élément construit sur le modèle du Colombus européen et abritera 16 emplacements normalisés aptes à recevoir des charges italiennes, européennes ou américaines. Son lancement sera assuré par la navette spatiale.

L'ASI construit également les Node-2 et Node-3 pour le compte de la NASA.

Le Brésil

L’Instituto de Nacional Pesquisas Espaciais est chargé de l'élaboration et la construction d'un système de palettes porteuses mobiles à instruments qui se fixeront sur la poutre principale de l'ISS, et sur laquelle pourront être installées diverses charges devant rester exposées au vide spatial.

Caractéristiques physiques

Au mois septembre 2006, la station spatiale possèdait une masse de 206 043 kg (454 240 livres) et un volume habitable de 42 000 l (15 000 pieds cube). Elle mesurait en tenant compte des panneaux solaires 73 m (240 pieds) et 45 m (146 pieds) du laboratoire Destiny au module Zvezda.

Vaisseaux spatiaux et équipages visitant l'ISS

Pour une liste chronologique complète de tout les vaisseaux spatiaux qui ont visité l'ISS, se reporter à la Liste des vols habités vers l'ISS.

Notes et références