L’ESA financera à hauteur de 450 millions d’euros le développement du module de service du futur véhicule d’exploration spatiale de la Nasa. Cette somme correspond à la contrepartie du loyer dont l’ESA doit s'acquitter auprès de la Nasa pour la période 2017-2020. Cela se fait dans le cadre du barter element, un système mis en place par les partenaires de l’ISS où chacun finance sa part de l’utilisation de l’ISS par la fourniture d’un service du même montant que sa contribution. Jusqu’en 2017, l’Esa s'est acquitté de ses charges avec les missions de l’ATV. © D. Ducros, Esa

Sciences

Le vaisseau spatial Orion pourrait envoyer des Hommes dans l'espace dès 2018

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Par Rémy Decourt, Futura

La Nasa envisage d'envoyer des astronautes dans la capsule Orion dès de la première mission d'essai de ce vaisseau spatial, en 2018. Ce qui va soulever quelques problèmes.

Alors que le 10 février, nous annoncions que le vaisseau spatial Orion pourrait envoyer des Hommes dans l'espace en 2021 (voir ci-dessous), la Nasa réfléchit à avancer cette date à 2018, en lieu et place du vol d'essai inhabité prévu, Exploration Mission 1 ou EM-1. Le 15 février, Robert Lightfoot, l'administrateur par intérim de la Nasa, a demandé à Bill Gerstenmaier, administrateur associé pour l'exploration humaine à la Nasa, de commencer une étude sur la faisabilité d'envoyer un équipage lors de la première mission d'Orion.

Aussi excitante soit-elle, l'idée d'embarquer un équipage, vraisemblablement de deux astronautes, à bord d'Orion dès son premier vol soulève plusieurs questions. Sans surprise, le véhicule ne sera pas tout à fait le même que la version qui devait être utilisée pour le vol inhabité. La Nasa va devoir apporter un certain nombre de modifications, pour se conformer à ses propres règles de sécurité liées aux vols habités.

Sont notamment concernés les servitudes du véhicule et le système de support vie. Le lanceur SLS (Space Launch System), dont ce sera aussi le premier vol, doit s'adapter à ce nouveau scénario. En effet, l'étage supérieur qui devait être utilisé pour le vol initial de 2018 n'est pas qualifié pour le vol habité. Dans le planning actuel, cette version EUS (Exploration Upper Stage) ne doit être livrée qu'en 2021. Son développement devra donc être accéléré.

Dans sa version de base, le Space Launch System, avec ses deux étages, aura une capacité de lancement de 70 tonnes en orbite basse. Avec l’utilisation d’un troisième étage, nécessaire pour le véhicule Orion pour des missions au-delà de l'orbite terrestre (l'étage EUS pour Exploration Upper Stage), cette capacité sera portée à 105 tonnes, et à 143 tonnes avec l’utilisation de boosters plus puissants. © Nasa

Le budget spatial de Trump très attendu

Autre sujet de réflexion, alors que le vol de démonstration inhabité de 2018 devait pousser le véhicule Orion et son lanceur dans certaines de leurs limites, ce ne pourra être le cas avec un équipage à bord. Pour ce vol, le lanceur SLS réalisera lui aussi son premier vol, bien que chacun de ses étages et propulseurs aura été testé au sol. Lors de cette première mission habitée, le véhicule ira moins loin, volera moins longtemps et réalisera une mission plus conservatrice pour tester les performances du système de support de vie que ce qui était prévu.

Cela dit, s'il ne fait guère de doute que techniquement la Nasa sera capable de lancer des astronautes dès le premier vol d'Orion, plutôt en 2019 qu'en 2018, seule la proposition de budget pour l'année 2018, déposée en avril, confirmera ou non ce changement d'orientation du programme des vols habités de la Nasa. Enfin, à la demande du Sénat, la Nasa doit rendre publique d'ici quelques semaines une étude sur la compatibilité technique d'Orion pour des navettes d'équipages vers la Station spatiale internationale.

Pour en savoir plus

La capsule Orion de la Nasa enverra-t-elle des astronautes en 2021 ?

Article de Rémy Decourt publié le 10 février 2017

En 2021, un vaisseau Orion, de la Nasa, emmènera des astronautes américains hors de l'orbite terrestre. Ce sera la première fois depuis 1972, quand Apollo 17 est revenu de la Lune. Son module de service, avec le moteur et le carburant, sera européen. Dérivé de l'ATV, il sera fourni par l'ESA et construit par Airbus Defence and Space.

Lors du Salon du Bourget de juin 2011, Jean-Jacques Dordain, alors directeur général de l'ESA, expliquait vouloir capitaliser sur le programme de véhicule automatique ATV en développant un module qui pourrait devenir un élément du futur véhicule spatial habité de la Nasa, Orion. En novembre 2012, l'Agence spatiale européenne (ESA) décidait de participer à son développement en fournissant le module de service de cet engin, qui enverra des astronautes autour de la Lune à l'horizon 2020 puis vers un astéroïde et plus tard Mars. Solidaire de la capsule habitée, ce module porte le moteur et des panneaux solaires. Durant le vol spatial, il fournit la poussée et l'énergie, et embarque aussi les réserves de carburant, d'eau et d'oxygène (voir plus bas l'entretien que nous avait accordé Philippe Deloo, de l'ESA).

Ce module de service européen, d'environ 3,5 t, sera utilisé pour la première fois en 2018 lors de l'Exploration Mission-1, premier vol du véhicule spatial Orion inhabité. Le vaisseau ira faire le tour de la Lune et reviendra sur Terre. L'objectif de cette mission sera de valider à la fois les performances de la capsule avant son utilisation pour le vol habité et celles du nouveau lanceur Space Launch System (SLS) de la Nasa.

Le premier module de service européen du véhicule spatial Orion. Il est ici vu dans le bâtiment d’intégration d’Airbus Defence and Space à Brême (Allemagne). © Airbus DS

Orion emmènera quatre astronautes

Le 16 février prochain, l'ESA signera avec Airbus Defence and Space le contrat de la construction du deuxième module de service européen en vue de la mission suivante, habitée cette fois, prévu en 2021. Le véhicule spatial Orion emportera quatre astronautes américains pour une mission circumlunaire de plusieurs jours, dont la durée et le profil de vol ne sont pas complètement décidés. Plusieurs scénarios sont à l'étude.

La durée de la mission pourrait être étendue de 8 à 21 jours et plusieurs options de survols lunaires sont envisagées dont une, notamment, au point de Lagrange 2, à une distance de 61.548 km de la Lune. Seule certitude, pour minimiser les risques en cas de panne de son système de propulsion, Orion évoluera sur une trajectoire de retour libre qui lui permettra de revenir sur Terre même moteur éteint.

Le véhicule spatial Orion prend forme. À l'image, la structure sous-jacente du module d'équipage dans le Neil Armstrong Operations and Checkout du Centre spatial Kennedy. © Nasa

Un Européen embarquera-t-il à bord d'Orion ?

Ce sera la première fois depuis 1972 que des Hommes quitteront l'orbite terrestre et également la première fois depuis le retrait de la navette spatiale en juillet 2011 que des astronautes américains utiliseront un véhicule de leur pays pour voyager dans l'espace. Et ce sont des équipements européens qui assureront la propulsion, l'alimentation électrique, l'approvisionnement en eau et le contrôle thermique.

Lors de ce vol historique, aucun astronaute européen ne sera à bord du véhicule. Mais la réalisation du module de service pour des missions habitées représente tout de même un gage de confiance et de reconnaissance des compétences de l'ESA de la part de la Nasa. Lors de la suite du programme, plus précisément pour le vol numéro 4, voire dès le troisième, l'ESA compte bien embarquer un de ses astronautes à bord d'Orion pour une mission d’exploration de la Nasa.


Exclusif : le module de service du vaisseau spatial Orion se dévoile

Article de Rémy Decourt publié le 18/12/2012

L'Agence spatiale européenne et la Nasa se sont mises d'accord pour la fourniture par l'Europe du module de service d'Orion, le futur véhicule d'exploration de la Nasa. Philippe Deloo, chef d'étude du module de service du MPCV, nous explique les grandes lignes de ce programme.

Réunis en session extraordinaire à Naples, les ministres en charge des questions spatiales des États membres de l'Agence spatiale européenne (ESA) ont décidé de participer au développement du véhicule spatial d'exploration de la Nasa connu sous le nom d'Orion-ESM (auparavant nommé Multi-Purpose Crew Vehicle, soit Véhicule habité multirôle). L'ESA fournira le module de service de l'engin (ESM, European service module). Cette décision donne à l'Europe l'opportunité d'utiliser au mieux les capacités développées pour l'ATV et Columbus et de rentabiliser ses technologies. Quant à la Nasa, elle pourra raccourcir de façon significative le calendrier de développement de cet engin, dont le premier vol d'essai inhabité est prévu en 2017, et abaisser son coût.

Pour y voir plus clair sur ce programme, nous avons interrogé Philippe Deloo, chef d'étude du module de service d'Orion, à l'ESA.

Dans le cadre de l'accord signé entre la Nasa et l'ESA, l'Europe « s'engage à fournir un premier modèle de vol du module de service de l'Orion-ESM » avec une option pour un second module à échanger contre « un service qui pourrait être un vol d'astronautes, ou tout autre service que la Nasa et l'ESA identifieraient dans le futur comme intéressant pour les deux organisations », détaille Philippe Deloo.

Le module de service SSA (Spacecraft Sub-Assembly) de l'ATV, dont s'inspira l'ESA pour développer celui de l'Orion-MPCV. Ce module abrite notamment le système de propulsion composé de 4 moteurs principaux et de 28 moteurs de manœuvre (dont 8 sont installés sur le module de charge utile ICC qui, lui, est pressurisé). © ESA, S. Corvaja

L’héritage de l’ATV pour Orion-MPCV

S'inspirant de l'ATV (Automated Transfer Vehicle), construit par un consortium européen sous la maîtrise d'œuvre d'Airbus DS, le module de service d'Orion se présente sous la forme d'un cylindre de 4,5 m de diamètre et long de 2,7 m ou de 4 m avec le moteur. Si l'on tient compte de ses quatre panneaux solaires, son envergure atteint 18,7 m. À vide (sans carburant, sans eau et sans réserve de gaz), sa masse est d'environ 3,5 t.

Ce module a pour fonction « de propulser la capsule Orion, d'assurer son contrôle thermique et de lui fournir la puissance électrique nécessaire à son bon fonctionnement, en plus de stocker les réserves d'eau, d'oxygène et d'azote ». Pour cela, il sera doté d'un très gros moteur, fourni par la Nasa, qui n'est ni plus ni moins qu'un de ceux de la navette spatiale, « qui a déjà volé » ! Précisément, il s'agit « d'un des deux moteurs du système OMS ». Situé à l'arrière, au-dessus des moteurs SSME (Space Shuttle Main Engines, moteurs principaux), ils étaient utilisés pour les corrections de trajectoire et la désorbitation de la navette.

Ce moteur « développe une poussée d'environ 26 kilonewtons (kN) ». En plus de ce moteur, le module de service d'Orion pourra compter sur « 8 moteurs redondants [NDLR : de secours] de 490 N de poussée, ce qui équivaut à 4 kN ». C'est évidemment inférieur à la puissance fournie par le moteur principal, mais suffisant pour ramener sur Terre en sécurité la capsule Orion. « Ils seront utilisés en cas de panne du moteur principal comme système de secours en plus de leur utilisation pour des corrections de trajectoire. »

Le moteur principal du module de service d'Orion sera l’un des deux moteurs de l'Orbiting Maneuvering System (signalés par des traits rouges, en bas et sur l’image de détail) que les navettes utilisaient pour leurs manœuvres orbitales. © Nasa

Une vingtaine de moteurs de contrôle d’attitude

Pour le contrôle d’attitude, le module ESM utilisera « 24 moteurs de 220 N de poussée avec une résistance à un certain nombre de pannes, dont la perte simultanée de plusieurs d'entre eux ».

Quant à l'électricité, elle sera produite par quatre panneaux solaires positionnés à 60° degrés en éventail, comme c'est le cas sur l'ATV. Ils seront un peu moins longs et plus larges mais fourniront une puissance plus grande. «  Les cellules solaires seront à base d'arséniure de gallium dont le rendement est d'environ 30 %. Au total, la puissance électrique disponible pourra atteindre 11 kW. » C'est pratiquement deux fois supérieur au rendement des panneaux solaires de l'ATV, dont les cellules en silicium offraient un taux de rendement de 17 % et fournissaient 4,5 à 5 kW de puissance électrique.

Orion-MPCV, un module de service pour voyager partout

Ce module de service sera « utilisable pour tout type de mission au-delà de l'orbite terrestre et permettra de faire toutes les missions d'exploration envisagées par la Nasa », assure Philippe Deloo. En jouant sur la puissance du lanceur et l'adjonction en orbite d'autres modules, l'Orion-ESM pourra « étendre son rayon d'action et son autonomie » vers un des cinq points de Lagrange, un astéroïde ou les mondes de Mars.

Actuellement, les plans de la Nasa prévoient un vol de test habité circumlunaire à l'horizon 2020, puis une visite d'un astéroïde que la Nasa prévoit de capturer, une étape considérée comme intermédiaire pour envisager le voyage martien. Parmi les autres projets, l'installation d'une base permanente ou non au point de Lagrange L2 pour y étudier les effets d'un séjour long loin de la Terre ainsi que les risques liés à la perte osseuse et à l'exposition aux rayonnements.

Quant à ses performances, « elles ne sont pas du ressort de l'ESA ». Avec une capacité de 8,6 t d'ergols stockés, l'autonomie d'Orion-ESM dépendra de la vitesse à laquelle ces réserves seront consommées et de la masse à transporter (fret et équipage). L'exigence au niveau système, « c'est de pouvoir fournir un delta v (∆v) de 1.600 m/s ». Ce n'est pas suffisant pour quitter l'orbite terrestre (il faut passer de 8 à 11 km/s), mais « assez pour quitter celle de la Lune et revenir sur Terre, en ralentissant la capsule avant l'entrée atmosphérique ».

Dans l'usine turinoise de Thales Alenia Space, une première section du futur ATV-5 avec, au fond à droite, la presse utilisée pour le construire (novembre 2010). C'est ici et à partir du même procédé que sera construite la structure du module de service de l'Orion MPCV de la Nasa. © R. Decourt

Des délais de développement très courts pour Orion-MPCV

Construit en Europe, il sera livré à la Nasa en l'état. Il reviendra « aux Américains de l'intégrer à la capsule Orion ». Le premier vol d'essai, inhabité, est prévu en décembre 2017, ce qui « nécessite une livraison début 2017 ». Autrement dit, les délais de développement sont très courts.

Au vu de cette contrainte de temps, l'ESA est « entrée en discussion exclusive avec Airbus DS pour la maîtrise d'œuvre et Thales Alenia Space pour la fourniture de la structure ». Si la première réunion avec la Nasa remonte à mai 2011, date officielle du début du programme, « ces trois prochaines années ne seront pas de trop » pour réaliser cet engin. Entre l'achat des matériaux et les tests à réaliser, « le challenge promet d'être passionnant ».

« Nous ne partons pas de zéro », rappelle Philippe Deloo. Avec l'ATV, l'ESA a un acquis qui « ne nécessite pas d'étude préliminaire ». Ce module de service tiendra compte du « retour d'expérience de l'ATV et ses trois vols réussis ». L'idée est de capitaliser sur le programme ATV et d'utiliser le maximum de technologies existantes, « sur étagères » dans le jargon spatial, pour « essayer d'avoir un système plus performant ». S'il n'y aura pas de rupture technologique, le principal point dur identifié est celui de la propulsion, auquel « il faudra qu'on prête beaucoup d'attention ».

Des perspectives commerciales pour Orion-MPCV

La Nasa, qui prévoit d'utiliser l'Orion-ESM pendant les 20 à 30 prochaines années, aura besoin d'autant de modules de service. Bien qu'elle ait « négocié avec l'Agence spatiale européenne la possibilité de le reproduire », elle devra néanmoins aussi négocier avec les industriels européens du programme pour certains éléments qui relèvent de la propriété industrielle.

Autrement dit, la Nasa ne pourra pas reproduire entièrement le module de service. Les éléments les plus pointus « resteront sous la maîtrise d'œuvre européenne ». Si pour un certain nombre d'éléments, il n'y a « aucun problème à fournir les plans et les détails d'agencement », d'autres feront l'objet de négociations. Par exemple, ce sera le cas pour les moteurs de contrôle d'altitude, pour lesquels « l'ESA ne fournira ni plans ni licences ». La Nasa n'aura alors pas d'autre choix que de les acheter à l'industriel concerné.

Orion : un nouveau véhicule spatial bientôt en phase de test  Orion est prêt à être lancé. Le nouveau véhicule spatial lourd conçu par l’Esa et la Nasa est arrivé en phase de test. Il est destiné aux voyages en direction de l'ISS, d’astéroïdes et peut-être de Mars. Découvrez en vidéo une reconstitution du test étape par étape. 

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