Hérité du programme européen de véhicule de transfert automatique (ATV), le module de service d'Orion fournira la propulsion et les fonctions principales de support de vie pour le véhicule américain Orion. C'est la première fois que la Nasa confie à l'industrie européenne des fonctions aussi importantes pour la sécurité de ses astronautes. Les explications de Dario Saia, responsable du programme module de service d'Orion chez Thales Alenia Space.

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Après avoir donné la parole à Antoine Alouani, ingénieur système de propulsion d'OrionOrion chez Airbus, qui nous a fait découvrir l'incroyable complexité du système de propulsion du module de service réalisé par Airbus avec des choix de design audacieux, c'est au tour de Dario Saia.

Ce responsable du programme module de service d'Orion chez Thales Alenia Space, qui contribue également à sa réalisation sous la responsabilité d'Airbus, nous rappelle que l'ESM « embarque des technologies héritées du programme ATV de l'Agence spatiale européenneAgence spatiale européenne ». Ce module qui assurera la propulsion, l'alimentation électrique, le contrôle thermique et les composants vitaux à la capsule américaine, se présente sous la forme d'une structure cylindrique, « dont le volumevolume interne est divisé en différentes zones par des panneaux dédiés, où sont logés les équipements du contrôle thermique, du contrôle des consommables, de l'avionique, du système d'alimentation et de propulsion ».

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La structure de l'ESM sert également de « support aux radiateursradiateurs, aux panneaux solaires, au moteur principal et aux propulseurspropulseurs auxiliaires, ainsi qu'à tous les réservoirs de consommables et de propulsion ». Quant aux interfaces mécaniques avec le module d'équipage et le vaisseau spatial, elles sont situées respectivement sur les faces supérieure et inférieure.

Un module service hérité du véhicule européen ATV

La structure de l'ESM n'est pas construite en acieracier. Constituée d'un assemblage de pièces composites en alliagealliage d'aluminiumaluminium léger et en fibre de carbone (longeronslongerons, panneaux, supports en aluminium et fibres de carbone ou en titane), la massemasse totale de la structure de l'ESM -- y compris les supports des réservoirs de propergolpropergol et de survie, des radiateurs et des moteurs ESM -- est d'un peu plus d'une tonne (environ 1 100 kgkg). Sa taille est d'environ 4 mètres de diamètre pour une hauteur de 2,5 mètres.

Le module de service d'Orion se présente sous la forme d'un cylindre de 4,5 mètres de diamètre et de 2,7 mètres de long (4 mètres avec le moteur) et d'une masse totale légèrement supérieure à 13 tonnes. © Thales Alenia Space
Le module de service d'Orion se présente sous la forme d'un cylindre de 4,5 mètres de diamètre et de 2,7 mètres de long (4 mètres avec le moteur) et d'une masse totale légèrement supérieure à 13 tonnes. © Thales Alenia Space

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L'ATV ne volera plus… mais laisse un bel héritage

Bien que ce module de propulsion soit hérité du module de service de l'ATVATV, il se différencie sur plusieurs points. Contrairement à l'ATV, qui était un « véhicule de ravitaillement pressurisé, destiné à transporter des fournitures pour l'ISS », l'ESM repose sur une structure « non pressurisée avec des longerons, des cloisons et des panneaux de cisaillement ». L'ESM est conçu pour « transporter des moteurs, des réservoirs de propergol, de l'eau et du gazgaz, du matériel de contrôle thermique, des équipements électroniques afin de soutenir le voyage d'Orion et d'assurer la vie des astronautes à bord de la capsule ». La conception de la structure de l'ESM est donc « optimisée à cette fin et n'a donc pas de compartiment pressurisé pour être accessible aux astronautes ».

L'ESM est conçu afin de soutenir le voyage d'Orion et d'assurer la vie des astronautes à bord de la capsule

Cela explique pourquoi il est si peu massif, contrairement à l'ATV dont la masse à vide était de plus de 10 tonnes -- il était aussi plus grand près de 10 mètres contre seulement 2,5 mètres. Enfin, à la différence de l'ATV qui évoluait en orbite basse à l'intérieur de la magnétosphèremagnétosphère, l'ESM « voyagera au-delà de cette bulle magnétique qui nous protège des effets nocifs du vent solairevent solaire ». Sa conception tient compte de cette contrainte forte.

Autre différence, alors que l'ATV était fortement exposé au risque de collision avec des débris spatiaux, le véhicule Orion le sera nettement moins de sorte que son « bouclier est très différent de celui de l'ATV ».

Des vols habités indissociables du savoir-faire européen

Ce module est conçu pour fonctionner pendant au moins 21 jours en orbite. Mais, il « pourrait soutenir des voyages plus longs, comme c'est le cas avec cette première mission dont la duréedurée est de plus de 25 jours ». L'ESM n'est pas seulement le module de propulsion du véhicule Orion. Il est aussi un élément clé de « la vie humaine à bord car il embarque les réserves en azoteazote, airair et eau nécessaires aux missions ». Ces ressources primaires sont dimensionnées pour « soutenir un équipage de quatre membres tout au long de la mission, elles sont stockées dans des réservoirs dédiés et sont distribuées vers la cabine sur demande ».

Pour gérer ces consommables, Thales Alenia Space fournit le système de contrôle qui « surveille en permanence pour fournir des informations sur les quantités de ressources disponibles et sur les niveaux de pressionpression et de température. Il est relié au centre de commande ESM, afin d'être actionné à distance et configurable selon les besoins pendant les différentes phases de la mission. Un certain nombre de valves permettent d'isoler toute défaillance, garantissant la disponibilité des ressources pour la cabine ».

Ce système est également chargé de « fournir de l'air respirable au personnel de cabine en mélangeant de l'oxygèneoxygène (stocké dans trois réservoirs) et de l'azote (stocké dans un réservoir) ». L'évacuation de l'air est contrôlée par des régulateursrégulateurs de pression et les différentes sections du système peuvent être isolées par des vannes d'arrêt de gaz à des fins d'isolationisolation en cas de défaillance. Le mélange lui-même est contrôlé par des vannes situées dans le module de l'équipage. L'azote pressurise également l'eau potable stockée dans quatre réservoirs qui est distribuée au module de l'équipage en cas de besoin.

La partie basse du module de service avec plusieurs réservoirs. © Thales Alenia Space
La partie basse du module de service avec plusieurs réservoirs. © Thales Alenia Space

Pour cette première mission, le module ESM dispose d'un contrôle des consommables simplifié en raison de l'absence d'équipage. Le nombre de réservoirs de gaz est donc limité à « un seul rempli d'azote, au lieu des quatre réservoirs nécessaires lors des vols habités ». Des simulateurs de masse ont donc été utilisés pour « remplir les réservoirs manquants afin de maintenir le même équilibre de masse du véhicule ». Tous les réservoirs d'eau sont présents mais aucune eau ne sera distribuée à l’équipage composé de mannequins.

Thales Alenia Space fournit également le système de contrôle thermique (TCS) qui a pour fonction de « rejeter dans l'espace la chaleur produite par les astronautes à l'intérieur du module d'équipage et de maintenir Orion au chaud malgré les températures extrêmes de l'espace ». Ce système sert aussi à rejeter les charges thermiques de l'équipement motorisé d'Orion, à la fois dans le module d'équipage et dans le module de service. La chaleur générée est transférée par le module d'équipage au module de service européen via « des échangeurs de chaleur ». Ce système de contrôle thermique se compose principalement de deux parties, le système de contrôle thermique actif et le système de contrôle thermique passif.