ATV Jules Verne

Véhicule automatique de transfert européen

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Le Véhicule automatique de transfert européen (en anglais, « Automated Transfer Vehicle (ATV) ») selon le terme utilisé par Jean-Jacques Dordain, le directeur général de l'Agence spatiale européenne, aussi appelé génériquement « Vaisseau cargo automatique », est un engin spatial destiné à ravitailler la Station spatiale internationale (ISS).

Fonctionnellement il prendra le relais des vaisseaux russes Progress-M — il est en mesure de transporter quasiment 3 fois plus de chargement — avec comme mission de ravitailler les astronautes de la base spatiale ISS en air, eau, nourriture, courrier, carburant, pièces de rechanges et matériels scientifiques...

Le Jules Verne, le premier ATV en approche de l'ISS le 31 mars 2008

Sommaire

Présentation

L'ATV se présente sous une forme cylindrique pour être placé au sommet d'une Ariane 5 ES ATV. Il mesure 10,3 mètres de long et 4,85 mètres de diamètre, pour une masse totale de 20,7 tonnes. Il est divisé en trois parties :

  • le module de fret (cargo carrier) ;
  • le module d'avionique ;
  • le module de propulsion.

L'ensemble module d'avionique et module de propulsion est appelé spacecraft. L'avant du module de fret est le module de docking russe ADA que l'on retrouve sur les vaisseaux Progress ou Soyouz.

C'est un engin de transport de fret entièrement automatisé. Suivant les besoins de la station, l'ATV peut emporter jusqu'à :

  • 100 kg d'air, d'oxygène ou d'azote pour l'atmosphère de l'ISS ;
  • 840 kg d'eau potable pour l'équipage ;
  • 840 kg d'ergols pour le système de propulsion de la station ;
  • 4 500 kg de charges utiles qui se trouvent dans la zone pressurisée de l'ATV, accessible aux astronautes de l'ISS. Une fois l'ATV amarré, ils peuvent ainsi aller et venir entre ce module pressurisé et le reste de l'ISS ;
  • 4 700 kg de carburant pour la fonction de remorquage (re-boost).

Le vol pour rejoindre l'orbite de l'ISS, l'approche et l'arrimage à la station sont entièrement automatisés et contrôlés à partir du Centre spatial de Toulouse (ATV-CC), lié au Centre national d'études spatiales (CNES). L'arrimage s'effectue sur le module de service russe Zvezda.

Une fois arrimé, l'ATV peut rester jusqu'à 6 mois et permet à la station de corriger sa trajectoire pour éviter les débris spatiaux et relever son orbite.

Une fois vide, l'ATV est rempli des différentes eaux usées et déchets de l'ISS, pour être ensuite détaché et détruit par une rentrée contrôlée dans l'atmosphère.

Développement et production

Le maître d'œuvre de l'ATV est EADS Astrium Space Transportation qui mène pour le compte de l'Agence spatiale européenne (ESA) un consortium composé de nombreux sous-contractants. Les bureaux du maître d'œuvre sont pour l'instant aux Mureaux (France) et seront transférés à Brême (Allemagne) une fois le développement terminé et la production des exemplaires successifs entamée. Le client, l'ESA dispose pendant tout le développement d'une équipe intégrée sur le site des Mureaux.

Le premier ATV a été lancé par une fusée Ariane 5 depuis la base de Kourou en Guyane française, dans la nuit du 8 au 9 mars 2008 à 01 h 03min heure locale. Il a été baptisé Jules Verne, du nom du premier auteur de science-fiction des temps modernes. Les contrats et accords existants prévoient la production de quatre exemplaires supplémentaires de l'ATV, qui seront lancés au rythme d'environ un par an (Voir le paragraphe Missions). Ces lancements s'étaleront de 2009 à 2013, en vertu d'accords entre la NASA et l'ESA.

Deux principaux sous-contractants du projet sont :

  • Thales Alenia Space, dans son établissement de Turin, en Italie, responsable du développement et de la production du module pressurisé ;
  • RSC Energia (Russie) qui fournit le système d'arrimage (RDS, Russian Docking System), le système de ravitaillement (refuelling system) ainsi que divers équipements électriques.

Coûts et comparaison avec les autres moyens de transport

Cargo Progress ATV HTV Space Shuttle avec MPLM
Capacité 2,3 t 7,6 t 6,0 t 10 t
Lanceur Fusée Soyouz Ariane 5 H-2B Space Shuttle
Prix par lancement
(1 € = 1,5383 US$)

(Cargo + Lanceur)
26 M EUR
40 M USD

(20 M + 20 M USD)
330 M EUR
508 M USD

(150 M + 180 M EUR)
 ? M USD


(? M + 90 M)
260 M EUR
400 M USD SD
≈ 1 Mrd USD
 
Prix à la Tonne
(1 € = 1,5383 US$)
11,3 M EUR
17,4 M USD
43,4 M EUR
66,8 M USD
? 40 M - 100 M USD

Cette comparaison fait apparaître un lancement très économique par Soyouz-Progress, mais très limité en masse. Le niveau actuel de l'euro (par rapport au dollar) ne tourne évidemment pas à l'avantage de l'ATV, mais malgré cela l'ATV peut se révéler plus, et même beaucoup plus, économique que l'utilisation de la navette spatiale.

Mais surtout l'ATV permet d'éviter l'utilisation de la navette spatiale, dont la fin est programmée en 2010.

Premier lancement : l'ATV-001 Jules Verne

Article détaillé : en:Jules Verne ATV.

Le premier lancement (vol 181 d'Ariane) du Jules Verne a eu lieu le 9 mars 2008 à 01h03 (heure locale), 4h03 UTC[1].

La fusée Ariane 5 ES a suivi une trajectoire très particulière (départ direction France métropolitaine), et son moteur Aestus a été allumé trois fois[2]. Après une première phase propulsée au-dessus de l'océan Atlantique, l'étage supérieur EPS (pour Étage à propergols stockables) a été arrêté et après une longue phase balistique, c'est-à-dire sans aucune propulsion, au-dessus de l'Europe et de l'Asie, cet étage a été rallumé pour une deuxième poussée et c'est au-dessus du Pacifique Sud que l'ATV se sera séparé du lanceur.

Comme lors de tout lancement d'Ariane, les données de télémesure, faisant état du comportement du lanceur et des évènements importants survenus, émises pendant les phases propulsées, ont été reçues par un réseau de stations qualifié d'atypique car constitué de moyens et de lieux en grande partie nouveaux. Ce réseau est constitué de, outre la station habituelle de Kourou [3].

  • la Station Navale Ariane (SNA), mobile, embarquée sur un navire au nord de l'Amérique du Sud, déjà utilisée lors de certains lancements
  • une nouvelle station fixe sur un site créé sur l'île de Santa Maria aux Açores
  • une station fixe de l'Institut de Recherche en Télécommunications située à Adélaïde
  • une station mobile installée sur un nouveau site, créé à Awarua, près d'Invercargill au sud de la Nouvelle-Zélande. C'est cette dernière station qui aura reçu l'information de séparation de l'ATV du lanceur.

Enfin, à l'issue d'une orbite complète, une dernière station, située au Sud-Ouest de l'Australie, à Dongara, aura permis de suivre un troisième allumage de l'EPS, cette dernière poussée ayant pour but de désorbiter l'étage supérieur d'Ariane 5 pour le précipiter dans l'océan Pacifique.

Réussite de la procédure d'urgence anti-collision

L'ATV dispose d'un dispositif nommé collision avoidance manoeuvre, ou CAM, qui peut être activé depuis le sol ou bien de manière automatique par le monitoring and safety unit si la situation d'amarrage présente un risque de collision.

Le mode de fonctionnement de la procédure est complètement indépendant des organes primaires de l'ATV. Le système informatique et les logiciels sont physiquement différents, l'alimentation se fait par des batteries séparées.

Le but, en cas de risque de collision, est d'allumer des moteurs durant 3 minutes, pour provoquer un freinage d'urgence, puis éloigner le vaisseau de la station. Un calculateur de bord choisit une trajectoire pour mener l'ATV hors d'une zone nommée Keep out sphere, sphère virtuelle de 200 mètres de rayon autour du centre de gravité de la station.

Cette procédure induit l'arrêt des systèmes de l'ATV et l'activation d'un mode de survie. La manœuvre est modélisée par l'ESA dans le lien suivant : Manœuvre anti-collision. [4]. Le 14 mars 2008 à 10h45 CET, le test du CAM s'est révélé positif.

Réussite de l'amarrage pour l'ATV Jules Verne

L'amarrage de l'ATV Jules Verne à la station spatiale internationale (ISS) s'est déroulé le 3 avril 2008 comme prévu, en mode automatique.

La séquence d'approche finale a débuté à 10h32 (TU), le vaisseau se trouvait alors à 39 km derrière ISS. Il a alors navigué par GPS et s'est approché jusqu'à un point situé à 3,5 km où il s'est arrêté pendant 30 minutes, le temps que l'équipage de la station fasse des test d'arrêt et de recul. Il est ensuite reparti à une vitesse de 40 cm/s avant de s'arrêter pendant 37 minutes à 249 m de la station. À 13h53, les instruments laser sont mis en marche puis il entame une approche à la vitesse de 7 cm/s pour s'arrêter 15 minutes à 19 m d'ISS, il est alors 14h14 (TU). Il reprend ensuite sa course s'arrêtant une dernière fois à 11 m pendant 6 minutes. Arrivé à 1 m, les astronautes ne pouvaient plus intervenir et finalement le contact eut lieu à 14h45min30s (TU) et la fermeture des crochet de jonction à 14h52 (TU)[5].

Ce n'est que le 4 avril que les astronaute ont ouvert la porte de l'ATV pour y placer un appareil de filtrage de l'air. Le lendemain à 8h30 (TU), l'équipage a pu allumer la lumière, débrancher l'appareil de filtrage, amener des appareils respiratoires portables et un extincteur[5]. Le premier voyage de l'ATV a amené 9 357 kg de charges dont 3 556 kg d'ergols. La charge cargo était constituée de 1 150 kg de vêtements, équipements et nourriture, 269 kg d'eau, 21 kg d'oxygène[5].

Cet amarrage « marque l’entrée de l’ESA dans le club fermé des partenaires capables d’accéder par leurs propres moyens au complexe orbital », et c'est donc une étape importante pour l'Europe.[6]

« Une page totalement nouvelle s’ouvre dans l’histoire de l’Agence spatiale européenne » (Esa), a souligné son directeur général, Jean-Jacques Dordain, au centre spatial guyanais de Kourou, désormais troisième « port » pour des liaisons avec l’ISS, après Cap Canaveral aux États-Unis et Baïkonour au Kazakhstan.

Le convoyage du fret dans l’espace est démontré depuis longtemps par les Européens avec le lanceur Ariane. Mais injecter une charge sur une orbite à quelques mètres près est très différent de s’approcher d’une station habitée, puis de s’y greffer avec une précision centimétrique. Le tout à 30 fois la vitesse du son et sans intervention humaine puisque le pilotage de l’ATV a été entièrement automatique.

Outre cette prouesse technologique, les Européens ont dû aussi relever une gageure imprévue, celle-là, puisqu’elle est diplomatique. L’ATV a été un chemin de croix dont se souvient encore EADS Astrium, son maître d’ouvrage. Lancé en 1998, le développement du véhicule a dû être totalement remis à plat en 2000. « Nous avons dû respecter les règles de sécurité dictées par les Russes et les règles imposées par les Américains. Cela a entraîné une complexité incroyable du véhicule », explique Robert Lainé, directeur technique d’EADS.[7]

Missions, programmées ou non

# Date de lancement Désignation Résultat
1 9 mars 2008, 4:03 UTC Jules Verne Arrimé le 3 avril 2008
2 2010 Johannes Kepler[8] Planifié
3 2011 ATV-3 Planifié
4 2012 ATV-4 Planifié
5 2013 ATV-5 Planifié
6 à déterminer ATV-6 Possible
7 à déterminer ATV-7 Possible

[9][10]

Perspectives et applications futures

« L’ATV constitue également une étape dans le développement des futurs systèmes de transport spatial. Capable d’exécuter des manœuvres de transfert orbital et de rendez-vous, l’ATV prolonge et complète les possibilités d’Ariane 5. Il représente les premiers pas de l’Europe dans le domaine de la technologie de la rentrée contrôlée, même si en l’occurrence il s’agit d’une rentrée atmosphérique destructive. »

De plus, « avec l’expérience ARD, l’Europe dispose des compétences techniques pour concevoir un système de transport spatial habité. L’ultime évolution d’Ariane 5 serait donc de la qualifier pour le vol habité. Manque juste la volonté politique de jeter les bases d’un tel programme qui s’affichera peut-être lors de la prochaine réunion du Conseil de l’Agence spatiale au niveau ministériel qui se tiendra en fin d’année (2008), à La Haye, au regard des 2 succès européens de ce début d’année (Columbus et ATV) ». [11]

L'utilisation de l'ATV à des fins lunaires est envisagée. Le module pressurisé serait remplacé par une capsule habitable, avec un système de rentrée atmosphérique semblable dans son concept au Module de commande Apollo [12].

Le rendez-vous spatial automatisé, avec un amarrage à l’ISS sans intervention humaine, est un banc d’essai « pour de futurs vols spatiaux humains et pour des missions de retour d’échantillons » de Mars, s’est félicité Jean-Jacques Dordain, directeur général de l’Agence spatiale européenne.[13]

Les adaptations et évolutions possibles de l’ATV sont nombreuses, parmi lesquelles[14] :

  • Amarrage de l’ATV pas seulement sur la partie russe, mais aussi sur la partie américaine de l’ISS, grâce à un système d’amarrage universel, avec une ouverture plus large pour le transfert de fret.
  • Capsule de rentrée atmosphérique, non habitée
  • Un véhicule de transport d’équipage (Crew Transport Vehicle ou CTV). Le module pressurisé de l’ATV serait transformé en capsule de sauvetage des équipages de l’ISS dans un premier temps.
  • Laboratoire scientifique, autonome, non piloté pouvant évoluer librement et capable de s’amarrer périodiquement à l’ISS pour réapprovisionnement et appui logistique. Cette idée est séduisante car le niveau de microgravité pourrait être bien meilleur que sur l’ISS elle-même. [7] Un vaisseau spatial en vol libre pourrait également servir de chaloupe de secours à l’équipage en cas d’extrême urgence.
  • Mini-station spatiale, en réunissant plusieurs ATV au moyen de deux mécanismes d’amarrage.

Voir aussi

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Références

  1. Jules Verne ATV launch rescheduled to 9 March, ESA (3 mars 2008).
  2. Quelques détails du lancement de l’ATV Ariane et l’ATV : le lancement de l’ATV, la famille Ariane 5, les vols habités, Galileo...
  3. (fr) Le CSG accueille l'ATV Jules Verne sur le site du Cnes
  4. (fr) http://www.esa.int/esaCP/France.html
  5. a , b  et c Christian Lardier, « Amarrage nominal pour l'ATV », dans Air et cosmos, no 2120, 11 avril 2008, p. 36-37 (ISSN 1240-3113) 
  6. (fr) http://www.esa.int/esaCP/France.html
  7. Outre une prouesse technologique, un chemin de croix diplomatique...Le succès de l’amarrage de l’ATV à l’ISS
  8. L'ESA baptise Johannes Kepler le second ATV, dans Air & Cosmos, N° 2161, 27 février 2009
  9. Space.com, « European Cargo Ship Begins Maiden Space Voyage », 9 mars, 2008
  10. NASA, « Multi-Program Integrated Milestones », 25 janvier, 2008
  11. Vers les vols habités Ariane et l’ATV : la famille Ariane 5, les vols habités, Galileo...
  12. (fr) Vols habités : l'Europe vise la Lune
  13. La Lune et Mars en perspective...Le succès de l’amarrage de l’ATV à l’ISS
  14. Trois succès majeurs de l’Europe spatiale : Ariane 5 ES, amarrage de l’ATV et de Colombus à la station spatiale internationale (ISS)

Liens internes

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