Mise à jour 15 Sept 2020.
CONFÉRENCE MENSUELLE DE LA SAF
De Jean Pierre MARTIN, Physicien, membre de la SAF.
« LES STATIONS SPATIALES, PASSÉES, PRÉSENTES ET FUTURES »
Au CNAM 292 rue St Martin Paris 3ème.
Le Mercredi 9 septembre 2020 à 19H00 Amphi Abbé Grégoire
Photos : JPM et DB pour
l'ambiance. (Les photos avec plus de résolution peuvent
m'être demandées
directement)
Les photos des slides sont de
la présentation de l'auteur. Voir les crédits des autres photos si nécessaire
La présentation (avec toutes
les vidéos) est disponible sur
ma liaison ftp , rentrer le mot de passe, puis CONFÉRENCES SAF ensuite
SAISON 2020/2021 ; elle s’appelle :
SPACE-STATIONS-2020.pdf.
Ceux qui n'ont pas les mots de
passe doivent me
contacter avant.
Cette version pdf ne comprend
pas les vidéos, leurs URL se trouvent dans ce CR, si une version complète avec
toutes les vidéos vous intéresse, merci de vous adresser directement à moi.
La vidéo sera disponible d’ici
15 jours
BREF COMPTE RENDU
Enfin nous pouvons reprendre
sous des conditions strictes les conférences mensuelles de la SAF, la dernière
datait de Février !
Salle limitée en nombre à cause du respect des
distanciations dues au Covid 19.
Ayant déjà donné cette
conférence, je m’inspire d’un CR précédent pour celui-ci.
Quand
on parle Station Spatiale, on pense tout de suite à l’ISS (station spatiale
internationale) qui tourne au-dessus de nos têtes.
Mais l’ ISS ne s’est pas bâtie
à partir de rien, elle est l’aboutissement d’une lignée de prédécesseurs plus ou
moins chanceux.
Dans les années d’après-guerre,
les grandes nations spatiales, USA et URSS en tête se posaient la question de
savoir si l’Homme pourrait vivre dans l’espace, l’idée de stations spatiales
germait dans les cerveaux de Korolev et Von Braun.
C’était pour eux le premier pas
vers les autres planètes. Leur avènement était alors inéluctable.
Nous allons les passer en revue
dans l’ordre chronologique et étudier les particularités de chacune ainsi que
les dangers et problèmes auxquelles elles ont été confrontées.
Les glorieux ancêtres : Saliut
, MIR et Skylab
Actuellement l’ISS et la
station chinoise sont en orbite
On envisage pour une nouvelle
(re)conquête de la Lune (et plus loin), un mini station spatiale (Gateway)
autour de la Lune, servant d’avant-poste aux futures missions lunaires et
lointaines.
LES STATIONS SALIUT.
Ce sont nos amis Soviétiques
qui dégainèrent les premiers avec la première station habitable Saliut 1 lancée
en 1971.
N’oublions pas que les
Soviétiques viennent de perdre la course à la Lune, ils avaient besoin de ce
succès : être les premiers à avoir une station orbitale.
Elle est lancée par une
puissante fusée Proton, et permet d’accueillir trois cosmonautes, qui s’y
rendent grâce à un module Soyuz. Plus tard une version plus évoluée de Saliut
possédera deux ports d’amarrage, permettant ainsi d’accepter deux Soyuz ou un
Soyuz et un Progress vaisseau de ravitaillement (vaisseaux toujours utilisés).
Les premiers problèmes
arrivent, Soyuz 10 est prévu pour s’amarrer, mais l’écoutille ne s’ouvre pas,
donc retour sur Terre, c’est Soyuz 11 qui prend la suite.
Amarrage parfait, séjour à bord
d’une vingtaine de jours, puis retour sur Terre.
Les cosmonautes ne sont pas
équipés de scaphandres étanches, un problème survient lors de la rentrée, une
explosion trop forte de tous les boulons explosifs fait que la capsule perd son
atmosphère alors que l’on est encore en altitude. L’équipage est perdu !
Encore un drame national pour
les Russes, qui viennent de perdre Gagarine. Soyuz sera modifié, il deviendra le
Soyuz-T.
La nouvelle génération ce sera
Saliut 6 et 7 avec deux ports d’amarrage. Saliut 6 est lancée en 1977 et
Saliut 7 en 1982. Saliut 6 est désorbitée en 1982 et Saliut 7
Saliut 6 dont on voit l’éclaté
ci-après.
Illustration : NASA.
Saliut est formée d’une seule
structure de 18t qui rentre sous la coiffe
d’une Proton et donne à l’équipage un volume de 100m3 à disposition. Pour un
équipage de trois (deux plus tard) ce n’est pas trop mal, on fera mieux avec les
MIR et ISS.
Saliut comprend un laboratoire
orbital et une partie habitation.
Le concept est né dans les
années 1960 quand l’URSS menait la course spatiale en tête. De là naîtront les
premières versions.
À l’origine, on étudie même une
version militaire (Almaz), nous sommes en pleine guerre froide. Puis le projet
devient civil sous la dénomination que l’on connaît.
Il est à noter que c’est cette
station qui emporte le premier astronaute français Jean Loup Chrétien le 24 Juin
1982.
Il y restera jusqu’au 2
Juillet. C’est le premier vol habité français.
Il retournera plus tard dans
l’espace à bord de Mir.
Ce sont ces stations Saliut qui
permirent aux Russes de se familiariser avec la vie dans l’espace longue durée,
ce qui va déboucher sur la station Mir.
LA STATION SKYLAB.
Lorsque l’Amérique gagne la
course à la Lune, le public se désintéresse peu à peu de l’espace, et les
missions suivant Apollo 17 sont annulées (A18 à 20) par la NASA et le Congrès.
Il restait alors des capsules
(l’une deviendra Apollo 18, pour un rendez-vous avec Soyuz) et des lanceurs
Saturn V.
En
bricolant astucieusement le troisième étage d’une de ces fusées (le S-IVb)
celui-ci deviendra la structure de Skylab.
On va l’équiper de larges
panneaux solaires pour fournir l’électricité à bord.
Il sera surmonté d’un système
d’adaptation pour recevoir une capsule Apollo et le télescope.
Elle deviendra la première
station spatiale américaine de 1973 à 1979.
Écorché de la station Skylab.
Illustration : NASA/MSFC
La station elle-même est
envoyée
en
orbite terrestre basse par une fusée Saturn V en Mai 1973, l’équipage devant
suivre quelques jours après à bord d’une capsule Apollo (CSM : Command and
Service Module) au sommet d’une Saturn IB.
3 missions étaient prévues.
La vie de Skylab n’a pas été
non plus un long fleuve tranquille.
Quelque chose s’est mal passé
au lancement du laboratoire orbital, les contrôleurs au sol notent que la
température intérieure augmente énormément, de même, le niveau de production
d’électricité n’est pas conforme, les panneaux solaires ne semblent pas
fonctionner.
On change l’orientation de la
station pour réduire la température, mais cela ne suffira pas. La mission
est-elle perdue ?
En désespoir de cause, on
retarde le lancement de l’équipage. Il faut trouver une solution.
Je trouve nos amis Américains
formidables, quand il faut sauver une mission, ils savent réagir promptement. On
se rend compte rapidement que l’écran de protection a disparu, on va le
remplacer par un bricolage d’un « parapluie » en Mylar qu’un astronaute
déploiera le moment venu.
Un des panneaux solaires a
aussi disparu lors du lancement et le deuxième n’est pas ouvert, là aussi un
bricolage avec cisaille devrait permettre le déploiement. Si tout cela
fonctionne la station sera opérationnelle et le télescope et l’observatoire
solaire seront une première dans l’espace.
Maintenant il suffit d’exécuter
!
Le 25 Mai 1973 l’équipage
(Charles C. Conrad Jr., Commandant, Paul J. Weitz, Pilote, Joseph Kerwin,
Scientifique) décolle de Cape Kennedy.
Le laboratoire est depuis 11
jours dans l'espace sans refroidissement ni électricité.
La mission Skylab I est prête
Premier survol pour visualiser
l’étendue des dégâts.
Le bouclier thermique a
disparu, sur la partie droite, le panneau solaire ne s’est pas ouvert, le
deuxième, à gauche a été arraché !
Photo : NASA.
Le parasol est déployé, le
panneau solaire débloqué, les astronautes pénètrent à l’intérieur où la
température prend une allure normale maintenant (26°C dans quelques jours), la
puissance électrique est faible mais suffisante ; la station est sauvée.
L’équipage peut travailler, ils
vont rester près d’un mois à bord.
Les premières études du Soleil
hors de l’atmosphère terrestre ont lieu et l’équipage a la chance d’assister en
direct à une éruption solaire qu’ils vont suivre de bout en bout.
Une autre mission va suivre, la
deuxième, Skylab II avec Bean, Lousma et Garriot, ils resteront 60 jours dans
l’espace.
Ils continueront les
expériences scientifiques sur le Soleil et l’étude de la Terre ainsi que
diverses fonctions médicales. Ils procéderont à de nombreuses EVA.
Ils vont être le premier
équipage à mettre en évidence l’influence de la microgravité sur l’organisme.
De plus c’est une vraie
station, il y a plein de place, beaucoup plus grand que Saliut.
C’est une répétition de ce qui se
passera avec l’ISS.
On essaie même à l’intérieur
qui est tellement vaste, quelque chose qui ressemble au MMU qui sera utilisé
bien plus tard
Et c’est l’ultime mission
Skylab III, lancement de l’équipage (Carr, Pogue et Gibson) le 16 Nov 1973 ; ce
sera la mission la plus longue, puisqu’ils ne rentreront sur Terre que le 8
Février 1974. Nombreuses observations scientifiques.
Leur planning à bord était de
plus en plus compliqué et chargé, ce qui donna lieu à de nombreux problèmes avec
les équipes au sol, certains ont même parlé de mutinerie !
Néanmoins tout se termine bien
et les astronautes nous donnent à voir une superbe photo du télescope ATM prise
de l’extérieur.
Photo : un grand espace à
l’intérieur de la Station. NASA
En conclusion concernant
Skylab, personne ne parle de cette mission qui a été précurseur de l’ISS et qui
a apporté une multitude d’informations à ceux qui vont développer cette ISS.
On a étudié le Soleil, on a pu
étudier la Terre sous tous les angles et dans toutes les longueurs d’onde, on a
battu des records de durée en orbite.
On aurait dû continuer à lancer
des équipages mais le développement de la navette a mangé tous les crédits.
Skylab est rentré dans
l’atmosphère en Juillet 1979.
LA STATION MIR.
Les Russes sautent un cran dans
la difficulté, MIR est la première station orbitale construite en plusieurs
modules.
L’occupation humaine devient permanente
à partir de MIR !
Le mot MIR en russe a deux
significations : paix ou monde.
C’est en fait une continuation
de la station Saliut comprenant plusieurs modules ;
Le premier module, le module
central est lancé en Février 1986 par une fusée Proton.
Elle comporte en tout cinq
autres modules qui seront lancés successivement.
Vue d’ensemble de la station
Mir une fois complétée. (Wikipédia CC BY-SA 3.0)
On remarquera que le module
central (en vert) possède en son extrémité une pièce d’adaptation comportant
cinq ports d’amarrage pour les modules supplémentaires, on le voit très bien
sur cette photo au centre de l’image.
Le module Kvant-1 est amarré à
la pièce centrale en Mars 1987.
Il contient des instruments
scientifiques et astronomiques. Kvant
signifie quantum ou quanta.
Les modules suivants ont
ensuite été ajoutés : Kvant-2 (1989) ; Kristall
(1990); Spektr et Priroda (en 1996).
Spektr est particulièrement
dédié à l’étude de la Terre. On le reconnait facilement grâce à ses 4 panneaux
solaires.
Notons que le module Kristall
dédié plutôt à la biologie possède un sas d’amarrage pour la navette spatiale
américaine, il avait d’ailleurs été apporté par celle-ci (Atlantis) lors d’un
voyage vers Mir. Le dernier module est Priroda (nature en français), lui aussi
dédié à l’observation de la Terre, il emporte aussi un radar à synthèse
d’ouverture.
Mir a accueilli de très
nombreux équipages, au début des Russes ou des citoyens de pays « frères », puis
l’admission d’autres nationalités a été autorisée.
Notamment, des cosmonautes
français ont participé à de nombreux séjours sur Mir comme par exemple :
·
En 1988 le retour de JL Chrétien dans l’espace, avec la mission Aragatz,
il est resté un peu moins d’un mois à bord de Mir et il effectue une EVA de 6
heures.
·
En 1992 Michel Tognini pour la mission Antarès qui durera 15 jours.
·
En 1993, c’est au tour de JP Haigneré de monter à bord pour la mission
Altaïr pour 3 semaines.
·
En 1996 Claudie André-Deshays (qui deviendra Claudie Haigneré) est la
première Française astronaute, elle participe à
la mission Cassiopée et restera quinze jours à bord . Elle est médecin,
rhumatologue, docteur en neurosciences, et aura la chance d’aller plus tard dans
l’ISS aussi.
·
En 1998 notre basque bondissant Léopold Heyarts est envoyé à bord de Mir
pour la mission Pégase, elle durera 3 semaines et lui aussi aura la chance de
pouvoir ensuite voler vers l’ISS.
Mais la grande nouveauté avec
Mir, c’est l’écroulement de l’URSS qui vient de se produire, il va favoriser le
rapprochement russo-américain. Les navettes vont avoir le droit de s’amarrer à
Mir et de participer à des séjours avec les cosmonautes Russes. C’est le
programme Shuttle-Mir de 1994 à 1998. Plus d’une dizaine de navettes vont se
connecter à Mir pendant cette période.
Des astronautes Américains
séjourneront aussi à bord, mais la qualité de la station commence à laisser à
désirer.
On a dit aussi beaucoup de
chose sur l’odeur à bord de Mir, et bien c’est vrai, Mir sentait dans le
meilleur des cas…les pieds (sales bien sûr). D’autre part on a détecté à bord
des moisissures de tous ordres. Cela a aidé à ne pas faire les mêmes erreurs
pour concevoir l’ISS.
En
fait, les Russes n’ont plus beaucoup d’argent pour l’entretenir correctement
(fuites, scaphandres douteux..) et ce qui devait arriver, arriva : on a frôlé
une catastrophe majeure, le feu s’est déclenché à bord !
On est le 23 Février 1997, il y
a six astronautes à bord dont un Américain,
Jerry Linenger
(photo ci-contre origine NASA).
Lors d’une intervention normale
sur un générateur à oxygène, une cartouche s’enflamme, le feu se propage. Une
fumée très importante envahie toute la station, les cosmonautes sont obligés de
porter des masques, on hésite à évacuer.
Mais on arrive à maitriser la
station. Tout le monde a eu chaud, c’est l’accident le plus grave avec la
collision d’un Progress quelques mois plus tard qui occasionna une fissure (Michael
Foale s’en souvient). On a frôlé la catastrophe !
Bref il est temps de mettre Mir
à la retraite. Mir sera désorbitée début 2001 après 15 ans en opération.
Une anecdote plus amusante
maintenant, les Soviétiques voulant habituer leurs cosmonautes à des vols longue
durée (simulation Mars),
Serguei Krikalev
devait rester au moins 10 mois à bord, mais c’était entre 1991 et 1992, or à
cette époque, c’est le chaos au sol, l’URSS n’existe plus, la Russie renait.
Krikalev parti citoyen
soviétique est rentré …Russe, son pays avait disparu en partie.
Pour le récompenser, il
participera à l’aventure ISS. Il ira 6 fois dans l’espace !
LE STATION SPATIALE INTERNATIONALE, L’ISS.
C’est en 1982 que les USA, sous
mandat de Reagan, en pleine guerre froide, ont commencé à réfléchir à une telle
station spatiale, elle devait s’appeler Freedom au début et se voulait un contre
point aux stations Saliut et Mir soviétiques.
Mais probablement le coût
apparaissant énorme, on se tourne plus tard vers une coopération internationale.
C’est l’Europe (ESA) qui se
décide en premier, puis le Canada (CSA) qui va fournir un bras robotisé comme
sur la navette et le Japon (JAXA). La station est rebaptisée Alpha.
Puis se produit en 1986 le
terrible choc de l’accident de Challenger qui retarde et modifie complètement ce
projet.
Le projet initial chiffré à
moins de 10 milliards $ est révisé à la hausse à 25 G$, ce qui sera loin d’être
son coût final (évalué à plus de 100 milliards $).
Le communisme s’étant écroulé,
l’administration Clinton invite en 1993 la Russie (Roscosmos) à participer au
projet, grâce à son expérience avec la station Mir, la Russie avait d’ailleurs
dans ses cartons une station Mir-2 en étude, cela servira de base au premier
module russe. C’est à ce moment que la station reçoit son nom d’ISS.
La
conception de cette station est modulaire.
Elle doit être placée en orbite terrestre basse (LEO : Low Earth Orbit) à 400km
d’altitude et occupée en permanence par un équipage international d’astronautes.
Occupée au début par 3
personnes puis par 6 à partir de 2009 en permanence.
Sa construction démarrera en
1998. Une fois finie, l’ISS aura une longueur de 110m, 75m de largeur et 30m de
hauteur. Sa masse est de l’ordre de 400 tonnes.
Les panneaux solaires une fois
tous installés, devraient fournir plus de 100kW d’électricité et couvrir 2500m2.
Une douzaine de modules sont
pressurisés procurant un espace de 900m3 approximativement dont 400m3 réellement
habitables.
La construction durera plus de
10 ans et nécessitera 150 EVA
L’ISS n’est pas positionnée
n’importe comment dans l’espace.
Il
y a un avant et un arrière, un haut et un bas (mais oui).
On a vu que l’ISS est
construite en croix, un axe avec les modules pressurisés et un axe avec la
poutre supportant les équipements externes (panneaux solaires, refroidisseurs
etc..).
L’ISS avance sur son orbite
dans le sens de la partie pressurisée et l’avant (Forward en anglais) est vers
le nœud Harmony et les laboratoires Columbus et Kibo. L’arrière (Aft en anglais)
est vers le module Zvezda.
Dans ces conditions on définit
le haut (Overhead) vers le Zénith et le bas (Deck) vers le Nadir. De même on
définit la droite (starboard) et la gauche (port) comme sur un navire.
Illustration : NASA
Même à 400 km d’altitude,
l’atmosphère existe, elle est très ténue, mais présente et produit une trainée
sur l’ISS qui immanquablement la fait redescendre sur Terre. De plus cette
trainée n’est pas constante, elle dépend aussi de l’activité solaire. L’ordre de
grandeur de perte d’altitude est approx.
100m/jour ou quelques km
par mois.
C’est bien sûr inacceptable, il
faut de façon permanente rehausser l’orbite de la station.
Plusieurs possibilités existent
: les cargos Progress, les ATV européens, les cargos japonais HTV, et les
modules Zvezda et Zarya en secours. Ces différentes vaisseaux/modules sont
équipés de moteurs permettant l’augmentation de vitesse de la station, remontant
ainsi son orbite de quelques km. De plus ces moteurs peuvent aussi être
actionnés en cas d’alerte collision avec des débris spatiaux.
Vidéo de la Construction
Le premier élément est lancé en
1998 par les Russes (fusée Proton), c’est le module Zarya (aube), il est
construit par les Russes mais payé par les Américains.
Cela va être le point de départ
du raccordement d’autres modules. Zarya est relativement spacieux.
À la fin de l’année la navette
STS-88 accroche le module de jonction américain (on appelle cela des nœuds, ou
Node en anglais) numéro 1 qui va prendre le doux nom de Unity.
En 2000 on rajoute le module de
service Zvezda (étoile), ce sera le premier élément de la structure de vie pour
les astronautes. Il pourra accueillir deux astronautes.
C’était en fait le cœur de la
station Mir et devait servir à élaborer la morte née Mir-2.
À
partir de ce moment l’ISS est habitable
En octobre 2000, une mission
navette amène le premier élément de poutre (poutre Z1 Z pour Zénith) auquel tous
les futurs éléments de poutre (Truss en anglais) seront attachés ainsi qu’un
port d’amarrage.
Toutes les missions vers l’ISS
vont s’appeler « Expedition N » en démarrant avec N=1. Actuellement (Février
2020) on en est à l’Expedition 62 !
Et la première mission habitée
(Expedition 1) est un équipage mixte russo-américain qui comprend notre célèbre
ami Krikalev. Départ de Baïkonour le 31 Octobre 2000 avec Soyuz TM-31 pour un
long séjour de 140 jours.
Le rôle de ce premier équipage
: mettre en route la station et préparer l’arrivée de la deuxième mission.
Cliché : NASA. De haut en bas :
Modules Unity, Zarya, Zvezda et un Progress
Durant ce séjour, plusieurs
missions navette sont venues leur rendre visite, amenant à chaque fois de
nouveaux équipements et notamment une paire de panneaux solaires augmentant
ainsi la production d’électricité à bord.
Ce fut la mission de STS-97 qui
permit l’installation de la première paire de panneaux solaires ainsi que le
port d’attache pour le module suivant Destiny. Ce laboratoire américain,
Destiny, va justement être apporté par la navette Atlantis en Février 2001, il
sera monté à la suite du port qui vient d’être installé à l’avant de l’ISS.
Discovery servira de
transporteur de retour pour cette première expédition, les astronautes seront
restés plus de 4 mois à bord. Ils sont remplacés par l’Expedition 2 qui venait
juste d’arriver avec la même Discovery. Ils resteront près de 6 mois à bord.
C’est pendant cette deuxième
expédition que l’on va installer le bras articulé Canadien, Canadarm2 et le sas
Quest permettant des sorties sûres dans l’espace pour les astronautes américains
; cela étant effectué grâce à de nombreuses EVA.
Comment
travaille-t-on dans l’espace ?
Difficilement !
L’apesanteur n’aide pas, car
selon la 3ème loi de Newton, si vous faites une action, il y a immédiatement une
réaction de sens opposé. Donc si vous vissez une vis avec une visseuse, c’est
vous qui tournez !
Il faut donc s’accrocher
quelque part.
D’autre part
les outils doivent être dimensionnés pour des gants d’astronautes
Une solution pour en limiter le
nombre à bord : imprimante 3D pour faire des outils
De plus il faut d’abord
s’entrainer à Terre pour répéter les mouvements que l’on va faire dans l’espace.
À cet effet, on effectue tous ces mouvements en piscine sensée s’approcher de
l’apesanteur spatiale. Une réplique de l’ISS est immergée dans la
Neutral Buoyancy Laboratory à Houston.
Que
respire-t-on à bord de l’ISS ?
Que respire donc nos
astronautes à bord de l’ISS et dans pendant leurs EVA ? À bord de la station :
On respire exactement
le même air que sur
Terre au niveau du sol et à la pression de 1bar (exactement 1013mb ou
14,7 PSI).
Le CO2 est éliminé par un
filtre chimique appelé zéolite. Les autres gaz produits par le corps humain sont
enlevés à l'aide de filtre au charbon actif, tout ceci grâce à un équipement
situé dans le module Tranquility.
L’air est fabriqué à partir
d’électrolyse de l’eau (séparation de H et O de H2O par courant électrique crée
par les panneaux solaires), l’Hydrogène est évacué vers l’extérieur et l’Oxygène
est envoyé dans la station. Ce module est situé dans Destiny.
Il existe aussi un système
analogue (Elektron) dans la partie russe de l’ISS (Zvezda), mais il semble qu’il
n’ait pas donnée entièrement satisfaction.
De plus en cas de problème il y
a toujours des systèmes de secours avec de nombreuses bonbonnes d’oxygène
apportées par les ravitailleurs et il existe à bord des "chandelles à oxygène",
les SFOG (solid fuel oxygen generator) . Pour votre information le même système
est employé à bord des avions, quand on tire sur le masque, cela déclenche la
réaction chimique. Chaque chandelle peut fournir de l'oxygène pendant un jour
pour un astronaute.
Maintenant à propos d’EVA
(Extra Vehicular Activity) et des scaphandres de sortie dans l’espace.
Eh bien ce n’est pas une
opération simple, cela prend plusieurs heures de préparation. Pourquoi ?
L’air dans la combinaison n’est
pas du tout le même que celui de l’ISS. En effet, l’astronaute va respirer de
l’Oxygène pur sous faible pression. Si on voulait utiliser l’air à 1 bar, le
scaphandre serait trop rigide et difficilement manipulable.
On va donc utiliser une
pression plus faible (en gros 1/3) mais à cette pression il n’y a pas assez
d’oxygène pour le cerveau, donc on utilise de l’Oxygène pur.
C’est la raison pour laquelle
comme pour les plongeurs, on demande aux astronautes, pendant trois heures de se
ventiler à l’Oxygène pur afin de se libérer de l’Azote du sang, avant de sortir.
C’est
le rôle du sas Quest.
Si cette ventilation forcée
n’était pas faite, un accident identique aux accidents de décompression se
produirait à l’extérieur, des bulles d’Azote se formeraient dans le sang.
On ne peut donc pas sortir sur
un coup de tête !!
De plus il faut adapter la
pression de l'ISS avant la sortie, donc c'est une opération qui doit être
parfaitement planifiée.
Les réserves pour une EVA
peuvent atteindre une dizaine d’heures.
Photo NASA, un astronaute
sortant de Quest.
Les différents types de
scaphandres :
Il y a deux types de
scaphandre, l'américain et le russe.
L'américain s'appelle
EMU :
Extra Vehicular Mobility Unit et le russe
Orlan (veut dire
aigle en russe).
L'EMU est principalement
composé de deux parties : le vêtement lui même (SSA : Space Suit Assembly) et le
"sac à dos" PLSS (Portable Life Support System). Il possède 14 couches
différentes pour se protéger contre les micrométéorites et la température.
L'Orlan est d'une seule pièce,
la partie arrière comportant les réserves d'eau et d'oxygène et toute
l'électronique s'ouvre comme une porte de réfrigérateur et le cosmonaute se
glisse dedans tout seul.
Tous deux sont équipés d’un
mini propulseur en cas d’éloignement non prévu de la Station.
Les Russes utilisent leur
propre sas, le
module Pirs.
Comment
vit-t-on à bord de l’ISS ?
Allo, Maman, Pipi !
Si les tout premiers
astronautes devaient se retenir (ou pas, voir le vol d’Alan Shepard !!), ce
n’est plus pensable pour des vols longues durées. Les astronautes d’Apollo
avaient des sachets pour recueillir les mixions, cela suffisait, les missions
étaient relativement courtes.
Mais avec les stations
spatiales et la navette, la donne a changé, il fallait s’intéresser au problème.
Les Russes ont été en avance
avec la station MIR et leur système installé dans la partie russe de l’ISS (dans
le module Zvezda), c’est pour cette raison que la NASA a signé un contrat avec
Energia (Russie) pour un nouveau système de toilettes avec un peu plus d’espace
privé que le système actuel.
L’urine devrait être récupérée
par un système américain qui la recyclera en eau potable.
Les Américains ont préféré
acheter ce système aux Russes plutôt qu’en développer un eux-mêmes.
Ce nouveau système sera
installé du côté américain de la station, l’ancien système restant côté russe.
Cette extension est nécessaire
car l’équipage permanent de la station à 6 membres est une réalité depuis 2009.
La grande différence avec les
systèmes terrestres, c’est bien évidement l’absence de gravité ; elle est
remplacée par une aspiration par de l’air, de même il faut s’attacher
différentes parties du corps (pieds, cuisses) avec du Velcro afin de rester dans
la bonne position sinon on se mettrait à flotter.
Les matières solides sont
compactées et stockées avant d’être éliminées, et l’urine est recyclée.
Les restes solides sont
récupérés dans des sacs plastiques qui seront ensuite stockés dans un Progress
et bruleront avec lui dans l’atmosphère
On boit un coup ?
On récupère tout à bord de
l’ISS, donc les eaux usées comme : l’urine, l’eau nécessaire pour l'hygiène,
ainsi que l'humidité de l'air conditionné. Tout est recyclé par le
WRS (Water Recovery System). Cela évite des transports coûteux de conteneurs
d’eau en provenance de la Terre.
L’urine est filtrée en
osmose
inverse, l’eau est séparée de l’urée, l’eau à ce stade est récupérable.
Bon, je me doute qu’il puisse y
avoir une certaine appréhension à boire, mais ils n’ont pas le choix et d’après
les astronautes on ne remarque aucune différence.
Quand est-ce qu’on mange ?
Au début la nourriture à bord
de l'ISS était fournie et emballée moitié moitié par les USA et la Russie. (Je
sais qu'à l'époque où il y avait des français à bord de la navette ou de l'ISS,
il y avait une exception et nos astronautes avaient pu embarquer une nourriture
plus, comment dire, "typique").
Depuis cette époque de
nombreuses nationalités étant venues à bord, elles ont pu amener leurs
spécialités.
Il en résulte une variété de
conteneurs, boites et types d'aliments qui reflète la variété des différentes
cultures.
La partie cuisine est située
dans la partie Russe de l'ISS (Zvezda) et une table supplémentaire dans Destiny
et les aliments US doivent s'adapter aux ustensiles russes notamment pour la
réhydratation et le réchauffement des plats.
Les russes utilisent plutôt des
boites de conserves et des tubes, alors que les américains des sachets de
nourriture lyophilisés et à réhydrater. Le packaging russe n'a pas beaucoup
changé depuis les années 1970.
La nourriture spatiale doit
être conditionnée spécialement afin qu'elle ne soit pas contaminée par des
microbes, ce qui là-haut poserait d'énormes problèmes. La feuille plastique qui
enrobe la nourriture US est bien entendu un multicouche plastique à base de
nylon et avec des couches "barrière" à l'oxygène.
Le produit est livré scellé sur
3 côtés et la
NASA
rajoute l'aliment puis le purge à l'azote avant de faire le vide et de sceller
le quatrième côté. Ils sont ensuite enveloppés dans une feuille d'alu.
Pour le réhydrater on introduit
une paille spéciale dans l'ouverture et hop c'est bon comme à l'origine (il
paraît).
Il peut apparaître sous la
forme de sachet sous vide, surgelés ou de bol avec couvercle adhésif.
Il y a un ensemble
réfrigérateur (RFR) dans l'ISS pour stocker ces plats.
Quelques illustrations de la
nourriture spatiale.
Le pain pose problème, à cause
……des miettes (crumbs en anglais), car elles peuvent s'infiltrer partout en
apesanteur (filtres, nez yeux..) et sont donc dangereuses. Le pain n'est donc
pas présent à bord, il y a seulement une sorte de tortilla. De même le sel et le
poivre n'existent pas sous forme de poudre comme pour les Terriens, ils sont
sous forme liquide.
Et le goût ? La langue perçoit
les saveurs différemment dans l’espace, les plats sont fortement épicés pour
qu’ils puissent avoir du goût. Beaucoup de grands chefs conçoivent des plats
pour les astronautes qui les apprécient. Il y a aussi des repas spéciaux pour
Thanksgiving, Noël etc..
Que fait-on à bord de l’ISS ?
L’ISS est un laboratoire
orbital qui permet d’effectuer des expériences impossibles à faire sur Terre à
cause de la gravité.
Il y a plusieurs labos :
Destiny, américain, Colombus européen, Kibo japonais etc..
Les expériences sont de
différentes natures :
·
Influence de la
micropesanteur sur l ’organisme
·
Étude des
radiations et de la biocontamination
·
Physique des
fluides, combustion ..
·
Physique
fondamentale
Une journée typique.
Étant donné qu’il y a 16 levés
et couchés de Soleil, par jour, il fallait se mettre d’accord sur l’heure à bord
: ce sera GMT (UTC).
•
Réveil des troupes : 6H00
•
Petit déjeuner
•
Contact avec le centre de mission pour connaître la charge de travail de
la journée
•
Début du travail de la journée : 8H00 : exercice obligatoire (tapis,
rameur etc.. un le matin un l’après midi)
•
Fin de la journée de travail vers 19H30
•
Diner et discussion commune.
•
Période libre, détente et repos : on dort dans des sacs accrochés aux
parois, ils contiennent des objets personnels et un PC.
On ne travaille pas le samedi
après-midi et le dimanche.
On se lave avec des lingettes
humides, un shampoing sans rinçage et la pâte dentifrice est à avaler !
Une visite vidéo à bord par S
Williams : https://youtu.be/XkM_04Ch76E
La
construction continue.
Jusqu’aux années 2007, ce sont
principalement les éléments de poutre (panneaux solaires, instruments..) qui
sont transportées par les divers équipages.
Si bien que l’ISS commence à
avoir à peu près son allure définitive.
C’est à partir de fin 2007 que
de nouveaux importants modules vont être apportés
Le
module Harmony ou Node 2, construit par les Européens (Thales Alenia) est
transporté par la navette STS-120 en Octobre 2007 et assemblé à la station. Il
doit servir de liaison entre Destiny, le module américain et les futurs
laboratoires européen Columbus et japonais Kibo qui viendront avec les missions
suivantes.
Photo : à gauche le labo
Japonais Kibo, au centre le module Harmony et à droite la labo Européen
Columbus. Dans la partie inférieure on remarque un Pirs avec un Soyuz amarré.
Cliché : photo prise par STS
134 NASA
Le 8 Février 2010, la navette
Endeavour (mission STS 130) se dirige vers l'ISS avec deux nouveaux modules
européens : l'élément de jonction Node-3 baptisé Tranquility, et la coupole
(Cupola). Ces deux éléments mettent un point final à la construction de l'ISS.
De plus Node-3 se charge de
l'élimination du CO2 à bord de la station, de la production d'oxygène et du
recyclage de l'eau. non négligeable aussi, cet élément comporte ………..des
toilettes supplémentaires, nécessaires quand 6 astronautes sont à bord en
permanence.
À ce noeud-3 sera attachée la
fenêtre panoramique d'observation (la
coupole ou Cupola) qui en plus d'observer la Terre devrait aussi permettre
de surveiller et commander les manœuvres des bras télémanipulateurs.
Une vue de l’ISS pratiquement complète, prise
par STS 132. Cliché NASA.
Les
visiteurs de l’ISS.
Plusieurs vaisseaux sont venus
s’amarrer à l’ISS pour amener soit du ravitaillement soit des astronautes, soit
les deux.
·
La navette
spatiale, elle a participé à la construction de l’ISS
·
Les vaisseaux
Soyuz, véritables 2CV de l’espace pour amener les astronautes
·
Les cargos
Progress, une version Soyuz pour amener ravitaillement et consommables
·
Les cargos ATV
de l’ESA
·
Les cargos HTV
des Japonais
·
Les vaisseaux
Cygnus de Orbital Sciences
·
Les vaisseaux
Dragon de SpaceX
·
Les nouveaux :
Orion, Crew Dragon, Starliner…
Tous ces vaisseaux vont
s’amarrer à différents ports de l’ISS, ceux-ci ne sont pas tous identiques, on
réfléchit à un système commun.
Les
dangers du vol spatial.
·
L’effet de la
microgravité pour les longs séjours. Sang vers le haut, perte de Ca,
allongement. Étude sur les Kelly (jumeaux) un à bord de l’ISS l’autre à Terre !
L’ADN a été modifié. Déformation des globes oculaires.
·
La protection
contre les objets en orbite. Les modules américains sont constitués de feuilles
d’aluminium de quelques mm, montées extérieurement et à 10cm de distance de la
coque de l’ISS. L’inter espace rempli avec des matériaux absorbants multicouches
comme du Kevlar pour augmenter l’efficacité. Certaines parties, les plus
importantes, les modules habités, sont équipées extérieurement de plaques d’alu
plus épaisses.
·
Mais un danger
plus sournois les guette, les radiations. Plus de 6 mois exposés à cette dose de
radiations, ils ont dépassé leur capital radiation pour la vie entière
Le
futur de l’ISS.
La construction de l’ISS a pris
près de 13 ans, a nécessité plus de 100 lancements de fusées et 160 EVA. Le coût
actuel estimé est de 100 milliards de $.
L’ISS a été occupée depuis l’an
2000 de façon permanente, maintenant par 6 astronautes.
Son existence est toujours
remise en question dû au coût astronomique ; néanmoins, la NASA et Roscosmos ont
décidé de prolonger la durée de vie de la station (cela veut dire le
financement) jusqu’en 2024, maintenant 2030, et ceci bien que les Russes
désirent construire leur propre station.
Ce serait dommage de laisser
brûler dans l’atmosphère un si bel outil expérimental.
Possibilités : privatisation,
hôtel
de l’espace etc..
TIANGONG LA STATION CHINOISE.
On sait très peu de chose sur
le programme spatial chinois, on sait seulement qu’il est très ambitieux :
station spatiale permanente ; la Lune, Mars etc..
Ils travaillent depuis
longtemps sur l’ébauche d’une station spatiale, qui s’inspire de celle des
soviétiques, comme Saliut, leurs vaisseaux
Shenzhou
étant d’ailleurs des versions améliorées des Soyuz.
Rappelons que la Chine avait
été exclue par les USA du programme de l’ISS de peur d’espionnage je suppose et
de fuites vers une application plus militaire de l’espace
Finalement la Chine lance le
premier élément de sa station orbitale Tiangong-1 (Palais Céleste) en 2011, il
pèse près de 8500kg, pour comparaison, le module de base de l’ISS, Zaya a une
masse double.
Un vaisseau Shenzhou 8
inhabité, est lancé quelques jours après et effectue un rendez-vous automatique
avec le module Tiangong.
Ce n’est qu’en Juin 2012 que la
Chine à l’aide d’une fusée « Longue Marche 2F », un nouveau vaisseau Shenzhou-9
avec pour la première fois une femme astronaute de 33 ans à bord : elle
s’appelle Liu Yang, native de la province du Henan, elle est aussi pilote
d’avion.
Mi-septembre 2016, la Chine
procède au lancement de sa deuxième station spatiale Tiangong 2 toujours par une
fusée Long March 2F depuis la base spatiale de Jiuquan dans le désert de Gobi.
La station Tiangong 2 : 10m de
long, 3,3m de diamètre, 8,6 tonnes en orbite à 390km d’altitude. Cette station
est une étape d’un projet plus ambitieux, la Chine s’intéresse en effet à ….Mars
!
Il est composé de deux modules,
un module de vie et d’expériences et un module de stockage et de propulsion.
Vue de Tiangong-2 (partie
inférieure de l’image) avec Shenzhou-11 amarré. Photo CNSA
À partir de 2020/2021, la Chine
devrait construire une station spatiale plus ambitieuse,
Tiangong-3.
Elle comporterait 3 modules
s’inspirant des versions précédentes et procurerait près de 100m3 de volume
habitable.
Il faut remarquer que si on
maintient l’abandon de l’ISS vers 2022-2024, la Chine aura la seule station
spatiale en service à cette époque !!
Quelle leçon !
LA STATION LUNAIRE GATEWAY.
Un possible retour sur la Lune
par de nombreuses nations, notamment les USA, amène au développement d’une base
spatiale internationale
autour de la Lune servant de point de départ pour des expéditions
lunaires (Gateway)
En s’inspirant de l’ISS, elle
pourrait servir d’avant-poste pour aller sur la Lune ou plus loin.
Cet avant-poste devrait
contenir plusieurs modules, dont certains en cours de définition.
·
Power and
Propulsion Module (PPE) fourni par le JPL et Maxar, propulsion électrique et
chimique et centre de communication. Lancement par société privée
·
US Habitation
Module construit par Northrop Grumman, basé sur les cargos Cygnus envoyés par
Orbital ATK.
·
ESPRIT
(European System Providing Refuelling, Infrastructure and Telecommunications)
fourni par l’ESA.
·
International
Habitation Module
·
Gateway
Logistics Module avec bras robotisé Canadarm 3 fourni par les Canadiens.
·
Airlock Module
pour les EVA
Les 3 premiers modules
devraient être installés en 2023.
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spatiale morte
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chez Capcomespace.
MIR Space Station
par la NASA.
What is
the International Space Station?
Par Universe Today
Space Station Assembly
de la NASA
La Chine présente sa troisième station
spatiale
Lunar Gateway
par la NASA.
Bon ciel à tous
Prochaine conférence SAF : 14 Octobre 2020
L’Homme et l’Univers ou notre naissance cosmique par J Fric Astrophysicien SAF.
Réservation à partir du 10 sept
Conditions Covid : 1 siège sur 2
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