L'astronautique

Navettes et stations permamentes (III)

Après la chute de Skylab en 1979, la NASA ne disposait plus de laboratoire orbital et de lanceurs économiques. Entre-temps la NASA avait déjà dessiné les plans d'un nouveau lanceur, la fameuse navette spatiale qui effectuera ses premiers vols d'essai entre février et octobre 1977 au centre Dryden de la NASA. 

A gauche, le laboratoire Skylab opérationnel entre 1973 et 1979. A droite, le décollage à pleine puissance de la navette spatiale Endeavour. En moins de 9 minutes les astronautes sont propulsés à 400 km d'altitude à une vitesse d'environ 28000 km/h (Mach 23.5). Ils accomplissent un tour de la Terre en 90 minutes ! Documents NASA.

La navette spatiale effectua son premier vol habité le 12 avril 1981 (voici une vue plus générale). C'était le vol inaugural de Columbia emportant à son bord le Commandant John W. Young et le pilote  Robert L. Crippen. Vingt ans plus tard la navette spatiale américaine accomplissait son 100eme vol spatial. 

A lire : Les moyens de propulsion de la navette spatiale

Comment devenir astronaute ?

La navette spatiale en quelques chiffres

Premier vol libre du prototype : février 1977

Premier vol libre de Columbia : mars 1979

Première mission : 12 avril 1981

Dimensions (LxExH) : 37.23 x 23.79 x 17.27m

Prix : 3 milliard de dollars (version 2006)

décollage de la navette Columbia pour la mission STS-2 le 12 novembre 1981. Deux avions T-38 surveille son ascension.

Coût/homme (an) : 88000 (version 1981)

Equipage : 7 maximum (dans ce cas comprenant 4 spécialistes de charge utile)

Durée des missions : jusqu'à 17.5 jours

Volume de la cabine d'équipage : 65.8 mètres cubes divisés en 3 sections pressurisées

Poids maximum au décollage : 2041166 kg (600t en moyenne)

Poids en fin de mission : 104326 kg

Charge maximale : 28803 kg

Nombre de tuiles réfractaires : 24000

Nombre de pièces : 2.5 millions

Nombre de boutons de contrôle et d'écrans d'affichage sur le Flight Desk : 2020

Moteurs : 2 fusées à poudre, 3 moteurs principaux, 2 thrusters orbitaux

Touch-down and go au Cap Kennedy

Atterrissage d'Atlantis de nuit sur la piste 15 du Kennedy Space Center le 29 mai 2000 

(fichier QT de 171 Kb).

Lancement de la fusée Atlas

Lockheed-Martin 3A le 24 mai 2000 et séparation des fusées d'appoint filmé par une caméra extérieure

(MOV de 785 Kb et 336 Kb)

Poussée globale : 1360t

Poussée des fusées à poudre : 2x 1315t durant 2m2s (puis séparation)

Poussée des moteurs cryogéniques à ergol liquide : 3x 170t durant 8m30s

Poussée des thrusters : 2x 2.7 tonnes

Température de l'hydrogène liquide : -253°C

Température de combustion H + O : 3316°C

Vitesse d'éjection des gaz : 965 km/h (600 mph)

Séparation du tank extérieur : 8.5 min. après le décollage, 109.26 km, 28067 km/h

Altitude de l'orbite : 185 - 643 km (ISS est à 400 km, le HST à 600 km)

Durée pour rejoindre l'orbite (400 km) : 8m30s

Vitesse orbitale : 7.8 km/s max. (28157 km/h, Mach 23.5 ou 17500 mph)

Vitesse pour accomplir le tour de la Terre : 90 minutes

Vitesse de réentrée à 68 km d'altitude : 6.1 km/s (Mach 18.3)

Durée de la réentrée : 22 minutes (moteur coupé, en vol plané)

Angle initial de réentrée : 40°, bouclier thermique en avant

Angle d'entrée atmosphérique : 3°

Température superficielle durant la réentrée : 1650°C

Vitesse d'atterrissage : 364 - 502 km/h (226-312 mph).

Durée de vie : 20 ans ou 400 missions (200 missions en pratique)

Déclassement prévu : 2010

Source : NASA Spaceflight

A voir : images de la navettes sur NASA/GRIN

Mais cet anniversaire laissait un goût amer; la navette coûtait cher, elle n'était pas totalement fiable et avait provoqué la mort de deux équipages, ceux de Challenger et de Columbia. Ce type de lanceur contenait malgré quelques bonnes idées que la NASA retiendra pour son futur programme Constellation.

A la même époque, afin d'acquérir son indépendance spatiale vis-à-vis des Etats-Unis, en 1978 l'ESA débuta son programme de vols habités. L'ESA lança avec succès sa première fusée Ariane 1 le 24 décembre 1979

Fin 1983, l'Europe disposait du Spacelab et l'Union Soviétique restait dans la course avec ses stations permanentes Saliout jusqu'en 1985, remplacées ensuite par Mir.

La station orbitale Mir photographiée en février 1995 depuis la navette spatiale Discovery.

La station Mir servit de laboratoire scientifique entre 1986 et 1999 et sera occupée en permanence à partir du 8 septembre 1989. 

Si les Américains se sont spécialisés dans les vols habités, c'est le cosmonaute russe Valeri Poliakoles qui détient le record de séjour en orbite avec 438 jours passés dans la station Mir en1995. Mais en 1997, rien ne va plus et signe la fin de Mir.

Le 25 juin 1997, le vaisseau de ravitaillement Progress heurte le module Spectre qui fournit une grande partie de l'énergie de la station grâce à ses panneaux solaires. La paroi du module est perforée, obligeant les cosmonautes à refermer le sas et privant ainsi la station d'électricité. Le 14 juillet 1997, le cosmonaute Tsibliev connaît des problèmes d'arythmie cardiaque. Deux jours plus tard, l'alimentation électrique de la station est débranchée par inadvertance, plongeant Mir dans le noir et lui faisant perdre le sens de l'orientation. Le 5 août 1997, les deux générateurs d'oxygène tombent en panne. Plus tard, ce sera l'ordinateur de bord. Et la série noire continue...

En 1998, le Président russe Boris Eltsine décida d'augmenter de 19% le budget du secteur spatial afin de financer la participation de la Russie à la future station Alpha et pour maintenir Mir en bon état. 

Les Russes signèrent d'autres accords, notamment dans le cadre de programmes nucléaires, profitant de la coopération spatiale russo-américaine, ce qui leur permet d'obtenir des crédits. 

Mais Mir était à bout de souffle. Prévue pour durer cinq ans, Mir fit preuve d'une remarquable résistance en servant trois fois plus longtemps que prévu. La station Mir finira par retomber sur Terre le 23 mars 2001.

La coopération américano-russe permet également à la NASA de justifier l'énorme budget qu'elle voulait consacrer à son projet de station orbitale ­ 100 milliards de dollars de l'époque ­ que l'agence américaine avait largement sous-évalué.

La station Alpha qui sera ensuite appellée Freedom devait être opérationnelle en 1996. Mais le démantèlement du programme spatial soviétique a contraint tous les participants à plancher sur un nouveau projet : ISS

La Station Spatiale Internationale ISS est constituée d’éléments modulables américains, russes, japonais, canadiens, européens et brésiliens. Ses dimensions hors tout sont approximativement de 90 x 70 m. Sa construction commença fin 1998 et nécessitera 45 lancements américains et russes pour un budget global d'ingénierie de 100 à 150 milliards de dollars (au moins 40% de plus que le programme Apollo).

A voir : Les colonies spatiales en images (dont ISS)

Les 6 avantages d’une station spatiale

-  Vision et analyse globale des interactions de la Terre avec son environnement

-  Assurer la maintenance indispensable des satellites

-  Assemblage d’un laboratoire complexe au fil du temps

-  Activité industrielle rentable à terme

-  Entraînement aisé des astronautes sur une orbite basse qui ne requiert qu’un petit lanceur

-  Base de lancement économique vers les autres corps célestes

La station ISS telle qu'elle se présentera en 2015. Document ESA.

Ces six arguments nous permettront un jour de convaincre les gouvernements que les stations spatiales ne sont pas des gouffres à milliards. Complétées par les avions hypersoniques et les flottilles de navettes spatiales légères, les orbites basses doivent être considérées comme un objectif par l’industrie aérospatiale. Mais avons-nous les ressources (surtout politiques et économiques) pour mettre en oeuvre un tel projet ? A petits pas mesurés sans doute, pour l'instant limités à des activités scientifiques et militaires et d'ici une génération cela devrait s'étendre au tourisme spatial, ensuite aux industriels.

La station ISS fut habitée dès octobre 2000 tandis que sa construction devrait être terminée en 2010, en retard sur le planning initial en raison de l'accident de Columbia survenu en 2003 (celui de Columbia en 1986 est antérieur de 12 ans au projet de station spatiale) qui cloua les trois dernières navettes au sol, le temps nécessaire pour mener l'enquête sur l'accident et proposer de nouvelles mesures drastiques de sécurité. Les modifications apportées aux navettes coûtèrent plus d'un milliard de dollars !

Après deux ans et demi d'attente, la navette Discovery décolla finalement le 26 juillet 2005 et rejoignit la station ISS. Mais de nouvelles tuiles étant tombées du réservoir externe au cours du décollage, la NASA reconnut que les conditions de sécurité n'étaient pas optimales et décida une nouvelle fois de suspendre tous les vols des prochaines navettes jusqu'à ce que ce problème technique soit résolu.

Ces échecs consécutifs ont constitué une vraie tuile qui porta un coup au prestige de la NASA. Pire encore, ce nouveau délai reporta d'autant l'assemblage et la mise en service du laboratoire européen Columbus et du japonais Kibo, car sans navette on ne pouvait plus accéder à la station orbitale sauf par le biais d'une mission russe. Rappelons que l'Europe a investi 10 ans de recherche et 1.3 milliards d'euros dans le module Columbus et que chaque année de retard coûta 1 milliard de dollars à la NASA !

Heureusement, la navette repris du service en juillet 2006 et le laboratoire Columbus put finalement être arrimé à ISS en février 2008. Ce laboratoire capable d'accueillir trois scientifiques servira au moins durant 10 ans.

En attendant, même si le taux de réussite du programme américain atteint 96%, les navettes américaines sont sur la sellette. S'il venait à se produire un nouvel accident, les navettes seraient définitivement clouées au sol. Elles représentent les appareils les plus complexes jamais assemblés avec plus de 2.5 millions de pièces et 2020 boutons de contrôles et écrans d'affiche dans le Fligh Desk, elles sont très chères et elles ne sont pas totalement fiables. Elles ne sont pas rentables non plus. Elles ont englouti 30 milliards de dollars actualisés - cent fois plus que les Soyouz - pour faire office d'avion-cargo, assurant la maintenance des satellites et la liaison avec la station Mir aujourd'hui disparue, autant de "vols d'entraînements" avant d'effectuer la navette entre la Terre et la station ISS. Mais il est probable que le jour où ISS sera terminée, les navettes de la première génération seront à bout de souffle et seront remplacées par des véhicules de transport plus économiques, plus petits et mieux sécurisés (ATV, LRV et autre CEV Orion).

A lire : Astronaut biographies (NASA/JSC) - Spacefacts

Rendez-vous dans l'espace

Tour virtuel de la station ISS. ZIP de 2.5 Mb

Ceci dit, depuis les années 2000 des voix s'élèvent parmi les astronautes et des responsables de la NASA sur l'utilité de la station ISS, le fait qu'elle ne serait plus une priorité et ne serait finalement pas une bonne solution. Bien qu'on en parle sur les radios américaines, ce n'est pas encore un sujet de discussion dans les hautes sphères de l'administration américaine; l'assemblage d'ISS se poursuit - à condition d'avoir un moyen de transport.

Etant donné que le programme des navettes spatiales américaines viendra à échéance en 2010, la NASA laissera aux Russes (Vaisseau Progress), aux Européens (ATV) et aux Japonais (HTV) le plaisir de s'occuper de l'entretien de la station ISS. Après cette date, les astronautes américains comme des autres nations rejoindront ISS en passant par le cosmodrome de Baïkonour et le module Soyouz TMA.

Prochain chapitre

Buran et l'Euro-Soyouz

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