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Navette Spatiale Américaine

Retrouvez l’ensemble des missions spatiales STS par catégories.

Bonjour et bienvenu sur sts-missionnavettespatiale.net, Le présent site a pour ambition de proposer aux visiteurs des informations sur l’ensemble du programme américain des navettes spatiales. Par l’intermédiaire de listes déroulantes en page d’accueil, vous pouvez obtenir un accès simple et rapide à l’intégralité des missions de cette extraordinaire aventure spatiale et humaine.

 

 

Missions ISS

 

Missions Shuttle/Mir

 

Missions Hubble

 

Missions Spacelab

 

Missions satellites et sondes

 

Missions Department of Defense

 

Autres missions

 

Actualités & Conseils

 

 

Chaque mission possède un résumé des opérations de vol, des photographies et des séquences vidéo. A tout moment dans votre navigation, vous pouvez atteindre une mission de la navette spatiale par l’intermédiaire de la liste déroulante à droite du numéro de mission. De plus, un bouton « mission au hasard » vous permet un voyage totalement aléatoire à travers les 135 vols du programme spatial de la navette.

La possibilité vous est aussi offerte en bas de page d’accueil, de prendre connaissance avec tous les sites ayant permis l’élaboration des informations proposées dans sts-missionnavettespatiale.net, d’utiliser un moteur de recherche pour obtenir une information précise dans le site ou de laisser un message au webmaster si vous le désirez.

La construction du site sts-missionnavettespatiale.net est considérée comme terminée. Toutefois, un certain nombre de compléments d’information a été, est en cours, ou va être réalisé, notamment sur les charges utiles de chaque mission de la navette spatiale. Afin de vous tenir informés de ces mises en ligne, un journal des Mises en Ligne est accessible via la page d’accueil.

Je vous souhaite une agréable navigation à travers ces trois décennies de missions de la navette spatiale et j’espère que vous prendrez autant de plaisir à parcourir les pages de sts-missionnavettespatiale.net que j’ai eu de plaisir à les élaborer.

Hubert

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Programme OEX – Orbiter Experiments

L’avènement des opérations de la navette spatiale a été l’occasion pour les chercheurs d’effectuer des expériences de vols sur une grande échelle. En 1976, pour profiter de cette occasion, le Bureau Aéronautique, Exploration et Technologie de la Nasa institue le programme d’expériences de l’Orbiter (OEX – Orbiter Experiments). Depuis le lancement du programme, 13 expériences ont été développées pour le vol et vont ainsi permettre d’enregistrer de précieuses données sur l’aérothermodynamique et sur les phénomènes aérothermiques uniques attachés aux spécificités hypersoniques de la navette spatiale. Ces résultats de référence en vol hypersonique, indisponibles jusqu’ici (début du programme) pour un véhicule de rentrée atmosphérique, vont être utilisés dans un processus continu de validation de l’état et de la conduite des méthodes, à la fois expérimentales et informatiques, pour simuler et/ou prédire les caractéristiques aérothermodynamiques de l’orbiteur.

Contrairement aux charges utiles classiques, les expériences OEX ont été pour la plupart intégrées à la structure de la navette et concernent les orbiteurs « Columbia » et « Challenger ». De ce fait, leurs exploitations ont pu être systématiques sur ces vaisseaux, sans qu’elles soient pour autant « visibles » dans les documents servant à l’élaboration du contenu du site sts-missionnavettespatiale.net, et plus particulièrement de sa section « Charges Utiles ». L’article présent a pour but de faire un descriptif de certaines des expériences du Programme OEX.

 

1) Shuttle Entry Air Data System (SEADS)

Une évaluation du système de base de données de l’orbiteur a indiqué que les données aériennes de vol ne seraient pas disponibles au-dessus d’environ Mach 3,5 et que la précision de ces données ne satisferont pas les exigences de recherche aérodynamique. Par conséquent, le système SEADS a été développé et inclus au programme OEX afin de prendre les mesures nécessaires à la détermination précise des données aériennes de l’’orbiteur dans un large éventail de vitesses de vol (c’est à dire, hypersoniques, supersoniques, transsoniques et subsoniques) lors des phases d’ascension et de rentrée atmosphérique jusqu’à 280 000 pieds (environ 85 km d’altitude). Le dispositif est situé dans le nez de l’orbiteur est inclus 14 ensembles contenant chacun un petit orifice grâce auquel la pression atmosphérique de surface est détectée. Ces mesures de pression permettent de déterminer l’altitude et la densité atmosphérique. Les données provenant des capteurs de pression SEADS sont transmises au système de soutien OEX et stockées sur un enregistreur. Les données sont analysées après le vol. Le dispositif SEADS a été installé sur Columbia au cours de sa période de modification (1984-85). L’ensemble a été exploité avec succès sur les missions STS-61C, 28, 32, 35 et 40.

 

2) Shuttle Upper Atmosphere Mass Spectrometer (SUMS)

L’expérience SUMS complète le dispositif SEADS plus haut, en permettant la mesure de la densité atmosphérique au-dessus de 300 000 pieds (environ 90 km). SUMS capte des échantillons d’air par un petit trou sur la face inférieure du véhicule juste à l’arrière de nez de l’orbiteur. Le mesureur utilise un spectromètre comme un dispositif de détection de pression pour mesurer la densité atmosphérique en haute altitude, là où le régime d’écoulement est raréfié et où la pression est trop faible pour l’utilisation de capteurs de pression ordinaires. Le spectromètre incorporé dans l’expérience a été à la base d’équipements à l’origine développés pour les atterrisseurs Viking, à destination de Mars en 1975.

SUMS a été initialement installé à bord de l’orbiteur Columbia en 1984-1985. L’expérience a été exploitée sur la mission STS-61C, malheureusement sans succès en raison d’un blocage d’une pièce de protection du spectromètre, puis sur les misions STS-35 avec succès et enfin STS-40 avec de nouveau un dysfonctionnement dû à un niveau de pression excessif détecté dans le spectromètre.

 

3) Shuttle Infrared Leeside Temperature Sensing (SILTS)

L’expérience de mesure infrarouge de l’orbiteur a été conçue pour obtenir des mesures de température précises des ailes et du fuselage de l’orbiteur lors de la rentrée atmosphérique. Ces mesures ont été obtenues au moyen d’une caméra à imagerie infrarouge, située au sommet de la dérive de l’orbiteur Columbia. Le dispositif se déclenchait à une altitude de 122 km lors de la phase de rentrée atmosphérique et envoyait les données recueillies à l’enregistreur OEX. Un système de refroidissement à l’azote sous pression était prévu afin de conserver lors de la rentrée, les petites fenêtres d’observation à des températures permettant l’expérience.

L’expérience SILTS a volé sur cinq missions de la navette. D’importantes anomalies sur le matériel ont empêché d’obtenir des données utiles sur le premier vol STS-61C. Des informations utiles ont cependant été obtenues sur quatre vols ultérieurs. Les missions STS-28 et -32 ont permis d’enregistrer des données de température pour l’aile gauche de l’orbiteur pendant toute la partie hypersonique de l’entrée atmosphérique. L’expérience a ensuite été reconfigurée pour capter les données cette fois du fuselage sur les missions STS-35 et 40.

Malgré quelques anomalies de fonctionnement survenues sur chacun de ces quatre autres vols (différentes pour chaque vol) ayant limité la quantité de données obtenues, de précieuses informations sur la température du fuselage ont toutefois été obtenues sur des portions bien distinctes de la trajectoire d’entrée atmosphérique.

 

4) Orbital Acceleration Research Experiment (OARE)

L’expérience de recherche sur les accélérations orbitales (OARE) vient compléter le dispositif ACIP (Aerodynamic Coefficient Identification Package) et l’instrument HiRAP (High Resolution Accelerometer Package), tous deux dédiés aux mesures d’accélérations subit par l’orbiteur, en étendant la plage d’altitude sur laquelle des données d’accélérations aérodynamiques du véhicule peuvent être obtenues à une altitude orbitale. L’objectif de l’expérience OARE est de mesurer avec une grande précision, les basses fréquences et les niveaux d’accélération faible à bord de la navette spatiale.

Le package, d’environ 165 cm et 137 cm et placé au centre de gravité de l’orbiteur dans la soute, intégrait un ensemble d’accéléromètres linéaires très sensibles pouvant fonctionner de façon automatique ou préprogrammée. La portée opérationnelle de l’expérience OARE est (début du programme) à un tel niveau d’accélération faible que les capteurs ne peuvent pas être calibrés avec précision dans l’environnement au sol d’1 G. En conséquence, les capteurs de mesure sont montés, au sein du dispositif, sur un support spécial permettant un étalonnage précis s’effectuant sur orbite en l’absence de gravité terrestre.

Le mesureur OARE qui a volé sur STS-40 et STS-50, a été précurseur d’expériences comme MAMS (Microgravity Acceleration Measurement System) ou SAMS-II (Space Acceleration Measurement System) qui enregistrent encore actuellement, les accélérations qui affectent la Station spatiale internationale et plus particulièrement les expériences scientifiques qui y sont effectuées.

5) High-Resolution Accelerometer Package (HiRAP)

Cet instrument est un ensemble de trois accéléromètres linéaires qui mesurent le mouvement très sensible des accélérations aérodynamiques le long des axes principaux de l’orbiteur lors de la première phase de sa rentrée atmosphérique, au-dessus de 300 000 pieds (90 km). Cet instrument a fourni des données sur l’orbiteur, qui sont venues compléter les enquêtes réalisées par l’expérience SUMS.

Les données de vol ainsi récoltées ont soutenu les progrès dans la prédiction du comportement aérodynamique des véhicules (type avion) de grande vitesse lors de la rentrée atmosphérique, le régime de vol à basse densité, y compris les flux moléculaire libre et la transition dans le continuum hypersonique.

Le dispositif HiRAP est localisé à côté de l’ACIP (Aerodynamic Coefficient Identification Package), dans la structure de l’orbiteur. Comme ACIP, l’expérience a été construite à deux exemplaires. Elle a volé sur 12 missions, quatre pour Columbia (début de l’expérimentation mission STS-9), et huit pour Challenger (en commençant par la mission STS-6).

6) Aerothermal Instrumentation Package (AIP)

L’ensemble d’Instrumentation Aérothermique (AIP) comprend quelque 125 mesures de température et de pression de la surface aérodynamique à différents endroits sur le fuselage, sur l’aile gauche et sur l’empennage vertical de l’orbiteur. Les capteurs de température AIP fournissent in situ des mesures qui viennent se corréler aux informations de l’expérience SILT.

Les capteurs de pression AIP ont été aussi destinés à fournir des données pour appuyer les enquêtes sur les interactions des jets des RCS (Reaction Control System) avec le champ d’écoulement aérodynamique de l’orbiteur.

Les données récoltées par le dispositif AIP ont été enregistrées sur l’enregistreur de données de vol OEX. L’expérience a obtenu des données à travers la partie hypersonique des entrées atmosphériques sur les missions de la navette STS-28, 32 et 40. Seules des données limitées (en dessous de l’altitude d’environ 73 km) ont été obtenues sur la mission STS-35, en raison d’une panne de télémétrie qui a affecté aussi l’expérience SILTS.

D’autres systèmes d’acquisitions de données ont intégré le programme OEX. On peut citer à ce propos les dispositifs d’instruments de mesure en vol DFI (Development Flight Instrumentation) et ACIP (Aerodynamic Coefficient Identification Package). Bien que distincts du programme OEX par les deux configurations possibles (palettes dans la soute ou inclues à la structure de l’orbiteur) lors des vols de qualification (STS-1/2/3/4 Columbia) et commerciaux STS-5 Columbia et STS-8 Challenger, DFI et ACIP sont considérés comme des expériences planifiées pour le programme OEX.

D’autre part et toujours dans le cadre du programme OEX, l’expérience IRIS (Infrared Imagery of Shuttle Experiment) a été exploitée lors de la mission STS-3. L’objectif de cette expérience d’imagerie haute résolution infrarouge de la navette, a été de déterminer la distribution de température sur la surface de l’orbiteur au cours du vol d’entrée atmosphérique. Afin d’obtenir de meilleures résolutions dans les observations que celles atteintes avec les mesures de DFI, cette mesure a été faite à distance à une altitude de 13 700 m, par un avion C-141 de la Nasa. L’avion équipé du Kuiper Airborne Observatory (KAO) a permis d’obtenir des images infrarouges de l’orbiteur alors qu’il traversait le champ de vision de l’observatoire KAO, qui à cet effet était équipé de deux détecteurs à infrarouge.

 

L’expérience IRIS a réussi à obtenir une image partielle de l’orbiteur. Malheureusement, les résultats ont été jugés inexploitables en raison de déformations de l’image infrarouge dues à la chaleur. En conséquence, il a été conclu qu’une image infrarouge résolue de l’orbiteur n’était pas atteignable en utilisant cette technique expérimentale.

Les vols des instrumentations et expérimentations du programme OEX à bord des orbiteurs Columbia et Challenger ont fourni une mine de données sur le vol hypersonique et ses caractéristiques aérothermodynamiques. Ces données ont été et continuent à être utilisées dans la recherche et l’analyse de la compréhension de l’environnement du vol hypersonique et dans l’évaluation de l’état des méthodologies devant être utilisées pour prédire les caractéristiques aérothermodynamiques de pointe des véhicules de transport spatial. Un grand nombre des expérimentations du programme OEX ont servi de base à l’élaboration d’instruments et d’expériences encore exploités de nos jours à bord des vaisseaux spatiaux.

Moteurs Principaux de la Navette Spatiale: Space Shuttle Main Engines (SSMEs)

Le RS-25 ou plus connu sous le nom de Space Shuttle Main Engine (SSME) ou en français : moteur principal de la navette spatiale, est un moteur de fusée à carburant liquide réutilisable construit par Pratt & Whitney Rocketdyne pour la navette spatiale, fonctionnant à l’hydrogène et à l’oxygène liquide. Chaque navette spatiale a été propulsée par trois SSMEs accouplés à une tête motrice. Après chaque vol, les trois SSMEs sont retirés de l’Orbiteur et minutieusement inspectés et remis à neuf en vue d’une réutilisation future. Au total, 46 moteurs SSME furent utilisés dans le cadre du programme STS. En moyenne, chaque moteur est utilisé deux fois.

Les moteurs principaux de la navette spatiale utilisaient de l’hydrogène liquide et de l’oxygène liquide provenant du grand réservoir externe (ET) de la navette spatiale. Ils étaient utilisés pour la propulsion pendant la phase d’ascension de la Navette et aidés en plus par deux fusées à poudre (les plus puissants propulseurs à poudre jamais réalisés) et partiellement par le système de manoeuvre orbitale (OMS). Lors de l’ascension, les moteurs sont indépendamment gérés par les calculateurs de vol de la Navette et contrôlés toujours de façon indépendante sur 3 cardans articulés permettant ainsi l’orientation d’ascension.

Représentation des moteurs SSMEs

La manoeuvre la plus impressionnante gérée par les contrôleurs de vols et donc les cardans moteurs est le « Roll Manoeuver » qui se produit immédiatement après que la tour de lancement soit dégagée permettant à la Navette d’orienter ses antennes vers Houston.

Les SSMEs sont coupés quand l’altitude et la vélocité voulues sont atteintes, il se produit alors ce qu’on appelle MECO pour Main Engine Cut Off. Le MECO est un signe positif que l’équipage attend avec impatience. Après le MECO, le grand réservoir est alors largué et la mise en orbite est terminée. Les SSMEs ne seront rallumés que pour la prochaine mission!

Chaque moteur pouvait générer près de 1,8 méganewtons (400.000 lbf) de poussée au décollage. Les moteurs pouvaient générer une impulsion spécifique (Isp) de 453 secondes dans le vide, ou 363 secondes au niveau de la mer (vitesse d’échappement de 4440 m/s et 3560 m/s respectivement). Ils sont à l’heure actuelle les moteurs les plus performants au monde. (Ils devraient être utilisés sur le prochain SLS (Space Launch System) de la NASA).

Dans l’ensemble, un RS-25 pesait environ 3,2 tonnes. Les moteurs sont enlevés après chaque vol et emmenés au SSMEPF (Space Shuttle Main Engine Processing Facility ou en français Atelier d’inspection et de réparation des moteurs de la Navette Spatiale). Les moteurs étaient inspectés dans les moindres détails au laser et autres instruments de mesure. Les pièces endommagées ou qui présentaient des faiblesses étaient replacées.

Les moteurs RS-25 étaient capables de fonctionner à des températures extrêmes. L’hydrogène liquide contenu dans le réservoir extérieur été stocké à une température de -253°C. Pendant la mise à feu, la température dans la chambre de combustion atteignait 3300°C soit le point de fusion du fer. Chaque moteur consommait 1340 litres de carburant par seconde ! Pour donner une idée de grandeur, si les moteurs utilisaient de l’eau au lieu d’hydrogène liquide, une piscine de taille moyenne serait vidée en 75 secondes (ou 25 secondes si on compte les 3 moteurs).

Développement

Six moteurs RS-25 en attente d’intégration
Le développement du SSME (RS-25) remonte aux années 1960. C’est à l’origine un moteur expérimental qui s’est développé après les succès des J-2 (utilisés pendant le programme Apollo). Au début des années 1970 leur développement est connu sous le nom de HG-3 sous une forme moins puissante que le RS-25 actuel (350 000 lbf seulement). Essais après essais, les ingénieurs arrivent à atteindre 450 000 lbf ! Ce design a servi comme base de lancement pour le développement du RS-25 qui n’utilisera au final que 400 000 lbf pour des raisons de stabilité. Durant les 30 ans du programme, les SSMEs auront connu beaucoup d’améliorations diverses. La dernière évolution, le Block II (qui fut utilisé pour la première fois en 2002) continuera à évoluer pour le prochain projet de la navette qui on l’espère pourra arriver à terme. Après Apollo et la Navette Spatiale, le bon vieux RS-25 n’a pas dit son dernier mot !

Le compartiment de l’équipe

Lors de la conception de la navette spatiale, un soin particulier a été apporté à la conception de l’espace à l’intérieur duquel doivent évoluer les membres de l »équipage. L’orbiteur se proposant d’embarqué lors de ses missions un nombre d’astronautes supérieur à ce que les missions Apollo avaient connu, les ingénieurs de la Nasa ont dû penser un habitacle proposant pour sept personnes, des zones consacrées au pilotage, au travaux divers, aux aspects techniques et à la vie à bord.

Diagramme du compartiment équipage de la navette spatiale. Crédit: Nasa

 

Ainsi, les 65,8 mètres cube du module préssurisé de la navette se voit doté de trois sections distintes où pilotent, travaillent et vivent les membres de l’équipage. Il se compose du poste de pilotage, du pont intermédiaire et du pont inférieur. A cela s’ajoute un sas permettant les sorties extravéhiculaires (EVA). La structure de cet habitacle est constituée de plaques en alliage d’aluminium 2219, le tout rigidifié par des longerons et un cadre interne, le tout soudé ensemble. L’espace est pris en charge dans le fuselage avant de l’orbiteur par seulement quatre points d’attache pour minimiser la conductivité thermique entre les deux parties. Le compartiment de l’équipage est pressurisé à 14,7 psi (soit environ 1.03 bar), et est maintenu à un taux de 80% d’azote et 20% d’oxygène. La Nasa et le constructeur North American Rockwell (qui devient Rockwell International en 1973) ont de cette manière conçu et configuré l’habitacle pour accueillir lors de la phase de lancement et de rentrée, quatre astronautes sur le pont d’envol (poste de pilotage) et trois dans le compartiment intermédiaire. Sur les missions STS-61A et STS-71, les membres de l’équipage seront même comptés au nombre de huit.

360 degrès du poste de pilotage de Discovery

 

La partie la plus importante et la plus emblèmatique du compartiment des astronautes et le poste de pilotage, dit « Flight Deck ». C’est l’emplacement le plus élevé de la cabine, il a une superficie d’environ 6 m² et est conçue dans l’agencement habituel que l’on rencontre dans l’aéronautique, c’est à dire un emplacement pour le pilote et un autre pour le co-pilote. Pour la navette spatiale toutefois, ces places seront respectivement occupées par le commandant de mission et par le pilote. Directement derrière eux, on trouve les sièges des spécialistes de mission. Enfin le cockpit se termine par deux fenêtres permettant une visualisation des opérations orbitales, notamment menées depuis la soute de la navette. L’endroit est aussi consacré au pilotage du bras télémanipulateur RMS (Remote Manipulator System).

L’instrumentation du poste de pilotage a été conçue dans les années 1970 à l’aide des technologies déjà avancées à l’époque. Bien que devenu assez vite daté, cet équipement n’a pas connu d’améliorations notables pendant deux décennies. Il faudra attendre 2000, et la mission STS-101 pour voir s’envoler la navette spatiale Atlantis équipée d’une nouvelle génération de cockpit. Aux technologies électromécaniques pour les commandes et cathodiques pour les écrans de contrôle, vient se substituer un affichage dit MEDS (Multifunction Electronic Display System), réalisé par la Nasa et la société Honeywell Space Systems, à Phoenix. Outre le gain en consommation d’énergie, ces nouveaux dispositifs pilotés par ordinateur permettent une modification des informations et du texte délivrés par les écrans LCD, ce qui améliore grandement la conscience situationnelle des astronautes.

Les équipages de STS-134 et ISS-Expédition 28 dans le compartiment intermédiaire. Crédit. Nasa 

Sous le « Flight Deck », se trouve le compartiment intermédiaire. Nommé « Mid-Deck », cet espace est accessible via le poste de pilotage grâce à deux ouvertures « Interdeck » mesurant environ 70 cm de côtés. Normalement l’ouverture Interdeck droite est fermée et la gauche est ouverte. Le compartiment intermédiaire offre un hébergement pour l’équipage. Il réalise pour les astronautes une zone de mobilité d’environ 9 m² et un volume de rangement de 13 mètres cube. Selon les exigences de la mission, des stations de sommeil superposées et une cuisine peuvent être installés dans le compartiment intermédiaire. En tout état de cause, l’espace est prévu pour la restauration, le sommeil, l’hygiène personnelle et l’exercice de l’équipage. De plus, une partie du contôle et de la gestion des données est localisée dans trois baies d’équipements pour l’avionique de la navette. Le « Mid-Deck » peut reçevoir trois ou quatre sièges de même type que les sièges des spécialistes de mission sur le pont d’envol, la configuration normale de lancement étant de quatre astronautes dans le poste de pilotage et trois dans le compartiment intermédiaire.

La troisième section principale du compartiment de l’équipage de la navette spatiale est le pont inférieur dit « Lower Deck ». Il est conçu pour accueillir les systèmes de soutien de la vie, les racks dévolus aux systèmes électriques, le dispositif gérant l’environnement et l’élimination des déchets. On y trouve aussi les systèmes contre le risque incendie, les systèmes de communication et de radar nécessaire aux opérations d’accostage et d’autres systèmes essentiels pour le bon fonctionnement de l’orbiteur et de son équipage. Des bonbonnes chimiques, qui absorbent le dioxyde de carbone provenant de l’environnement, se trouvent ici et sont changées toutes les douze heures. Un échangeur de chaleur est également situé dans le pont inférieur, chargé de refroidir l’air et de condenser l’humidité qu’il contient. L’eau à bord de la navette spatiale est fabriquée grâce à des piles combustibles à partir d’hydrogène liquide et d’oxygène liquide. Lorsque l’eau est produite, elle est stockée dans des réservoirs, qui sont situés dans le compartiment inférieur.

Sas de sortie du compartiment équipage. Crédit: The Artemis Project

 

Enfin, les astronautes à bord peuvent accèder à un sas dit « Airlock ». Ce dernier est normalement situé à l’intérieur du compartiment intermédiaire. Il a un diamètre intérieur de 1,60 m, mesure 2,10 m de longueur et pèse 374 kg à vide. Il est dimenssionné pour accueuillir aisément deux membres d’équipage. Le sas est utilisé pour les EVAs (Extra Vehicular Activity) qu’effectuent les astronautes. Ils contient notamment deux combinaisons spatiales et des recharges pour six heures de sortie spatiale. Lors des missions Spacelab, un tunnel est adjoint au dispositif afin de permettre l’accès au laboratoire spatial installé dans la soute de la navette.

SPACELAB-1 (Mission STS-9)

Spacelab est un laboratoire de recherche réutilisable. Quand il est porté dans la soute de la navette spatiale, il convertit l’orbiteur en un centre polyvalent de recherche en orbite.

Fabriqué par un consortium européen sous la houlette de l’Agence spatiale européenne, en vertu d’un accord NASA/ESA, Spacelab est de conception modulaire et se compose de plusieurs composants interchangeables qui peuvent être assemblés de différentes manières pour répondre aux besoins d’une mission de recherche scientifique en particulier. Il se compose de deux éléments majeurs: un laboratoire habitable pressurisé appelé module, dans lequel les scientifiques peuvent travailler sans la lourdeur de combinaisons spatiales, et de plates-formes non pressurisées appelées palettes, destinées à soutenir des instruments tels que des télescopes, sondes et antennes qui nécessitent une exposition directe à l’espace. Ces éléments peuvent être utilisés séparément ou en diverses combinaisons. Ils sont retournés à terre, et réutilisés sur d’autres vols.

Le module pressurisé, ou laboratoire, est disponible en deux segments. Le premier, appelé segment de base, contient les systèmes de soutien, tels que les équipements informatiques pour les modules pressurisés et les palettes (si les palettes sont utilisées en association avec les modules pressurisés). Le second, appelé segment expérience, offre un espace supplémentaire de travail au laboratoire et ne contient que des racks destinés à recevoir les éléments d’expériences scientifiques. La plupart du temps composé de deux segments, le laboratoire peut atteindre une longueur de 5,4 m.

Différentes configurations de Spacelab

Les palettes sont conçues pour de grands instruments, pour des expériences nécessitant une exposition directe à l’espace ou pour des systèmes nécessitant des champs dégagés ou à larges champs de vision, comme les télescopes, les antennes et capteurs (par exemple, des radiomètres et radars). Les palettes en forme de U sont recouvertes de panneaux en aluminium avec une structure en nid d’abeille. Jusqu’à cinq segments peuvent être embarqués sur une seule mission. Les palettes sont maintenues en place dans la soute par un ensemble de cinq fixations. Des joints dits « Pallet-to-pallet » de palettes à palettes sont utilisés pour connecter les palettes pour former une structure rigide unique appelée un train de palettes. Douze joints sont utilisés pour connecter deux palettes.

En raison du centre de gravité de l’orbiteur, le module pressurisé Spacelab ne peut pas être installé à l’extrémité avant de la soute. Par conséquent, un tunnel pressurisé est prévu pour l’équipage et le transfert d’équipements entre le compartiment de l’équipage et le module Spacelab. Le tunnel de transfert est une structure cylindrique avec un diamètre interne dégagé de 1 mètre. Le cylindre est assemblé par sections pour permettre le réglage de longueur pour des configurations de modules différentes. Deux longueurs de tunnel peuvent être utilisées, un long tunnel de 5,75 mètres et un tunnel court de 2,65 mètres.

Pour la mission STS-9, Spacelab-1 est constitué du double module pressurisé et d’une seule palette extérieure non-pressurisée.

Recensement des expériences Spacelab-1

La drôle histoire de numérotation

Introduction

Pour comprendre le système de numérotation de la NASA, nous devons nous replonger dans les années glorieuses et euphoriques des premières missions de la Navette Spatiale Américaine. Le 12 Avril 1981 la Navette Columbia effectua son premier vol dans le but de certifier l’Orbiteur comme machine opérationnelle. Les missions s’enchaînent et rien ne semble arrêter cette folle frénésie. Lancement après lancement, la Navette séduit par sa fiabilité et par son modernisme.

La NASA et l’USAF principaux «clients» de la Navette ne sont pas toujours d’accord. L’USAF veut avoir sa propre Navette (Atlantis) et sa propre base (Vandenberg) comme initialement prévue par le programme. Il faut donc imaginer un nouveau système de numérotage.

Pour ce faire, la NASA prendra en compte l’année fiscale, le numéro du site de lancement, et l’ordre chronologique prévu de la mission lors de sa conception. Ça peut paraître séduisant, mais en fait, cette terminologie deviendra un véritable casse-tête !

La mise en place

Enterprise sur le pad SLC-6
Avec la certification de la Navette acquise après STS-4, l’USAF termine les préparatifs de sa base en Californie du nord à Vandenberg (Elle utilisera l’orbiteur Enterprise pour ses essais d’assemblages sur le pad de tir SLC-6 « prononcés Slick Six », puisque la Navette «militaire» Atlantis est toujours en construction). La NASA introduit début 1984 le nouveau système de numérotation, soit après la mission STS-9 (qui aurait du s’appeler STS-41-A soit la première de l’année fiscale 1984 (30 septembre 83 au 1er octobre 84).

Ainsi, le 10ème vol de la Navette fut appelé STS-41-B au lieu de STS-10. Le chiffre 4 représente l’année fiscale (1984) et le chiffre 1, la base de lancement du Kennedy Space Center en Floride (2 étant celle de Vandenberg en Californie). La lettre B désigne le second lancement programmé durant l’année fiscale.
Enterprise sur le pad SLC-6

A noter que l’année fiscale de la NASA commence du 1er octobre au 31 septembre ce qui ne va pas simplifier les choses.

Dans un monde parfait, ce système était relativement simple, mais le problème est qu’il est difficile de faire décoller une Navette selon le calendrier fixé (mais on est toujours dans la phase « Nasa Euphorique » qui voit les choses en grand…)

Mais alors pourquoi la 21éme mission de la Navette spatiale qui décolla le 3 octobre 1985 fut appelée STS-51-J ? Car comme dit plus précédemment, l’année fiscale 85 de la Nasa se termine le 30 septembre ! Elle aurait du s’appeler STS-61A ! Ou alors pourquoi trouve t’on dans la liste des missions un STS-51-L (donc la 12ème mission de l’année) alors que dans cette même année on ne trouve que 9 missions ?

Bienvenue dans la folle histoire de numérotation de la NASA ! Pour comprendre ce véritable couac, il faut comprendre que les missions sont décidées très longtemps avant leur lancement et que ces mêmes lancements subissent eux mêmes des retards souvent très longs en raison de l’état de la flotte des Navettes voire même des annulations comme ce fut le cas avec la mission STS-51-E (combinée avec la mission STS-51-D). Certaines missions commerciales sont tout simplement annulées alors que les numérotations des missions suivantes sont déjà allouées… Que faire quand une mission est annulée ? Rechanger et renommer toutes les missions suivantes afin de ne pas laisser un « trou » ? Que faire quand une mission ne peut pas se réaliser car aucune Navette n’est disponible ou que la charge satellisable n’est pas prête ?

Prenons pour exemple l’année fiscale 84, sur les 10 vols programmés, seuls 5 purent se réaliser. En effet, les Navettes Columbia et Atlantis ne seront disponibles qu’en fin de l’année 85) et la Nasa n’avait alors que 2 Orbiteurs pour cette même année. Difficile de lancer 10 missions dans ces conditions. A noter que la Nasa dut à maintes reprises repousser le premier vol de la Navette Discovery en raison de problèmes techniques.
La folle histoire de numérotation

Plus les années passent plus des anomalies de ce genres figurent au tableau de chasse de l’agence spatiale américaine.

Le retour en arrière

Le 28 janvier 1986, la NASA va connaîtra un sérieux revers qui obligera à réévaluer ses ambitions. 73 secondes après le lancement de la Navette Challenger pour la mission STS-51-L, la Navette se désintègre tuant les sept membres d’équipage. La NASA va être pointée du doigt et son budget revu à la baisse. La Navette ne fait plus rêver les américains et ils la voient comme un engin de mort… Secouées par le drame, les autorités de la NASA devront faire des changements significatifs pour à nouveau utiliser les Navettes un jour.

Les modifications du pad de tir SLC-6 de Vandenberg étant toujours en cours (Le choix de ce site fut choisi pour pouvoir effectuer des missions avec orbites polaires), et les dépenses engagées dans ce réaménagement avaient été problématiques et très coûteuses.

La base de Vandenberg aurait du être mise en service pour la mission STS-62-A le 15 octobre 1986 mais l’explosion de Challenger a cloué les Navettes au sol pendant plus de deux ans.

Le 26 décembre 1986, le site de Vandenberg comme base de lancement des Navettes fut officiellement annulé. Sans deux bases de lancements, l’intérêt d’utiliser un tel système de nommage n’a plus raison d’être et la NASA revint au système de numérotage précédent. Ainsi le premier vol qui suivit celui du STS-51-L fut le STS-26.

Présentation générale de la Navette Spatiale

COMPOSITION DE LA NAVETTE

Le système de la navette spatiale se compose de quatre éléments principaux: un vaisseau spatial Orbiter, deux propulseurs à poudre (SRB), un réservoir externe (ET) qui contient le carburant et trois moteurs principaux de la navette spatiale (SSMEs). La Navette peut envoyer du matériel sur une orbite basse comprise entre 185 et 577 km. La soute, quant à elle, mesure 5 mètres de diamètre sur 20 mètres de long. A noter que les deux SRB sont réutilisables.

L’Orbiter peut transporter un équipage pouvant aller jusqu’à huit personnes. De manière générale, une mission dure entre 4 et 16 jours. Le compartiment de l’équipage dispose de deux ponts pressurisés et chauffés de manière à pouvoir évoluer en vêtements de tous les jours et la charge d’accélération ne dépasse jamais les 3g. A son retour sur Terre, l’Orbiter a une capacité de manœuvre d’environ 1100 nm

Dimensionnement général de la Navette spatiale

PROFIL D’UNE MISSION STANDARD

Dans la configuration de lancement, l’orbiteur et deux SRB sont attachés au grand réservoir extérieur (ET) à la verticale (le nez de la Navette vers le haut sur la rampe de lancement). Chaque SRB est attaché à la base arrière de la plate-forme de lancement mobile par quatre boulons explosifs.

Les trois SSMEs sont alimentés en propergol d’hydrogène et d’oxygène liquide fournis par le réservoir extérieur (ET) et sont allumés en premier. Un calculateur teste la puissance nominale des moteurs et si les valeurs sont correctes, le signal est envoyé au SRBs et ordonne leur combustion. A noter qu’il est impossible d’arrêter les SRBs une fois allumés. Une fois les SRBs mis en route, les huit boulons explosifs qui maintenaient la Navette en place explosent et la Navette décolle. Cette opération ne dure que quelques secondes.

La pression maximale dynamique est atteinte au début de l’ascension, nominalement 30 à 60 secondes après le décollage. Environ 1 minute plus tard (2 minutes dans la phase d’ascension), les deux SRB ont consommé leur propergol et sont largués du réservoir extérieur. Ceci est déclenché par un signal de séparation de l’orbiteur. Cette opération est automatique bien que l’équipage peut ordonner cette manoeuvre manuellement.

Les boosters continuent brièvement leur ascension tandis que de petits propulseurs latéraux éloignent les SRBs vidés de leur contenu du reste de la Navette spatiale. Les boosters tombent vers l’océan et quand ils auront atteint une altitude prédéterminée, les parachutes sont alors déployés pour décélérer le taux de chute pour un amerrissage en toute sécurité. Ils touchent l’eau à environ 260 km du site de lancement. Les boosters seront récupérés et réutilisés pour une mission future.

L’orbiteur et le réservoir extérieur (ET) continuent à monter en utilisant la poussée des trois SSMEs. Environ 8 minutes et demie après le lancement, les trois moteurs s’arrêtent (MECO), et l’ET est larguée de l’orbiter. Le système par réaction avant et arrière de contrôle (RCS) fournissent des jets de gaz pour éloigner l’orbiteur du grand réservoir. L’attitude de la Navette sera également modifiée au vu de la prochaine combustion pour circulariser l’orbite via le système de manœuvre orbitale (OMS). Le réservoir extérieur se désintégrera dans l’atmosphère. Il ne sera pas réutilisé.

Présentation des phases de décollage, d’insertion orbitale, de désorbitation et d’atterrissage.

 

INSERTION EN ORBITE ET CIRCULARISATION

Le profil de montée normale, appelé «insertion directe», place le véhicule sur une orbite elliptique temporaire dès l’arrêt des moteurs (MECO). Altitude orbitale peut varier de 185 à 577 km, en fonction des exigences de la mission. L’équipage effectue ensuite une combustion d’orbitation OMS désigné comme OMS 2 pour stabiliser l’orbite. Cette combustion peut faire varier la vitesse orbitale du vaisseau entre 60 et 168 mètres/seconde en fonction des besoins.

En cas de problème lors de l’ascension, le véhicule peut se trouver bien en deçà de la vitesse attendue au moment du MECO voire même une vitesse suborbitale. Dans de tels cas, l’équipage effectue ce qu’on appelle une combustion OMS 1, ce qui soulève l’orbite à une altitude de sécurité. Ensuite, l’OMS 2 amène le vaisseau sur une orbite stable.

ORBITE

Sur l’orbite, les jets avant et arrière RCS offrent un contrôle d’attitude de l’orbiteur, ainsi que toute autre manœuvre pendant la mission. Les moteurs OMS sont utilisés pour effectuer des transferts orbitaux, comme ceux faits pour le rendez-vous avec la Station spatiale internationale (ISS). Une fois sur l’orbite souhaitée, l’équipage remplit les objectifs de la mission, tels que assemblage de l’ISS , le déploiement ou la récupération de charge utile, et encore des expériences scientifiques.

DESORBITATION

A la fin des opérations orbitales, le RCS est utilisé pour orienter l’orbiteur dans une attitude «queue en premier de l’anglais : tail-first attitude». Les deux moteurs OMS sont allumés et baissent l’orbite de telle sorte que le véhicule pénètre dans la haute atmosphère. La combustion de désorbitation diminue habituellement la vitesse orbitale du véhicule entre 60 à 168 mètres/seconde en fonction de l’altitude orbitale. Lorsque la combustion de désorbitation est terminée, le RCS est utilisé pour faire pivoter le nez de l’orbiteur en avant pour l’entrée dans l’atmosphère. Les jets RCS sont utilisés pour le contrôle d’attitude jusqu’à ce que la densité atmosphérique soit suffisante pour utiliser les surfaces aérodynamiques.

L’’ENTREE ATMOSPHERIQUE

Interface d’entrée soit le point où le véhicule pénètre dans la haute atmosphère se produit à une altitude de 400.000 pieds et une distance d’environ 7780 km du site d’atterrissage. La vitesse du vaisseau est alors d’’environ 7600 mètres/seconde. L’orbiteur est alors manœuvré à un roulis de 0° et un lacet (niveau des ailes) de 40° d’angle d’entrée atmosphérique. Sur les 40° ne sont pas respectés, l’Orbiter peut se désintégrer dans l’atmosphère (angle trop petit) ou rebondir (angle trop grand).

Le contrôle de la traînée atmosphérique est obtenu en faisant varier soit l’angle d’attaque soit l’angle d’inclinaison. En faisant varier l’angle d’attaque trop tôt lors de l’entrée, cela crée des températures au-dessus de la spécification de l’orbiteur. Augmenter l’angle d’inclinaison diminue la composante verticale de la portance, ce qui provoque un taux élevé de décélération et génère une plus grande traînée atmosphérique et donc plus d’énergie à dissiper. Cela fait aussi monter la température sur la surface de l’orbiteur, mais pas aussi radicalement que ce serait d’augmenter l’angle d’attaque.

Si l’orbiteur est trop lent soit « Low Energy » (c’est à dire que le site d’atterrissage est beaucoup plus loin que prévu, étant donné la vitesse actuelle), l’orientation d’entrée sera inférieure à l’angle nominal. Si l’orbiteur est sur «Hi Energy » soit trop d’énergie à dissiper. (C’est à dire dans le cas où le site d’atterrissage serait plus proche que prévu), l’angle d’entrée sera supérieur pour dissiper l’énergie supplémentaire.

Les jets de contrôles avant du RCS ne sont pas utilisés lors de la rentrée car ils affecteraient l’aérodynamisme du véhicule. Ainsi, seuls les jets RCS arrières sont utilisés pour manœuvrer le véhicule. Lorsque la pression dynamique (QBar) est de 10 psf (4,79 Millibar), les surfaces de contrôle de la Navette prennent la relève pour manœuvrer le roulis et les fonctions RCS de cet axe sont désactivées. Quand le QBar est de 40 psf (19,15 Millibar), les RCS qui gèrent l’axe de tangage cèdent la place aux surfaces aérodynamiques. Les aérofreins sont déployés sous Mach 10 pour aider à garder les élevons dans le vent relatif. A Mach 5, le gouvernail devient actif et est utilisé pour trimer. Enfin, à Mach 1, toute les jets RCS sont désactivés, ne laissant que les surfaces aérodynamiques pour manœuvrer le vaisseau.

TAEM

TAEM (Terminal Area Energy Management ou gestion d’énergie de la zone terminale) dirige l’orbiteur sur l’un des deux cônes invisible d’un rayon de 6 km le (HAC), qui sont situés à la tangente et de chaque côté de l’axe de la piste. L’excès d’énergie est dissipé par des manœuvres en S. Cela réduit la vitesse de l’orbiteur jusqu’à son alignement du HAC qui commence généralement à 10000 pieds (3000 m). Le vaisseau ralentit à la vitesse subsonique à une altitude d’environ 49 000 pieds (15 000 m) et environ 50 km du lieu de l’atterrissage.

TAEM – Gestion d’énergie de la zone terminale

À l’acquisition TAEM, l’orbiteur est orienté jusqu’à ce qu’il soit sur une tangente du HAC et se poursuit jusqu’à ce qu’il atteigne le point (WP) 1. Au WP-1, la phase d’alignement TAEM commence. La trajectoire du HAC est maintenue jusqu’à l’alignement de piste d’atterrissage, à +20° la phase pré-finale du TAEM commence et la Navette pique du nez pour tenir une trajectoire de descente raide (G/S) et la vitesse augmente. Le pilote garde l’axe de la piste. La phase de guidage d’approche et d’atterrissage commence à l’achèvement de la phase TAEM pré-finale et se termine lorsque le vaisseau spatial s’arrête complètement sur la piste.

ATTERRISSAGE

La phase d’approche et d’atterrissage commence à la phase pré-finale du TAEM c’est à dire environs 20° de l’axe de la piste au point NEP qui se trouve à 10 000 pieds et à 12,8km du début de la piste (6,9 nm). A ce point précis, la Navette va piquer du nez pour maintenir une vitesse équivalente de 300 nœuds (KEAS). L’angle de décente sera de -20° et ensuite de -18°. Le taux de chute sera de 10000fts par minute (environ 3000 m). À 2000 pieds au-dessus du sol (AGL), une manœuvre preflare est amorcée pour amener la Navette sur un plan d’approche inférieur à 1,5° en vue de l’atterrissage en utilisant les aérofreins pour gérer les plages de vitesse. L’équipage déploie le train d’atterrissage à 300 pieds AGL. L’arrondi final réduit le taux de chute de l’engin à une valeur cible de 3 ips. Le toucher se produit à environ 2500 pieds (762 m) au-delà du seuil de piste et à une vitesse de 195 KEAS (orbiteurs légers) ou 205 KEAS (orbiteurs plus lourds).

Approche finale

 

SITES DE LANCEMENTS ET D’ATTERRISSAGES

Le Kennedy Space Center (KSC) en Floride est utilisé pour tous les lancements de la Navette. Le centre KSC est également utilisé pour certains atterrissages de la navette. La base aérienne d’Edwards Air Force Base en Californie est aussi utilisée pour les atterrissages. Elle fut même la principale base de retour des Navette pendant le début du programme. Mais pour des raisons de coût d’acheminement de la navette, ce site fut de moins en moins utilisé sauf en cas d’urgence. Des sites d’atterrissage d’urgences sont utilisés comme par exemple Zaragoza en Espagne. La piste d’atterrissage de Zaragoza est l’une des principales pistes d’atterrissage d’urgence utilisée par Houston en cas de mauvais temps ou de problèmes orbitaux. Cette longue parcelle de terrain du nord de l’Espagne qui abritait le 406ème Tactical Fighting Wing de l’US Air Force , est normalement la destination habituelle d’une Navette en cas d’un échec TAL, c’est à dire à une vitesse suffisante pour dépasser la Floride. Heureusement, elle ne fut jamais utilisée. L’autre base d’urgence en Espagne est Rota, au sud de l’Espagne. D’autres pistes d’urgences sont utilisées comme par exemple White Sands au Nouveau Mexique. Elle fut même utilisée pour la mission STS-3 le 22 Mars 1982 à cause d’une très mauvaise météo sur la base d’Edwards. A Noter qu’au début du programme, la Navette n’était pas certifiée pour se poser sur une piste bétonnée. Il faudra attendre la mission STS-41-B pour voir la Navette se poser sur une piste en dur.