Orion (véhicule spatial)

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Orion

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Véhicule Orion (version 2013)

Caractéristiques
Organisation Drapeau : États-Unis NASA
Union européenne ESA
Type de mission Vol habité au delà de l'orbite terrestre basse
Desserte de la station spatiale internationale
Masse 21 250 kg
Lancement 2014 (EFT-1)
2017 (EM-1)
Lanceur Space Launch System
Programme Programme Constellation
ATV

Orion est un vaisseau spatial lourd conçu en collaboration entre la NASA et l'Agence spatiale européenne (ESA) pour transporter un équipage au-delà de l'orbite basse. Il est initialement développé dans le cadre du programme Constellation (2006) dont l'objectif est d'emmener des hommes sur la Lune à l'horizon 2020 et de remplacer la navette spatiale pour la relève des équipages de la Station spatiale internationale. En février 2010 à la suite d'un audit du projet, le programme Constellation est abandonné car il ne dispose pas d'un financement suffisant et ses objectifs sont jugés trop modestes. La réorientation donnée au programme spatial américain prévoit de confier à des prestataires privés la desserte de la station spatiale internationale. L'annulation du développement du vaisseau spatial, désormais sans missions, est envisagée. Courant 2011, la NASA décide de poursuivre le développement : le vaisseau rebaptisé Multi-Purpose Crew Vehicle (MPCV) doit être utilisé pour de futures missions de survol de la Lune et des astéroïdes et permettre éventuellement le transport de l'équipage de la Station spatiale internationale si les prestataires privés ne tiennent pas leurs objectifs. La réalisation d'un nouveau lanceur lourd, le SLS, qui doit permettre, entre autres, son lancement, est annoncé en septembre 2011. Confronté à des difficultés financières, la NASA n'envisage un premier vol avec équipage qu'en 2021. Le premier test orbital de la capsule est prévu en 2014 et celui d'un véhicule complet est programmé en 2017.

Le vaisseau Orion est conçu pour transporter 4 personnes pour une mission de 3 semaines au delà de l'orbite terrestre basse et jusqu'à 6 personnes en orbite basse. Il reprend l'architecture du vaisseau Apollo avec une capsule en forme de cône dans laquelle séjourne l'équipage et un module de service dans lequel est rassemblé tout ce qui n'est pas nécessaire au retour sur Terre. Ce dernier module est largué avant la rentrée atmosphérique. L'ensemble a une masse de 21 tonnes dont plus de 12 tonnes pour le module de service. Contrairement à ses prédécesseurs, il utilise des panneaux solaires pour la fourniture d'énergie. Il dispose d'un volume habitable plus que doublé par rapport au vaisseau Apollo et d'une écoutille de type APAS similaire à celle de la navette spatiale américaine. Le vaisseau est conçu pour se poser sur l'eau à son retour sur Terre et est réutilisable.

Historique[modifier | modifier le code]

Le lancement du programme Constellation[modifier | modifier le code]

En 2004 à la demande du président des États-Unis George W. Bush qui souhaite que les États-Unis renouent avec les succès du programme Apollo, la NASA lance le programme Constellation qui doit permettre à des équipages de réaliser des séjours de longue durée sur la Lune d'ici 2020. Ce programme doit également assurer le remplacement de la navette spatiale américaine dont le retrait est programmé à la suite de l'accident de la navette spatiale Columbia. Le programme doit être financé grâce aux économies réalisées par l'arrêt des navettes spatiales puis par le retrait de la station spatiale internationale.

Les caractéristiques des différents engins spatiaux du programme Constellation sont rendues publiques le 19 septembre 2005. Le vaisseau spatial habité principal est désigné sous l'appellation de Crew Exploration Vehicle (CEV) avant d'être rebaptisé Orion le 24 août 2006. Ce nom est celui d’une des navettes du film 2001, l'Odyssée de l'espace (1968), ainsi que d’une étude de vaisseau spatial propulsé par l'énergie nucléaire. La NASA a annoncé le 31 août 2006 que le véhicule sera construit par Lockheed-Martin. Le vaisseau spatial doit être lancé par un nouveau lanceur, l'Ares I.

Les premiers essais sont prévus en 2008 avec un vol non habité en 2011 et un vol habité en mars 2015 (au lieu de 2014) et un premier retour des astronautes sur la Lune en 2019, mais ces dates sont repoussées du fait de la faiblesse des ressources financières affectées au programme[1].

L'arrêt du programme Constellation[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Commission Augustine.

Suite à son investiture, le président américain Barack Obama demande à la commission Augustine, créée à cet effet le 7 mai 2009 et composée de spécialistes de l'astronautique issus de l'industrie de la recherche et de la NASA, d'examiner les conséquences du retrait de la navette spatiale américaine sur le programme de la station spatiale internationale et d'effectuer une revue du programme Constellation confronté à la fois à des problèmes budgétaires et de planification. Le comité rend son rapport en octobre 2009. En ce qui concerne le programme Constellation, ses principales conclusions sont que la NASA a besoin d'un complément budgétaire annuel de 3 milliards de $ pour pouvoir atteindre les objectifs fixés au programme Constellation[2]. Elle constate que le lanceur Ares I, qui doit permettre le lancement du vaisseau Orion, rencontre des problèmes techniques qui devraient pouvoir être résolus mais sa mise au point tardive diminue fortement son intérêt. Le comité estime préoccupant le coût de production du vaisseau Orion par ailleurs soumis à de fortes contraintes (masse, coût de développement)[3]. Le président Barack Obama annonce le 1er février 2010 qu'il va proposer l'annulation du programme Constellation en avançant trois motifs : un budget en dépassement, le retard pris sur les échéances et l'absence d'innovations intégrées dans le projet[4]. Le 11 octobre 2010 le président Obama approuve le « NASA Authorization Act 2010 » qui confirme l'arrêt du programme Constellation[5].

Le nouveau rôle du vaisseau Orion[modifier | modifier le code]

À la suite de l'abandon du programme Constellation, l'arrêt du développement du vaisseau spatial est envisagé. La NASA a lancé un appel d'offres auprès de prestataires privés pour transporter les équipages vers la Station spatiale internationale et il n'existe pas de plans fermes pour des missions au delà de l'orbite terrestre. Néanmoins, la NASA annonce le 24 mai 2011 que le développement du vaisseau spatial se poursuit. L'agence spatiale américaine prévoit de l'utiliser pour lancer des missions orbitales vers la Lune ou les astéroïdes géocroiseurs à l'horizon 2020. Il doit également servir de solution de secours si les prestataires privés ne parvenaient pas à remplir leurs objectifs. Le vaisseau est rebaptisé Multi-Purpose Crew Vehicle (MPCV) "Orion" [6].

Le développement du module de service a été repoussé pour permettre d'étaler les coûts. La NASA et l'Agence Spatiale Européenne ont négocié depuis 2011 l'utilisation d'une version évoluée du module de service de l'ATV européen ; cette proposition de l'ESA, qui permettrait à l'Europe de payer en nature sa participation à la Station spatiale internationale[7] a été validée en novembre 2012 par le conseil des ministres européens réunis à Naples pour statuer sur l'activité de l'Agence spatiale européenne au cours des prochaines années. La solution retenue a été validée par le gouvernement américain et officiellement annoncée en janvier 2013[8],[9]. Ce module sera construit pour 450 millions d'euros sous la maîtrise d'œuvre d'Astrium à Brême.

Le module de commande sans les deux autres composants du vaisseau doit faire l'objet d'un premier test en vol début 2014 (“Exploration Flight Test” ou EFT-1). Un lanceur Delta IV lourd doit placer le vaisseau sur une orbite haute elliptique. Après avoir bouclé deux orbites autour de la Terre, le vaisseau doit effectuer une rentrée atmosphérique à une vitesse égale à 84 % de celle atteinte dans le cadre d'une mission vers la Lune. L'objectif est de tester la tenue du bouclier thermique ainsi que le déploiement des parachutes[10]. Le premier module de service européen (ESM) sera quant à lui utilisé pour une mission prévue fin 2017, qui consistera en un survol inhabité de la Lune par Orion.

Caractéristiques techniques[modifier | modifier le code]

Architecture[modifier | modifier le code]

Schéma du véhicule et de son module de service.

Conçu dans le cadre du Programme Constellation, le vaisseau utilise une architecture dite "en ligne". Le vaisseau est placé au sommet d'un lanceur classique à l'image des vaisseaux du programme Apollo dont Orion s'inspire fortement. La formule du planeur adoptée pour la navette spatiale américaine n'a pas été retenue. Orion peut transporter quatre astronautes pour des vols de 21 jours et 6 astronautes vers l'orbite basse où il peut séjourner dans l'espace durant 6 mois attaché à la station spatiale[11],[12]. Les piles à combustible qui alimentaient en énergie la génération des vaisseaux précédents sont abandonnées au profit de panneaux solaires. Le vaisseau dispose d'une écoutille de type APAS, le NASA Docking System, similaire à celle utilisée par la navette spatiale américaine pour s'amarrer à la Station spatiale internationale. L'atmosphère de la cabine est composée d'un mélange d'azote et d'oxygène dans des proportions qui peuvent être modulées. Ce choix, identique à ce qui est pratiqué sur les vaisseaux russes diverge de la solution adoptée sur les différents aux vaisseaux spatiaux américains des années 1960-1970 qui, pour économiser de la masse, utilisaient une atmosphère d'oxygène pur. Les spécifications du module de service ne sont connues qu'à travers le cahier des charges établi pour le programme Constellation dont les missions ne sont plus d'actualité. À l'époque il était envisagé que la propulsion et le réserves d'ergols du module de service lui permette d'effectuer des changements de vitesse totaux de 1,4 à 1,5 km/s.

Orion mesure 5,03 mètres de diamètre et la partie habitée a une longueur de 3,3 m. L'ensemble Orion a une masse de 21,3 tonnes dont 8,9 tonnes pour le module de commande, 3,4 tonnes pour le module de service et 7,9 tonnes pour le carburant. Le vaisseau peut être réutilisé une dizaine de fois. Initialement son retour avait été prévu sur la terre ferme, amorti par des coussins gonflables, et non dans l'océan, contrairement à toutes les autres capsules américaines (de Mercury à Apollo). Cependant après 117 essais d'atterrissage avec des airbags, le retour en mer a été privilégié en raison d'une sécurité accrue (notamment si un parachute est défaillant comme lors du retour d'Apollo 15) et d'un atterrissage moins brutal.

Composants[modifier | modifier le code]

Module de commande dans lequel se tient l'équipage.

Orion est composé de trois modules : le module de commande dans lequel séjourne l'équipage, le module de service qui regroupe les équipements qui ne sont pas indispensables pour le retour sur Terre (propulsion, consommables, énergie) et la tour de sauvetage qui permet au vaisseau de revenir au sol en toute sécurité en cas de défaillance du lanceur.

Le module de commande[modifier | modifier le code]

Le module de l'équipage (Crew Vehicule), qui a une section de forme conique, peut transporter selon la mission un équipage, du fret et des instruments de recherches. Ce module peut s'amarrer à la Station internationale. C'est la seule partie du vaisseau qui revient sur Terre après chaque mission. Le volume pressurisé est de 19,56 m3 et le volume habitable est de 8,95 m3[13].

Le bouclier thermique est conçu par Boeing en collaboration avec le Ames Research Center. D'un diamètre de cinq mètres, il doit résister à des rentrées atmosphériques à la vitesse de 27 000 km/h pour les missions vers la Station spatiale internationale et de 40 000 km/h pour des missions orbitales lunaires. Ces dernières nécessitent de dissiper cinq fois plus de chaleur. En septembre 2006, le contrat de 14 millions de dollars est remporté par Boeing.

Le module de service[modifier | modifier le code]

Le module de service (European Service Module) contient l'ensemble des équipements qui ne sont pas indispensables pour le retour sur Terre. Il regroupe notamment la propulsion, les principales réserves d'ergols ainsi que les consommables (eau, oxygène, azote) utilisés par l'équipage. Il contient également les panneaux solaires qui renouvellent l'énergie électrique stockée dans la capsule, et les radiateurs du système de contrôle thermique. Un système environnemental permet de contrôler la température des composantes du véhicule et du fret. Il est largué avant le retour sur Terre[14]. Le module de service est également équipé d'une soute permettant d'emporter du fret non pressurisé ou des instruments scientifiques.

La tour de sauvetage[modifier | modifier le code]

La tour de sauvetage (Launch Abort System) est un système qui est activé lors de la phase du décollage ou de l'ascension lorsque se présente une situation d'urgence. Elle permet aussi de protéger la capsule contre la chaleur et la pression dynamique de l'air. La tour est larguée lorsque le vaisseau a atteint une altitude qui lui permet de regagner le sol sans mettre en péril son équipage en cas de défaillance du lanceur.

Missions prévues[modifier | modifier le code]

Le vaisseau Orion est conçu pour pouvoir réaliser des missions au delà de l'orbite terrestre. Il peut également assurer le transport d'équipages vers la Station spatiale internationale[15] au cas où les sociétés chargées du transport des équipages dans le futur ne parviendraient pas à tenir leurs engagements.

Trois vols d'Orion sont actuellement planifiés par la NASA.

  • EFT-1 (décembre 2014[16]) - Il s'agit d'un vol d'essai de la capsule Orion avec une maquette du module de service. Lancé par une fusée Delta IV Heavy le vaisseau doit être placé sur une orbite elliptique (apogée de 3000 km) puis effectuer une rentrée à plus de 80 % de la vitesse d'un retour de mission lunaire. Les principaux objectifs sont de tester le bouclier thermique et le système de parachutes.
  • EM-1 (fin 2017) - Il s'agit du premier vol d'Orion dans sa configuration finale, pour une mission inhabitée qui comportera un survol de la Lune. Orion sera lancé par le Space Launch System (SLS) sur une trajectoire elliptique permettant un survol de la face cachée de la Lune à deux cents kilomètres d'altitude. L'Agence spatiale européenne fournira un module de service pour cette mission.
  • EM-2 (2020) - Il s'agit du premier vol habité d'Orion. Le véhicule sera à nouveau lancé par le SLS. Un équipage de quatre astronautes réalisera une mission orbitale autour de la Lune. Ce sera la première mission habitée vers la Lune depuis Apollo 17 en 1972. L'Agence spatiale européenne pourrait fournir un second module de service pour cette mission.

Les missions envisagées dans le cadre du programme Constellation[modifier | modifier le code]

Concept en 2007 de vaisseau Orion en configuration pour une mission lunaire

Selon les plans originaux, Orion devait être lancé par Ares I pour les missions vers l'orbite basse (desserte de la Station spatiale internationale) comme pour les missions vers la Lune. Le lanceur lourd Ares V, capable de satelliser 125 tonnes de son côté, aurait été chargé de la mise en orbite du module Altair, chargé d'atterrir sur la surface lunaire et qui joue un rôle analogue à celui du module lunaire (LEM) du programme Apollo. Comme dans le scénario des missions Apollo, l'équipage aurait placé l'ensemble formé par Orion et Altaïr en orbite lunaire puis utilisé le seul Altaïr pour descendre sur le sol lunaire puis en revenir. Toutefois, contrairement aux missions Apollo, c'est l'ensemble de l'équipage qui serait descendu sur le sol lunaire. La NASA retenait à l'époque ce concept éprouvé et donc moins cher qui permet théoriquement de limiter les risques de retard : la NASA doit en effet disposer d'un moyen de transport pour remplacer la navette spatiale américaine dont le retrait est effectif depuis 2011. Depuis 2011, la NASA dépend des vaisseaux russes Soyouz pour l'envoi des astronautes dans l'espace.

Vue d'artiste de l'Orion et de l'ISS.
Vue d'artiste de l'Orion et du module lunaire.

Séquence de lancement d'Orion[modifier | modifier le code]

  • Le premier étage hisse le lanceur et sa charge utile jusqu'à approximativement 66,7 kilomètres d'altitude, à une vitesse de Mach 4,5 (1,5 km/s). Après séparation, le premier étage tombe en chute libre jusqu'à 5 km d'altitude puis est freiné d'abord par un parachute pilote puis par 3 parachutes principaux, avant de plonger dans l'océan. Il est récupéré pour être remis en condition et préparé pour un prochain lancement.
  • Le deuxième étage non récupérable est allumé durant 465 secondes, propulsé par le moteur J-2X développant 130 tonnes, pour placer le vaisseau Orion sur une trajectoire orbitale (60 km x 300 km : pour une mission à l'ISS). Il serait détruit par la rentrée dans l'atmosphère.
  • Pour rejoindre la station spatiale internationale ou le véhicule EDS, le vaisseau Orion utilise le moteur de son module de service, pour circulariser son orbite, et rejoindre sa destination.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) « NASA to Realign Constellation Program Milestones », sur nasa.gov, NASA,‎ 8 août 2008 (consulté le 12 août 2008)
  2. « Rapport final de la commission Augustine sur le site de la NASA », NASA (consulté le 24 janvier 2010), p. 97
  3. « Rapport final de la commission Augustine sur le site de la NASA », NASA (consulté le 24 janvier 2010), p. 61
  4. « Présentation du budget 2011 de la NASA par l'administrateur de la NASA Charlie Bolden », NASA,‎ 1er février 2010
  5. (en) « Obama signs Nasa up to new future », BBC News,‎ October 11, 2010 (lire en ligne)
  6. (en) Mike Wall, « NASA Unveils New Spaceship for Deep Space Exploration », Space.com,‎ 24 May 2011 (lire en ligne)
  7. [PDF] Building transatlantic partnerships in space exploration - The MPCV-SM study - GLEX-2012.15.1.10x12509
  8. (en) « ATV : UK steps up, as ESA commit to ATV Service Module on NASA’s Orion », nasaspaceflight.com (consulté le 9 novembre 2012)
  9. (fr) « L'Europe spatiale engage 10 milliards d'euros », sciences.blogs.liberation.fr (consulté le 9 novembre 2012)
  10. (en)« Orion Development ‘Phased’ To Fit Budget », NASA,‎ 9 janvier 2012
  11. (en) Bart Jansen, « NASA sticks with Orion capsule for deep-space travel », USA Today,‎ 24 May 2011 (lire en ligne)
  12. (en) Chris Bergin, « NASA ESD set key Orion requirement based on Lunar missions », NASASpaceFlight (not associated with NASA),‎ 10 juillet2012 (consulté le 23 juillet 2012)
  13. (en) « Preliminary Report Regarding NASA’s Space Launch System and Multi-Purpose Crew Vehicle », NASA,‎ 2011-01 (consulté le 18 June 2011)
  14. (en) « Explore the Exploration Vehicule », NASA,‎ Juillet 2012 (consulté le 4 juillet 2012)
  15. (en) « About Orion », NASA,‎ Juillet 2012 (consulté le 4 juillet 2012)
  16. (en) Robert Z. Pearlman, « NASA Slips First Test Flight of Orion Space Capsule to December », sur space.com,‎ 2014 (consulté le 22 mars 2014)

Sources[modifier | modifier le code]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]