Vaisseau cargo (véhicule spatial)

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L'ATV.
SpaceX Dragon.

Un vaisseau cargo dans le domaine spatial est un type de véhicule spatial sans équipage qui permet de transporter du fret à destination par exemple d'une station spatiale en orbite. Les vaisseaux cargo développés jusqu'à présent ont été utilisés pour transporter des consommables, des pièces détachées jusqu'à une station spatiale, rehausser l'orbite d'une station spatiale et ramener du fret sur Terre.

Historique[modifier | modifier le code]

L'apparition des vaisseaux-cargos découle de la mise en orbite de stations spatiales occupées par des équipages sur de longues durées. La spécialisation qui a abouti à la création de ce type de véhicule permet de découpler ravitaillement et relève des équipages et de transporter plus de fret en supprimant certains équipements liés à la présence des hommes. Le premier vaisseau cargo, le Progress qui a effectué son premier vol en 1978, a été conçu pour ravitailler en consommables, pièces détachées et ergols la station spatiale soviétique Saliout. Pour ravitailler la Station spatiale internationale, quatre types de vaisseau-cargo ont été développés dans les années 2000 dont deux sont opérationnels en 2011 et deux devraient entrer en fonction en 2012/2013.

Caractéristiques d'un vaisseau cargo[modifier | modifier le code]

Caractéristiques générales[modifier | modifier le code]

Les principales caractéristiques d'un vaisseau cargo sont :

  • le tonnage de la charge utile qui peut être transporté jusqu'à une orbite donnée
  • les volumes disponibles /tonnages acceptés par type de fret : en soute pressurisée, dans un espace non pressurisé, dans des réservoirs dédiés aux gaz, ergols et liquides
  • la capacité à rapatrier du fret au sol
  • la ré utilisabilité lorsque le vaisseau cargo peut revenir sur Terre.
  • le processus d'amarrage - télécommandé, automatique - et le système de rendez-vous.
  • le type d'écoutille et le mécanisme d'amarrage
  • le delta-V disponible pour les manœuvres orbitales. Cette caractéristique dépend essentiellement de la quantité d'ergols transportée dédiée à ces manœuvres.
  • la capacité de remorquage
  • l'autonomie en vol (durée), la durée de vie totale sur une mission. La durée de vie est conditionnée par les caractéristiques des équipements se dégradant avec le temps : batteries, ergols stockés,….
  • la comptabilité avec les lanceurs : en 2011 tous les vaisseaux-cargo existants ne sont compatibles qu'avec un seul lanceur.

Nature de fret transporté[modifier | modifier le code]

Les vaisseaux cargo existants ou en développement ont des capacités très variables. Selon la nature du fret celui-ci est stocké :

  • dans un espace pressurisé : ravitaillement d'un équipage en consommables, pièces détachées de composants situés à l'intérieur d'un véhicule spatial destination, équipements destinés à l'intérieur de la station
  • dans un espace non pressurisé : composants destinés à être installés à l'extérieur du véhicule spatial cible
  • dans des réservoirs : liquides (eau), ergols (pour les moteurs-fusées) et gaz (oxygène, azote, air, etc)..

Dans le cas de la station spatiale internationale le transfert d'objets de l'intérieur de la station vers l'extérieur via les sas aux faibles dimensions est limité aux petites pièces : il est donc nécessaire que les pièces détachées à installer à l'extérieur de la station arrivent dans une soute accessible depuis l'extérieur.

Capacité de remorquage[modifier | modifier le code]

Le vaisseau cargo peut disposer d'une capacité à remorquer un autre véhicule spatial : dans le cas des véhicules existants l'objectif est de remonter l'orbite de la Station spatiale internationale dégradée régulièrement par la trainée engendrée par l'atmosphère résiduelle. Une telle capacité dépend de la puissance des moteurs et de la quantité de carburant disponible pour la propulsion.

Processus d'amarrage[modifier | modifier le code]

Le processus d'amarrage peut être complètement automatique ou nécessiter l'intervention d'un opérateur dans la phase finale du rendez-vous. Si celle-ci est manuelle, l'opération peut par exemple prendre le contrôle du vaisseau cargo ou manipuler celui-ci pour l'amarrer à l'aide d'un bras télécommandé. Différents équipements d'amarrage automatique coexistent : Kurs, …

Type d'écoutille/mécanisme d'amarrage[modifier | modifier le code]

L'ensemble formé par le type d'écoutille et le système d'amarrage peut être par exemple circulaire de type sonde-cône ou APAS d'une superficie de 0,5 m² utilisée sur les cargos ATV et Progress ou de format CBM propre aux ports la station de 1,61 m² (partie non russe) mise en œuvre par le cargo japonais. Seul le port CBM permet de faire rentrer les équipements internes de la partie non russe de la station spatiale internationale.

  • Le mécanisme d'amarrage du vaisseau cargo doit être compatible avec celui du vaisseau ravitaillé.
  • La circulation des fluides et des gaz entre ravitailleur et ravitaillé passe par des canalisations dont les caractéristiques sont étroitement liées au type d'écoutille.
  • La taille de l'écoutille conditionne l'encombrement des pièces pouvant être transportées.

Capacité à rapatrier du fret sur Terre[modifier | modifier le code]

Le vaisseau cargo peut avoir ou non la capacité de ramener à Terre du fret situé en orbite : résultats d'expériences scientifiques, équipements nécessitant d'être réparés (tenue spatiale), équipements scientifiques réutilisables. Cette capacité impose que le vaisseau cargo dispose d'un bouclier thermique lui permettant de résister à la chaleur produite durant la rentrée atmosphérique, de capacités de manœuvre durant cette phase et d'un dispositif lui permettant d'annuler pratiquement sa vitesse résiduelle avant d'atteindre le sol (parachutes,…).

Les vaisseaux cargo existants ou en développement[modifier | modifier le code]

Tous les vaisseaux cargo existants ou en développement fin 2011 sont utilisés uniquement pour le ravitaillement de la Station spatiale internationale.


Principales caractéristiques des vaisseaux cargo existants ou en développement[1]
Vaisseau Fret total Fret pressurisé
(m3)
Liquides et gaz Fret non
pressurisé
Retour à
Terre
Remorquage Type
écoutille
Lancements prévus Coût
Progress Drapeau de la Russie 2,2 t.-3,2 t. 1,1 t. (6,6 m3) 300 l. eau
47 kg air ou oxygène
870 kg carburant
non non 250 kg Russe 4 par an 28 Mio
HTV Drapeau du Japon 5,5 tonnes 4,5 t. (14 m3)
8 × racks ISPR
300 l. eau 1,5 tonne (16 m3) non non CBM 7 lancements
(1 par an)
182 Mio
ATV Drapeau de l’Union européenne 7,7 tonnes 5,5 t. (46,5 m3) 840 l. eau
100 kg air ou oxygène
860 kg carburant
pour le remorquage
non non 4 700 kg Russe 6 lancements
(1 tous les 18 mois)
330 Mio
En cours de développement en 2011
Cygnus Drapeau des États-Unis 2 tonnes 2 t. (18,7 m3) - 2 t. (18,1 m3) non non CBM 8 d'ici 2016
à partir de 2013 ?
190 Mio $
SpaceX Dragon Drapeau des États-Unis 2,5 tonnes 2,5 t. (10 m3) - 14 m3) non oui CBM 12 commandées
à partir de 2012 ?
133 Mio $
Le vaisseau cargo japonais HTV vient d'être « capturé » par le bras robotique Canadarm2 manipulé depuis l'intérieur de la station spatiale.

Le cargo russe Progress[modifier | modifier le code]

Le cargo russe Progress peut transporter 3,2 tonnes de ravitaillement dont 1,8 tonne de carburant pour la station spatiale internationale. Il dispose d'une capacité de remorquage de la station significative. Le cargo s'amarre automatiquement à la station grâce au système Kurs qui utilise des impulsions radar pour calculer les corrections de sa trajectoire et s'amarrer.

L'ATV européen[modifier | modifier le code]

L'ATV est un vaisseau cargo automatique développé par l'Agence spatiale européenne pour ravitailler la station spatiale. Il est lancé par une Ariane 5 ES ATV et se présente sous la forme d'un cylindre de 4,85 mètres de diamètre sur 10 mètres de longueur. Il peut transporter jusqu'à 7,7 tonnes de fret dont 4 700 kg de carburant pour le remorquage, 860 kg de carburant pompés dans les réservoirs de la station spatiale, 4 500 kg de fret dans une soute pressurisée, 100 kg d'air ou oxygène et 800 kg d'eau. L'ATV dispose de quatre gros moteurs de propulsion qui lui permettent de rehausser à la demande l'altitude de la station durant son temps d'amarrage (6 mois). Il est conçu pour s'amarrer automatiquement au module Zvezda. Son écoutille de modèle russe ne lui permet pas de transporter le fret encombrant. Il n'a pas de capacité de transport de fret non pressurisé. Il est prévu de lancer un ATV tous les quinze mois[2].

L'HTV japonais[modifier | modifier le code]

Le vaisseau cargo japonais HTV, développé par le Japon dans le cadre de sa participation à la station spatiale, peut transporter 4,5 tonnes de fret dans sa soute pressurisée et 1,5 tonne dans un espace non pressurisé. Disposant d'une écoutille de grand diamètre qui permet une connexion directe aux ports de la partie non russe de la station spatiale, il peut, contrairement à l'ATV, transporter les pièces les plus volumineuses qui équipent l'intérieur de la station spatiale internationale (format rack). Pour opérer sa jonction avec la station spatiale le vaisseau cargo HTV, qui a été lancé par le lanceur japonais H-IIB, approche en mode automatique de la station spatiale en utilisant un GPS différentiel puis parvenu à 500 mètres un laser dont le rayon lumineux se réfléchit sur une mire installée sur la station. Arrivé à 10 mètres de la station le bras téléopéré Canadarm agrippe le vaisseau et réalise la jonction[3]. L'HTV a été lancé pour la première fois en septembre 2009. Six autres missions sont aujourd'hui planifiées.

Les vaisseaux COTS Cygnus et SpaceX Dragon[modifier | modifier le code]

Pour ravitailler la station spatiale après le retrait de la navette spatiale et s'affranchir au maximum des vaisseaux russes, la NASA a lancé le programme COTS qui confie à des acteurs privés le développement et le lancement de vaisseaux-cargos. Deux vaisseaux, de capacité pratiquement identique (2 tonnes), ont été retenus en 2002 et doivent entrer en service vers 2012 :

  • le Cygnus de la société Orbital Sciences : 8 véhicules commandés chargés de transporter 20 tonnes pour un montant de 1,9 milliard $ [4]
  • le Dragon de la société SpaceX : 12 missions commandés chargés de transporter 20 tonnes pour un montant de 1,6 milliard $[5]. Le vaisseau Dragon est le seul vaisseau qui pourra ramener du fret après le retrait de la navette.
Schéma à l'échelle des différents vaisseaux cargo et de leurs capacités.

Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Liens internes[modifier | modifier le code]