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Développement du vaisseau spatial ORION de la NASA

Cinq technologies essentielles pour qu'un vaisseau spatial puisse survivre dans l'espace lointain

23 Septembre 2019 , Rédigé par De Martino Alain

Lorsque des hommes voyageront loin de la Terre pour de longues missions, les systèmes qui les maintiendront en vie devront être extrêmement fiables tout en occupant une masse et un volume minimaux. Pour cela, Orion sera équipé de systèmes avancés de contrôle d’environnement et de maintien de la vie conçus pour répondre aux exigences de ces missions dans les espaces lointains.

Vivre et respirer

Un système de haute technologie déjà testé à bord de la station spatiale supprimera le dioxyde de carbone (CO2) et l’humidité à l’intérieur du vaisseau Orion. L'élimination du CO2 et de l'humidité est importante pour que l'air reste de bonne qualité pour l'équipage. De plus, la condensation sur le matériel à bord est contrôlée pour empêcher l’intrusion d’eau dans les équipements sensibles ou la corrosion sur la structure pressurisée primaire. Ce système économise également du volume à l'intérieur du vaisseau spatial. Sans cette technologie, Orion devrait emporter près de 1000 litres de produits chimiques, soit environ 10% de la surface habitable de l'équipage.

Orion sera également équipé d’une nouvelle toilette compacte, plus petite que celle de la station spatiale. Des missions de longue durée loin de la Terre incitent les ingénieurs à concevoir des systèmes compacts non seulement pour maximiser l'espace disponible pour le confort de l'équipage, mais également pour permettre d’accueillir le volume nécessaire des consommables tels que nourriture et eau pour l'ensemble d'une mission de plusieurs jours ou semaines.

Des systèmes extrêmement fiables revêtent donc une importance capitale lorsque l’équipage ne peut bénéficier d’envois fréquents de réapprovisionnement de la Terre. Même les plus petits systèmes doivent fonctionner de manière fiable, qu'il s'agisse des toilettes, des systèmes d'extinction d'incendie automatisés ou des équipements d'exercice physique permettant aux astronautes de rester en forme en apesanteur (atrophie musculaire et osseuse). La distance exige également qu’Orion soit équipé de combinaisons spatiales capables de maintenir les astronautes en vie pendant six jours en cas de dépressurisation de la cabine afin de permettre le voyage de retour.

Cinq technologies essentielles pour qu'un vaisseau spatial puisse survivre dans l'espace lointain

Une Propulsion appropriée

Plus un véhicule est éloigné de la Terre, plus ses systèmes de propulsion doivent être capables de maintenir son tracé avec précision et de faire en sorte que son équipage puisse rentrer.

Orion dispose d'un module de service hautement performant qui sert de centrale au vaisseau spatial, fournissant sa propulsion qui lui permettra de contourner la Lune et de revenir de ses missions d'exploration. Ce module dispose de 33 moteurs de différentes tailles. Le moteur principal fournira d'importantes capacités de manœuvre dans l'espace tout au long de la mission, y compris l'insertion orbitale lunaire et sa mise à feu suffisamment puissante pour sortir de cet orbite avant le retour sur Terre. Les 32 autres moteurs seront utilisés pour diriger et contrôler le vaisseau en orbite.

En partie en raison de ses capacités de propulsion, y compris ses réservoirs pouvant contenir plus de 7500 litres de propergol et une réserve pour le moteur principal en cas d’aléas, le module de service d'Orion est équipé pour faire face aux rigueurs du voyage pour des missions longues et lointaines et a la capacité de ramener l’équipage sain et sauf dans diverses situations d’urgence.

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La capacité de résistance à la chaleur

Plus un vaisseau spatial se déplace dans l'espace, plus il génère de chaleur à son retour sur Terre. Revenant de la Lune, Orion aura acquis une vitesse de près de 40 000 km/h.

Son écran thermique perfectionné, fabriqué à partir d'un matériau appelé AVCOAT, est conçu pour s'user à mesure qu'il s’échauffe. Le bouclier thermique d'Orion est le plus grand du genre jamais construit et permettra au vaisseau de résister à des températures d'environ 3000 °C lors de sa réentrée dans l'atmosphère terrestre.

Avant sa rentrée, Orion supportera également une plage de températures allant de -65°C à +300°C. Le système de protection thermique très performant, associé à des contrôles thermiques, protégera Orion pendant les périodes de lumière directe du soleil et d’obscurité alors que l’équipage profitera d’une température intérieure sûre et stable d’environ 25°C.

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Protection contre les radiations

Un vaisseau spatial ne bénéficiant plus de la protection du champ magnétique terrestre sera exposé à un environnement de rayonnements plus rigoureux qu’en orbite basse, avec des quantités bien plus importantes émises par les particules chargées et les tempêtes solaires susceptibles de perturber le bon fonctionnement des ordinateurs, de l’avionique et autres équipements critiques. Mais surtout, les hommes exposés à de grandes quantités de ces rayonnements peuvent éprouver des problèmes de santé graves et chroniques allant d’irradiations à court terme aux potentiels développements de cancers, à long terme.

Orion a été conçu dès le départ avec des fonctionnalités intégrées à son système capable d’assurer la fiabilité des éléments essentiels de l'engin spatial lors de potentiels événements de rayonnement. Par exemple, Orion est équipé de quatre ordinateurs, identiques et à auto-vérification, ainsi que d'un ordinateur de sauvegarde totalement différent, afin de garantir à Orion la possibilité de toujours envoyer ses commandes en cas de perturbation. Les ingénieurs ont testé les composants et les systèmes selon des normes élevées pour garantir que tous les systèmes critiques restent opérationnels, même dans des circonstances extrêmes.

Orion possède également un abri contre les tempêtes solaires inopinées, sous le pont principal du module de l'équipage : en cas d’éruption solaire importante, la NASA a élaboré des procédures pour l'équipage afin de se créer un abri temporaire en utilisant des matériaux présents à  bord. Une variété de capteurs de rayonnement sera également installée sur le vaisseau spatial pour aider les scientifiques à mieux comprendre l'environnement de rayonnement très éloigné de la Terre. Une étude baptisée AstroRad volera sur Artemis I et testera un gilet expérimental susceptible de contribuer à la protection des organes vitaux et à la réduction de l'exposition aux particules solaires.

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Communication et navigation constantes

Bien au-delà du système de positionnement GPS et au-dessus des satellites de communication en orbite terrestre, pour dialoguer avec le contrôle de mission à Houston, Orion utilisera les trois réseaux de communications spatiales de la NASA.

Orion passera donc du réseau proche de la Terre (NEN - Near Earth Network) lors de son lancement au réseau spatial (SN - Space Network) et enfin au DSN (Deep Space Network) qui fournit les communications pour certains des vaisseaux les plus lointains de la NASA.

Orion est également équipé de systèmes de communication et de navigation de secours pour aider le vaisseau spatial à rester en contact avec le sol et à s'orienter en cas de défaillance de ses systèmes principaux. Le système de navigation de secours, une technologie relativement nouvelle appelée « navigation optique », utilise une caméra pour prendre des photos de la Terre, de la Lune et des étoiles et trianguler de manière autonome la position d’Orion à partir des photos. Ce système de communication d'urgence de secours n'utilise pas le système principal ni les antennes à haut débit.

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