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Essai de vide pour les combinaisons spatiales d'Orion
Le 22 juin dernier, des ingénieurs et techniciens du Johnson Space Center de la NASA à Houston ont effectué un test de mise sous pression et sous vide des combinaisons des futurs astronautes d’Orion. Ces combinaisons sont un hybride des « Advanced Crew Escape Suit – ACES » utilisées lors de lancements et retours des navettes spatiales et des combinaisons spatiales utilisées lors des EVA sur l’ISS.
Ce test était le dernier d'une série avant que la combinaison ne soit définitivement qualifiée pour le vol. Les testeurs sont donc entrés dans une chambre à vide, où l'air a été enlevé alors que la combinaison était branchée aux systèmes de survie.
Ici, un participant au test entre dans la chambre qui simule le vide spatial.
« En raison des contraintes de masse et de volume, la NASA a voulu pouvoir utiliser les ACES à la fois pour les périodes d'ascension / retours des missions Orion mais aussi pour les EVA » a déclaré Robert Frost, instructeur et contrôleur de vol à la NASA.
Sur cette photo, deux des participants sont équipés de harnais qui ressemblent un peu aux Jolly Jumpers utilisés pour maintenir les bébés et les divertir. Cependant, dans ce cas, les harnais sont utilisés pour simuler l’apesanteur dans un engin spatial.
La chambre à vide thermique de 3,5 m du Johnson Space Center est couramment utilisée pour des tests de scaphandres spatiaux. Elle peut inclure des composants comme un tapis roulant ou des systèmes de «soulagement de poids» pour simuler la microgravité.
Une vue à travers le hublot de la chambre montre à quel point les participants travaillent dans peu d'espace. Ici, un technicien installe l'un des participants, en veillant à ce que les astronautes soient correctement accrochés avant l’évacuation de l’air.
Ce n'est qu'une des séries de tests que cette combinaison spatiale a subit. Une expérience précédente a vu le costume être testé dans des conditions de microgravité dans un avion faisant des paraboles.
Pendant ce temps, les techniciens discutent à leurs consoles. Au premier plan, vous pouvez apercevoir d’anciens commutateurs qui rappellent les jours glorieux du programme Apollo des années 60 et 70 alors que le smartphone sur le bureau est plus puissant que tous les ordinateurs de tous les vaisseaux Apollo combinés.
La technologie a beaucoup évoluée depuis. Les nouvelles combinaisons spatiales seront plus légères et moins volumineuses que celles d’Apollo et même, probablement, que celles utilisées aujourd'hui sur la station spatiale internationale.
Tests de récupération des astronautes en haute mer
Une fois l’amerrissage effectué dans l’océan pacifique, les astronautes devront sortir du vaisseau spatial et revenir sur la terre ferme. Entre le 10 et 14 juillet, une équipe de la NASA et du ministère de la Défense a testé les procédures de sortie lors de divers scénarios, dans les eaux au large de Galveston, au Texas.
Au cours de ces tests, une équipe conjointe des programmes de développement et d'exploitation des systèmes-sol et d’Orion ainsi que les garde-côtes, la marine et l'armée de l'air des États-Unis, ont évalué la façon dont l'équipage sortira de la capsule avec ou sans assistance.
«Nos tests dans le golfe du Mexique nous donnent l'occasion de pratiquer et d'évaluer nos plans et nos matériels pour savoir comment faire évacuer les astronautes de manière aussi sûre et efficace que possible» a déclaré Tom Walker, responsable du sauvetage et de la récupération pour Orion au Johnson Space Center de Houston.
De multiples méthodes pour aider l'équipage sont testées afin de permettre au personnel de récupération et aux contrôleurs de mission une souplesse pour tenir compte de la santé de l'équipage, des conditions météorologiques et de l'état du personnel de récupération ainsi que de l'équipement en temps-réel.
Orion est conçu pour soutenir un équipage sur l'océan jusqu'à 24 heures. Lorsque la capsule et son équipage reviendront de leurs missions spatiales, du personnel de la marine arrivera peu de temps après à bord de petits bateaux, aidera l'équipage à sortir par la trappe latérale de la capsule et les installera sur les zodiacs, pour les ramener ainsi que la capsule vers un bateau de la Navy en attente.
Mais les membres d'équipage doivent également être prêts à sortir de l'engin spatial par eux-mêmes si, par exemple, la capsule, déviée de son parcours, ne permet pas aux équipes de récupération d’arriver rapidement sur zone, ou que de l'eau s'infiltre dans le module d'équipage.
Lors des missions habitées, Orion sera donc équipé d’un radeau et de quelques fournitures d'urgence telles que de l'eau, des outils et des miroirs de signalisation afin de faciliter leur sauvetage.
Tous ces tests s’appuient sur le développement et l'exécution des procédures de récupération pratiqués dans le laboratoire de flottabilité neutre au Centre Spatial Johnson, un bassin de 23 500 m³ utilisé pour la formation des astronautes et qui offre un environnement calme pour des essais initiaux.
L’étage supérieur du SLS bientôt installé dans le « Space Station Processing Facility (SSPF) »
Après ses tests d’ombilicaux réalisés au HIF du Centre Opérationnel Delta d’ULA, l’ICPS (Interim Cryogenic Propulsion Stage ) est maintenant dans sa dernière phase de traitement puisqu’il s’apprête à être transféré dans le bâtiment appelé SSPF servant autrefois aux modules de la station spatiale en attente de leur transfert vers la navette spatiale pour leur envol vers l’ISS.
L’ICPS n’aura qu’une courte vie avec le SLS, la NASA ayant prévu de passer dès EM-2 au plus puissant Exploration Upper Stage (EUS) qui d’ailleurs nécessitera une réorganisation des ombilicaux du Mobil Launcher (La tour mobile qui transporte le lanceur au pas de tir comme au temps d’Apollo…).
Ce transfert, officialisant la passation de l’ICPS entre ULA et la NASA, devrait être réalisé avec 10 jours d’avance, soit aux alentours du 21 juillet. Mais l’ICPS ne sera officiellement remis à la NASA que dans quelques semaines, permettant ainsi aux équipes d’ULA de finaliser l’étage et de briffer les nouveaux ingénieurs qui en auront la charge.
Le SSPF est une structure à trois étages de 42 455 m² de bureaux, laboratoires et zones de traitement. Il est situé immédiatement à l'est du bâtiment O & C (Operations & Checkout Building) et servait à la réception, la manipulation et l'assemblage du matériel de la station spatiale mais aussi aux essais de bonne configuration des expériences à réaliser à bord d’ISS et la vérification des systèmes et de leurs interfaces. L’endroit parfait donc pour ce deuxième étage du SLS.
La destination finale sera le VAB où il sera intégré au SLS sur le Mobil Launcher qui lui fournira énergie et fluide vers et sur le pas de tir.
Mise à jour, 28 juillet :
Situé dans les bâtiments d’United Launch Alliance (ULA) à Cape Canaveral Air Force Station depuis février où il a subi tout un tas de tests et vérifications, l’ICPS a été transféré au Space Station Processing Facility SSPF du KSC.
EM-2 et au-delà...
La dernière phase majeure du développement d’Orion est prévue entre EM-1 et EM-2, première mission pilotée par un équipage. La plupart des systèmes de soutien et de contrôle-vie seront développés pour être intégrés au reste des systèmes déjà en place.
Ce que l’on nomme l’Environmental Control Life Support System (ECLSS) correspond aux sièges de vol, aux combinaisons spatiales et leurs ombilicaux et tout l’équipement de vol nécessaire à l’équipage (contrôle de l’air, extincteurs, distributeurs d’eau et de nourriture, etc.)
Nouveaux aussi sur EM-2, les écrans et commandes et, bien sûr, le système de circulation d'air, de l’élimination du dioxyde de carbone et du système d'eau qui climatise le module pour le confort de l'équipage.
Les combinaisons spatiales des premières missions proviennent de celles des lancements et retours utilisées par les équipages de la plupart des programmes de la Navette Spatiale. Mais à la différence de la navette où le renouvellement de l'air se faisait en boucle ouverte (l’oxygène est amené dans la combinaison puis rejeté dans la cabine après respiration), sur Orion, ce fonctionnement est dit en boucle fermée, c'est-à-dire que l’oxygène ne circule qu’entre la combinaison et le support-vie.
Bien que l’ECLSS ait peu de fonctionnalités sur EM-1, certains matériels voleront quand même afin de collecter des données environnementales.Il y aura aussi 2 sièges installés avec des simulateurs de charge pour récolter des données sur les radiations subies, ainsi que des caméras.
L'autre objectif principal de la mission EM-2 sera la mise en orbite trans-lunaire du premier élément du Deep Space Gateway (DSG) par le SLS, un élément de fourniture d’énergie et de propulsion (PPE - Power and Propulsion Element).
Cette mise en orbite aura un profil de vol appelé MTLI (Multi Translunar Injection) où le SLS effectue des allumages distincts afin de délivrer Orion sur une trajectoire trans-lunaire puis le PPE sur une autre :
Après avoir atteint une première orbite de parking autour de la Terre, le SLS augmentera d'abord l'apogée de l'orbite à une altitude élevée (période orbitale d'environ 24 heures), ce qui permettra une vérification prolongée d'Orion en restant proche de Terre.
Peu de temps après, Orion se séparera à une distance de sécurité du SLS et du PPE. Puis, les moteurs du SLS seront de nouveau allumés pour son injection Trans-Lunaire (TLI) avec le PPE. Après sa séparation du SLS et une fois atteint la Lune, le PPE utilisera ses propres systèmes de propulsion pour s’insérer dans une orbite dite NRHO (Near-Rectilinear Halo Orbit) ressemblant à une boucle géante en forme d'œuf s'étendant de 70 000 km de la Lune à son point le plus éloigné à environ 1 500 km au plus près, où les futures missions d'exploration viendront y assembler les autres éléments du DSG.
Pendant ce temps, Orion restera en orbite terrestre hautement elliptique jusqu'au lendemain où il produira sa propre mise à feu pour compléter son TLI, ce qui mettra le vaisseau spatial et l'équipage sur une trajectoire de retour libre.
La prochaine mission EM-3 est provisoirement prévue pour se rendre au PPE et s’y amarrer, une des fonctionnalités supplémentaires ajoutées à Orion après EM-2.
Egalement prévu avec EM-3, le SLS effectuerait une TLI avec Orion et un module d'habitation pour le DSG. En route vers la Lune, Orion se séparerait de l'étage supérieur du SLS, se retournerait pour s’amarrer au module d’habitation pour un docking avec le PPE.
Un beau ballet spatial à n’en pas douter avec, soyons en sûr, de multiples caméras embarquées !!
Planification des travaux à venir sur Orion
Le module d'équipage se trouve actuellement au « Operations and Checkout building » (O&C) du Kennedy Space Center en Floride, où ses composants sont petit à petit intégrés à la structure du véhicule.
Statut du module d'équipage
La structure pressurisée terminée il y a un an (au Michoud Assembly Facility de Nouvelle-Orléans, en Louisiane), le vaisseau a été transféré au KSC début février où ses composants (propulsion, support vie, systèmes d’atterrissage et de récupération – airbags et parachutes) sont en cours d’intégration.
Modifications sur le bouclier thermique :
L'un des changements majeurs apporté au module d'équipage entre EFT-1 et EM-1 se situe au niveau du système de fixation entre le bouclier thermique et la base du module de l'équipage.
De plus, sur EFT-1, une structure en nid d'abeille composé de centaines de milliers de d’alvéoles remplies d’un matériau ablatif appelé Avcoat créait une seule coquille monolithique qui couvrait le bas du bouclier. Ce matériau ablatif est toujours utilisé mais fabriqué en blocs.
A l’heure actuelle, tous les blocs sont fixés sur la peau composite qui recouvre la structure en titane du bouclier et le remplissage des interstices entre ces blocs est en cours. L’assemblage du bouclier thermique au module d'équipage devrait être réalisé dès cet automne.
Bien que ces blocs de matériau ablatif soient fondamentalement différents des carreaux isolants de la navette spatiale, ils sont collés par un matériau adhésif à la structure et entre eux de manière similaire.
Intégration du module de service
La mission EM-1 se verra ajouter de nouvelles fonctionnalités par rapport à la courte mission EFT-1 en orbite terrestre basse.
Le module de service européen (ESM) offrira des capacités de propulsion, d'alimentation et de contrôle thermique qui permettront un vol autonome hors et sur l'orbite lunaire. L'ESM fournira également des dispositifs relatifs à l'air et l'eau sur les futurs vols avec équipage.
Le logiciel de vol évolue également sur EM-1 pour intégrer et contrôler des fonctionnalités élargies d'orientation, de navigation et de contrôle (GNC) et de réseaux de communication nécessaires pour survoler l'orbite terrestre.
L'adaptateur de module d'équipage (CMA - Crew Module Adapter) qui relie physiquement le module d’équipage (CM – Command Module) à l’ESM permet de faire transiter tous les gaz, l’énergie, les données etc. C’est aussi dans le CMA que se trouvent les dispositifs de contrôle.
Le premier ESM - modèle de vol - est encours d’intégration à Brème en Allemagne et comme pour bien d'autres éléments du véhicule spatial EM-1 et du lanceur SLS, conçus, développés et assemblés pour la première fois, sa date de mise à disposition a été retardée, les estimations actuelles étant pour fin d’année - début d’année prochaine.
Une fois accouplé au CMA, il sera doté de ses OME (Orbital Maneuvering Engine) et le tout (l’adaptateur au SLS, l’ESM, le CMA, le module de service avec ses panneaux solaires et panneaux de protection au lancement et Orion) partira au Plum Brook Station Test Facility pour des tests environnementaux intégrés tels que sous vide et acoustiques.
Ce n’est qu’après tous ces essais que le vaisseau spatial sera retourné au KSC où les modules d'équipage et de service seront alimentés en propergol et intégrés au système d'abandon au lancement pour l'accouplement final au SLS.
