Développement du vaisseau spatial ORION de la NASA

Le jeudi 5 décembre 2024, le vaisseau Orion Artémis 2 est ramené dans la cellule "Final Assembly and System Testing" (FAST) après la fin de la deuxième série d'essais en chambre à vide à l'intérieur du Neil A. Armstrong Operations and Checkout Building de la NASA au Kennedy Space Center en Floride.

Depuis, les quatre batteries principales – qui alimentent de nombreux systèmes – ont été installées dans le module équipage. Elles sont parvenues à la NASA de leur fournisseur EaglePicher Technologies, plus tôt ce mois-ci. 
Les panneaux solaires seront également installées sur le vaisseau spatial par l'ESA (Agence Spatiale Européenne) et son entrepreneur Airbus début 2025.

Les ingénieurs ont déterminé que les gaz générés à l'intérieur du bouclier thermique, lors de la rentrée atmosphérique, n'étaient pas capables de s'évacuer et de se dissiper comme prévu. Cela a permis à la pression de s'accumuler et produire des fissures, provoquant la rupture de certaines parties carbonisées à plusieurs endroits.

Lors d'Artemis 1, les ingénieurs ont utilisé le "rebond atmosphérique" pour ramener Orion sur Terre. Le rebond atmosphérique, en enchaînant plusieurs sorties puis rentrées atmosphériques, permet d'étendre davantage la portée du vaisseau. 

En utilisant les données renvoyées par le matériau extérieur ablatif Avcoat du bouclier, l'équipe a pu reproduire l'environnement de la trajectoire d'entrée — un élément clé de la compréhension de la cause du problème — au "arc jet facilities" du Ames Research Center de la NASA en Californie. 
Ils ont observé que pendant la période entre les plongées dans l'atmosphère, les taux de chauffe ont diminué ainsi que l'énergie thermique accumulée à l'intérieur du bouclier. Cela a conduit à une accumulation de gaz qui fait partie du processus d'ablation attendu. Mais parce que l'Avcoat n'a pas eu la perméabilité attendue, la pression interne s'est accumulée et a conduit à la fissuration et à l'effusion inégale de la couche externe.

Lors des essais, des taux de chauffage élevés ont permis au matériau carbonisé perméable de se former et de s'ablater comme prévu, libérant la pression du gaz. Un chauffage moins sévère (ce qu'a subit Orion Artemis 1 pendant la rentrée réelle) a ralenti le processus de formation de matériau carbonisé, tout en créant des gaz dans la couche. La pression du gaz s'est accumulée jusqu'au point de fissurer l'Avcoat et de libérer des parties de la couche carbonisée.

Les données de vol ont montré que si l'équipage avait été à bord, il aurait été en sécurité. Les données de température des systèmes du module d'équipage étaient dans les limites et se maintenaient stables autour de 21°C. Les performances thermiques du bouclier thermique ont dépassé les attentes.

Les ingénieurs comprennent maintenant à la fois le phénomène matériel et l'environnement avec lequel les matériaux interagissent lors de l'entrée. 
En changeant le matériau ou l'environnement, ils peuvent prédire comment le vaisseau spatial réagira. Les équipes de la NASA ont convenu à l'unanimité que le vol Artemis 2 était acceptable avec son bouclier thermique actuel.

Les futurs boucliers thermiques pour le retour des missions lunaires seront produits pour atteindre l'uniformité et la perméabilité constante. Le programme de qualification est en cours d'achèvement avec la production de blocs Avcoat plus perméables.

Les astronautes de la NASA Victor Glover, Christina Koch et Reid Wiseman, ainsi que l'astronaute de l'ASC (Agence spatiale canadienne) Jeremy Hansen, se sont récemment rendus au Lockheed Martin Space Systems à Littleton, au Colorado, où ils se sont entraînés à ouvrir et fermer un modèle de trappe latérale du module d'équipage Orion afin de vérifier sa fiabilité et sa durabilité lors de leur mission Artemis 2 de 10 jours autour de la Lune.

Durant la mission, l’équipage n'aura pas à actionner l'écoutille. Seule l’équipe des systèmes-sol du Kennedy Space Center aidera l’équipage à entrer dans Orion sur la rampe de lancement, puis fermera l’écoutille avant le décollage. Après l'amerrissage dans l'océan Pacifique, les équipes de récupération ouvriront la trappe latérale et aideront l'équipage à sortir.

Les membres de l'équipe back-up Andre Douglas de la NASA et Jenni Gibbons de l'ASC ont également suivi une formation sur les opérations d'écoutille, ce qui permet de garantir que l'équipage peut entrer et sortir du vaisseau spatial en toute sécurité en cas d'urgence. La trappe latérale s'ouvre normalement à l'aide d'un système de boîte à engrenages manuelle, mais en cas d'urgence, elle est dotée de mécanismes de déverrouillage contenant de petits dispositifs pyrotechniques (explosifs) qui libèrent instantanément les goupilles de verrouillage de la trappe, permettant à celle-ci de s'ouvrir rapidement.

Lors de la prochaine mission Artemis 2, quatre astronautes voleront à l’intérieur du vaisseau spatial Orion et s’aventureront autour de la Lune, devenant ainsi les premiers à poser les yeux sur notre voisine céleste à une distance relativement proche, depuis plus de 50 ans.

Orion accueillera les astronautes de la NASA Reid Wiseman, Victor Glover et Christina Koch, ainsi que l'astronaute de l'Agence spatiale canadienne (ASC) Jeremy Hansen au cours de leur voyage de plus d'un million de kilomètres, soit près de 10 jours. Ils vivront et travailleront dans le module d’équipage d’Orion tandis que son module de service fournira les produits essentiels dont les astronautes ont besoin pour rester en vie, notamment de l’eau potable, de l’azote et de l’oxygène pour respirer.

Comme c'est la première fois que des astronautes voleront à bord d'Orion, Artemis 2 aura plusieurs objectifs afin de vérifier, pour la première fois, les nombreux systèmes de survie du vaisseau spatial en fonctionnement dans l'espace. L’équipage fournira également de précieux commentaires pour les futures missions Artemis sur la Lune.

La cabine d’Orion a un volume habitable d'un peu plus de 9 m³ cubes, offrant à l’équipage autant d’espace de vie que deux mini-vans. Une fois en orbite, ils rangeront les sièges de Koch et Hansen jusqu’au jour du retour, leur donnant ainsi plus d’espace pour se déplacer pendant le vol. Les dossiers des sièges de Wiseman et Glover, respectivement commandant et pilote, resteront ouverts mais leurs repose-pieds seront rangés. Ainsi Orion disposera de près de 60 % d’espace en plus que les 6 m³ cubes du module de commande Apollo.

Qu'y aura-t-il au menu ?
Les scientifiques du Space Food Systems Laboratory du Johnson Space Center à Houston travaillent avec

l’équipage pour présélectionner leurs repas bien avant de quitter la Terre. Même s’ils n’auront pas les options quotidiennes dont dispose un équipage de la station spatiale lors de leurs expéditions, les astronautes d’Artemis 2 disposeront d’un menu fixe basé sur leurs préférences personnelles et leurs besoins nutritionnels. Orion est équipé d'un distributeur d'eau et d'un chauffe-plats pour réhydrater et réchauffer les aliments, et l'équipage aura des heures de repas dédiées dans son emploi du temps pour "refaire le plein".

Prêt pour le vol
Chaque astronaute consacrera 30 minutes par jour à l’exercice, minimisant ainsi la perte musculaire et osseuse qui se produit sans gravité. Orion est équipé d'un volant d'inertie, un petit dispositif installé directement sous la trappe latérale utilisé pour entrer et sortir du vaisseau et qui sera également utilisé comme marchepied lorsque l'équipage entrera dans Orion le jour du lancement. Ce volant d'inertie est un simple appareil basé sur un câble pour les exercices d'aérobic comme l'aviron et les entraînements de

résistance tels les accroupissements et soulevés de terre. Cela fonctionne comme un yo-yo, donnant aux astronautes autant de charge qu'ils désirent, jusqu'à un maximum de 180 kg.

Sur la Station spatiale internationale, les astronautes disposent de plusieurs appareils d'exercice qui pèsent collectivement plus de 1800 kg et occupent environ 23 m³. Bien qu’efficace pour les membres de l’équipage de la station spatiale, l’équipement d’exercice d’Orion doit s’adapter à des contraintes de masse et de volume plus strictes. Le volant pèse environ 14 kg et est légèrement plus petit qu’une valise à main.

Rester propre
La baie hygiénique comprend des portes pour plus d'intimité, des toilettes et un espace permettant à l'équipage d'apporter ses kits d'hygiène personnels. Ceux-ci comprennent généralement des articles comme une brosse à cheveux, à dents et du dentifrice, du savon et des produits de rasage. Les astronautes ne peuvent pas se doucher dans l’espace mais utilisent du savon liquide, de l’eau et du shampoing sans rinçage pour rester propres.

Lorsque la nature appelle inévitablement, les membres de l’équipage utiliseront les toilettes, un système universel de gestion des déchets, fonctionnalité dont les équipages d’Apollo ne disposaient pas. Presque identique à la version de la station spatiale, le système collecte l'urine et les excréments séparément. L'urine sera évacuée par-dessus bord tandis que les excréments seront collectés dans une canette et stockés en toute sécurité pour être éliminés au retour.

En cas de dysfonctionnement des toilettes, l'équipage pourra utiliser des urinoirs de secours pliables, un système qui collecte l'urine dans un sac et s'interface avec le système de ventilation pour envoyer l'urine par-dessus bord. Avec deux styles différents conçus pour accueillir à la fois les femmes et les hommes, ces sacs contiennent chacun environ un litre d'urine. En cas de panne de l'UWMS (Universal Waste Management System), l'équipage utilisera toujours les toilettes pour la collecte des matières fécales, mais sans le ventilateur qui facilite la séparation des matières fécales.

Soins médicaux
En cas de besoins médicaux mineurs au cours de la mission, Orion disposera à bord d'une trousse médicale comprenant tout, des articles de premiers secours aux outils de diagnostic, à savoir, un stéthoscope et un électrocardiogramme, qui pourront être utilisés pour fournir des données aux médecins sur Terre. L’équipage aura également régulièrement des conférences médicales privées avec les chirurgiens du contrôle de mission pour discuter de leur santé et de leur bien-être.

Dormir

Avec un emploi du temps chargé, l’équipage d’Artemis 2 bénéficiera de huit heures complètes de sommeil pour s’assurer qu’il est bien reposé et qu’il peut tirer le meilleur parti de sa mission. Les quatre astronautes dormiront en même temps, attachant des sacs de couchage aux murs d’Orion pour dormir un peu.

Garder le contact
À l’intérieur d’Orion, les astronautes utiliseront un microphone et un haut-parleur portatifs ou porteront un casque pour communiquer avec les contrôleurs de mission, effectuer des contrôles médicaux avec les médecins de vol et contacter leurs familles. L’équipage disposera également de tablettes et d’ordinateurs portables qu’il pourra utiliser pour revoir les procédures et charger des divertissements avant le lancement.

Artemis 2 confirmera que tous les systèmes d’Orion fonctionnent comme prévu avec l’équipage à bord dans l’environnement réel de l’espace lointain. La mission ouvrira la voie à de futures missions à la surface lunaire, notamment par la première femme et première personne de couleur, établissant des capacités scientifiques et d'exploration lunaires à long terme, et inspirera la prochaine génération d'explorateurs – la génération Artemis.

Les radiations spatiales posent des risques pour la santé. Elles peuvent entraîner le cancer et plusieurs maladies dégénératives des organes, de sorte que des mesures de protection appropriées doivent être trouvées pour garantir la protection des astronautes lors des missions spatiales de plus en plus longues à l'avenir. Pour cela, les chercheurs ont besoin de données détaillées sur l'exposition aux rayonnements pendant ces vols, au-delà du champ magnétique terrestre.

Fin 2022, les mannequins Helga et Zohar ont été lancés à bord d’Orion dans le cadre du projet MARE (Matroshka AstroRad Radiation Experiment ) dirigé par le German Aerospace Center de la DLR, grâce à de nombreux capteurs de rayonnement. Dans le cadre de la mission Artemis 1 ils se sont envolés vers la Lune et sont revenus lors d’un voyage de plus de 25 jours. Pour la première fois, des données de mesure continues sur les niveaux de rayonnement entre la Terre et son satellite naturel ont été obtenues. L'équipe de recherche de la DLR, de l'Agence Spatiale Européenne (ESA) et de la NASA vient de publier leurs premiers résultats dans la revue scientifique Nature.

Thomas Berger, physicien des radiations à l’Institut de médecine aérospatiale de Cologne et enquêteur principal de l'expérience MARE, explique: « Nous avions deux objectifs principaux pour la mission Artemis 1. Pour la première fois, nous voulions collecter un ensemble de données complet et cohérent sur les conditions de rayonnement pendant un vol lunaire, et nous analysons toujours ces données. Et, avec la NASA et l'ESA, nous avons voulu caractériser les variations de l'exposition au rayonnement à l'intérieur du vaisseau spatial Orion, pour lequel les résultats sont maintenant disponibles. Pour ce faire, nous avons placé de nombreux détecteurs de rayonnement, appelés dosimètres, à différentes positions fixes dans le vaisseau spatial et à l'intérieur de nos deux mannequins, Helga et Zohar ».

Différences significatives dans l'exposition aux radiations au sein du vaisseau spatial
Les résultats des mesures, publiés dans la revue scientifique Nature, montrent que pendant le vol à travers la ceinture de Van Allen, l'exposition au rayonnement à l'intérieur de l'engin spatial différait de manière très significative selon l'emplacement du détecteur. Les débits de dose entre les zones les plus et les moins protégées de la capsule spatiale diffèrent d'un facteur quatre. Ces énormes différences valident le concept de conception et de blindage de la capsule. Dans la zone plus fortement protégée (Storm Shelter), la dose totale de rayonnement provenant de grands événements de particules solaires peut être limitée à un maximum de 150 millisieverts. À cette dose, aucun signe de maladie radiologique aiguë n'est attendu.

Adaptabilité de la capsule Orion pour le vol spatial humain
Les données montrent également que l'orientation de l'engin spatial pendant le vol à travers la ceinture de protons a eu un effet significatif sur les niveaux de rayonnement à l'intérieur de la capsule. À la fin du vol à travers cette ceinture, Orion a effectué un virage à 90 degrés, ce qui a conduit à une réduction inattendue de la dose de rayonnement de 50 %. « Cela nous montre que cette manœuvre de vol peut réduire considérablement l'exposition aux radiations de l'équipage. C'est également un bon signe et cela confirme l'adéquation de base d'Orion pour les futurs vols spatiaux habités. Nos données de mesure fournissent également une base de connaissances solide pour la conception des futures mission », souligne Berger.
Enfin, l'étude montre une amélioration des simulations informatiques modernes des environnements de rayonnement, car les données de mesure expérimentales correspondent largement aux calculs du modèle prédit. C'est également un facteur important pour le développement efficace, rapide et rentable du concept Orion.

Dans l'ensemble, l'équipe scientifique a conclu que l'exposition aux rayonnements pour les futures missions Artemis, avec des durées comprises entre quelques jours et quelques semaines, ne dépasserait probablement pas les limites actuelles données par la NASA pour les astronautes, en supposant que des conditions de mission similaires soient maintenues. Cependant, le risque de rayonnement demeure l'un des principaux défis des vols spatiaux habités.

Avec la NASA et l'ESA, mesurer le rayonnement pour protéger efficacement les futurs équipages d'Orion
Le 16 novembre 2022, la mission Artemis 1 a été lancée depuis le KSC en Floride. Au cours de cette mission non encore habitée, tous les systèmes nouvellement développés ont été testés ensemble – le vaisseau spatial Orion, le Module de service européen (ESM), le Space Launch System (SLS) et les systèmes au sol.
La NASA a équipé Orion de son système de mesure et d'alerte de rayonnement HERA (Hybrid Electronic Radiation Assessor) qui se compose de trois capteurs de rayonnement installés dans des zones d'Orion protégées du rayonnement à des degrés divers. Il est conçu pour déclencher une alarme si l'équipage a besoin de chercher un abri en raison d'un événement de rayonnement à haute énergie, comme une éruption solaire. Dans ce cas, les astronautes se déplaceraient vers une partie plus blindée du vaisseau, ouvrant les trappes du sol, puis installant un matériau de blindage sur leur tête comme protection supplémentaire.
L'ESA a fourni cinq dosimètres mobiles, les EAD-MU (ESA Active Dosimeter – Mobile Units), placés à divers endroits dans la capsule spatiale pour mesurer le rayonnement. Un système prédécesseur de ces unités mobiles a été utilisé sur la Station spatiale internationale de 2016 à 2017. L'orbite autour de la Lune pendant la mission Artemis 1 a permis la cartographie la plus complète possible de l'environnement radiatif dans l'espace lointain. Les nouvelles valeurs sont maintenant comparées aux mesures de l'ISS pour évaluer la sécurité des missions Artemis avec équipage. Une version raffinée du système EAD-MU sera utilisée à bord de la station Gateway prévue en orbite lunaire.

« Les détecteurs mesurent différents types de rayonnement, ce qui nous permet d'utiliser les valeurs pour tirer des conclusions sur leurs effets biologiques », explique Berger. Les deux mannequins de mesure du projet MARE ont été spécialement conçus pour imiter l'anatomie féminine afin d'étudier les effets particuliers des radiations sur les femmes dans les missions spatiales de longue durée.

Les résultats publiés dans Nature sont les premiers d'une série. Des chercheurs du DLR, de la NASA et de l'ESA continuent d'analyser les vastes mesures de données de rayonnement du vol d'Orion. Thomas Berger et l'équipe du projet DLR MARE travaillent actuellement à comparer l'exposition aux rayonnements d'Helga, le mannequin de mesure qui a volé sans protection, et de Zohar, qui portait le gilet de protection contre les rayonnements tout en volant autour de la Lune.

La NASA aimerait commencer à empiler le SLS pour la mission Artemis 2 quelque part le mois prochain, mais le responsable de l'exploration de la NASA affirme que le jalon pourrait être retardé alors que les ingénieurs continuent d'étudier l'état de préparation du bouclier thermique du vaisseau spatial Orion.

Le bouclier thermique, déjà installé à la base d’Orion, subira le plus gros du réchauffement lorsque la capsule entrera dans l'atmosphère terrestre à la fin de sa mission de 10 jours. Sur le vol d'essai Artemis 1, fin 2022, la NASA a envoyé un vaisseau spatial Orion vers la Lune et de retour sans équipage à bord. Le seul problème important sur ce vol d'essai est la constatation que des morceaux carbonisés du bouclier thermique se sont détachés de la capsule de manière inattendue lors de la rentrée, les températures atteignant près de 2800° C.
Le vaisseau spatial a amerri en toute sécurité, et si des astronautes avaient été à bord, ils auraient été sains et saufs. Cependant, les inspections du vaisseau spatial récupéré ont montré que des divots de matériau de bouclier thermique manquaient. Ce matériau, appelé Avcoat, est conçu pour s'éroder de manière contrôlée lors de la rentrée. Au lieu de cela, des fragments se sont détachés du bouclier thermique, laissant des cavités telles des nids-de-poule.

Beaucoup de travail à faire
La NASA a lancé des enquêtes internes et indépendantes pour examiner ce problème. Catherine Koerner, administratrice associée de la NASA pour le développement des systèmes d'exploration, a déclaré que l'enquête restait ouverte.
"Nous n'avons pas encore pris de décisions formelles sur la voie à suivre parce que nous faisons encore des analyses". "Il y a beaucoup de complications associées au bouclier thermique, non seulement pour identifier une cause fondamentale, mais aussi pour trouver une solution une fois la cause identifiée."
C’est un problème thermodynamique et aérodynamique complexe, avec des ingénieurs qui étudient les effets combinés du chauffage et de la résistance à l'air alors que le vaisseau spatial Orion plonge plus profondément dans l'atmosphère. Victor Glover, pilote de la mission Artemis 2, a déclaré que les essais au sol et les analyses ne peuvent aller plus en avant, et que certaines dynamiques peuvent ne pas être entièrement comprises sans plus de données de vol.

L'enquête sur le bouclier thermique Orion prend plus de temps que les responsables de la NASA ne le pensait. Koerner a déclaré qu'elle n’est pas en mesure d’estimer combien de temps il faudra pour que la NASA prenne une décision, ce qui, le cas échéant, modifierait la mission Artemis 2, afin de réduire le risque pour les astronautes.
Les solutions potentielles au problème du bouclier thermique incluent la modification de la trajectoire du vaisseau spatial lors de la rentrée ou des modifications sur bouclier thermique lui-même. Cette dernière option nécessiterait le démontage partiel du vaisseau spatial, ce qui retarderait probablement la date de lancement de septembre 2025 à 2027 au plus tôt. Une autre alternative pourrait être de ne rien faire et de piloter la mission Artemis 2 telle quelle.

Durée limitée
Une décision que la NASA devra bientôt prendre est de commencer à installer chacun des deux propulseurs solides à cinq segments du SLS à l'intérieur du VAB. Les travaux devraient débuter le mois prochain, avec le placement des segments inférieurs de chaque booster sur la plate-forme de lancement mobile ML.
Mais il y a une limite de temps sur la durée pendant laquelle les boosters peuvent être empilés verticalement sur leur plate-forme. Les joints reliant chaque pièce des boosters latéraux de la fusée SLS ont été certifiés à l'origine pour un an, mais la NASA a presque doublé le délai pour le lancement d'Artemis 1 et pourrait le faire à nouveau pour Artemis 2.
Néanmoins, Koerner a déclaré que la NASA souhaitait avoir une meilleure idée de la direction dans laquelle elle se dirigerait sur le problème du bouclier thermique Orion avant de donner le feu vert pour assembler la fusée.

À l'heure actuelle, les travaux sur le vaisseau spatial Orion déterminent le calendrier du lancement d'Artemis 2, pas seulement sur le bouclier thermique, mais aussi sur des préparations pratiques et des tests à l'intérieur du Neil Armstrong Operations and Checkout Building. Le vaisseau Orion et son module de service sont liés ensemble et ont récemment terminé des tests dans une chambre à vide pour simuler les conditions de vide dans l'espace.

Les équipes au sol échangent des batteries et des contrôleurs de moteur numériques sur le vaisseau spatial pour résoudre deux autres problèmes techniques avec le véhicule. Une fois ce travail terminé, la NASA transférera le vaisseau dans une installation séparée au KSC pour alimenter et intégrer le système d'abandon de lancement. Ensuite, peut-être au printemps ou à l'été 2025, Orion sera prêt à être installé sur la fusée SLS.
Tout cela, bien sûr, dépend de la décision que la NASA prendra pour être assez sûre de voler sans aucun changement matériel au bouclier thermique...

L’ESM 3 qui alimentera le vaisseau spatial Orion lors de la mission Artemis 3 sur la Lune sera bientôt en route pour les États-Unis. A cette occasion, l'ESA fournit son troisième module de service européen à la NASA dans le cadre de ses contributions clés à l’«humanity’s return to the Moon».

Le module de service a quitté les salles d'intégration d'Airbus Space à Brême, en Allemagne, et va maintenant naviguer vers le Kennedy Space Center de la NASA aux États-Unis.

Construit en Italie, assemblé en Allemagne, et avec des contributions de toute l'Europe, le voyage à travers l'océan Atlantique prendra 12 jours à bord du Canopée, le même navire qui a transporté Ariane 6 vers le Centre spatial guyanais avant son vol inaugural.

L’ESM propulse le véhicule habité Orion dans l'espace pendant les missions Artemis et fournit aux astronautes des ressources essentielles telles que l'électricité, l'eau, le contrôle de la température ainsi que l'air.

L'ESA a déjà fourni deux modules de service européens pour la NASA : le premier a été utilisé lors de la mission réussie Artemis 1 (inhabitée), et le second est actuellement au Kennedy Space Center pour des tests dans la perspective de la mission Artemis 2 prévue l'année prochaine.

Maintenant, le troisième European Service Module est sur le point de rejoindre le deuxième, en avance sur sa propre mission. Il a commencé son voyage dans les halls de fabrication de Thales Alenia Space à Turin, en Italie, où les ingénieurs ont construit sa structure en forme de châssis.

Ce squelette supporte tous les composants du module, y compris 11 km de câblage, 33 moteurs, quatre réservoirs avec 2000 litres de propergol chacun, des réservoirs avec suffisamment d'eau et d'air pour l'équipage pendant leur mission et quatre panneaux solaires de sept mètres fournissant suffisamment d'électricité pour deux ménages. Dès octobre 2020, le module et ses composants sont arrivés chez Airbus Space à Brême, en Allemagne, pour être y assemblés.

Les pièces sont venues de plus de 20 entreprises dans plus de 10 pays européens, un témoignage de l'effort de coopération derrière ce projet. Plus tôt cette année, les équipes ont installé le troisième moteur principal, cumulant déjà neuf missions à son actif en alimentant les orbiteurs des navettes spatiales Challenger, Columbia et Endeavour.

Prochaines étapes :
Une fois que le Module de Service Européen arrivera au Centre Spatial Kennedy, les ingénieurs le connecteront à l'adaptateur de Module d'Équipage et plus tard au Module d'Équipage lui-même, avec beaucoup de tests avant, entre et après afin de préparer le vaisseau spatial pour la mission Artemis III.

Vendredi 28 juin 2024.

Une grue de 30 tonnes soulève le vaisseau spatial Orion et le déplace de la cellule FAST (Final Assembly and System Testing) à la chambre d'altitude, à l'intérieur du Neil A. Armstrong Operations and Checkout building (O&C) au KSC en Floride.

Après avoir subi des tests électromagnétiques sur l'ensemble du véhicule en avril dernier dans le bâtiment O&C , suivis des contrôles de fuite et une vérification des performances de bout en bout des sous-systèmes du véhicule dans la cellule FAST, il est temps de passer aux tests de qualification de chambre à vide. Ceux-ci soumettront l'engin spatial à un environnement proche du vide absolu en éliminant l'air, créant ainsi un lieu où la pression est extrêmement basse, semblable à ce que le vaisseau spatial connaîtra lors de futures missions lunaires.

Les essais vont s’étaler sur environ une semaine, les techniciens recueillant des données de la chambre, de la cabine et du système de contrôle environnemental et de survie du vaisseau spatial afin de tester la fonctionnalité des combinaisons spatiales. Les données enregistrées au cours de ces tests seront utilisées pour qualifier le vaisseau qui devra envoyer en toute sécurité les astronautes d’Artémis 2 à travers l'environnement hostile de l'espace.

Le vendredi 26 Avril, les ingénieurs ont terminé une série de tests électromagnétiques sur le vaisseau spatial Orion et son module de service ESM intégré, de la mission Artemis 2, à l'intérieur du Neil A. Armstrong Operations and Checkout (O&C) Building du Kennedy Space Center en Floride

Pendant les tests, les ingénieurs ont soumis le vaisseau spatial à un champ électromagnétique à l'aide de guides d'ondes, d'amplificateurs et d’antennes à micro-ondes à l'intérieur d'un chambre d'altitude.

Cette chambre, qui peut simuler une altitude allant jusqu’à 80 km, a été améliorée pour recevoir le vaisseau spatial, car les tests de vide antérieurs d’Orion Artemis 1 ont eu lieu au Glenn Research Center dans l'Ohio. Ces modifications ont porté également sur l’installation d’une grue de 30 tonnes dans l'O&C pour soulever et abaisser Orion et son module de service dans la chambre, soulever et abaisser le couvercle de cette même chambre ainsi que de déplacer le vaisseau spatial à travers la baie.

Le test permet de vérifier que tous les systèmes électroniques d'Orion peuvent fonctionner en synchronisation et en protection contre tout dysfonctionnement potentiel causé par des perturbations électromagnétiques dans l'environnement rigoureux et complexe de l'espace. Les ingénieurs analyseront les données collectées lors de ces tests pour s'assurer qu'aucun système d'Orion n'est perturbé par l'énergie électromagnétique et le vaisseau spatial prêt à faire voler l'équipage en toute sécurité autour de la Lune. 

Une fois les tests terminés, l'équipe a rendu le vaisseau spatial au « Final Assembly and System Testing », ou cellule FAST, toujours à l'intérieur du bâtiment O&C, pour des travaux supplémentaires en préparation de nouveaux tests de performance à l'intérieur de la chambre à vide, plus tard cet été.

Pour la première fois, les astronautes testeront le vaisseau spatial Orion lors du vol Artemis 2 l'année prochaine. Alors que de nombreuses manœuvres du vaisseau spatial, comme les grands allumages propulsifs, sont automatisées, un test clé appelé « démonstration des opérations de proximité » évaluera les qualités du maniement d'Orion.

Pendant ce test d'environ 70 minutes prévu pour démarrer environ trois heures après le début de la mission, l'équipage commandera Orion à travers une série de mouvements en utilisant le deuxième étage du SLS (Space Launch System) comme repère. Ce deuxième étage, appelé ICPS (Interim Cryogenic Propulsion Stage), est doté d’une cible d'environ 60 cm qui sera utilisée pour évaluer la façon dont Orion se comporte avec des astronautes aux commandes.

« Il existe toujours des différences entre une simulation au sol et ce à quoi un vaisseau spatial réel ressemble dans l'espace », a déclaré Brian Anderson, responsable des rendez-vous, des opérations de proximité et de l'amarrage d'Orion au sein du programme Orion au Centre spatial Johnson de la NASA à Houston. « La démonstration devra nous aider à réduire les risques pour les futures missions impliquant des rendez-vous et des amarrages avec d'autres vaisseaux spatiaux. »

Principe de la démonstration des opérations de proximité :

Une fois les astronautes de la NASA, Reid Wiseman, Victor Glover et Christina Koch, ainsi que l'astronaute de l'Agence spatiale canadienne (ASC) Jeremy Hansen, seront en sécurité dans l'espace, le deuxième étage de la fusée lunaire se déclenchera deux fois afin de placer Orion sur une trajectoire d'orbite terrestre haute. Ensuite, le vaisseau spatial se séparera automatiquement du deuxième étage, grâce à plusieurs boulons explosifs avant que des ressorts ne repoussent Orion à une distance de sécurité.

Alors que le vaisseau spatial et son équipage s'éloigneront, Orion effectuera un demi-tour automatisé pour faire face au deuxième étage. À environ 90 m de distance, Orion arrêtera son mouvement relatif. C’est à cet instant que l'équipage prendra le contrôle et utilisera les commandes manuelles de translation et de rotation ainsi que le système d'affichage pour effectuer de très petits mouvements afin de s'assurer qu'Orion réagit comme prévu.

Ensuite, l'équipage pilotera très lentement Orion jusqu’à environ 9 m du deuxième étage. Une cible de 60 cm, similaire à celles utilisées lors des amarrages par les vaisseaux spatiaux visitant l’ISS, et montée à l'intérieur du sommet du deuxième étage, guidera leur visée.

"L'équipage observera la cible en utilisant une caméra montée à l'intérieur de la fenêtre de l'écoutille d'amarrage sur le dessus du module de l'équipage afin de vérifier l’alignement avec la cible montée sur l'ICPS", a déclaré Anderson. "C'est un bon substitut pour ce que les équipages verront lorsqu'ils s'amarreront au Starship lors d'Artemis 3 et au Gateway lors de futures missions."

À environ 9 mètres du deuxième étage, Orion fera une pause et l'équipage vérifiera les qualités de maniement fines du vaisseau spatial pour évaluer comment il se comporte à proximité d'un autre vaisseau. De petites manœuvres effectuées très près de l'ICPS seront effectuées à l'aide des propulseurs de contrôle de réaction du module de service européen d'Orion.

Ensuite, Orion reculera et permettra au deuxième étage de se retourner. L'équipage suivra l’ICPS, initiera une deuxième série de manœuvres manuelles en utilisant une autre cible montée sur le côté du deuxième étage, s'approchera de nouveau à environ 9 mètres, effectuera un autre contrôle des qualités de maniement fines, puis reculera.

À la fin de la démonstration, Orion effectuera une mise à feu automatisée pour s'éloigner de l'ICPS avant que celui-ci ne se déclenche pour rentrée dans l'atmosphère terrestre au-dessus d'un endroit isolé dans l'océan Pacifique. Pendant la mise à feu de départ d'Orion, les ingénieurs utiliseront la caméra d'amarrage du vaisseau spatial pour recueillir des mesures précises de positionnement, ce qui donnera des informations sur la navigation lors des activités de rendez-vous pour de futures missions dans l'environnement lunaire, où il n'y a pas de système GPS.

Comme l'Orion d'Artemis 2 ne s'amarrera pas à un autre vaisseau spatial, il n'est pas équipé d'un module d'amarrage contenant des lumières et dépend donc de l'ICPS pour être suffisamment éclairé par le Soleil pour permettre à l'équipage de voir les cibles.

"Comme pour de nombreux tests, il est possible que les opérations de proximité ne se déroule pas exactement comme prévu", a déclaré Anderson. "Même si nous n'accomplissons pas chaque partie de la démonstration, nous continuerons le vol d'essai tel que prévu pour accomplir nos objectifs principaux, notamment l'évaluation des systèmes d'Orion avec l'équipage à bord dans l'environnement spatial profond et la sécurité des astronautes pendant la mission."

Le vol Artemis 2 d'environ 10 jours testera les capacités fondamentales d'exploration spatiale humaine de la NASA, le lanceur SLS et le vaisseau spatial Orion, pour la première fois avec des astronautes, et ouvrira la voie à des missions sur la surface lunaire, y compris l'atterrissage de la première femme, de la première personne de couleur et du premier astronaute partenaire international sur la Lune.