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Des toilettes dans les combinaisons spatiales
Les ingénieurs de la NASA travaillent actuellement sur un nouveau scaphandre qui inclut un système d'élimination des déchets à long terme - c'est à dire, une toilette intégrée. Une tellle combinaison n'a plus existé depuis l'époque d'Apollo, et ce nouveau système d'élimination des déchets aura probablement beaucoup en commun avec ceux utilisés dans les années 1970.
Ces nouveaux scaphandres, appelés OCSSS (Orion Crew Survival Systems Suits), seront portés par les astronautes à bord d'Orion. Ce véhicule n'étant pas assez grand pour supporter un voyage de neuf mois vers Mars, il pourra par contre transporter des hommes autour de la lune.
Comme la navette spatiale avant lui, Orion sera équipé de toilettes, mais la NASA prépare l'éventualité d'un plan d'urgence, comme une dépressurisation de la cabine et que les astronautes soit obligés de rester dans leurs combinaisons. En fait, l'agence veut que les astronautes puissent survivre jusqu'à six jours dans leur scaphandre, ce qui signifie que les hommes ou les femmes doivent être capables de manger, uriner et déféquer sans les retirer.
"C'est vraiment long", a confié Kirstyn Johnson, ingénieure à la NASA qui dirige la conception des systèmes internes des combinaisons spatiales lors du lancement et de l'atterrissage d'Orion. "C'est un petit espace et vivre en combinaison avec tous vos déchets pendant tout ce temps pourrait rapidement rendre irritable."
Il existe deux principaux types de combinaisons portées par les astronautes aujourd'hui: les combinaisons de vol pour le lancement et la rentrée et les combinaisons spatiales blanches (EMU) utilisées pour les activités extra-véhiculaires. Ces deux tenues sont équipées de ce qu'on appelle des vêtements à absorption maximale (MAG - Maximum Absorbency Garments ) qui sont en fait, des couches - parce que les astronautes n'ont aucune raison de rester dans leurs scaphandres plus de 10 heures (souvent beaucoup moins). Une fois terminé leur EVA, les astronautes utilisent les toilettes du bord. "Le grand avantage des couches est qu'elles sont simples à mettre et à enlever", a déclaré Johnson.
Lors des missions Apollo, pour la collecte d'urine, les membres d'équipage, tous masculins, portaient des cathéters qui se fixaient sur le pénis comme un préservatif, muni d'un tube pour recueillir le liquide, qui était aspiré dans un sac attaché à l'extérieur de la combinaison. Les astronautes avaient également un système externe de collecte d'urine qui était essentiellement le même que celui intégré dans la combinaison. Les astronautes d'Apollo déféquaient dans des sacs de collecte fécaux qui faisaient partie de leur combinaison de vol. Ce système était tellement sujet à échec que les membres de l'équipage ont été spécifiquement placés sous un régime riche en protéines afin de réduire la quantité de déchets qu'ils produisaient. Les astronautes étaient également responsables du cachetage et de l'élimination des sacs remplis. La plus longue mission d'Apollo fut de 12 jours...
Malgré le "Space poop challenge" lancé en 2016, tous les nouveaux modèles proposés nécessitaient des developpements supplémentaires trop long pour le programme Orion. "Donc, pour l'instant, nous revenons à ce que les astronautes utilisaient durant Apollo", a déclaré Johnson.
Les combinaisons incluront donc un sac fécal très semblable à ceux utilisés dans celles d'Apollo et les hommes utiliseront des cathéters à préservatif, qui restent l'approche la plus simple et la plus directe.
Mais un problème que les missions Apollo et les suivantes n'ont jamais résolu est la façon de fabriquer un système de collecte d'urine pour les femmes en scaphandre. Au moment où la NASA a accueilli sa première classe de femmes astronautes en 1978, le programme de la navette spatiale n'était plus qu'à quelques années de son premier lancement. Alors les femmes astronautes ont utilisé le système de couches et les toilettes à bord. (En 1981, les ingénieurs de la NASA ont déposé un brevet pour un dispositif de collecte d'urine pour femmes comprenant un insert vaginal pour empêcher l'urine de sortir, mais il n'a jamais été utilisé dans des combinaisons spatiales opérationnelles.)
Ensemble de collecte et de transfert d'urine de l'ère Apollo porté sur le vêtement de refroidissement.
Système de transfert d'urine ère Apollo (UTS)
En microgravité, les liquides ne coulent pas comme ils le font sur Terre : ils ont tendance à se coller ensemble et aux surfaces. Ainsi, par exemple, si quelqu'un pleure dans l'espace, les larmes formeront des bulles qui «colleront» aux yeux ou aux cils de la personne, plutôt que de s'envoler. Les toilettes de la station spatiale utilisent un système d'aspiration pour éloigner les fluides du corps. Chaque astronaute possède sa fixation personnelle.
Pour les femmes, c'est un peu plus compliqué à cause de la géométrie du corps et des poils pubiens. Ils posent un défi parce que le liquide a tendance à s'y glisser en microgravité. La préoccupation principale est la persistance du liquide dans cette zone qui provoque une dégradation de la peau. De plus, le système doit également être sécurisé en place (le cathéter à préservatif comporte son propre mécanisme de fixation) et les poils pubiens rendent également difficile l'utilisation d'un mécanisme de fixation collant. Il faut aussi tenir compte des périodes pendant lesquelles une femme a ses règles.
Bien qu'il soit possible que certains de ces problèmes puissent être évités comme se raser les poils pubiens et prendre des pilules anticonceptionnelles qui permettent de réduire la fréquence des règles, cela dépasse ce que la NASA peut raisonnablement demander à ses astronautes.
Il faut donc concevoir un système qui englobe la plupart de leurs poils, tout en les protégeant des contagions telles que les infections des voies urinaires sans que les matières fécales ne les gênent.
Le système d'élimination des urines chez les femmes n'est pas encore complètement développé, et certains aspects de ce système sont brevetés, si bien qu'on ne peut divulguer tous les détails. Mais la conception générale est similaire au système de tubes utilisé par les femmes pilotes de chasse pour se soulager pendant les longs vols, ou les membres de l'armée qui peuvent ne pas être en mesure d'arrêter une tâche pour se soulager. Le dispositif doit essentiellement avoir la taille d'une serviette hygiénique, pour englober toute une zone.
"Il est surprenant", a ajouté Johnson, "de découvrir le nombre de technologies qui existent sur Terre pour aider les gens à se soulager sans avoir à aller aux toilettes. Il existe beaucoup d'appareils d'urination portables que l'on peut transporter afin de ne pas avoir à s'accroupir ou s'asseoir sur une toilette sale." "Ce fut presque une révélation pour moi en tant que femme de voir tous ces produits. C'est un peu tabou de parler de ça, mais c'est intéressant, parce que ces trouvailles inspirent nos travaux sur les combinaisons spatiales."
Le Mobile Launcher penche…
L'énorme Lanceur Mobile (ML - Mobile Launcher) qui sera utilisé pour lancer le SLS penche. Cependant, la NASA insiste sur le fait qu'il est structurellement solide et ne nécessite pas de modifications pour contrer ce qui est décrit comme «une certaine déviation».
Sa construction a débuté pour la fusée Ares I il y a presque dix ans, avec l’arrivée de chevalets et de poutres au Kennedy Space Center par barge en février 2009. Conçu pour être plus léger que les plates-formes de lancement mobiles (MLP) des navettes spatiales, sa base est la plate-forme d'une tour fixe qui héberge une série de connexions ombilicales et d'accès pour les ingénieurs et les astronautes.
Comme pour tous les grands projets, des modifications de conception ont été ajoutées durant la phase de construction initiale, y compris l’Emergency Egress System (EES), un système de « montagnes russes » qui peut conduire les astronautes et /ou les équipes du pad - loin en cas d'un incident majeur avec le lanceur. Les ingénieurs de Disney ont d’ailleurs été cités comme membres de l’équipe de conception.
Lorsque le programme Constellation a été annulé par le président Obama, le lanceur mobile a été remisé près du VAB sans rôle futur.
Lorsque le programme SLS est né, le ML s’est vu attribué un sursis. Cependant, des changements de conception à grande échelle ont été nécessaires en raison de son rôle précédent qui était dédié à la conception du «bâton» unique d’Ares I.
Le SLS nécessitait donc une toute nouvelle plate-forme de lancement pour ses quatre moteurs RS -25 et ses deux boosters latéraux. Cela nécessitait également de nombreux changements et ajouts au réseau de connexions ombilicales de la tour.
A ce jour, le bras ombilical de l’étage inter-tank (1), celui de la jupe avant (2), et du module de service (3) ainsi que le portique de stabilisation du véhicule (4) sont maintenant tous installés sur la tour.
Cependant, un retard important dans la chronologie de l'installation du bras d’accès pour l’équipage (5) est survenu suite à des notes préoccupantes sur le ML.
Cette note évoque une légère inclinaison de la tour du côté du lanceur, s’il était installé. Et cela s’est empiré lors de l’installation du portique de stabilisation du véhicule (4) où les ingénieurs se sont aperçus que la tour non seulement penchait mais aussi se mettait en torsion. Ce fut la raison pour laquelle les installations de bras - celui de l’ICPS (6), du bras d’accès pour l’équipage (5) et les 2 stabilisateurs - sur la tour ont été mises en attente, jusqu'à ce que l'on comprenne ce problème de torsion.
Sur ces faits, la NASA a expliqué que « le fait de pencher / se plier n'était pas la cause du retard dans l'installation du bras d'accès de l'équipage. Le ML est structurellement solide, construit selon les spécifications, et ne nécessite pas de changement de conception ou de modifications. » « Comme prévu, le lanceur mobile n'est pas parfaitement immobile » a ajouté un porte-parole de la NASA…
Tout au long du processus de modification, l'entrepreneur a régulièrement pris des mesures au laser de la tour afin de s'assurer qu'elle respecte les tolérances du système où la fusée et le vaisseau spatial seront en interface avec le lanceur mobile.
La NASA a ajouté que cette inclinaison est comprise et correspond jusqu'à présent aux prédictions. Ils continueront à la surveiller au fur et à mesure que d'autres ombilicaux seront ajoutés en réalisant des mesures au laser.
Mais si le mouvement nécessite des modifications supplémentaires à l'avenir, un plan a déjà été discuté. Selon les ingénieurs du ML, une « solution » possible serait d'enlever tout le réseau de fibre de verre léger sur la tour et de le remplacer par une grille en acier soudée sur place. Le réseau de fibre de verre fait partie de la conception originale du programme Constellation qui était destiné à économiser du poids sur le ML d’Ares I.
Cependant, cela ajouteraient du poids au ML, qui est déjà en surpoids par rapport à sa masse «désirée». 340 tonnes en plus mettraient le ML au-delà de 450 tonnes de son objectif de poids désiré. Cela conviendrait pour le lancement du SLS Bloc1 de 2020. Pour le SLS Bloc 1b, les modifications encore nécessaires verraient l’objectif de poids dépassé de plus 1100 tonnes !
Fait intéressant, cela joue dans l'intérêt de la NASA pour la construction d’un nouveau ML spécialement pour le SLS Block 1B.
En effet, en fin d'année dernière, les dirigeants de la NASA ont exprimé leur désir d'avoir deux ML, évitant un retard de plusieurs années entre EM-1 et EM-2 en raison de la grande quantité de modifications nécessaires pour remanier le ML pour le SLS Block 1B et avec la possibilité de continuer à l’utiliser pour des missions du SLS version bloc 1 en dehors du ML actuel.
Alors que le deuxième ML coûterait environ 300 millions de dollars, il pourrait être considéré comme «économiquement viable», basé sur le montant qu'il en coûterait pour réorganiser le ML SLS du Bloc 1 au Bloc 2, tout en augmentant potentiellement les options de mission du SLS et la cadence des lancements.
Une décision est attendue cette année.
Tests thermiques d’Orion EM-1 et de ses systèmes passés avec succès
Lors de son voyage, Orion subira des températures chaudes et froides extrêmes allant jusqu’à 2800° pendant son retour dans l’atmosphère terrestre.
Au « Neil Armstrong Operations and Checkout Building » le vaisseau a donc subi un cycle de tests thermiques à l'intérieur d'une chambre spécialement construite dans la grande baie. Durant cinq jours consécutifs et supervisé par des ingénieurs de la NASA et de Lockheed Martin, le module est rapidement passé d’un cycle de températures chaudes et froides afin de le soumettre à une contrainte thermique et de garantir la qualité du vaisseau et de ses sous-systèmes. Le cycle des températures a varié de -1.6 à +54°C pendant 105 heures.
« Notre objectif a été d'exposer le véhicule à des changements rapides de température pour voir comment Orion et ses systèmes fonctionnent » a déclaré Rafael Garcia, responsable des tests et vérifications du programme Orion. « Quand le test a été terminé, nous n'avons trouvé aucun problème majeur, tous les systèmes se sont bien comportés. »
En effet, durant EM-1 la structure du module d'équipage d'Orion atteindra des températures allant de -150° à + 120°C en fonction de l'angle du Soleil, lors du trajet vers la Lune.
Tandis que les essais au KSC permettent de s'assurer qu'Orion est prêt pour EM-1, les installations de Plum Brook Station à Sandusky, Ohio peuvent simuler des conditions plus extrêmes et aider à valider la conception de l'engin spatial pour les futures missions. C’est pour cette raison qu’au début de l’année prochaine un test de cycles thermiques de l’ensemble Orion - ESM, ainsi que des tests d'interférences électromagnétiques et de compatibilités y seront réalisés.
Orion EM-1
La construction du vaisseau Orion EM-2 avance...
Tirant parti des leçons apprises lors de la construction du vaisseau précédent EM-1, Lockheed Martin, maître d'œuvre d'Orion, a déjà réalisé quatre des sept soudures nécessaires à l’assemblage le module d'équipage pressurisé EM-2.
Le timing actuel prévoit son transfert vers le KSC en septembre prochain où il sera équipé entièrement. EM-2 n’est pas prévu d’être lancé avant 2023, avec le premier équipage d’astronautes.
La soudure entre le tunnel et la cloison avant est terminée ainsi que les 3 du cône principal. La suite verra l’assemblage de la cloison arrière avec le fût du vaisseau.
La capsule est constituée de sept composants principaux soudés entre-eux : un tunnel, trois panneaux coniques, un fût principal et deux cloisons. AMRO Fabricating Corporation à South El Monte, en Californie, fabrique les trois panneaux coniques et Ingersoll Machine Tools à Rockford, Illinois, fabrique les quatre autres composants.
Ce réceptacle sous pression est le noyau structurel du module d'équipage. D'autres éléments tels que les systèmes de protection thermique (bouclier thermique), de propulsion (contrôle d'attitude), d'atterrissage et de récupération (parachutes et flottaison) se fixent à l'extérieur du module, en plus des autres structures primaires et secondaires.
C'est aussi la cabine de l'équipage - la zone de vie et de travail pour les astronautes en mission. La plupart du temps, une atmosphère du niveau de la mer est maintenue pour les hommes à bord. À l'intérieur se trouvent des zones tels que les commandes de vol, les systèmes de communication et d'information, les sièges, le stockage pour la nourriture, les vêtements et l'équipement, une cuisine et une toilette.
Les soudures se font dans un ordre bien précis. Tout d’abord, on soude le tunnel avec la cloison avant. Ensuite, les 3 cônes ensemble. Une fois ces opérations réalisées, les 2 sous-ensembles sont soudés entre-eux (tunnel-cloison avec les 3 cônes réunis). Entre temps, le fond du fût est soudé à la cloison arrière. La soudure finale est appelée "soudure de clôture" lorsque le cône et le fût sont reliés ensemble.
Mais avant cette dernière action, un autre composant structurel majeur doit être ajouté à la cloison arrière, appelé « épine dorsale ». C'est à la fois un renforcement structurel, mais aussi une zone où sont intégrés l'équipement de l'équipage, le stockage, les toilettes et aussi la cuisine.
C'est une structure boulonnée constituée de neuf pièces assemblées avant d'être elle aussi boulonnée à l'ensemble inférieur fût - cloison arrière.
C'est la cinquième structure à être construite au Michoud Assembly Facility. Les 2 premières furent une maquette de test au sol appelée GTA (Ground Test Article) puis EFT-1. De ces leçons tirées, le capsule a vu ses composants passer de 31 à 7 et son poids de 1770 kg à 1225 mais aussi des améliorations dans la fabrication, l'assemblage et la production. Et le tout d'apporter également des économies par des réductions de temps et de coûts.
Le soudage par friction-malaxage à auto-réaction est utilisé pour chacune des soudures. Les têtes de soudure sont fondamentalement les mêmes, mais il y a des outils différents pour aligner chacune des différentes pièces afin d'obtenir les interfaces de soudure pile dans le bon alignement et de les maintenir en place pendant la séquence de soudage.
Après soudage, des inspections par ultrasons pour détecter le moindre défaut sont réalisées.
Un fois entièrement soudé, boulonné et inspecté, la capsule sera nettoyée et préparée pour son expédition du MAF au KSC soit par la route sur un camion soit par avion en utilisant le Super Guppy de la NASA.
Orion EM-2 est prévu d'arriver au KSC en septembre. Une fois là-bas il sera transporté dans une zone de traitement située dans le bâtiment Operations and Checkout (O&C) Building et les travaux pour compléter la structure globale du module de l'équipage pourront débuter pour 5 à 6 mois.
A ce stade, Orion n'aura pas encore sa configuration finale mais l'intégrité finale sera vérifiée. Plus tard, le vaisseau spatial continuera à suivre les traces du module d'équipage EM-1 : installation de la propulsion, de l'équipement, certains des composants de l'ECLSS (contrôle de l'environnement et système de support de vie) etc...
La NASA évalue un lancement éventuel du PPE du Deep Space Gateway lors d'EM-2
La NASA a attribué fin novembre 2017 de multiples contrats à l'industrie américaine pour réaliser une étude détaillée du PPE (Power Propulsion Element) qui serait la première pièce du DSG (Deep Space Gateway) opérant dans l'espace Cislunar. Un montant total d'environ 2,4 millions de dollars a été réparti entre Boeing, Lockheed Martin, ATK Orbital, Sierra Nevada Corporation et Space Systems / Loral.
120 jours d’études sont alloués à chaque participant, ce qui devrait nous amener à début mars 2018 pour les résultats finaux.
Le concept actuel du PPE, en particulier l'utilisation de la propulsion électrique solaire (SEP), est largement dérivé du travail conceptuel et de la R&D de l'ARRM (Asteroid Redirect Robotic Mission), mission annulée depuis mais qui avait été dimensionnée avec un système SEP de grande puissance.
Le PPE serait donc dirigé grâce à la propulsion électrique solaire -SEP- pour ses manœuvres et un système de propulsion hypergolique pour le contrôle d'attitude. Les réservoirs pour la SEP qui utiliserait du xénon et le système de contrôle d'attitude seraient rechargeables.
Il comprendrait également deux ports d'ancrage IDSS (International Docking Standard) à chaque extrémité et gérerait aussi l'alimentation et les communications pour le DSG.
La masse au lancement du PPE sur EM-2 est de 7500 kg, ce qui comprend le matériel de fixation de la charge utile et un minimum de 1200 kg de Xénon dans un réservoir pouvant en contenir 2000 kg.
A ce stade, le DSG n'est qu'un concept à étudier, pas un nouveau programme spatial. La NASA n'a pas officiellement proposé la mission dans un cycle budgétaire annuel du gouvernement fédéral américain et par rapport à d'autres programmes de plusieurs milliards de dollars dans le portefeuille de la NASA, seule une petite somme d'argent est engagée pour des études conceptuelles comme celles-ci.
La proposition actuelle est donc le lancement du PPE sur EM-2 en 2020, un module d’habitation emporté par Orion sur EM-3 et un module avec sas par EM-5. Tout ce qui est logistique à suivre serait desservi à la fois par le privé et en « co-charge utile » avec le SLS/ Orion.
EM-2 devrait être lancé en utilisant l'un des premiers véhicules SLS Block 1B. Le PPE volera comme « co-charge utile » au-dessus de l'Exploration Upper Stage (EUS), sous Orion. Afin d'atténuer les risquent d’un premier vol, Orion restera en orbite terrestre pendant près de 24 heures avant de contourner la Lune. Pendant ce temps, l'EUS placera le PPE sur une trajectoire trans-lunaire qui lui permettra de s'introduire en orbite lunaire tout en disposant de l'EUS pour sa sécurité.
Cette séquence est appelée Multi Translunar Injection (MTLI).
Après une première orbite, l'EUS se rallumera pour élever l'apogée permettant une période d'environ 24 heures. Orion se séparera alors pour rester dans cette orbite terrestre élevée pour un contrôle étendu des systèmes par son équipage. Après un jour en orbite terrestre, Orion effectuera sa propre mise à feu en TLI pour se placer sur une trajectoire de «retour libre» qui fera une boucle unique autour de la Lune et un retour sur Terre.
Peu de temps après qu'Orion se soit séparé, l'EUS se remettra en fonction une dernière fois pour sa TLI avec le PPE pour se placer sur une trajectoire lunaire polaire. Six jours plus tard, le véhicule survolera l'un des pôles lunaires à une altitude d'environ 500 kilomètres sur une trajectoire d'évacuation hyperbolique hors du système Terre-Lune. Mais afin d’éviter que le duo ne s'échappe du système Terre-Lune, une mise à feu des RCS du PPE devra être effectuée environ 12 heures après la TLI.
Ce premier essai de RCS permettra de valider le système car le SEP devra réaliser plusieurs manœuvres afin de s’insérer dans l’orbite NRHO pendant environ 22 jours.
L'Adaptateur d'étage Orion pour EM-1 est prêt.
Le 30 janvier 2018, les médias ont eu l'occasion de voir l' "Orion Stage Adapter" (OSA) du SLS dans le bâtiment 4708 au Marshall Space Flight Centre (MSFC).
Il est donc prêt maintenant à être transféré au centre spatial Kennedy en Floride à bord du Super Guppy de la NASA.
Les supports visibles tout autour à l'intérieur de l'adaptateur serviront de base à 13 petits satellites prévus de se déployer dans l'espace profond, en tant que charges utiles secondaires.
En janvier, maquette Orion, EM-2 et module de test d’abandon au lancement
Les ingénieurs à l’intérieur du bâtiment du Lockheed Martin's Waterton dans le Colorado mènent une série de tests afin de confirmer que la structure d’Orion est saine et prête pour ses missions spatiales.
Chez Lockheed Martin, à la nouvelle-Orléans, en Louisiane, des techniciens terminent les premières soudures sur le module d’Orion EM-2 qui transportera des astronautes au-delà de la lune.
Et pendant ce temps-là, un module-test d’Orion pour un essai d’abandon au lancement à venir est transféré au Joint Base Langley-Eustis pour une mise en peinture.
