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Orion en partance pour Plum Brook Station
Le « Space Environments Complex (SEC) » est la plus grande et plus puissante installation de tests d’environnements spatiaux au monde. Elle est localisée à Plum Brook Station, un établissement déporté du NASA Glenn Research Center de Cleveland, Ohio.
Situé sur 2600 hectares dans la localité de Sandusky, sur le lac Érié dans l’Ohio, le SEC abrite une chambre à vide de simulation spatiale mesurant 30 mètres de diamètre pour 37 mètres de hauteur, une chambre d'essai acoustique réverbérant capable de simuler le bruit d'un lancement d'engin spatial jusqu'à 163 décibels ou aussi fort que la poussée de 20 réacteurs et une installation de vibration mécanique (Mechanical Vibration Facility ) soumettant les articles à tester aux conditions de lancement rigoureuses.
Une visite virtuelle à 360° du site et des installations est accessible à cette adresse : https://www.nasa.gov/specials/sec360/#
C’est vers ce lieu que le vaisseau spatial Artemis-1, accouplé au module de service ESM-1, doit s’envoler à bord du «Super Guppy» de la NASA - l'un des rares aéronefs pouvant transporter un engin spatial de la taille d'une maison à deux étages, dimanche 24 novembre 2019.
Mais pour ce voyage, il a d’abord fallu extraire Orion du « Final Assembly and System Testing (FAST) », puis le fixer à un outil appelé « verticator » qui fait pivoter l’ensemble en position horizontale pour un transport plus aisé. Les quatre panneaux solaires seront eux acheminés séparément. Les capots rouges visible sur la photo ci-contre protègent les 36 propulseurs du module de service européen pendant le transport.
Le tout a ensuite été "emballé sous film" pour le vol, puis fixé dans un cadre métallique, un peu comme une cage, avec des anneaux maintenant Orion dans la soute Super Guppy.
Après son atterrissage sur l’aéroport régional de Mansfield Lahm situé à cinq kilomètres au nord de Mansfield, dans le comté de Richland, dans l’Ohio, Orion poursuivra son voyage en camion afin de se rendre à Plum Brook pour sa prochaine série de tests, notamment des tests de vide et d’interférence électromagnétique, qui doivent débuter en décembre.
Ces essais dureront au moins jusqu'en mars 2020.
Les travaux avancent, aux USA comme en Europe...
Alors que les 4 moteurs R-25 SSME (Space Shuttle Main Engin) étaient structurellement fixés à l’étage central du SLS de la mission Artemis 1, et en attente de leurs tests fonctionnels intégrés aux ordinateurs de vol, à l’avionique et aux systèmes électriques…
.. une quantité considérable de travail de conception et d'ingénierie a été nécessaire pour rendre confortable le sommeil de l'équipage pendant leur voyage à bord du vaisseau spatial Orion dans leurs sacs de couchage individuels.
Orion possède six fenêtres et chacune est d’elle est équipée de rideaux occultants pour bloquer la lumière. Les lumières intérieures de la capsule seront atténuées pendant le sommeil car l’équipage ne portera pas de masque de sommeil, tout le monde ne les supportant pas forcément.
Quant au vaisseau Orion de la mission Artemis 1, il est fin prêt pour son expédition vers Plum Brook Station près de Sandusky dans l'Ohio afin d’y subir des tests de vide thermique.
D’autre part, les travaux sur le module de service 2 (ESM 2) à Brème en Allemagne sont en bonne voie ainsi que sur l’adaptateur du module d’équipage d’Orion pour la mission Artemis 2.
Un simulateur de masse pour les essais au sol d'Artemis 1
Afin de réduire les risques, préserver les coûts et le calendrier d’Artemis I, un simulateur de masse pour Orion (MSO - Mass Simulator for Orion) a été construit et est en cours de test structurel afin de remplacer le véritable vaisseau spatial Orion lors des essais au sol du système de lancement spatial (SLS) durant l'année prochaine.
Cet ensemble de quatre grands fûts en acier simulera la masse et le centre de gravité d’Orion au sommet du lanceur. Les fûts sont en cours de construction au Centre de recherche Langley de la NASA à Hampton, en Virginie, depuis février 2018. Entièrement assemblé, le MSO pèsera environ 34 tonnes.
Une fois les essais terminés au Centre de recherche Langley, le simulateur sera envoyé au Kennedy Space Center de la NASA et assemblé sur le SLS pour des tests intégrés dans le VAB.
Le moteur du LAS est qualifié
Un moteur construit par Aerojet Rocketdyne pour le système d'abandon au lancement (LAS) du vaisseau Orion a été testé avec succès par les ingénieurs du Redstone Test Center, à Huntsville, en Alabama, le 16 octobre.
Au cours de ce troisième et dernier essai, le moteur de largage a été mis à feu pendant moins de deux secondes à température ambiante afin de produire plus de 18 tonnes de poussée. Cette série d’essais statiques terminée, le moteur de largage est maintenant qualifié et prêt à voler sur la mission Artemis II avec ses astronautes.
Les nouveaux scaphandres spatiaux de la NASA
Le 15 octobre, l’administrateur Jim Bridenstine a présenté au siège de la NASA deux nouvelles générations de scaphandres spatiaux : le système de survie « Orion Crew Survival System » et l’unité mobile d'exploration extravéhiculaire xEMU (Exploration Extravehicular Mobility Unit) qui sera portée par la 1ère femme et le prochain homme à marcher sur la Lune en 2024.
L’« Orion Crew Survival System » est une combinaison de survie pour l’équipage du vaisseau spatial Orion. Elle sera utilisée lors des lancements et retours sur Terre.
L'xEMU sera utilisée pour l’exploration de la surface de la Lune. A première vue, elle ressemble aux scaphandres utilisés par les astronautes lors de sorties extra-véhiculaires de la Station spatiale internationale. Mais le xEMU présente des avantages et améliorations tels que le confort, l’ajustement à toutes les tailles et une mobilité accrue.
Certaines parties sont même interchangeables, afin de s’adapter à une sortie dans l’espace ou sur la Lune.
Enfin, ce scaphandre pourra plus tard être adapté pour Mars, incluant de nouvelles technologies de support-vie.
Contrat de production et d’exploitation signé jusqu’à 12 vaisseaux spatiaux Orion
La NASA a attribué un contrat de production et d’exploitation de vaisseaux Orion (OPOC - Orion Production and Operations Contract) à Lockheed Martin, Littleton, Colorado afin de prendre en charge jusqu'à 12 missions Artemis.
Gérée au Johnson Space Center à Houston, la production sera axée sur la réutilisabilité et la mise en place d'une présence durable sur la surface lunaire.
OPOC est un contrat à durée indéterminée et à quantité indéterminée qui comprend un engagement de commande d'un minimum de 6 et un maximum de 12 Orion, sur une période allant jusqu'au 30 septembre 2030. La production et l’exploitation des vaisseaux stabiliseront le processus de production et démontreront la possibilité de réutilisation des composants des engins spatiaux.
Par cet accord, le NASA commande trois engins spatiaux Orion pour les missions Artemis III à V pour 2,7 milliards de dollars et prévoit de commander trois capsules supplémentaires au cours de l’exercice 2022 pour les missions Artemis VI à VIII, pour un montant total de 1,9 milliard de dollars. La commande d’engins spatiaux par groupes de trois permet à la NASA de bénéficier de gains d’efficacité dans la chaîne d’approvisionnement avec le temps - gains qui optimisent la production et réduisent les coûts.
Les six premiers engins spatiaux seront acquis par commandes à prix majoré. Étant donné que le coût d'un système complexe et de haute technologie diminue généralement avec le temps, à mesure que la conception se stabilise et que les processus de production mûrissent, la NASA négociera des commandes à prix fixes pour les missions ultérieures afin de tirer parti des réductions de coûts de production prévues.
Le plan à long terme consiste à réutiliser les modules d'équipage récupérés au moins une fois. La première phase de réutilisation commencera avec Artemis II. Les composants intérieurs de l'engin spatial, tels que les ordinateurs de bord et autres appareils électroniques de grande valeur, ainsi que les sièges et les panneaux de commande de l'équipage, seront redéployés sur Artemis V. Le module d'équipage Artemis III sera rééquipé sur Artemis VI.
Houston a longtemps été la plaque tournante du programme d'exploration de l'espace habité en Amérique, depuis les débuts avec les programmes Gemini, Mercury et Apollo jusqu'à Artemis. Le Johnson Space Center gère désormais plus de programmes de vol habités que jamais. Outre le programme Orion, les installations du Texas gèrent également les programmes Gateway et ISS et hébergent le Centre de Contrôle de Mission et le corps des astronautes américains, les prochains marcheurs lunaires. Johnson gère également les services commerciaux d’envoi de charges utiles sur la Lune (CLPS - Commercial Lunar Payload Services), dont les deux premières livraisons devraient être lancées en juillet 2021.
Cinq technologies essentielles pour qu'un vaisseau spatial puisse survivre dans l'espace lointain
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.
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.
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.
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.
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.
Nouveau test du moteur de contrôle d'attitude du LAS
Le moteur de contrôle d’attitude (ACM - Attitude Control Motor) construit par Northrop Grumman pour le système d’abandon du lancement d’Orion a été testé avec succès le 22 août dernier, sur son site d’Elkton, dans le Maryland.
L’essai de mise à feu 30 secondes était l’avant-dernière épreuve avant sa qualification pour le vol habité Artemis 2 - la première mission avec des astronautes. Au cours de l’essai statique, l’ACM a produit plus de 3 tonnes de poussée à partir de huit vannes, fournissant une force suffisante pour diriger Orion et son équipage à une distance de sécurité suffisante.
Le système d'interruption de lancement est conçu pour transporter Orion et son équipage en sécurité en cas d'urgence pendant le lancement ou l'ascension. Il se compose de trois moteurs de fusée à propergol solide: le moteur d’abandon éloigne le module d’équipage du lanceur, l’ACM guide et oriente la capsule puis le moteur de largage s’allume pour séparer le système d’abandon du vaisseau spatial Orion avant le déploiement des parachute et l’atterrissage en toute sécurité.
Les trois moteurs seront certifiés pour les futurs vols en équipage une fois les tests de qualification terminés, plus tard cette année. Le système d’abandon du lancement a fait l’objet de tests de résistance plus tôt cette année lors du test réussi Ascent Abort-2.
Test du « abort-to-orbit scenario »
Lundi 5 août, au White Sands Test Facility au Nouveau Mexique, la NASA et AirBus Space ont réalisé le test d’un scénario qu’on appelle « abort-to-orbit ».
Il s‘agit, pour le module de service, de placer Orion en orbite en cas de défaillance du lanceur après le largage du LAS, système d'abandon au lancement ou Launch Abort System.
Ce test a été réalisé sur une unité de qualification du système de propulsion du module de service. 15 moteurs, comprenant le moteur principal de manœuvre orbitale, les huit propulseurs auxiliaires et six propulseurs de contrôle d’attitude, ont été allumés pendant une durée de 12 minutes.
Retour sur le test d’abandon au lancement du 2 juillet dernier
Lors du test réussi du système d’abandon au lancement d’Orion, appelé Ascent Abort-2, une caméra, montée sur l’anneau reliant le module d’équipage et le système d’abandon « LAS » (Launch Abort System) à son lanceur, filmait Orion s’échappant de ce dernier.
Une fois le booster séparé, son moteur a continué à fonctionner pendant plusieurs secondes en maintenant sa stabilité, permettant de voir clairement les éléments d’Orion exécuter le test d'abandon.
Environ 27 secondes après le début de la séparation Orion / booster, le moteur de largage du système d’abandon au lancement est observé en train de s’allumer, libérant la capsule.
L’essai du 2 juillet a démontré que le LAS d’Orion fonctionnait dans des conditions aérodynamiques très stressantes et pouvait tirer la capsule en toute sécurité si une situation d’urgence survenait au cours du lancement.
Tout le personnel du « Armstrong Flight Research Center » de la NASA en Floride était bien évidement dans les différentes salles de contrôle lors du test.
Gary Martin, responsable du projet AA-2 chez Armstrong, a déclaré que le test s'était bien déroulé. «Le lancement récent a été un succès remarquable, en partie grâce aux contributions de plus de 50 personnes d’Armstrong. Les membres de l'équipe ont apporté leurs contributions essentielles au sous-système d'instrumentation de vol de développement (IFD - Developmental Flight Instrumentation). Ce sous-système crucial a collecté et transmis toutes les données techniques et la vidéo intégrée, ce qui permettra à l'équipe technique d'Orion AA-2 de déterminer si les 38 objectifs de la mission ont été atteints. Tout a fonctionné comme prévu. En 43 ans de carrière dans ce domaine, je n’ai jamais rien vu de si parfait.»
Il y a maintenant une quantité énorme de données à examiner. Du personnel continuera de toutes les dépecer jusqu'à l’obtention de la certitude que le LAS soit sûr pour le vol spatial habité, avant la mission Artemis 2.
L'équipe du Armstrong Flight Research Center en Floride. De gauche à droite, Gary Martin, Rose Blomquist, Ernest Nwajagu, Lucas Moxey et Leo Gross. Jeff Sutherland, Chuck Rogers, Joe Hernandez, David Dowdell, Jeri Myers et Dan Nolan.
