Il était une fois - La Station Spatiale Internationale Christophe LEBLEU, 4A - 'Association des ...

Il était une fois…

La Station Spatiale Internationale
          Christophe LEBLEU, 4A

Sommaire
1. Pour se mettre dans l’ambiance, l’ISS en quelques
   chiffres
2. L’histoire de la « colonisation de l’orbite terrestre
   basse » : des premières réflexions à l’ISS
3. L’assemblage de la station
4. Configuration de la station
5. Les objectifs scientifiques
6. La vie à bord
7. Ravitaillement
8. L’avenir de la station
9. Les futurs projets de station

              S’il reste du temps, suivez le guide

   Le plus ambitieux projet d’ingénierie jamais entrepris par
                  l’humanité (et le plus cher…)

L’ISS en quelques chiffres

Le plus grand objet artificiel placé en orbite terrestre

            Surface = stade de football

    longueur : 73 m, largeur : 109 m, hauteur : 30 m

• Masse : 450 T                         Altitude relevée
                                     régulièrement par les
• Orbite terrestre basse
                                       cargos ravitailleurs
   o Périapside : 330 km
   o Apoapside : 420 km
• Période orbitale : 92,69 min, 16 révolutions/j
• Vitesse : 27600 km/h (7,6 km/s)
• Temps écoulé en orbite : 7369 jours (> 20 ans)
• Nombres d’orbites effectuées : > 117 000

Survols des latitudes comprises
    entre 51°4 S et 51°4 N

• 15 modules pressurisés
   o 4 consacrés aux expériences scientifiques
   o Volume d’espace pressurisé : 900 m3
   o Volume d’espace habitable : 400 m3

• Panneaux solaires :
   o superficie : 2500 m2
   o fournissent 110 KW d’électricité

Histoire de la
« colonisation de
l’orbite terrestre
     basse »

• Premières réflexions de la NASA
début 1960s : Projets ambitieux : Mol, Apollo X, APP…
  o 10 à 20 astronautes en permanence
  o Missions très variées : labo scientifique, observatoire,
    assemblage d’engins spatiaux, dépôt de pièces
    détachées et matériels, nœud et relais de transport,
    station de ravitaillement en carburant

• 1963-66 : 3 projets en concurrence, suite
  logique du programme Apollo
   o Station spatiale
   o Navette spatiale
   o Missions habitées vers Mars

• Chute des moyens financiers de la NASA :
en 1973 Nixon choisit la Navette

1973 : Skylab
      (laboratoire du ciel)

• Première station US aux
  ambitions limitées
• Lancée le 14/05/1973 par fusée
  Saturn INT-21: Saturn V dont le
  3ème étage constitue le corps
  de la station

• N’est occupé que 6 mois
Abandon lié au retard pris dans le programme « navette
spatiale » : pas de maintenance, pas de relève
d’équipage, pas de rehaussement d’orbite

• Destruction en 1979 lors de son entrée dans
  l’atmosphère

Quelques données sur Skylab

• Longueur : 35 m
• Diamètre : 6,6 m
• Volume pressurisé : 270 m3
• Masse : 90 T
• Puissance électrique : 8,5 kW
• Durée : 2249 j dont 171 j
  d’occupation (3 équipages)
• Données orbitales
   o Orbite terrestre basse :
       434 à 442 km
   o Période : 93,4 min
   o Inclinaison : 50°
   o 34 981 orbites effectuée

• Objectifs scientifiques
  o observation de la Terre et du Soleil,
  o étude des effets de l'apesanteur sur l'homme.

• Pannes lors du déploiement
   un panneau solaire non déployé
   une partie du revêtement anti thermique détériorée
Réparation par le 1er équipage, lancé le 25 mai 1973
• Puis des incidents réguliers..

Vue plongeante sur l’atelier orbitale   Compartiment arrière

Pendant ce temps là...
                        Saliout 4

• l’URSS prend de l’avance dans le domaine des
  stations spatiales
    o programme Saliout 1971-1991 : 7 stations avec des
      objectifs militaires et civils
       • Stations civiles (Saliout) et militaires (Almaz)
       • Saliout 1 : première station lancée et occupée
         dans l’espace en 1971
       (équipage de Soyouz 11, 23 jours)

   o développement de la station Mir 1986-2001

Quelques données sur Mir
                      (paix / monde)

• Assemblage en orbite de 1986 à 1996
• Désorbitation volontaire en mars 2001
• Occupée pendant un total de 12 ans ½,
  équipage de 3 personnes
• Record du plus long vol spatial d’un homme :
  437 jours et 18h : Valeri Polyakov

•   Masse : 124 T
•   Longueur : 40 m
•   Volume pressurisé : 350 m3
•   Puissance électrique : 42 kW

Mir avec un vaisseau
• Composée de 7 modules,        Soyouz-TM et un cargo
                                  Progress-M amarrés
  lancés par fusée proton ,
  (sauf module d’amarrage
  lancé par Atlantis)

• Objectifs :
   • Laboratoire de recherche
     en micropesanteur
   • Expériences de biologie
     humaine, physique
   • Recherche sur les
     technologies nécessaires
     à l’occupation
     permanente de l’espace

• Données orbitales :
   o Orbite terrestre basse entre 354 et 374 km
   o Vitesse moyenne de 27700 km/h,
   o Période orbitale : 91,9 min , 15,7 orbites /j
   o 86331 orbites réalisées
   o Inclinaison : 51°6

Mir en 1997

Contexte géopolitique
     favorable à la course à l’espace
Guerre froide et esprit de rivalité ouest/est

• 1983 : USA (R Reagan) lance un projet de station
  spatiale (NASA)
Objectifs : recherche scientifique et occupation
permanente

• 1984 : volonté de coopération internationale
  pour sa construction

Coût avancé du projet : 8 milliards de dollars

8 fonctions pouvant être remplies par la station
 • Laboratoire spatial
 • Observatoire permanent de la Terre/espace
 • Nœud de transport : stationnement de charges utiles/
   vaisseaux de transport avant leur lancement
 • Station service pour ravitaillement / maintenance
   engins spatiaux
 • Lieu de stockage de charges utiles / pièces de
   rechange
 • Base de départ pour missions lointaines
 • Chantier d’assemblage de structures de grande taille
 • Usine pour développer l’utilisation commerciale de
   l’espace

L’avancée….
1985 : ESA + ASC + JAXA s’associe
au projet de la NASA
       • Station Freedom (R Reagan)

 Bloquée… en janvier 1986 par
 l’explosion de Challenger

 • Gel de tous les projets de vols
   habités, dont la SS
 • En 1987 : études : estimation du
   coût à 13 puis 24,5 Milliards de $

  Congrès américain peu convaincu du projet…

• En 1993 : 11 milliards de $ dépensés en études,
  aucune construction..

• B Clinton demande à
  la NASA de revoir sa
  copie avec des
  contraintes
  budgétaires :
  Projet Alpha, 16,5 M＄

• De nouveau, projet qui
  tombe à l’eau…

                              Un coût qui reste trop élevé

                                     Jusqu’à…

L’entrée de la Russie
• Début 90s, dislocation de l’union soviétique
• Effondrement économique de la Russie
   o Budget spatial russe en 1993 : 10% de celui de 1989
• Crainte des USA : fuite des cerveaux russes vers
  programmes de missiles balistiques nucléaires ennemis…

• 1992 : Accord de coopération spatiale
  entre USA-Russie

   o 11 astronautes US effectuent des
      séjours MIR entre 1995 et 1998
   (total : 975 jours, 400 millions $/ séjour)
   o 9 ravitaillements et relèves d’équipage
      par navettes spatiales

Le projet Station Alpha

• 1993 : La Russie entre dans le projet

• Station composée de 2 sous ensembles :
   o Partie américaine héritée du projet Freedom
   o Partie russe reprenant éléments de Mir 2

               La Russie devient un acteur
                 majeur du programme

 06/1995 : coût estimé d’exploitation de la station Alpha :
  94 milliards $, dont 50 milliards pour les vols de navettes

1998 : Alpha devient ISS
• 1996-1998 : projet enfin entériné
• Regroupe 16 nations :
   o USA, Russie
   o 11 états européens (Belgique, Danemark,
     France, Allemagne, Italie, Pays Bas, Norvège,
     Espagne, Suède, Suisse et Grande Bretagne)
   o Canada, Japon, Brésil

• Pour permettre l’intégration de la Russie :
    Station placée sur une orbite d’inclinaison 51,6°
   • Vaisseaux Soyouz et Progress pourront la desservir
                 (capacité de manoeuvres réduite)
   • Navettes doivent changer de plan d’orbite
           (réduction de capacité d’emport de 6 tonnes)
   • Avantage sur l’observation de la Terre
               superficie survolée augmentée de 75%,
                   couvre 95% des zones habitées

L’assemblage de la station :
       1998-2019?

SSI ou ISS
• Une collaboration internationale
   o Lancé et piloté par la NASA
   o Développé conjointement avec
     l’agence spatiale russe : Roscosmos
   o Participation des agences spatiales
       • européennes : ESA
       • italienne (indépendamment de l’ESA)
       • japonaise : JAXA
       • canadienne : ASC

• Malgré une réalisation retardée
  o coût toujours croissant
  o contextes économique et politique peu favorables
    aux grands programmes spatiaux

11/1998 : c’est parti…
             début de l’assemblage en orbite
             Processus long         Module Zarya,
            pour envoyer et        embryon de la SSI

           assembler les 400 t
              de la station

o 11/98 : module Zarya par fusée
  Proton
o 12/98 : nœud Unity par
  navette Endeavour
o 99 : échec de fusée Proton
  (module russe Zvezda) qui gèle
  les opérations

• 07/2000 : module Zvezda : hébergement du 1er
  équipage de 3 personnes

         Occupation à temps plein à partir 2000
   équipage mixte américano-russe de 3 personnes avec
        ponctuellement membres des autres pays
 commandement russe ou américain à tour de rôle

• 2000 :
   o Z1: élément provisoire pour les panneaux solaires
   o Premiers éléments des poutres (ITS)
   o premiers panneaux solaires (2B et 4B)
• 2001 :
   o laboratoire US Destiny, module russe Piers
   o SAS Quest : sortie extravéhiculaire d’astronaute
                                                 ISS en 11/2002
     possible sans la navette
• 2002 :
   o Autres éléments de la poutre (S0, S1, P1)
   + panneaux

2003-2006 les difficultés s’accumulent…

• 01/02/2003, accident de Columbia…
• interruption de l’assemblage de 02/2003 à
  07/2005
• Mode survie de la SSI peu ravitaillée
   o passage à un équipage à 2
   o orbite dégradée et maintenance différée

• 10/2005 : fin programmée de la navette en 2011

  o Défi logistique : Les 18 vol programmés ne suffiront pas
  o 2006 : NASA lance le programme COTS : ouverture à des
    entrepreneurs privés

Contraintes budgétaires 2000s :
    abandon de composants importants
• Russes : Plusieurs modules dont
    o laboratoire (2007) : 2 au lieu de 3
    o module d’amarrage universel (UDM)
    o module de production énergétique (Science Power Platform (SPP)
aurait permis à la partie russe d’être autonome sur le plan énergétique

• USA : explosion des budgets prévisionnels : arbitrages
    o Crew return vehicle CRV (2002), remplacé par les vaisseaux
      Soyouz (2 amarrés en permanence)
    o module d’habitation (2006) : espace réservé à l’équipage : douche,
       salle repas-détente, compartiments individuels
    o module de propulsion (pour rehausser l’orbite de la station)
• Japon :
    o Centrifuge Accommodations Module (2005) : Module scientifique
      hébergeant une centrifugeuse de 2,5 m de diam (jugé essentiel par la
       communauté scientifique)

• 2006 : équipage de nouveau à 3 (Dont 1er européen T Reiter)
+ Poursuite assemblage : poutre + panneaux
• 2007 : arrivée du nœud Harmony
• 02/2008 : assemblage de Columbus
• 2007-2009 : lancements des
sous ensembles de Kibo
• Entre 2001 et 2008 :
sous ensembles du bras canadarm 2
• 2009 : modules Poisk, Ravssett

                          ISS en
                          7/2006                     ISS en
                                                     2/2008

• Depuis 2009, occupé en permanence par équipage de 6
astronautes : séjour de 3 à 6 mois
• 2010 : Tranquility et Cupola
• 2011 : MPLM (Multi Purpose Logistics Module Léonardo)
  13 modules pressurisés et assemblage des composants
                  non pressurisés achevé
• 2016 : module gonflable BEAM
• Dernière livraison prévue en 2019 ? module pressurisé Nauka
+ bras télémanipulateur européen

                                      L’ISS en 5/2011

• Coût total de la construction : 100 à 150 milliards $
• Totalité des lancements pour l’assemblage
    o Russes : 2 fusées proton (1 pour Nauka?),
                1 fusée Soyouz
    o USA : 26 vols de navettes,
            1 vol de Dragon de Space X pour BEAM
• + multiples missions de ravitaillement, relèves d’équipages :
  140 lancements en 12/2013 :
37 vols de navettes,
91 lancements russes : Soyouz et Progress

Configuration de la station

Architecture hétérogène :
       2 sous-ensembles très différents
• Le segment américain (USOS): 75%
  o Modules conçues par la NASA
  o Modules conçues par les agences japonaise et européenne

• Le segment russe (ROS) : 25%
  o Modules bien distincts reliés au reste de la station par le
    nœud Unity
  o Financement en partie US
  o Même architecture que les modules développés pour Mir
      • Conception plus classique
      • Nœud intégré au module
      • Aménagements peu amovibles
      • Place accordée aux équipements scientifiques plus
        réduite
      • 2 petites cabines pour 2 membres d’équipage

Vue de dessous

       Modules russes
       A : Zarya
       C : Zvezda

       Nœuds
       B : Unity
       G : Harmony
       L : Tranquility

       Laboratoires
       D : Destiny
       H : Columbus
       I : Kibo

       E : Sas Quest
       J : Bras Canadarm2

       F : Radiateurs
50 m
       K : Panneaux solaires

       S : Vaisseaux Soyouz/Progress

• Axe principal des modules aligné sur la trajectoire de l’ISS
   o Labo Columbus et Kibo situés en avant, plus exposés à une collision
   o Modules russes situés à l’arrière

• Compose la colonne vertébrale de l’ISS
   o Formée de 5 modules alignés (de Zvezda à Harmony) et connectés
   o Longueur 50 m
   o Autres modules viennent se greffer sur cet axe : A gauche/droite
                                                     Au dessus/en dessous
• Perpendiculairement à cet axe, la poutre (attaché à Unity)
   o Panneaux solaires, radiateurs du système de régulation thermique

Les différents
  modules
 pressurisés

Module Zarya          (soleil levant)

• Premier module placé en orbite
   o M : 19,3 t ; L : 12,55 m ; D : 4,1 m
• Sert actuellement de lieu de stockage
• Situé entre module Zvezda et nœud Unity

Khrounitchev-Boeing

Module Zarya
• Possède 32 moteurs permettant de réorienter la station si
  capacité des gyroscopes dépassée
• Réservoir de 6 tonnes de carburant situés à l’extérieur
  destiné aux moteur du module Zvezda

• 3ème port pour Soyouz
  ou Progress . Depuis
  2010, compartiment
  Rassvet

• Possède ses propres
  panneaux solaires et
  batteries

Module Zvezda                (étoile)

• Centre de la station durant les 1ères années de service
• Centre de commandement de la partie russe
• Évolution du module centrale de Mir

 M : 18 t
 L : 13,1 m
 D : 4,15 m

Module Zvezda
                                 RKK Energia
• 3 parties :
   o Chambre de transfert à l’arrière : 1 port
     d’amarrage : 1 Soyouz ou Progress ou
     ATV
   o Compartiment de transfert à l’avant 3
     ports d’amarrage , 1 relié à Zarya, 2 aux
     modules d’accostage Pirs et Poisk
   o Compartiment de travail, cœur station
     russe
   o 2 petites cabines d’équipage
   o 1 toilette
   o 1 tapis de course
   o 1 cuisine
 • Possède :
    Panneaux solaires : envergure
    de 29,7 m
    Moteurs pour rehausser
    l’altitude de la station

Les modules type nœud
 • Au nombre de 3
 • Assurent l’interconnexion entre plusieurs modules : 6 ports
   d’amarrage permanent format « CBM»
Unity : 2ème module mis en orbite (12/1998 : STS 88)
 Boeing
• M : 11,6 t ; L : 5,47 m ; D : 4,57 m
• Le plus court : 4 emplacements pour des racks
  au format ISPR (au lieu de 8), cuisine
• Connexion entre
   • partie russe (Zarya) via PMA (Pressurized
      Mating Adapter)
   • nœud Tranquility
   • laboratoire américain Destiny
   • sas de sortie américain Quest
   • MPL : module logistique permanent        + module Z1 : liaison avec
      Léonardo                                poutre

Harmony      : 10/2007 ; STS 120                         Thales Alenia Space

• M : 14,3 t ; L : 7,2 m ; D : 4,4 m
• 8 racks
   • Équipement de régulation thermique,
                                                                      Columbus
      conversion-distribution électrique,         Kibo
      télécommunication
   • 4 cabines d’équipage, rangement
• Fourniture de l’air, électricité, eau, autres
  système de survie                                               PMA 2

• Connexion entre
   • Laboratoire américain Destiny
   • Laboratoire européen Columbus
   • Laboratoire japonais Kibo
   • En avant (Proue) : adaptateur PMA 2
      (utilisés pour la navette)
   • Nadir/Zénith : port d’amarrage pour Vx
      de ravitaillement compatible CBM : HTV,
      Cygnus , Dragon

Tranquility    : 02/2010 ; STS 130                    Thales Alenia Space

• M : 15,5 t ; L : 6,7 m ; D : 4,4 m
• 8 racks : dont système de contrôle                   Tranquility dans la
  environnemental                                      soute de la navette
   o Générateur d’O2, systèmes de recyclage de
      l’eau, régénération de l’atmosphère
   o 1 cabinet de toilette
   o 1 tapis de course, appareil de muscu

• Connexions
   • Noeud Unity
   • BEAM : module gonflable expérimental (2016)
   • Stockage du bras télécommandé Dextre
   • Coupole d’observation « Cupola », station de contrôle du bras
     télécommandé Canadarm 2
   • PMA 3 : système d’amarrage navette (2010-2017), déplacé vers
     Harmony depuis 2017

La coupole

                                       Volets fermés /
                                          ouverts

Hublot central circulaire entouré de
6 autres trapézoïdaux
• Vue panoramique sur la terre
• Vue sur une partie du champ
   d’intervention du bras
   manipulateur Canadarm 2

Les modules laboratoires
Destiny : 2ème module US,                       Boeing
1er laboratoire : 2/2001 ; STS 98
     • M : 14,5 t ; L : 8,53 m ; D : 4,27 m ;
     V : 106 m3
     • 24 racks disponibles format ISPR sur
        les 4 faces
          o expériences scientifiques
          o sous systèmes de support-vie

    • 1 hublot d’observation
    • 1 cycloergomètre

    • A chaque extrémité, un port
      d’amarrage type CBM qui le relie à
      d’autres modules
       o Noeud Harmony
       o Noeud Unity

Columbus : le plus petit                        Airbus Defence and Space
                                                   Thales Alenia Space

2/2008 (report à cause de Columbia) ; STS 122
    • Lieu de travail privilégié des
       astronautes européens
    • M : 10,2 t ; L : 6,81 m ; D : 4,48 m ;
    V : 75 m3

    • 10 racks disponibles format ISPR pour
      la science
        o Science des matériaux
        o Physique des fluides
        o Science de la vie
        o Physique fondamentale
        o +s 100aines expériences /an en
          continu

    • A une extrémité, un port d’amarrage
      type CBM qui le relie à Harmony

Les équipements de Columbus
      • Internes :
   o Biolab : expériences sur objets vivants : micro-org,
      culture cellules, plantes, insectes
   o Equipement européen de modules de physiologie :
      effets de l’impesanteur sur le corps humain,
      système immunitaire
   o Labo en science des fluides : études des
      comportements des métaux, liquides légers, fusion
      d’alliages et de semi-conducteur
   o Labo modulaire pluridisciplinaire EDR (European
      Drawer Rack) : divers expériences
   o Transporteur européen :
   sert de rangement et plan de travail

Les équipements de Columbus
      • Externes :
   o Solar : étude activité solaire, impact
     sur climat
      • Solspec : rayonnements des UV à
         IR
      • SOVIM : irradiance du soleil
      • SOL-ACES : UV lointains

   o European Technology Exposure
     Facility (EuTEF) : étude du
     comportement de certains composés
     dans l’environnement spatial :
     champignons, lichen, autres
     composés organiques

• JEM (Japanese experiment module) ou Kibo (Espoir)
Le plus grand module de la partie américaine

Lancement en 3 missions de 2008 -2009 : STS 123, 124 et 127
   o M : 15,9 t (PM), 4,2 t (ELM-PS), 4,1 t (EF)
   o L : 11,2 m (PM), 4,2 m (ELM-PS)
   o D : 4,4 m
   o V : 70 m3 (PM)

Composé de 5 sous ensembles :
• Module pressurisé principal PM
• Module logistique pressurisé ELM-PS
• Plateforme externe EF
• Module logistique ELM-ES
• Bras robotique JEM-RMS

       Module PM relié à Harmony

• PM                                             •   ELM PS, prolongation pressurisé
    o 23 racks disponibles : équipements             du PM via un SAS
      scientifiques/support vie                      8 racks pour expériences réclamant
    o 2 hublots de part et d’autre du sas            atm ou pression atm différente

• Module EF
     o Plateforme muti-usage à l’extérieure
     o Expérience diverses en microgravité
et vide spatial + stockage externe

• Module logistique ELM-ES
    o A l’extrémité du module EF
    o Expériences ou stockage externe

• Bras robotisé JEM-RMS
    o Manipulation des expériences
      scientifiques et des pièces détachées
      installées sur la plateforme
    o 1 bras principal MA : 10 m, charges 7 t,
      précision 50 mm
    o 1 bras secondaire SFA , se fixe à
      l’extrémité du bras principal : 2,2 m,
      charges max : 300 kg, précision 10mm
    o Piloté par une console dans le module
      PM au moyen de caméras situées sur
      les bras

Compartiments d’amarrage russes
                                                              RKK Energia
• Pirs (ponton)
   o V : 13 m3, L : 4,9 m, D : 2,55 m, M : 3,85 t
   o Amarré depuis 9/2001 à Zvezda (nadir)
   o 2 sas pour les sorties
extravéhiculaires des cosmonautes
   o Port d’amarrage pour Soyouz                               Poisk
ou Progress

          Devenu lieu de stockage

                                                              Pirs
          Remplacé par

 • Poisk (cherche)
     o Même caractéristiques que Pirs
     o + supports externes pour installations scientifiques
     o Installation en 11/2009 à Zvezda (Zénith)

Compartiments d’amarrage russes

                                                Poisk

                                                Pirs

                                      Rassvet

• Rassvet (aurore), MRM 1
  o V : 17 m3, L : 6 m, D : 2,35 m,
  M:5t
  o Mise en place 5/2010 au nadir
    de Zarya
  o Accostage des vaisseaux russes
    Progress et Soyouz
  o Lieu de stockage

Sas américain Quest                                 Boeing

•   Sas pour les sorties extravéhiculaires pour tous
•   Amarré depuis 7/2001 à Unity (STS 104)
•   V : 34 m3, L : 5,5 m, D : 4 m, M : 6 t
•   2 cylindres de D différents
    o Le plus large : sas d’équipement
    o Le plus étroit : sas de sortie, écoutille de sortie en latéral
• A l’extérieur : 4 réservoirs : azote et oxygène
    o Récupération des gaz avant l’ouverture

Module permanent logistique PLM                          Thales
                                                                    Alenia
                      Léonardo                                      Space

• 1 des 3 modules logistiques multi-usages (MPLM) construits par
  l’Italie pour transport de fret via la navette (Léonardo, Raffaello,
  Donatello)
• Depuis l’arrêt de l’exploitation de la navette, Léonardo après 6 A/R,
  amarré en permanence à Unity (Nadir) depuis 3/2011 (STS 133)
• Augmente l’espace de stockage : pièces détachées,
  ravitaillement, déchets

   V : 67 m3
   L : 6,4 m
   D : 4,6 m
   M : 4,5 t
   16 racks

Parties non
pressurisées

La poutre              Boeing

• La plus grosse structure de
  la station : L 108 m ; M>100t

• Composés de 11 segments
  assemblés en orbite entre 2000    • Perpendiculaire à l’axe
  et 2009                              principal de la partie
                                            pressurisée

• Rôles principaux : porte
   o les panneaux solaires
   (fourniture d’énergie : vie des occupants, réalisation
   expériences )
   o les radiateurs (régulation thermique : dissipe l’excès
      de chaleur)

Partie centrale
• 3 segments S0, S1 et P1 fixe
• amarrée en son milieu au zénith du module
  Destiny

• Support de plateformes externes
   o Entrepôt de pièces de rechange
   o Expériences scientifiques exposées au vide (spectromètre
     magnétique alpha)
• Support d’une voie ferrée, circule
le chariot mobile du bras Canadarm 2
                                                                     Z1

• + Z1 amarrée au module Unity :
                                                                S1        S0   P1
   o contrôle gyroscopique,
   o 2 générateurs de plasma pour
   neutraliser l’électricité statique produite par panneaux
   o équipements de communications

Partie centrale
• S1 et P1 : port de 2 x 3 de radiateurs orientables (HRS)
     o Chaque ensemble : 22 m sur 10 m, M : 3,7 t
     o Régulation active ; maintien de la température
(contraste thermique jour/nuit 149°/-126°, production de chaleur à
l’intérieur des modules : activités humaines, expériences)
     o en plus des moyens passifs : peinture, revêtements isolants
        multi-couches

            S1    P1

 NB : même système sur la partie
russe, pas d’inter-connection entre
           les 2 systèmes
                                                   Exit la navette….

2 parties latérales : S3/4, S5/6 et P3/4, P5/6

 portent 8 panneaux solaires
       doubles (SAW)

• Chaque panneau : 16400 cellules
• Relié par 2 à un mât
L : 34 m, l : 12 m
• Pivotent en fonction de
    l’orientation solaire
• Longueur de la poutre permet
    aux panneaux de s’orienter sans
    être gênés par les modules
    pressurisés et leurs panneaux (2°
    de liberté)
• Couplé à 4 radiateurs
évacuation chaleur induite par les
équipements de régulation du
courant

Les bras télémanipulateurs
Assemblage et maintenance
• Canadarm 2 (plus puissant que son ainé sur la navette) : 2006
   o 17,6 m, 7° de liberté, permet de déplacer jusqu’à 116 t
   o Fixé - sur un chariot mobile sur la poutre
          - ou à un des points d’accroche répartis sur la station
                  Accéde à la majeur partie US de la station
   Contrôlé depuis 2 postes mobiles (dont Cupola) et à partir des images
      fournies par les caméras installés sur le bras et différents capteurs
   o Extension en 2008 : le dextre : peut fonctionner indépendamment

• 2 bras russes Strela
   o installés sur le module Pirs
   o 1 pour Zarya, 1 pour Zvezda
• Bras japonais JEM-RMS
• En attente, le bras télémanipulateur européen ERA
   o Remplacement de Strela

L’ISS toujours en construction
• Nauka ou MLM (Module laboratoire
  multi-usages)
   o Installation initiale prévue en 11/2007, sans
     arrêt reporté…(multiples pb)
   o Dernière date programmée : 11/2019
   o Recyclage d’un module déjà existant
   o Amarrage secteur russe de l’ISS : Zvezda en
     remplacement du port d’amarrage Pirs
   o V pressurisé 70 m3, L : 3 m, D : 4,11 m, M : 20 t

   o Installations pour équipements scientifiques, supports vie, stockage

• Bras robotique européen ERA
   o Prévu d’être installé sur Nauka
   o Prêt mais cloué au sol depuis 2009
   o Permettra d’accéder à l’ensemble de la partie russe de
     l’ISS (ce que ne permet pas de faire Canadarm 2)

Les objectifs scientifiques

Objectifs scientifiques
• Études impossibles à réaliser sur Terre : en
  apesanteur, études des rayonnements cosmiques
• Poste d’observation privilégié de la Terre et de
  l’espace

• Intérêt de la présence d’un équipage permanent :
   o Expériences avec manipulations diverses
   o Changements dans le programme en fonction
     de résultats versus expérience embarquée dans
     un satellite immuable
• Certaines expériences à demeure, d’autres sur
  temps limité

• Acquisition d’expériences dans le domaine de la
  maintenance, réparation de systèmes en orbite
• Mise au point de systèmes spatiaux utiles
      Préparation des vols habités vers la Lune ou Mars

              Coopération multinationale

• Apprendre à vivre, travailler, et développer des
  systèmes ensemble
       Préparation de futures missions internationales,
   interplanétaires?

Recherche scientifique
• Expériences réalisées
dans modules pressurisés :
réfrigérateurs, congélateurs (-165°)
incubateurs, fours…
• Ou à l’extérieur : plateformes dédiées (alimentation
  électriques, liaisons informatiques)
   o Experiment logistic module – exposed section (ELM-ES) :
     extension Kibo
   o ExPRESS Logistics Carriers dessus /dessous Poutre
   o 4 points d’ancrage extérieur Columbus
 + en 2019 plateforme Bartolomeo
   o Points d’ancrage extérieurs Zvezda
   o Emplacement spécifique sur la poutre
(spectromètre magnétique Alpha)

Physiologie humaine – Médecine

  o Recherche sur effets des séjours de longue durée en
    apesanteur (instruments de mesures : HRF, EPM dont
    cardiolab du CNES… )
        atrophie musculaire (MARES, PEMS), ostéoporose,
  redistribution des liquides biologiques, modification fonction
     pulmonaire (PFS), activité cérébrale et vision (ELITE-S2)
  possibilité d’adaptation? (HPA)
  Mesure de la distribution et effet des radiations (EVARM,
  ALTEA)

     séjour prolongé dans l’espace?

   o Expériences de télémédecine :
     technique de diagnostic par
     échographie à distance

Biologie animale, végétale

   o Serres pour culture végétaux, élevage d’animal vivant :
     araignée, insectes (VEGGIE, APH, biolab, LADA, ECMS)
   o Aquarium
   o Incubateur pour croissance des cellules (CGBA, BSTC,
     Kriogem-3M, Saibo)
   o Expériences sur la croissance osseuse (ECBS, MDS)
   o Exposition d’échantillons au vide spatial (Expose)

 Vegetable production system         Culture de végétaux dans Zvezda

Physique et science des matériaux
     o Étude des phénomènes de combustion en microgravité (CIR)
     o Étude sur le comportement des fluides en microgravité (FSL, FIR,
       DECLIC) : supraconductivité ; déplacements aérosol (CATS)
     o Études de certains matériaux : semi-conducteurs, alliages,
       céramiques, polymères, cristaux (MSRR-1, GHF)
     o Résistance de composants à l’exposition spatiale (MISSE) :
       électronique, optique, divers capteurs, équipement de
       communication, composants structurel, de revêtement

But : améliorer les techniques de fabrication
sur Terre

                                        Le Combustion
                                        Integrated Rack.

                              MISSE 6

Observation de la Terre et étude de l’Espace

  o Étude des continents, des phénomènes atmosphériques
  via le WORF (hublot du laboratoire Destiny de qualité optique :
  peut recevoir divers instruments d’observation), Cupola
  o Étude de l’irradiance du soleil (Solar)
  o Étude sur l’environnement spatial, les radiations (EuTEF)
     (SEDA-AP)
  o Étude des sources de rayons X (MAXI, NICER)
  o Étude des traces de gaz stratosphère (SMILES)
  o Étude des rayons cosmiques (Spectromètre magnétique
     Alpha, CREAM)

La vie à bord

Le système de support de vie
• Maintien d’un environnement viable pour l’équipage
  o Remplacer le O2 consommé
  o Éliminer le CO2 expiré
  o Filtrer micro-organismes, particules et gaz
    organiques : ammoniac, méthane
  o Mise à disposition de l’eau
  o Contrôle-maintien
     • Température
     • Pression atm (= niv mer)
     • Composition atm analogue à l’atm terrestre
     • Surveillance incendie

• Limiter la masse des consommables à apporter en orbite
   • Systèmes de recyclage russe (Elektron+Vozdukh) et USA (ECLSS
     dans Tranquility)
   • collecte toutes les eaux usées : eau de toilette, urines, vapeur
     d’eau
      reconstitution d’eau potable
      besoin/h/j : 3,5 l ; 2,8 l proviennent du recyclage
      production d’O2
      par électrolyse de l’eau

 Système de secours
• réserve d’O2 en
   bouteilles
• générateurs d’O2

Les équipages

  6 permanents depuis 05/2009

• En moyenne séjour de 6 mois (durée moyenne de séjour
  5 mois ½)
• Renouvellement par moitié tous les 3 mois (2 expéditions
  en moyenne par séjour)
• 1 commandant : rôle de coordinateur et des ingénieurs
  de bord
• Tous des scientifiques : ingénieurs, médecins, chercheurs,
  pilotes militaires, d’essai, ou autres militaires
• Entre 2010 et 2017, quotas fixé à 50% d’occupants russes,
  réduits depuis
• Nationalité d’origine :

L’emploi du temps

• Heure légale à bord :
heure UTC, Paris UTC+1 en hiver
• Journée type
   o Lever 6h, inspection station
   o Petit dej puis conférence avec centres de contrôle (US et russe)
   o Début du travail 8h10 jusqu’à 19h30 avec Pause déjeuner 1h
   o Repas puis réunion de l’équipage
   o Repos à partir de 21h30
   o Samedi : 5 heures de travail, repos hebdomadaire le dimanche

• Partage du temps de travail entre :    + sport : au moins 2 h par jour
   o opérations d’assemblage             • 2 tapis roulants
   o opérations de maintenance           • 2 cycloergomètres
                                         • 1 machine de muscu
   o travaux scientifiques

• Compartiments dédiés au
  repos
2 dans partie russe : mini-cabines
fixes
4 dans le module Harmony :
amovibles, emplacement de rack
Sac de couchage accroché à la
paroi, effets personnels, ordi,
tablettes…

Les repas
• Plats lyophilisés + conserves
• Légumes et fruits frais dans les jours qui suivent arrivée fret
• Liquides et soupes conditionnés en sachets hermétiques
  utilisation de paille
• Menus : cycle de 15 jours, choisis par astronaute avant
  départ, contrôlé par diététicien
   o Ajustement nécessaire :
   Fe et Na,  Vit D, épices +++
• Four dans Zvezda et Destiny,
• 1 distributeur eau chaude/froide
• 2 tables module Unity et Zvezda

L’hygiène
• Pas de douche
• Toilette avec robinet + lingette
  humides et savon
• Shampoing sans rinçage, dentifrice
  avalé
• 2 WC : système de succion avec
  étanchéité++
  o Module Zvezda et module Destiny
  o Stockage déchets solides en container
  o Embout personnalisé pour recueil des
    urines, recyclage

Ravitaillement

• Doit être régulièrement ravitaillée
   o   Eau
   o   Nourriture
   o   Gaz
   o   Carburant
   o   Pièces détachées pour les réparations, matériels
       obsolètes (batteries..)

       16 t/ an pour équipage permanent de 6 personnes

• Frêt de retour sur Terre plus réduit :
   • Résultats des expériences scientifiques
   • Scaphandres à réviser
   ….
   • Sans compter déchets produits par station non recyclés

Avant 2011, la navette spatiale

•   Vaisseau le plus polyvalent
•   Transport fret pressurisé via le port CBM/ non pressurisé
•   Capacité de transport +++ 16,4 t
•   Transport d’objets très encombrant : baie de 18,3 m sur 4,6 m
•   Bras robotisé Canadarm pour décharger
•   Retour sur Terre
•   Relèves des équipages

Entre 2008 et 2014, l’ATV
    vaisseau automatique de transfert
• 5 vaisseaux lancés par
  Ariane 5 ES ATV
• Capacité :
   o 7,7 t de fret pressurisé dont
     4,7 t de carburant
   o 100 kg d’air ou oxygène
   o 840 kg d’eau
   o 840 kg de carburant pour
     l’ISS (Zarya)
   o Pas de retour
• L : 10 m, D : 4,85 m

• 4 moteurs, rehausse la station durant les 6 mois
• Amarrage automatique au module Zvezda
   donc pas de fret encombrant (gabarit écoutilles russes)

Cargo Progress

• Capacité : 3,2 t dont 1,8 t de carburant
• Capacité de remorquage
• Amarrage automatique à la station : système Kurs :
  utilisation d’impulsion radar pour calcul de correction
  de trajectoires

Vaisseau Soyouz
•   Fret limité : quelques 10aines de kg aller/retour
•   Sert à relever les équipages
•   Depuis 2011, moyen unique de relève
•   2 vaisseaux stationnés en permanence pour
    permettre l’évacuation urgente de l’équipage

Cargo HTV (kounotori)
         H-II Transfert Vehicle
• 7 vaisseaux lancés par
  fusée H-IIB
• Capacité :
   o 6 t de fret dont 4,5 t de fret
     pressurisé, 1,5 t non pressurisé
     sur palette EP
   o Écoutille CBM
   o 2,4 t de carburant
   o Pas de retour
• L : 9,8 m, D : 4,4 m
• 57 panneaux solaires sur la
  paroi ext
• 4 moteurs, rehausse la station durant les 6 mois
• Approche automatique, amarrage/désamarrage sur
  port de la partie non russe
   • après capture par Canadarm 2 à 10 m

Programme COTS
         Dragon de Space X
• Mise en orbite par fusée Falcon 9
• Transport de fret pressurisé ou non
• Retour sur Terre : seul cargo actuel qui a cette
  capacité

• Amarrage à la
  partie non russe,
  écoutille CBM
• Via le bras
  canadarm 2

Programme COTS
          Cygnus de Orbital ATK
• Placé en orbite par fusée Antarès, 2 versions
  (standard/améliorée)
• Fret pressurisé : 19 à 27 m3, 2 à 3,5 t
• Pas de retour sur Terre                         Version standard

  • Pas d’amarrage
    automatique :
    bras Canadarm 2
  • Amarrage partie
    non russe
    (écoutille CBM)

Problème de la relève des équipage
• Depuis 2011,
  o Arrêt de l’exploitation de la navette spatiale
    américaine pour des raisons d’obsolescence et de
    sécurité
  o Relève des équipages uniquement par les
    vaisseaux Soyouz russe,

  o Jusqu’en 2019?
     • Développement Capsule Crew Dragon de
       Space X et capsule CTS 100 Starliner de Boeing

L’avenir de la SSI

           Encore incertain
   Exploitation prévue jusqu’en 2024, 2028?
Au moins jusqu’à la mise en place de la LOP-G
                 horizon 2026?

La privatisation?
• Washington semble avoir entamer une réflexion sur
  privatisation….

  Poursuite de l’exploitation par des entreprises privées?
     Mais nécessité de trouver un consensus entre tous les états

Certaines opérations déjà sous
traitées par entreprises privées
• ravitaillement : Space X,
  Orbital ATK
• expérimentation futures
  missions : Bigalow Aerospace
  (module gonflable en place)

Les projets futurs de
       station

Après Tiangong 1 (2011-2016,
   désorbitée en 2018)
   Puis Tiangong 2 (2016 - désorbitage
   2019?)

   L 10, 4 m, D : 3,35; 2 modules

                                         Tiangong 3
Mise en place 2019-2022?

3 modules de 22T, volume 90M3
• Module central « Tian He » :
   vie/travail ; L 18,1, D : 4,2 m
• 2 labo « Wengtian »
   et »Mengtian »; L 14,4m, D: 4,2 m
Masse 65 T
Altitude : 340-350 km
Inclinaison orbitale : 42-43°

Équipage permanent, relève 6 mois?

LOP-G
         Lunar Orbiter Plateform-Gateway
 Future station en orbite lunaire lancée par la NASA
Coopération de l’ESA? Fourniture de 2 modules par
Thales Alenia Space?
décision fin 2019?
+ Russie, Canada, Japon

Début d’assemblage en 2022 :
lancement 1er module
   par entreprise privée
   puis par la SLS ?

Opérationnelle dès 2026?

• Orbite très elliptique : périsélène 1500 km
                           aposélène : 70000 km

Avtg : - communication
quasi permanente avec la
Terre
       - exposition solaire
quasi permanente

Pas d’occupation permanente : 4 astronautes (capsule Orion),
séjour de 30 à 40 jours ?

Base avancée pour la lune/ préparation des missions humaines
vers Mars/astéroïdes

Merci

Bibliographie
• https://fr.wikipedia.org/wiki/Station_spatiale_internationale
• https://www.capcomespace.net/dossiers/ISS/index.htm
• https://www.nasa.gov/mission_pages/station/main/index.html
• https://fr.wikipedia.org/wiki/Skylab
• http://www.maxisciences.com/station-spatiale/skylab-la-
  premiere-station-spatiale-lancee-par-la-nasa-fete-ses-40-
  ans_art29496.html
• http://www.lefigaro.fr/sciences/2018/09/04/01008-
  20180904ARTFIG00062-le-projet-de-station-spatiale-autour-de-la-
  lune-se-precise.php
• https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/utilisation-
  espace-apres-iss-esa-veut-etre-presente-petite-station-spatiale-
  internationale-pres-lune-63709/
• https://www.futura-
  sciences.com/sciences/photos/astronautique-iss-station-
  spatiale-internationale-632/photos-grande-poutre-juillet-2009-
  3356/
                                 • …