Station spatiale internationale

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Station spatiale internationale
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Station spatiale internationale
La station spatiale internationale le 23 mai 2010.
Assemblage 1998-2012
Organisation NASA, Roscosmos, JAXA, ESA, ...
Masse ~400 tonnes
Volume pressurisé ~900 m 3
√Čquipage permanent 6
Orbite orbite basse
Altitude entre 330 et 410 km
Inclinaison 51,63¬į

La Station spatiale internationale (en anglais International Space Station ou ISS) est un habitat placé en orbite terrestre basse, occupé en permanence par un équipage international qui se consacre à la recherche scientifique dans l'environnement spatial. Ce programme fut lancé et piloté par la NASA, et développé conjointement avec l'agence spatiale fédérale russe (FKA), avec la participation des agences spatiales européenne, japonaise et canadienne. Sa construction, entamée en 1998, doit s'achever en 2012. Elle devrait être opérationnelle au moins jusqu’en 2020, et potentiellement jusqu’en 2028. La station spatiale est occupée en permanence depuis 2000. La fin de l'assemblage des composants développés sous la supervision de la NASA s'accompagne du retrait de la navette spatiale américaine maintenu en vol uniquement à cette fin.

La station spatiale internationale est, en 2011, le plus grand des objets artificiels plac√©s en orbite terrestre. Elle s'√©tend sur 110 m de largeur, 74 m de longueur et 30 m de hauteur et a une masse d'environ 400 tonnes. La station comporte une quinzaine de modules pressuris√©s, dont quatre consacr√©s aux exp√©riences scientifiques, repr√©sentant un volume d'espace pressuris√© d'environ 900 m3 dont 400 m3 habitable. Les panneaux solaires, d'une superficie de 2 500 m2, fournissent 110 kW d'√©lectricit√©. La station spatiale se d√©place en orbite autour de la Terre √† une altitude d'environ 350 kilom√®tres et √† une vitesse de 27 700 km/h (7,7 km/s), en faisant le tour de la plan√®te 15 fois par jour. Depuis novembre 2009, la station a un √©quipage permanent de 6 personnes : chaque astronaute, au cours de son s√©jour d'une dur√©e de 3 √† 6 mois, partage son temps de travail entre les op√©rations d'assemblage, de maintenance, et les t√Ęches scientifiques.

Plusieurs vaisseaux spatiaux se sont relay√©s pour placer en orbite les composants de la station, r√©aliser le transfert des √©quipages, assurer le ravitaillement et rehausser l'orbite r√©guli√®rement d√©grad√©e par la tra√ģn√©e atmosph√©rique. Les cargos Progress russes, ATV europ√©ens, le HTV japonais assurent le ravitaillement tandis que le vaisseau russe Soyouz prend en charge la rel√®ve des √©quipages. La navette spatiale am√©ricaine a jou√© un r√īle majeur par sa capacit√© d'emport et son retrait en 2011 pour des raisons d'obsolescence et de s√©curit√©, cr√©e des contraintes logistiques mal r√©solues, en l'absence de vaisseaux capables de la remplacer compl√®tement.

Le projet de la station spatiale est lanc√© en 1983 par le pr√©sident am√©ricain Ronald Reagan mais un co√Ľt toujours croissant et un contexte politique peu favorable aux grands programmes spatiaux civils retardent sa mise en Ňďuvre jusqu'en 1998. En 1993, la Russie est invit√©e, pour des raisons g√©opolitiques, √† devenir un acteur majeur du programme. L'assemblage en orbite d√©bute en 1998 mais l'accident de la navette Columbia, en 2003, retarde sensiblement son avancement. Les ambitions du programme sont √† plusieurs reprises revues √† la baisse, faute de disposer de budgets suffisants, tant du c√īt√© russe que du c√īt√© am√©ricain : plusieurs modules, dont certains consacr√©s √† la recherche, sont supprim√©s. Les travaux scientifiques r√©alis√©s dans la station portent principalement sur la biologie, en particulier l'adaptation de l'homme √† l'absence de gravit√©, la science des mat√©riaux et l'astronomie.

La station a de nombreux d√©tracteurs, qui lui reprochent son co√Ľt, estim√© √† pr√®s de 115 milliards de dollars, que ne justifient pas, selon ceux-ci, les r√©sultats scientifiques obtenus ou potentiels. Les partisans de la station spatiale mettent en avant l'exp√©rience acquise dans le domaine des s√©jours longs en orbite et l'importance symbolique d'une pr√©sence permanente de l'homme dans l'espace. La station spatiale doit √™tre utilis√©e au moins jusqu'en 2020 √† la suite des orientations retenues pour le programme spatial par le pr√©sident Obama qui ont par ailleurs mis fin au programme Constellation qui devait permettre √† l'homme de revenir sur la Lune.

L'astronaute Karen Nyberg observe la Terre par le hublot installé dans le laboratoire Destiny (2007)
Le module Zvezda, cŇďur de la partie russe de la station.
Travaux d'assemblage : un astronaute se d√©hale sur la poutre qui supporte les panneaux solaires

Sommaire

Historique

La station spatiale Skylab (1973-1979)

Skylab la première station spatiale américaine.

La NASA amorce les premi√®res r√©flexions sur un projet de station spatiale plac√©e en orbite terrestre au d√©but des ann√©es 1960. √Ä cette √©poque elle pr√©voit la pr√©sence permanente d'un √©quipage de dix √† vingt astronautes. Les utilisations envisag√©es sont multiples : laboratoire scientifique, observatoire astronomique, assemblage d'engins spatiaux, d√©p√īts de pi√®ces d√©tach√©es et de mat√©riel, station de ravitaillement en carburant, nŇďud et relais de transport.

De 1963 √† 1966 le projet de station spatiale commence √† se pr√©ciser : celle-ci doit utiliser le mat√©riel d√©velopp√© pour le Programme Apollo. La NASA consid√®re qu'une station spatiale occup√©e de mani√®re permanente est la suite logique du programme Apollo au m√™me titre que la navette spatiale et les missions habit√©es vers Mars. Mais la d√©crue des moyens financiers allou√©s √† la NASA ne permet pas de financer ces trois projets. Le pr√©sident am√©ricain Richard Nixon choisit de privil√©gier le d√©veloppement de la navette spatiale[1]. N√©anmoins, le 14 mai 1973, une station spatiale aux objectifs limit√©s, Skylab, est lanc√©e par une fus√©e Saturn INT-21, une Saturn V dont seuls les deux premiers √©tages sont actifs, le troisi√®me constituant le corps de la station. La station n'est occup√©e que 6 mois. Le retard pris par le programme de la navette spatiale am√©ricaine, qui aurait pu permettre sa maintenance et la rel√®ve des √©quipages, ne permet pas de rehausser √† temps l'orbite de la station : en 1979 la station inoccup√©e depuis plusieurs ann√©es, parvenue √† une altitude trop basse, entame sa rentr√©e dans l'atmosph√®re terrestre et est d√©truite.

Naissance du projet (1985)

Proposition d'architecture de la station Freedom (NASA).

Au d√©but des ann√©es 1970, l'URSS prend de l'avance dans le domaine des stations spatiales avec le programme Saliout (1971-1991) aux objectifs tout √† la fois civil et militaire qui sera suivi par le d√©veloppement de la station Mir (1986-2001) plus ambitieuse. Dans le contexte de comp√©tition spatiale et de guerre froide caract√©risant les relations entre les √Čtats-Unis et l'URSS de l'√©poque[2], le Pr√©sident Ronald Reagan demande en avril 1983 √† la NASA de lancer un projet de station spatiale pour la recherche scientifique et occup√©e en permanence, puis annonce le 25 janvier 1984, au cours de son discours annuel sur l'√©tat de l'Union, la volont√© des √Čtats-Unis d'entreprendre sa construction en coop√©ration avec d'autres pays[3]. Le co√Ľt du projet est alors estim√© √† huit milliards de dollars.

La NASA identifie √† l'√©poque 8 fonctions pouvant √™tre remplies par la station spatiale[4] :

  • laboratoire spatial,
  • observatoire permanent de la Terre et de l'espace,
  • nŇďud de transport assurant le stationnement de charges utiles et de vaisseaux de transport et le lancement de ceux-ci vers leur destination finale,
  • station service prenant en charge le ravitaillement en carburant et de maintenance d'engins spatiaux,
  • chantier d'assemblage de structures de grande taille,
  • usine permettant gr√Ęce √† la pr√©sence de l'homme de d√©velopper l'utilisation commerciale de l'espace,
  • lieu de stockage de charges utiles et de pi√®ces de rechange,
  • base de d√©part pour des missions lointaines.

Le 31 janvier 1985, l'Agence spatiale européenne (ESA) accepte de s'associer au projet, suivie par l'agence spatiale canadienne le 16 avril et le agence spatiale japonaise le 9 mai de la même année.

Blocages budgétaires (1986-1997)

Le module Zvezda en cours de construction.

Le 28 janvier 1986, la navette spatiale Challenger explose en vol. Tous les projets de vols habit√©s de la NASA, dont celui de la station spatiale, sont gel√©s. En 1987, plusieurs √©tudes successives, men√©es par la NASA et le Conseil de la recherche am√©ricain, portent l'estimation du co√Ľt de la station √† 13 milliards de dollars puis √† 24,5 milliards de dollars. Le 16 juillet 1988, le Pr√©sident Ronald Reagan baptise la station Freedom (¬ę Libert√© ¬Ľ). Au cours des ann√©es suivantes les √©tudes se suivent pour tenter de franchir l'opposition d'un Congr√®s peu convaincu par le projet, mais la station n'obtient pas le feu vert des d√©cideurs. En 1993, 11,4 milliards de $ avaient √©t√© d√©pens√©s en √©tudes et pas le moindre composant n'avait √©t√© produit[5]. Le Pr√©sident Bill Clinton, qui vient d'√™tre √©lu dans un contexte budg√©taire national difficile, demande √† la NASA, en f√©vrier, de revoir √† nouveau sa copie. La nouvelle √©pure, baptis√©e Alpha, abandonne un grand nombre de fonctionnalit√©s (r√©g√©n√©ration de l'environnement, modules servant de liaison, poutre raccourcie, sas simplifi√©) sans parvenir √† respecter le budget butoir fix√© par le pr√©sident[6].

La Russie entre dans le programme (1993)

Au d√©but des ann√©es 1990, l'√©clatement de l'URSS, puis l'effondrement √©conomique de la Russie qui a h√©rit√© de l'essentiel de l'astronautique sovi√©tique, modifient le contexte qui avait vu naitre le projet Freedom. Les dirigeants am√©ricains craignent alors que les comp√©tences des techniciens tr√®s qualifi√©s mais d√©sormais d√©sŇďuvr√©s de l'industrie spatiale des pays de la CEI (le budget spatial russe 1993 est √©gal √† 10% de celui de 1989) contribuent √† la prolif√©ration de missiles balistiques nucl√©aires dans des pays hostiles. Clinton veut faire de la coop√©ration dans le domaine spatial le symbole de la nouvelle relation qui s'est √©tabli entre les √Čtats-Unis et une Russie pacifi√©e. Fin 1993, apr√®s quelques mois de n√©gociation, un accord est mis au point qui fait de la Russie un acteur majeur du programme. L'agence spatiale russe doit fournir quatre modules pressuris√©s tandis que ses vaisseaux participeront au ravitaillement et √† la rel√®ve des √©quipages. La nouvelle mouture de la station spatiale comporte d√©sormais deux sous-ensembles : la partie am√©ricaine h√©rit√©e du projet Freedom et la partie russe qui reprend des √©l√©ments Mir-2 successeur pr√©vu de Mir[7].

Un accord de coop√©ration spatial entre les √Čtats-Unis et la Russie avait √©t√© sign√© fin 1992 par les pr√©sidents George Bush et Boris Eltsine : des astronautes am√©ricains pourraient effectuer des s√©jours de longue dur√©e dans la station Mir. La NASA, qui met en application l'accord comme une r√©p√©tition des vols vers la future station spatiale, r√®gle 400 millions de dollars de co√Ľt de s√©jour √† l'agence spatiale russe. Plusieurs missions se succ√®dent entre 1995 et 1998 au cours desquelles onze astronautes am√©ricains passent au total 975 jours √† bord de la station Mir vieillissante. √Ä neuf reprises, les navettes spatiales am√©ricaines ravitaillent la station Mir et assurent la rel√®ve des √©quipages. Le 13 juin 1995 le co√Ľt d'exploitation de la station Alpha est r√©√©valu√© √† 93,9 milliards de dollars, dont 50,5 milliards de dollars pour les vols de navettes[8].

Lancement de la construction (1998)

Le module Zarya, embryon de la station spatiale.

Finalement en 1998 la construction de la station est d√©cid√©e au cours d'une r√©union qui se tient √† Washington. D√©sormais seize nations y participent : les √Čtats-Unis, onze √Čtats europ√©ens, le Canada, le Japon, le Br√©sil, la Russie.

Pour permettre l'int√©gration de la Russie dans le programme, la NASA d√©cide que la station sera plac√©e sur une orbite d'inclinaison 51,6 ¬į permettant aux vaisseaux Soyouz et Progress, aux capacit√©s de manŇďuvre limit√©es, de desservir la station spatiale sans changer de plan d'orbite. Les navettes spatiales qui partent du centre spatial Kennedy (inclinaison 28,5 ¬į) doivent par contre changer de plan d'orbite ce qui r√©duit leur capacit√© d'emport de 6 tonnes[9],[10]. L'inclinaison √©lev√©e pr√©sente un avantage pour les travaux relevant de l'observation de la Terre : la superficie de la Terre survol√©e est augment√©e de 75% par rapport √† l'inclinaison optimale pour les navettes[11] et couvre 95% des zones habit√©es. La Russie consid√©rant Mir comme la premi√®re vraie station spatiale, la d√©nomination Alpha est progressivement abandonn√©e fin 2001 pour celui plus consensuel pour les 16 pays participant d'International Space Station (ISS - ou en fran√ßais ¬ę Station spatiale internationale ¬Ľ)[12].

L'assemblage de la station (1998-2012)

L'assemblage en orbite de la station spatiale internationale est un processus long car le lancement des 400 tonnes de la station va n√©cessiter une quarantaine de vols de la navette spatiale am√©ricaine et quelques vols des lanceurs russes qui seront interrompus longuement √† deux reprises √† la suite de d√©faillances techniques. En novembre 1998 le lancement du module russe Zarya par une fus√©e Proton inaugure l'assemblage de la station[13]. Le mois suivant, la navette spatiale am√©ricaine lance √† son tour le module Unity de la NASA. Mais, quelques mois plus tard, un √©chec de la fus√©e Proton, charg√© de lancer le module russe Zvezda, g√®le les op√©rations durant un an et demi. Ce module, qui permet l'h√©bergement du premier √©quipage permanent, l'exp√©dition 1, est finalement lanc√© en juillet 2000. La station sera d√©sormais occup√©e de mani√®re ininterrompue par un √©quipage mixte am√©ricano-russe de trois personnes avec ponctuellement des membres des autres pays participants. Russes et am√©ricains prennent le commandement √† tour de r√īle. L'accident de la navette spatiale Columbia en 2003 cloue les navettes au sol et interrompt de nouveau l'assemblage de la station de f√©vrier 2003 √† juillet 2005. Durant cette p√©riode, la station spatiale, qui ne re√ßoit plus assez de ravitaillement, est plac√©e en mode ¬ę survie ¬Ľ avec un √©quipage ramen√© √† 2 personnes, une orbite d√©grad√©e et une maintenance diff√©r√©e. Les vols de la navette reprennent en juillet 2005 (mission STS-114) mais en octobre 2005 la NASA annonce qu'elle compte retirer du service la navette spatiale en 2011. La NASA doit achever le montage de la station avec les dix-huit vols disponibles. Cette d√©cision soul√®ve un redoutable probl√®me logistique pour le futur car les moyens de transport restants ne suffiront pas √† transporter le tonnage de fret n√©cessaire. La NASA lance en 2006 le programme COTS qui confie √† des entrepreneurs priv√©s le soin d'assurer le ravitaillement manquant. En juillet 2006 l'√©quipage permanent repasse √† 3 personnes avec l'arriv√©e de Thomas Reiter premier astronaute europ√©en. L'installation des nouveaux modules et d'√©quipements comme le syst√®me de support de vie am√©ricain permet √† l'√©quipage permanent de passer √† 6 personnes en juillet 2009 avec l'exp√©dition 20.

Dernières missions d'assemblage planifiées[14]
Date pr√©vue Vaisseau √Čl√©ment
mai 2012 Proton Nauka (MPM)
Bras Télémanipulateur Européen

Au cours des ann√©es 2000, les probl√®mes budg√©taires vont entra√ģner l'abandon de composants importants. La Russie, mal relev√©e de la crise √©conomique, renonce √† un vrai laboratoire spatial (2007) alors que la conception initiale en pr√©voyait trois[15], puis deux de ces modules[16], qui devaient √™tre amarr√©s au Module d'amarrage universel (UDM) qui lui-m√™me ne sera pas lanc√©[17]. Elle abandonne √©galement la r√©alisation d'un module de production d'√©lectricit√© (le Science Power Platform (SPP)) qui aurait permis de rendre la partie russe autonome sur le plan √©nerg√©tique. Du c√īt√© de la NASA, c'est l'explosion des budgets pr√©visionnels qui entra√ģne des arbitrages s√©v√®res : le CRV, un v√©hicule permettant d'√©vacuer l'√©quipage en cas de sinistre, trop co√Ľteux (3 milliards de $), est abandonn√© en 2002. Il sera remplac√© par des vaisseaux Soyouz amarr√©s en permanence √† la station[18]. La construction du module d'habitation, qui devait fournir un espace r√©serv√© √† l'√©quipage, comportant douche, salle de repas et de d√©tente ainsi que compartiments individuels, est arr√™t√© alors que la coque pressuris√©e √©tait achev√©e (2006) ; un module scientifique construit par le Japon qui devait h√©berger une centrifugeuse de 2,5 m√®tres de diam√®tre, nomm√© Centrifuge Accommodations Module, √©quipement jug√© pourtant essentiel par la communaut√© scientifique, est annul√© en 2005[19]. Les √Čtats-Unis renoncent √©galement au d√©veloppement du Module de propulsion qui devait permettre de rehausser p√©riodiquement l'orbite de la station.

En juillet 2011 la station spatiale comporte 13 modules pressuris√©s et l'assemblage des composants non pressuris√©s est pratiquement achev√© : la derni√®re livraison doit √™tre effectu√©e par un lanceur russe Proton qui doit d√©livrer en 2012 le module pressuris√© Nauka et le Bras t√©l√©manipulateur europ√©en[14].

Objectifs

Selon la NASA la station spatiale internationale est con√ßue d'abord comme un laboratoire de recherche affect√© √† l'√©tude de son environnement atypique caract√©ris√© par l'absence de pesanteur, le bombardement par des rayonnements absents au sol car intercept√©s par l'atmosph√®re, et sa position qui en fait un poste d'observation privil√©gi√© de la Terre mais √©galement de l'espace. Par rapport √† la navette spatiale am√©ricaine, elle pr√©sente l'avantage de constituer une plateforme stationn√©e pour de longues dur√©es[20],[21]. Contrairement aux satellites porteurs d'exp√©riences scientifiques, la pr√©sence d'un √©quipage permanent offre l'avantage de permettre d'effectuer, √† la demande, de nombreuses manipulations sur les exp√©riences : surveillance, ajout d'intrants, r√©parations ou remplacements de composants. Les scientifiques au sol ont, gr√Ęce √† l'√©quipage, la possibilit√© d'acc√©der facilement aux r√©sultats de leurs exp√©riences, d'en modifier les param√®tres ou d'en lancer de nouvelles[21].

Par ailleurs la station spatiale, par sa position en orbite terrestre basse, fournit un endroit relativement s√Ľr pour mettre au point les syst√®mes spatiaux qui seront n√©cessaires pour les missions de longue dur√©e vers la Lune ou sur Mars. Elle permet d'acqu√©rir de l'exp√©rience dans le domaine de la maintenance, de la r√©paration et du remplacement de syst√®mes en orbite : toutes ces techniques sont vitales pour la mise en Ňďuvre de vaisseaux qui devront s'√©loigner de la Terre et s'affranchir de toute possibilit√© de d√©pannage depuis la Terre. Ce type de recherche permet √† terme de r√©duire les risques courus par ces missions et d'optimiser la capacit√© des vaisseaux interplan√©taires[22].

Le r√īle de l'√©quipage porte √©galement sur l'√©ducation et la coop√©ration internationale. L'√©quipage de la station spatiale permet √† des √©tudiants sur Terre de participer, y compris par le biais d'exp√©riences d√©velopp√©es par eux, √† des travaux pratiques. Le programme de la station spatiale lui-m√™me et la coop√©ration internationale qu'il suscite, permet √† 13 nations d'apprendre √† vivre et travailler ensemble dans l'espace, pr√©parant le terrain pour de futures missions internationales[23],[24].

Recherche scientifique

Expérience de capillarité dans la station spatiale.

La station spatiale fournit une plateforme pour réaliser des expériences qui nécessitent qu'une des conditions inhabituelles rencontrées dans l'espace soit présente. Les domaines de recherche principaux comprennent la biologie, la physique, l'astronomie et la météorologie[25],[26]. Selon les directives adressées par le Congrès à la NASA en 2005, le laboratoire américain Destiny est officiellement considéré comme un laboratoire public national dans le but d'accroitre son utilisation par l'ensemble des agences fédérales et du secteur privé[27].

La recherche effectuée à bord de la station spatiale accroit la compréhension des effets du séjour dans l'espace sur le corps humain. Les thèmes de recherche actuels portent sur l'atrophie musculaire, l'ostéoporose et la redistribution des liquides biologiques (sang,...) qui constituent certains des problèmes les plus handicapants pour le séjours longs de l'homme dans l'espace. Les données recueillies doivent permettre de déterminer si l'homme peut effectuer des vols de longue durée et à terme coloniser l'espace. Les résultats concernant la perte osseuse et l'atrophie musculaire suggèrent que les astronautes risquent d'être victimes de fractures au moment de l'atterrissage sur une planète après un séjour prolongé dans l'espace[28]

Des √©tudes m√©dicales √† grande √©chelle sont men√©es √† bord de la station spatiale par l'Institut de recherche de m√©decine spatiale am√©ricain. Parmi les travaux notables figure l'√©tude sur un syst√®me de diagnostic par ultrasons en microgravit√© dans le cadre duquel plusieurs astronautes (dont les commandants Leroy Chiao et Gennady Padalka) se sont soumis √† des examens par ultrasons en √©tant guid√©s par des sp√©cialistes. Le th√®me de l'√©tude porte sur les techniques de diagnostic et le traitement des probl√®mes m√©dicaux dans l'espace. Il n'y a g√©n√©ralement pas de m√©decins dans la station spatiale et la r√©alisation de diagnostics peut par cons√©quent √™tre difficile. Les techniques test√©es dans le cadre de cette √©tude ont √©t√© mises en Ňďuvre par la suite pour diagnostiquer des accidents du travail ou dans le domaine des sports olympiques ; elles ont √©galement √©t√© mises en Ňďuvre par des op√©rateurs sans exp√©rience sur des populations comme celles des √©tudiants. Il est pr√©vu que ces techniques de diagnostic √† distance par ultrasons aient des applications sur Terre dans les situations d'urgence et dans les milieux ruraux o√Ļ l'acc√®s √† un m√©decin exp√©riment√© est difficile[29],[30],[31].

Peggy Whitson devant la boite à gants du laboratoire Destiny

Des chercheurs étudient les effets de l'absence de gravité sur l'évolution, le développement, la croissance et les processus internes des plantes et des animaux. À partir de certaines des données collectées, la NASA souhaite analyser les effets de la micro-gravité sur la croissance tridimensionnelle des tissus similaires à ceux de l'homme et sur les cristaux de protéines qui se forment dans l'espace[25].

La physique des fluides en microgravit√© est √©galement √©tudi√©e, afin de permettre aux chercheurs de mieux mod√©liser leur comportement. √Čtant donn√© que dans cet environnement tous les fluides peuvent √™tre m√©lang√©s, les physiciens tentent de combiner des fluides qui se m√©langent mal sur Terre. De plus, en examinant les r√©actions chimiques qui sont ralenties par la faible gravit√© et les temp√©ratures, les scientifiques esp√®rent effectuer de nouvelles perc√©es dans le domaine de la supraconductivit√©[25].

La science des mat√©riaux est un secteur important de la recherche effectu√©e dans la station spatiale : ses objectifs sont d'am√©liorer les techniques de fabrication utilis√©es sur Terre[32].

Parmi les autres centres d'int√©r√™t figure l'incidence de la microgravit√© sur la combustion : efficacit√© de la combustion et contr√īle des √©missions et des polluants. Les d√©couvertes dans ce domaine pourraient permettre d'am√©liorer notre compr√©hension des m√©canismes mis en Ňďuvre pour la production d'√©nergie et b√©n√©ficier en retour √† l'√©conomie et √† l'environnement. On envisage √©galement d'utiliser la station spatiale pour √©tudier les a√©rosols, l'ozone, la vapeur d'eau et les oxydants pr√©sents dans l'atmosph√®re terrestre[25]. En mai 2011 une exp√©rience de physique fondamentale, le spectrom√®tre magn√©tique Alpha, est install√©e sur la poutre de la station : cet instrument pourrait apporter des informations pr√©cieuses sur la pr√©sence ou la nature de l'antimati√®re et de la mati√®re noire en analysant les rayons cosmiques qui ne peuvent √™tre observ√©s depuis le sol √† cause du filtrage de l'atmosph√®re terrestre.

Anatomie de la station spatiale

Lorsqu'elle sera achev√©e, la station spatiale internationale mesurera 108 m√®tres de longueur sur 74 m√®tres de large, pour une masse approchant les 400 tonnes. Avec un volume pressuris√© d'environ de 900 m¬≥ dont pr√®s de 400 m¬≥ habitable[33],[34],[N 1] elle peut accueillir six astronautes en permanence, qui se succ√®deront et se relaieront selon les exigences des missions.

La station spatiale est composée d'une part des modules pressurisés dans lesquels les astronautes vivent (laboratoires, modules d'amarrage, modules d'interconnexions, sas, modules polyvalents), d'autre part d'éléments non pressurisés qui assurent différentes fonctions comme la fourniture d'énergie, la régulation thermique, la maintenance (bras robotiques) et le stockage d'expériences scientifiques et de pièces détachées.

L'évolution du concept

Article d√©taill√© : Station spatiale.

L'architecture et l'aménagement intérieur de la partie américaine de la station spatiale sont l'aboutissement de longues études démarrées au début des années 1970 qui ont abouti au cours des années 1980.

Configuration ¬ę Tour √† √©nergie ¬Ľ.

L'expérience de la station Skylab

La station Skylab (1973-1974) avait √©t√© r√©alis√©e en am√©nageant le troisi√®me √©tage d'une fus√©e Saturn V, haut de 39 m√®tres et de 7 m√®tres de diam√®tre, qui avait √©t√© divis√© dans le sens de la longueur en deux √©tages, fournissant ainsi un volume int√©rieur de 480 m3. Bien que la station n'ait √©t√© habit√©e que bri√®vement (6 mois en temps cumul√©), ses occupants font des observations int√©ressantes qui seront prises en compte dans la conception de la future station √† laquelle certains d'entre eux vont d'ailleurs participer. La NASA √©tudie au d√©but des ann√©es 1970, sans avoir de vrai financement, une station susceptible de succ√©der √† Skylab. Apr√®s l'arr√™t de la fabrication de la fus√©e Saturn et le lancement du projet de navette spatiale, le concept de station monolithique (un cylindre unique), √† la mani√®re de Skylab, est abandonn√© au profit d'un ensemble de modules dont le diam√®tre est compatible avec la taille de la soute de la navette (moins de 5 m√®tres). Le regroupement des modules autour d'un module central servant de nŇďud est √©cart√© car trop risqu√©. La NASA identifie √† cette √©poque la n√©cessit√© de disposer d'un vaisseau permettant d'√©vacuer √† tout moment la station[35].

La configuration Tour à énergie

En 1982-1983 un groupe de travail de la NASA charg√© de r√©fl√©chir au d√©veloppement d'une station spatiale, le Concept Development Group (CDG), met au point le concept de ¬ę Tour √† √©nergie ¬Ľ (Power tower) : une poutre verticale de pr√®s de 100 m√®tres de haut supporte √† son sommet une poutre perpendiculaire de 75 m√®tres de long sur laquelle sont r√©partis les panneaux solaires. Tous les autres composants sont attach√©s √† l'extr√©mit√© inf√©rieure de la poutre et l'ensemble est stabilis√© par gradient de gravit√©[N 2] ce qui permet de r√©duire le besoin de carburant pour contr√īler l'orientation de la station. La partie pressuris√©e, est constitu√©e de quatre modules - deux laboratoires, un habitat et un module de commandement - partageant la m√™me architecture : un cylindre dot√© d'un port d'amarrage √† chaque extr√©mit√© et de 4 autres ports √† sa p√©riph√©rie permettant de multiples arrangements. Pour l'am√©nagement int√©rieur, deux configurations sont √©tudi√©es : un cloisonnement du cylindre en tranches √† la mani√®re de Skylab et un am√©nagement longitudinal avec un plancher parall√®le √† la paroi du cylindre. Le cloisonnement vertical g√©n√®re des espaces confin√©s et peut cr√©er des probl√®mes de d√©sorientation mais utilise mieux l'espace et fournit un bon acc√®s au syst√®me de support de vie[36].

La configuration Catamaran

Configuration ¬ę Catamaran ¬Ľ.

En 1985 la NASA entame, avec la participation de plusieurs industriels, la phase B de son √©tude destin√©e √† d√©tailler les concepts d√©j√† d√©finis. Une √©tude plus fine des besoins scientifiques - microgravit√©, observatoires c√©leste et terrestre - aboutit √† la disqualification du concept de ¬ę Tour √† √©nergie ¬Ľ mal adapt√©. Une nouvelle architecture dite Catamaran (Dual Keel) est mise au point : deux poutres verticales parall√®les supportent √† leurs extr√©mit√©s les t√©lescopes spatiaux. Elles sont jointes en leur centre par une longue poutre horizontale qui supporte en son milieu les modules pressuris√©s et √† ses extr√©mit√©s les panneaux solaires[37].

Aménagement intérieur

√Čtudes d'am√©nagement int√©rieur des modules.

Parall√®lement un groupe cr√©√© en 1983 au centre spatial Johnson se penche plus particuli√®rement sur l'am√©nagement int√©rieur. Il s'agit √† la fois de favoriser la productivit√© de l'√©quipage par une optimisation de l'ergonomie et de permettre la mise √† niveau de la station et sa maintenance tout au long de sa dur√©e de vie estim√©e √† l'√©poque √† 30 ans. Pour parvenir √† ce r√©sultat les √©quipements int√©rieurs doivent √™tre modulaires ; la taille de chaque ¬ę meuble ¬Ľ doit √™tre √† la fois standardis√©e et suffisamment r√©duite pour pouvoir passer par les √©coutilles. Il est √©tabli que la taille minimale compatible avec la dimension des √©quipements usuels est celle d'un r√©frig√©rateur. Par ailleurs la disposition retenue doit permettre d'acc√©der facilement √† la coque pressuris√©e en cas de perforation. Plusieurs sc√©narios d'am√©nagement sont √©valu√©s : √©quipements rassembl√©s autour de l'axe du module laissant un espace habitable entre ce noyau et la coque (Service Core A sur le sch√©ma ci contre). Mais pour une coque de 4,5 m√®tres de diam√®tre, cette configuration laissait beaucoup moins d'espace vital que celle consistant √† rejeter les √©quipements le long de la coque. Cette derni√®re disposition est donc retenue pour la suite de l'√©tude et √† son tour d√©clin√©e en plusieurs versions : une disposition avec les √©quipements plac√©s aux quatre angles laissant un volume libre en forme de croix (B) est √©limin√©e car laissant peu de place pour les √©quipements ; on √©carte √©galement un am√©nagement qui superpose deux formats d'√©quipement de chaque c√īt√© de l'espace laiss√© libre avec des gaines techniques courant au niveau du plancher et du plafond (C). La solution finalement retenue consiste √† placer des √©quipements au format parfaitement identique sur les quatre c√īt√©s de l'espace central (D). Les espaces libres de forme triangulaire situ√©s entre les √©quipements et la coque sont utilis√©s pour faire passer les gaines techniques[38].

Du module universel au module spécialisé

Gen√®se des modules de type nŇďud.

Pour r√©duire les co√Ľts, la NASA √©tait partie du principe que tous les modules de la station seraient identiques (configuration K sur le sch√©ma ci-contre) ; l'ajout d'√©quipements int√©rieurs sp√©cialis√©s devait permettre de r√©pondre aux besoins couverts sp√©cifiquement par chaque module. Mais les √©tudes plus d√©taill√©es montr√®rent que, compte tenu du nombre r√©duit de modules √† produire, le gain financier esp√©r√© ne compensait pas le surcroit de complexit√© et de masse d'un module ¬ę universel ¬Ľ. En particulier un tiers du volume de chaque module devait √™tre consacr√© aux six ports d'amarrage radiaux et axiaux particuli√®rement volumineux et lourds compte tenu de leur gabarit g√©n√©reux. Aussi fut-il d√©cid√© que le module commun ne prendrait pas en charge les fonctions de sas et de nŇďuds qui donneraient lieu au d√©veloppement de modules sp√©cialis√©s. Dans cette nouvelle configuration le module commun, nettement all√©g√© car ne comportant plus que deux ouvertures aux extr√©mit√©s du cylindre, pouvait √™tre allong√© ce qui permettait de r√©duire le nombre de modules n√©cessaires ; les modules, qui dans les configurations de l'√©poque assuraient des liaisons perpendiculaires pour des raisons de s√©curit√© (configuration ¬ę en carr√© ¬Ľ), pouvaient √™tre abandonn√©s au profit de simples tunnels pratiquement d√©pourvus d'√©quipements int√©rieurs et donc tr√®s l√©gers (L). Finalement il fut d√©cid√© d'allonger les modules de type nŇďud pour qu'ils prennent en charge √©galement la fonction des modules de liaison (configuration M puis N)[39]. Le concept de module de liaison fut abandonn√© par la suite.

La coupole d'observation

Pour pouvoir travailler, il √©tait n√©cessaire que l'√©quipage dispose d'une vue sur l'ext√©rieur : manŇďuvres d'arrimage et d√©sarrimage des vaisseaux charg√©s du ravitaillement et de la rel√®ve, intervention √† distance sur la partie ext√©rieure de la station gr√Ęces aux bras robotis√©s, surveillance et maintenance. La r√©ponse √† ce besoin opposa d'une part les partisans d'une vue ¬ę virtuelle ¬Ľ reconstitu√©e sur les √©crans d'un poste de travail √† partir d'images obtenues gr√Ęce √† des cam√©ras et d'autre part ceux qui, au nom de la s√©curit√©, exigeaient de disposer de hublots dans chaque module permettant d'avoir une vue directe sur les composants de la station. Les d√©tracteurs de cette derni√®re solution soulign√®rent que la pr√©sence de hublots fragilisait et alourdissait la structure sans pour autant fournir une vue directe sur toutes les parties de la station. La cr√©ation de coupoles d'observation donnant une vision √† 180 ¬į fut d√©cid√© √† l'issue de ces d√©bats[40].

Intégration des modules russes et configuration finale

Les composants de la station spatiale fin mai 2011.
Vue du dessous : modules russes Zarya (A) et Zvezda(C), nŇďuds Unity (B), Harmony (G) et Tranquility (L), laboratoires Destiny (D), Columbus (H) et Kibo (I), sas Quest (E), bras Canadarm2 (J) sur la poutre, radiateurs (F), vers les panneaux solaires (K), 3 x vaisseaux Soyouz ou Progress (S).

√Ä l'issue de la phase de conception, la configuration de la station spatiale retenue comporte quatre modules laboratoires, un module d'habitation, deux coupoles d'observation, deux sas et un module logistique (pour le stockage) construit par les europ√©ens. Les arbitrages budg√©taires qui affectent le projet entra√ģnent par la suite la suppression de deux nŇďuds, d'une coupole du module affect√© √† la centrifugeuse et de celui √† la logistique. √Ä cet ensemble vient se greffer la partie russe qui r√©emploie les modules d√©velopp√©s pour la station Mir : leur conception plus classique est tr√®s diff√©rente de ce qui a √©t√© d√©velopp√© par la NASA. Les nŇďuds sont int√©gr√©s dans des modules qui ne se cantonnent pas √† cette sp√©cialit√©. Les am√©nagements ne sont g√©n√©ralement pas amovibles.

Les modules pressuris√©s, qui sont de forme cylindrique, sont pourvus d'une ouverture √† chaque extr√©mit√©. La station est compos√©e d'une colonne vert√©brale form√©e par une enfilade de 5 modules (de Zvezda √† Harmony), connect√©s bout √† bout, longue de pr√®s de 50 m√®tres. Les autres modules viennent se greffer sur cet axe : certains modules sont connect√©s sur la gauche ou la droite du corps principal (Colombus, Quest, Tranquility et Kibo) tandis que d'autres sont connect√©s au-dessus ou au-dessous (Pirs, Poisk, poutre S0, Rassvet, Nauka, Leonardo).

De la conception initiale subsiste également une longue poutre, fournie par la NASA et perpendiculaire à l'axe principal des modules pressurisés. Cette poutre porte principalement les panneaux solaires et les radiateurs du système de régulation thermique. Elle est rattachée à peu près à l'enfilade de modules à peu près en son milieu au niveau du module Unity. La grande longueur de la poutre permet aux panneaux solaires placés à ses deux extrémités, de s'orienter à tout moment de manière optimale (ils disposent de deux axes de liberté), sans être gênés par les modules pressurisés.

Les modules russes forment un ensemble bien distinct, reli√© au reste de la station uniquement par le nŇďud Unity. Dans sa litt√©rature, la NASA divise la station spatiale en un segment am√©ricain (USOS) et un segment russe (ROS).

Les modules pressurisés

La structure des modules est r√©alis√©e en alliage d'aluminium, qui pr√©sente l'avantage d'√™tre l√©ger, r√©sistant √† la corrosion et d'√™tre un bon conducteur √©lectrique ce qui facilite la mise √† la terre des √©quipements. La structure principale des modules pressuris√©s dont le r√īle est de pr√©server l'int√©grit√© du module, est compos√©e d'une part d'une coque de forme cylindrique, dans laquelle sont perc√©es des ouvertures occup√©es par des hublots ou des √©coutilles, d'autre part de longerons qui permettent √† la fois de r√©sister √† la pression et de jouer le r√īle de support pour les √©quipements int√©rieurs. Sur cette structure primaire sont fix√©s des √©l√©ments de structures secondaires : √† l'int√©rieur les baies de rangements, les √©coutilles ou les rideaux de hublot, √† l'ext√©rieur les poign√©es permettant aux astronautes de progresser durant les sorties extrav√©hiculaires et les protections anti-m√©t√©orites qui recouvrent la surface des modules. Pour les modules non russes, celle-ci est constitu√©e d'une feuille d'aluminium de 1,27 millim√®tre d'√©paisseur maintenue √† une distance de 10 cm de la coque. Gr√Ęce √† cette protection la probabilit√© qu'un d√©bris traverse la coque est 7,5% pour les modules non russes et de 5 % pour les modules russes qui disposent d'un syst√®me diff√©rent[41].

Aménagements intérieurs

Coupe transversale d'un module américain.

En l'absence de gravit√©, la notion de plancher/plafond (verticale locale dans le jargon de la NASA) a √©t√© d√©finie de mani√®re arbitraire : le plancher est le c√īt√© des modules tourn√© en permanence vers la Terre (nadir), le plafond √©tant √† l'oppos√© (z√©nith). Le marquage, la disposition des appareils prennent en compte cette orientation : lorsque ils s'activent les membres de l'√©quipage prennent donc des positions verticales similaires. L'axe principal des modules (de Zvezda √† Tranquility) est align√© sur la trajectoire de la station spatiale : les laboratoires Columbus et Kibo sont situ√©s √† l'avant et donc plus expos√©s √† une collision avec un d√©bris spatial tandis que les modules russes se situent √† l'arri√®re. La troisi√®me dimension est indiqu√©e, comme sur un navire, par les appellations b√Ębord (√† gauche pour une personne tourn√©e vers l'avant) et tribord (Kibo est √† b√Ębord et Columbus √† tribord).

Les modules non russes ont la forme de cylindres aux extr√©mit√©s l√©g√®rement coniques dont le diam√®tre a √©t√© fix√© par celui de la soute de la navette spatiale (5 m√®tres). √Ä chaque extr√©mit√© d'un module, de part et d'autres de l'ouverture axiale (D sur le sch√©ma ci-contre), se trouvent des am√©nagements non amovibles (syst√®mes de s√©curit√©, appareillages √©lectriques) dissimul√©s derri√®re des cloisons. Le reste de l'espace tire les cons√©quences de l'absence de gravit√© : les quatre c√īt√©s (plancher, plafond et parois lat√©rales), re√ßoivent le m√™me type d'am√©nagement amovible constitu√© d'armoires (rack) au format standardis√© ISPR hautes de 2 m√®tres de haut pour 1,05 m de largeur et 85,4 cm de profondeur et dont l'arri√®re √©pouse la forme incurv√©e de la coque (A). Pratiquement jointifs (une rampe lumineuse occupe chaque angle) ce mobilier d√©gage en son centre un espace habitable le long de l'axe du module ayant une section carr√©e d'un peu plus de 2 m√®tres de c√īt√©. Les gaines de courant et fluides circulent dans l'espace de forme triangulaire laiss√© libre entre la coque et les armoires (C). Des barres formant poign√©e sont dispos√©s √† intervalle r√©gulier pour permettre √† l'√©quipage de se d√©placer ou de se maintenir sur place. Les baies standardis√©es peuvent √™tre occup√©es par diff√©rents types d'am√©nagements :

  • √Čquipement scientifique
  • Armoire de rangement
  • Equipement de support de vie (eau, temp√©rature, air)
  • Toilette, mini cabine personnelle

Le choix de l'amovabilit√© des am√©nagements permet de faire √©voluer ou remplacer la plus grandes partie des √©quipements au cours de la longue vie de la station spatiale. Ce choix permet √©galement √† la navette de lancer les modules ce qu'elle n'aurait pu faire si ceux-ci avaient d√©j√† re√ßu tous leurs am√©nagements car ils auraient √©t√© trop lourds. Mais cette conception n'a pas permis de fournir l'espace ordonn√© esp√©r√© : l'espace habitable de la station spatiale, en particulier celui des laboratoires, est envahi par un fouillis de c√Ębles et d'√©quipements ajout√©s[42]).

Liaisons entre modules et systèmes d'amarrage des vaisseaux

Ecoutille de type CBM au gabarit g√©n√©reux : √† gauche la face interne faisant partie du module Harmony et √† droite, en position ferm√©e, la face externe de l'√©coutille du vaisseau cargo HTV.

La connexions entre les modules et l'amarrage des vaisseaux spatiaux aux modules met en Ňďuvre plusieurs types de liaisons du fait de l'origine h√©t√©rog√®ne du mat√©riel mis en Ňďuvre :

  • Le syst√®me d'amarrage sonde-c√īne est un syst√®me tr√®s ancien d√©velopp√© par les Russes. Il est dissym√©trique c'est-√†-dire qu'une des deux parties arrim√©es porte la sonde (vaisseaux russes Soyouz, Progress, europ√©en ATV) tandis que l'autre partie porte la pi√®ce en forme de c√īne (majorit√© des ports d'amarrage des modules russes de la station). L'ouverture circulaire d'un diam√®tre int√©rieur de 80 cm ne facilite pas le transfert du fret : les √©quipements encombrants comme les armoires am√©ricaines au format ISPR qui √©quipent la partie non russe, ne peuvent transiter par ce type d'√©coutille et cette contrainte impose une g√©om√©trie longiligne aux √©quipements amovibles russes les plus volumineux.
  • L'APAS est un syst√®me mis au point pour permettre la liaison entre les composants russes et am√©ricains. Il est hybride, c'est-√†-dire que les composants de part et d'autre sont identiques. L'APAS est install√© sur la navette spatiale et sur le module Zarya pour sa jonction avec la partie am√©ricaine. Le diam√®tre int√©rieur de l'ouverture est de m√™me dimension que le syst√®me russe (ouverture circulaire de 80 cm de diam√®tre[14]) et souffre donc des m√™mes limitations que celui-ci.
Les écoutilles de la partie russe ont un diamètre réduit.
  • Le CBM est un m√©canisme d'amarrage mis au point pour la Station spatiale internationale. Il est mis en Ňďuvre sur tous les modules non russes de la station. C'est √©galement un syst√®me dissym√©trique : la partie active (Active Common Berthing Mechanism ou ACBM) est constitu√©e par un anneau sur lequel se situent 4 verrous qui assurent un premier assemblage et 16 boulons qui rigidifient l'ensemble. La partie passive (Passive Common Berthing Mechanism ou PCBM) re√ßoit les m√©canismes d'accrochage. Les 3 modules pressuris√©s, de type nŇďud, comportent sur leur partie axiale un port d'amarrage actif et un passif ; chaque nŇďud dispose par ailleurs de 4 autres ports tous actifs. Ce syst√®me d'amarrage est √©galement celui du vaisseau cargo japonais HTV et dans le futur des vaisseaux de ravitaillement Cygnus et Drago. L'ouverture qui a une forme carr√©e de 127 cm de c√īt√© est d'une taille particuli√®rement g√©n√©reuse permettant de faire passer les racks ISPR qui sont les plus gros √©quipements amovibles. C'est un atout essentiel pour la maintenance de la partie non russe de la station. Le maintien de l'√©tanch√©it√© a constitu√© un challenge technique √† la conception, car compte tenu de sa forme carr√©e et de sa taille, il s'exerce une pouss√©e de 20 tonnes non uniforme sur l'√©coutille, lorsque le port n'est pas connect√© √† un autre module. Le syst√®me permet √©galement la connexion automatique des liaisons √©lectriques, des t√©l√©communications et des canalisations porteuses de fluides[14].

Pour pouvoir mettre en relation des modules ou vaisseaux porteurs d'une part d'un syst√®me d'amarrage APAS d'une part et CBM d'autre part, des adaptateurs pressuris√©s en forme de c√īne coud√© ont √©t√© mis en place (Pressurized Mating Adapters ou PMA). Ils m√©nagent un corridor pressuris√© entre les deux parties, comportent un chauffage et permettent d'√©tablir une liaison √©lectrique et t√©l√©com. Le PMA 1 est utilis√© pour relier le module russe Zarya au module Unity faisant la jonction entre la partie russe et la partie internationale de la station. Le PMA-2 install√© aujourd'hui sur le module Harmony est le point d'amarrage habituel de navette spatiale. PMA 3, install√© sur le nŇďud Tranquility fournit une alternative pour l'amarrage de la navette.

Les modules russes Zvezda et Zarya

Articles d√©taill√©s : Zvezda (station spatiale internationale) et Zarya.
Les modules russes Zarya et Zvezda

Zarya (soleil levant) est le premier module de la station internationale plac√© en orbite. Il s'agit d'une nouvelle d√©clinaison du vaisseau TKS utilis√© √† plusieurs reprises par l'astronautique russe. Il sert actuellement de lieu de stockage et permet gr√Ęce √† ses moteurs (32 moteurs de 13 kg de pouss√©e) de r√©orienter la station lorsque les corrections √† apporter d√©passent la capacit√© des gyroscopes √©lectriques install√©s dans la partie am√©ricaine de la station. Des r√©servoirs situ√©s √† l'ext√©rieur permettent de stocker 6 tonnes de carburant qui sont utilis√©s par les moteurs du module Zvezda pour rehausser l'orbite de la station. Zarya est d'une part reli√©e au module Zvezda d'autre part au nŇďud Unity. Un troisi√®me port permet de recevoir un vaisseau Soyouz ou Progress mais est, depuis 2010, reli√© en permanence au compartiment d'amarrage Rassvet. Zarya poss√®de ses propres panneaux solaires et ses batteries. Il p√®se 19,3 tonnes et est long de 12,55 m√®tres pour un diam√®tre de 4,1 m√®tres[43].

Zvezda (¬ę √©toile ¬Ľ) √©galement appel√© ¬ę module de service ¬Ľ a durant les premi√®res ann√©es √©t√© le centre de la station spatiale. On y trouve des √©quipements vitaux qui resteront longtemps uniques dans la station spatiale tels que les syst√®mes de support de vie Elektron et Vozdukh, les syst√®mes de contr√īle de vol et de navigation et une toilette. Il reste aujourd'hui le centre de commandement de la partie russe de la station. Zvezda est une √©volution du module central de la station Mir : le module comporte comme celle-ci trois parties : un compartiment de travail, une chambre de transfert qui donne sur un point d'amarrage √† l'arri√®re et une compartiment de ¬ę transfert ¬Ľ situ√© √† l'avant avec 3 ports d'amarrage. Les occupants du module r√©sident et travaillent dans le compartiment de travail qui comprend notamment 2 petites cabines d'√©quipage, une toilette, un tapis roulant et un cycloergom√®tre. Le module Zvezda est long de 13,1 m√®tres pour un diam√®tre maximum de 4,15 m√®tres et un poids de 18 tonnes. Il poss√®de deux panneaux solaires d'une envergure de 29,7 m√®tres. Le port d'amarrage situ√© √† l'arri√®re peut recevoir un vaisseau Soyouz ou Progress tandis que les trois ports situ√©s √† l'avant sont reli√©s de mani√®re d√©finitive au module Zarya ainsi qu'aux modules d'accostage Pirs et Poisk. Zvezda dispose de moteurs-fus√©es qui sont utilis√©s pour rehausser l'altitude de la station[44].

Les modules de type nŇďud

Le premier nŇďud Unity avec de part et d'autre les adaptateurs PMA 1 et PMA 2.

La partie non russe de la station comporte trois modules de type nŇďud qui peuvent assurer l'interconnexion entre 6 modules.

Unity (nŇďud 1) est chronologiquement le second module √† avoir √©t√© assembl√© √† la station spatiale internationale, et le premier construit par les √Čtats-Unis. C'est un cylindre d'aluminium de 11,6 tonnes, 5,47 m de long et de 4,57 m de diam√®tre. Il est plus court que les deux autres modules et ne comporte que 4 emplacements pour des racks au format ISPR contre 8 pour les autres modules. Il assure la jonction avec la partie russe de la station via un PMA[45].

Harmony (nŇďud 2) et p√®se 14,3 tonnes pour une longueur de 7,2 m√®tres et un diam√®tre de 4,4 m√®tres. Il assure √©galement la connexion entre le laboratoire europ√©en Columbus, le module am√©ricain Destiny et le module japonais Kibo. Sur les huit baies disponibles quatre sont occup√©es par des racks d'avionique tandis que les autres servent de lieu de rangement[45].

Tranquility (nŇďud 3) a les m√™mes dimensions que Harmony et contient comme celui-ci huit racks dont deux occup√©s par l'avionique du module. Les principaux √©quipements touchent au syst√®me de support de vie am√©ricain avec 2 racks recyclant les eaux us√©es, 1 rack pour la g√©n√©ration d'oxyg√®ne √† partir de l'eau et 1 rack pour la syst√®me de r√©g√©n√©ration de l'atmosph√®re qui enl√®ve les contaminants et contr√īle ses constituants. Tranquility comporte √©galement un compartiment toilettes pour l'√©quipage. Tranquility tient lieu √©galement de salle de sport puisqu'on y trouve deux appareils destin√©s √† l'exercice physique dont un tapis roulant. Le module dispose d'une coupole d'observation Cupola install√©e sur un des ports d'amarrage radiaux. Celle-ci est une baie vitr√©e de forme convexe et circulaire, compos√©e de sept hublots : un hublot central z√©nithal de forme circulaire entour√© de six autres plus petits et trap√©zo√Įdaux. L'ensemble, install√© sous le module Unity c√īt√© Terre, fournit une vue panoramique √† la fois sur la plan√®te et sur une partie du champ d'intervention du bras manipulateur Canadarm2 utilis√© pour la maintenance de la station. Sur les six ouvertures du nŇďud seules trois d'entre elles sont utilis√©es[46].

Les modules laboratoires

La coupole d'observation installée dans le module Tranquillity.

Les modules laboratoires sont consacrés à la recherche. À cet effet leurs quatre faces internes comportent des emplacements au format standardisé qui peuvent recevoir des expériences et qui disposent d'interfaces informatiques, vidéos, d'une alimentation électrique ainsi que de canalisations pouvant distribuer gaz ou fluides. Certaines de ces baies sont néanmoins occupées par des équipements relevant du support vie servant de stockage en l'absence de module réservé à la logistique et à l'habitat.

Le laboratoire américain Destiny est le deuxième module américain installé et le premier laboratoire. Il est conçu pour accueillir les charges utiles et les expériences devant s'accommoder d'une atmosphère terrestre. Sa capacité est de vingt-quatre baies, dont treize sont spécialement conçues pour recevoir des expériences nécessitant un interfaçage complet avec la station et ses ressources. Cet élément a été mis en orbite le 7 février 2001[47].

Le laboratoire européen Columbus est le plus petit des laboratoires de recherche avec 10 baies disponibles pour la science. C'est le lieu de travail privilégié des astronautes et chercheurs européens. Ce module pressurisé est raccordé en permanence à la station. Ses utilisations sont multiples, et portent entre autres sur la science des matériaux, la physique des fluides, les sciences de la vie, la physique fondamentale et de nombreuses autres technologies. Il renferme aussi la plupart des charges utiles pressurisées européennes[48].

Le laboratoire japonais JEM

Le laboratoire JEM ou KibŇć est le module fourni par l'Agence d'exploration a√©rospatiale japonaise (JAXA) : il comporte dix baies √† bord, dont cinq seront occup√©s par du mat√©riel japonais et cinq autres par du mat√©riel de la NASA. Tous les emplacements sont aux standards internationaux en ce qui concerne les branchements √©nerg√©tiques et l'approvisionnement en divers gaz ou liquides. Le JEM comporte un prolongement pressuris√©, l'ELM PS, qui fournit des emplacements suppl√©mentaires pour certaines exp√©riences r√©clamant, entre autres, une atmosph√®re ou une pression atmosph√©rique diff√©rentes. Ce module compl√©mentaire est fix√© perpendiculairement au JEM[49].

Le laboratoire russe Nauka ou MLM (Module laboratoire multi-usages) doit √™tre install√© fin 2011. Ce sera le dernier √©l√©ment qui rejoindra la station spatiale. Il est construit √† partir de la doublure de Zarya. √Ä c√īt√© d'installations pour les √©quipements scientifiques, il comporte des ports d'amarrages, des installations de support de vie pour l'√©quipage et doit √©galement servir de lieu de stockage[50].

Les compartiments d'amarrage russes

Le compartiment d'amarrage Pirs est un module assez court (moins de 5 m√®tres de long) qui sert √† la fois de port d'amarrage pour les vaisseaux russes et de sas pour les sorties extra-v√©hiculaires russes. Assembl√© √† la station en 2001, sa dur√©e de vie th√©orique est de 5 ans. Arriv√© en fin de vie, il est pr√©vu qu'il soit largu√© et d√©truit avant l'installation du module Nauka fin 2011. Il est remplac√© par un module Poisk, aux caract√©ristiques similaires, install√© en novembre 2009 pour remplacer √† terme Pirs dont il partage les caract√©ristiques[51],[52]. Le compartiment d'amarrage Rassvet dont l'installation a eu lieu en 2010, doit servir de port d'amarrage pour les vaisseaux Soyouz et Progress. Il joue √©galement le r√īle de module de stockage. Sa pr√©sence a √©t√© rendue n√©cessaire pour permettre l'accostage des vaisseaux qui ne peuvent plus s'amarrer directement √† Zarya depuis la mise en place du module Tranquility[53].

Le sas américain Quest

Article d√©taill√© : Quest (sas).
Le sas Quest en cours d'installation.

Le module am√©ricain Quest, qui est fix√© au nŇďud Unity, permet aux astronautes d'effectuer les sorties extrav√©hiculaires. Il joue le m√™me r√īle que le Pirs de la partie russe de la station mais, contrairement √† celui-ci, il est compatible √† la fois avec les combinaisons russes et am√©ricaines. Il comporte deux parties : la plus large permet aux astronautes de s'√©quiper de leurs combinaisons spatiales et d'effectuer la longue pr√©paration pour d√©barrasser leur organisme de l'azote[N 3]. La deuxi√®me partie, plus √©troite, est le sas proprement dit similaire √† celui de la navette spatiale qui permet, apr√®s avoir chass√© l'atmosph√®re, d'acc√©der √† l'ext√©rieur. Attach√©s au module se trouvent deux grands r√©servoirs d'oxyg√®ne et deux r√©servoirs d'azote dont le contenu est utilis√© √† la fois par Quest et par la partie am√©ricaine de la station. Le module Quest p√®se 6,1 tonnes √† vide, est long de 5,5 m√®tres pour un diam√®tre maximum de 4 m√®tres[54].

Le Module Logistique Multi-Usages Leonardo

Les Module Logistique Multi-Usages Leonardi sont un ensemble de 3 modules pressurisés construits par l'Italie utilisés pour transporter dans la soute de la navette spatiale américaine le fret qui ne peut être exposé au vide. Il est prévu que Leonardo, l'un des trois modules, après avoir reçu une protection contre les micro-météorites, reste attaché en permanence par sas d'amarrage de type CBM à la station après le retrait des navettes spatiales mi 2011. Le module servira de zone de stockage[55],[56].

Les parties non pressurisées

La poutre

Deux astronautes travaillent sur la poutre
Article d√©taill√© : Poutre (station spatiale internationale).

La poutre est la structure la plus imposante de la station avec une longueur de 108,5 m√®tres. Son r√īle principal est de porter les panneaux solaires qui fournissent l'√©nergie √† la station et les radiateurs qui assurent la r√©gulation thermique des modules pressuris√©s. Sa dimension permet aux panneaux solaires de s'orienter sans √™tre g√™n√©s par les modules pressuris√©s et les panneaux qui y sont rattach√©s. Elle est constitu√©e de 11 segments qui ont √©t√© assembl√©es en orbite[57],[58]. La poutre est perpendiculaire au tronc central de la partie pressuris√©e de la station. Elle est constitu√©e d'une partie centrale fixe (segments de poutre S0, P0 et P1) solidement fix√©e en son milieu au sommet du laboratoire am√©ricain Destiny et de deux extr√©mit√©s (b√Ębord et tribord) qui portent les panneaux solaires et qui pivotent autour de l'axe de mani√®re √† toujours aligner les cellules photovolta√Įques face au Soleil. Les panneaux solaires peuvent eux-m√™mes pivoter par paire.

La poutre sert également de support à trois plateformes externes qui permettent d'entreposer des pièces de rechange ainsi qu'à quatre plateformes, les EXPRESS Logistics Carrier, sur lesquelles se trouvent des expériences scientifiques qui n'ont pas besoin d'être installées dans un environnement pressurisé ou qui sont volontairement exposées au vide. Une expérience scientifique particulière, le spectromètre magnétique Alpha, dispose d'un emplacement spécifique sur la poutre[59]. Enfin le bras télémanipulateur Canadarm 2 est généralement installé sur un chariot mobile qui peut coulisser à petite vitesse le long des trois segments non rotatifs de la poutre permettant ainsi d'accroitre son rayon d'action d'environ 40 mètres.

Le module non pressurisé Z1 fixé au port d'amarrage zénithal d'Unity sert de support aux quatre gyroscopes de la station ainsi qu'aux principales antennes de télécommunications.

Les bras et robots télémanipulateurs

L'astronaute Steve Robinson au bout du bras Canadarm 2.

La station dispose de plusieurs bras contr√īl√©s √† distance qui permettent l'assemblage de la station et sa maintenance. Compte tenu de la taille de la station, de l'origine multinationale de ses composants et de la diversit√© des besoins, plusieurs bras ont √©t√© install√©s.

Le bras Canadarm 2 est le plus important des syst√®mes de ce type pr√©sents dans la station et constitue la principale contribution du Canada. C'est une version plus puissante du bras Canadarm install√© sur la navette spatiale am√©ricaine. Long de pr√®s de 17,6 m√®tres il dispose de 7 degr√©s de libert√© et est capable de d√©placer des charges de 116 tonnes. Il est g√©n√©ralement fix√© sur un chariot - le Mobile Remote Servicer MRS - qui se d√©place le long de la poutre mais l'embase pr√©sente √† ses deux extr√©mit√©s peut √™tre √©galement attach√©e √† un des points d'accrochage r√©partis sur la station : les Power Data Grapple PDGF lui fournissent √©nergie √©lectrique et des liaisons vid√©o et informatiques. Il peut changer de point d'accrochage en se d√©pla√ßant comme une chenille : cette mobilit√© combin√©e √† sa grande longueur lui permet d'atteindre une grande partie des installations. Mis en place en 2006, il a depuis √©t√© particuli√®rement sollicit√© pour la mise en place des principaux √©l√©ments de la station. Il a re√ßu en 2008 une extension, le (Dextre (SPDM)), beaucoup plus pr√©cise (15 degr√©s de libert√©), permettant des manipulations exigeant une grande dext√©rit√© lorsque la masse ne d√©passe pas 600 kg. Dextre peut soit prolonger le bras Canadarm 2 soit fonctionner de mani√®re autonome en s'ancrant sur un des points d'accrochage de la station. Le bras Canadarm2 peut √™tre contr√īl√© depuis deux postes de travail mobiles situ√©s dans la station. Un de ces postes est situ√© dans la Cupola, qui fourni une vue directe sur une grande partie de la station √† l'op√©rateur. Ce dernier peut √©galement travailler en utilisant les images restitu√©es par des cam√©ras install√©es sur le bras ainsi que les donn√©es fournies par des capteurs[60],[61].

Poste de travail du téléopérateur de Canadarm2

Les deux bras t√©l√©manipulateurs russes Strela sont install√©s sur le module Pirs. L'un d'entre eux permet d'intervenir sur le module Zarya tandis que l'autre permet d'atteindre Zvezda. Le Bras t√©l√©manipulateur europ√©en (ERA en anglais) a une longueur de onze m√®tres pour une masse de 630 kg et est capable de d√©placer des charges pesant jusqu'√† huit tonnes. Il dispose de 7 degr√©s de libert√©. Il doit √™tre amen√© en mai 2012 par un lanceur Proton avec le module russe Nauka[62],[63]. L'ERA prendra alors en charge les interventions sur les modules russes. Les deux extr√©mit√©s du bras peuvent se fixer sur les points d'attache dispers√©s √† la surface de la station ou sur le chariot mobile comme le bras Canadarm 2. Les deux extr√©mit√©s ont les m√™mes capacit√©s et peuvent donc tour √† tour servir de point d'ancrage ce qui permet au bras de se d√©placer √† la surface de la station sans intervention humaine. Les cosmonautes peuvent le contr√īler depuis l'int√©rieur de la station spatiale mais √©galement depuis l'ext√©rieur. Le bras, qui est √©quipp√© de cam√©ras vid√©o, permet d'attraper des objets munis du syst√®me d'accrochage ad√©quat ou utiliser un outil multi-t√Ęches. L'op√©rateur utilise un poste de travail mobile[64].

Un Robonaut 2 à bord de la station spatiale internationale le 15 mars 2011.

Il existe √©galement un bras associ√© √† la palette japonaise (JEM-RMS) situ√©e √† l'ext√©rieur du laboratoire Kibo qui h√©berge les exp√©riences pouvant √™tre expos√©es dans le vide. Cet outil est compos√© d'un premier bras de 10 m√®tres disposant de 6 degr√©s de libert√© et d'un petit bras. Il est command√©e depuis un poste de contr√īle install√© dans le module Kibo. L'op√©rateur dispose de deux hublots fournissant une vue directe sur la palette[49]. Depuis f√©vrier 2011, un syst√®me de manipulation √† distance de forme anthropomorphique, Robonaut 2, est √† bord de la station pour des tests op√©rationnels. Par rapport aux bras existants, il dispose de 43 degr√©s de libert√© et permet au t√©l√©op√©rateur de le manipuler √† l'aide de gants et un casque par le biais d'un syst√®me de r√©alit√© virtuelle[65].

Les équipements de recherche scientifique

Melfi permet de conserver des √©chantillons √† -80 ¬įC.

Les équipements de recherche scientifique sont installés à la fois dans la partie pressurisée de la station et sur des palettes exposées au vide. En 2011 toutes les structures destinées à héberger des équipements de recherche ont été mises en orbite hormis le module russe Nauka qui doit l'être en 2011. Parmi les équipements scientifiques installés on peut distinguer les équipements multi-usages (réfrigérateurs,express racks...), les mini laboratoires consacrés à la biologie, à la physiologie humaine, aux sciences des matériaux et enfin les expériences d'observation de la Terre et d'étude de l'Espace. Fin 2009 environ un tiers des emplacements destinés à recevoir des expériences étaient vides.

Toutes ces exp√©riences sont pilot√©es √† la fois par l'√©quipage permanent de la station spatiale et depuis les centres de contr√īle des pays participants situ√©s √† Terre. Ces derniers peuvent g√©n√©ralement recevoir les donn√©es recueillies par des capteurs et d√©clencher des s√©quences d'op√©rations si elles ne n√©cessitent pas de manipulations.

Les équipements multi-usages

Les Express racks

Les Express racks sont des équipements permettant d'accueillir dans des tiroirs amovibles plusieurs expériences (jusqu'à 8). Il y a sept Express racks répartis dans les laboratoires de la station. Certaines expériences ont vocation à rester en permanence tandis que d'autres séjournent un temps limité. Chaque Express rack occupe une baie au format standard ISPR[66].

Les réfrigérateurs

Le Minus Eighty degrees Celsius Laboratory Freezer for the ISS (MELFI) r√©alis√© par l'ESA a une capacit√© de 175 litres et permet de conserver des √©chantillons biologiques √† -80 ¬įC, -26 ¬įC ou +4 ¬įC. General Laboratory Active Cryogenic ISS Equipment Refrigerator (GLACIER) est un r√©frig√©rateur de 11,35 litres dont la temp√©rature est maintenue √† --165 ¬įC. Microgravity Experiment Research Locker/Incubator (MERLIN) peut √™tre utilis√© comme r√©frig√©rateur, cong√©lateur ou incubateur avec une temp√©rature qui peut √™tre fix√©e entre --20 ¬įC et +48,5 ¬įC. (capacit√© 4,17 litres)[67]

Les bo√ģtes √† gants

Deux boites à gants sont disponibles l'une fixe de grande dimension (MSG), l'autre (PGB) plus petite et portable[68].

Les équipements de recherche biologique

Expérience biologique dans le module Zvezda.

Les √©quipements de recherche biologique comprennent notamment[69] :

  • Des serres (comme ABRS de la NASA, Biolab de l'ESA, LADA de Roscosmos, ECMS) dont l'environnement (lumi√®re, composition de l'atmosph√®re, temp√©rature) peut √™tre contr√īl√©. Des v√©g√©taux y sont cultiv√©s ou des organismes vivants de petite taille y sont √©lev√©s (insectes, araign√©es). L'objectif est d'√©tudier l'influence de l'apesanteur et des radiations sur la croissance et la reproduction. Certaines exp√©riences comprennent une centrifugeuse pour moduler la gravit√©,
  • Un aquarium (Aquatic Habitat de JAXA) permettant l'√©tude de petits poissons (Oryzias latipes et poisson z√®bre).
  • Des incubateurs (CGBA et BSTC de la NASA, Kriogem-3M de Roscosmos, Saibo de JAXA) permettant d'√©tudier la croissances des cellules,
  • Des exp√©riences destin√©es √† √©tudier la croissance osseuse (EBCS de CSA, MDS),
  • Expose, une exp√©rience de l'ESA permettant de soumettre des √©chantillons aux conditions r√©gnant dans l'espace.

Les équipements de recherche sur la physiologie humaine

Les √©quipements de recherche biologique comprennent notamment[70] :

  • Human Research Facility (HRF-1 and HRF-2) de la NASA et EPM (qui comprend Cardiolab du CNES) de l'ESA sont un ensemble d'instruments permettant de mesurer l'effet des s√©jours de longue dur√©e dans l'espace. MARES et PEMS se concentrent sur l'incidence de la microgravit√© sur les muscles,
  • √Čtude de la fonction pulmonaire (PFS),
Travail dans le laboratoire Kibo
  • Mesures de la distribution des radiations (mannequin Matryoshka, EVARM de CSA) et de leur effet (ALTEA de la NASA incidence sur la vue et l'activit√© c√©r√©brale)
  • Les √©quipements d'entretien physique les plus r√©cents (tapis roulant Colbert, cycloergom√®tre CIVIS, ARED) sont √©quip√©s de capteurs qui fournissent un certain nombre de param√®tres physiologiques aux √©quipes au sol,
  • L'adaptation de l'homme √† l'absence de gravit√© est √©galement √©tudi√©e √† travers les exp√©riences HPA (adaptation des mouvements impliquant les mains et les bras) et ELITE-S2 (vision et activit√© c√©r√©brale associ√©e).

Les équipements de recherche sur la physique et la science des matériaux

Les √©quipements de recherche sur la physique et la science des mat√©riaux comprennent notamment[71] :

  • Combustion Integrated Rack (CIR) de la NASA permet d'√©tudier les ph√©nom√®nes de combustion.
  • Fluid Science Laboratory (FSL) de l'ESA, Fluids Integrated Rack (FIR) de la NASA et DECLIC du CNES sont des √©quipements permettant d'√©tudier le comportement des fluides.
  • GHF de JAXA est un four √©lectrique permettant de g√©n√©rer des cristaux de grande qualit√©.
  • Materials Science Research Rack (MSRR-1) est un mini laboratoire permettant l'√©tude de mat√©riaux tels que des polym√®res, cristaux, c√©ramiques, alliages et semi-conducteurs.
  • SpaceDrums de la NASA permet d'op√©rer (combustion) sur des mat√©riaux solides et fluides maintenus en suspension gr√Ęce √† l'√©mission d'ultrasons.
  • Ryutai de JAXA est un rack rassemblant plusieurs exp√©riences sur les fluides.
  • SHS de Roscosmos est un four √† tr√®s haute temp√©rature (3 000 ¬įK).
  • MISSE de la NASA permet de tester la r√©sistance de composants √† l'exposition dans l'espace: √©lectronique, optique, capteurs, √©quipements de communication, composants structurels et rev√™tements.

L'observation de la Terre et l'étude de l'Espace

La palette ExPRESS logistics Carrier ELC-2avec une seule expérience scientifique (MISSE-7)

Certains √©quipements de recherche sont install√©s √† l'ext√©rieur des modules pressuris√©s. Plusieurs points d'attache, disposant d'une alimentation √©lectrique et de liaisons informatiques, sont disponibles √† diff√©rents endroits de la station[72] :

  • Quatre palettes, les ExPRESS Logistics Carrier, peuvent soit recevoir des exp√©riences scientifiques expos√©es dans le vide spatial soit servir de lieu de stockage pour des pi√®ces d√©tach√©es. Elles sont install√©es au-dessus et au-dessous de la poutre pour permettre l'exposition des exp√©riences au choix face √† la Terre ou face √† l'espace. Les √©quipements scientifiques sont aliment√©s en √©nergie et reli√©s par des liaisons √† haut et √† bas d√©bit √† les donn√©es scientifiques.
  • L‚ÄôExperiment logistic module ‚Äď Exposed section (ELM ES) est une palette prolongeant √† l'ext√©rieur le laboratoire japonais et destin√©e √† recevoir les exp√©riences scientifiques japonaises. Un sas permet de faire passer des exp√©riences depuis l'int√©rieur du laboratoire Kibo et un bras manipulateur t√©l√©command√© permet de mettre en place ou retirer des √©quipements sans avoir √† effectuer de sorties extrav√©hiculaires.
  • Quatre points d'ancrages ext√©rieurs pouvant recevoir des exp√©riences scientifiques sont disponibles √† l'ext√©rieur du laboratoire de recherche europ√©en Columbus (Columbus External Payload Facility ou CEPF)
  • Quelques exp√©riences disposent de support et de liaisons √©lectriques et informatiques √† l'ext√©rieur du module russe Zvezda.
  • Sur la poutre un emplacement sp√©cifique est r√©serv√© au Spectrom√®tre magn√©tique Alpha.
Gros plan sur MISSE-6.

Les √©quipements d'observation de la Terre et d'√©tude de l'Espace comprennent en 2009[73] :

  • Le Window Observational Research Facility (WORF) est un hublot de grande taille situ√© dans le laboratoire Unity et √©quip√© d'un verre de qualit√© optique. Il peut recevoir diff√©rents instruments pour l'observation de la surface terrestre et est utilis√© notamment pour l'√©tude des continents ou des ph√©nom√®nes atmosph√©riques.
  • Solar de l'ESA, mesure avec un triple spectrom√®tre l'irradiance du Soleil.
  • EuTEF de l'ESA mesure √† l'aide de 9 instruments et √©chantillons l'incidence de l'environnement spatial et des radiations.
  • MAXI de l'agence spatiale japonaise JAXA √©tudie les sources de rayons X.
  • SMILES de JAXA √©tudie les traces de gaz dans la stratosph√®re.
  • SEDA-AP de JAXA mesure les caract√©ristiques de l'environnement autour de la station spatiale.
Le spectromètre magnétique Alpha dans la soute de la navette spatiale avant son installation sur la poutre de la station spatiale internationale

√Čnergie

Aperçu de deux des panneaux solaires doubles. L'astronaute Steve Bowen, de la mission STS-126, qui travaille sur la poutre, donne l'échelle.

L'√©nergie est vitale pour le fonctionnement de la station spatiale et la survie de ses occupants : par ailleurs elle conditionne souvent la r√©alisation des exp√©riences scientifiques. Pour la partie non russe de la station, l'√©nergie provient des panneaux solaires install√©s sur la poutre de la station. Sur celle-ci, huit panneaux solaires doubles (Solar Array Wing ou ¬ę SAW ¬Ľ) sont install√©s de part et d'autre des √©l√©ments de poutre P3/P4, S3/S4, P5/P6 et S5/S6. Un ¬ę SAW ¬Ľ comporte deux panneaux compos√©s chacun de 16 400 cellules photovolta√Įques maintenus en position par un mat formant un ensemble long de 34 m√®tres, large de 12 m√®tres et pouvant produire jusqu'√† 32,8 kw de courant continu. Le courant est r√©gul√© √† 160 Volts, puis converti √† une tension de 120 Volts (pour faire face aux baisses d'alimentation), avant d'√™tre convoy√© jusqu'aux diff√©rents √©quipements utilisateurs[58]. Les √©quipements de r√©gulation du courant sont refroidis √† l'aide d'un circuit dans lequel circule un fluide caloporteur (de l'ammoniac), qui √©vacue la chaleur gr√Ęce √† un ensemble de radiateurs attach√©s √† chaque √©l√©ment de poutre porteur de panneaux solaires. Chacun de ces quatre radiateurs photovolta√Įques (PVR), comportant sept √©l√©ments d'une surface totale de 13 m√®tres sur 3,4 m√®tres et pesant 0,8 tonnes, permet d'√©vacuer jusqu'√† 9 Kw d'√©nergie.

G√©n√©ralement, les panneaux solaires sont orient√©s de mani√®re √† maximiser l'√©nergie solaire. Deux types de joints tournants motoris√©s (alpha et beta) permettent d'orienter les panneaux avec deux degr√©s de libert√©. Si les imp√©ratifs de fourniture d'√©nergie ne sont pas prioritaires, les panneaux peuvent √™tre orient√©s de mani√®re √† r√©duire la tra√ģn√©e. C'est la disposition g√©n√©ralement adopt√©e lorsque la station se trouve √† l'ombre de la Terre (configuration ¬ę Night Glider mode ¬Ľ) [75]. Il peut toutefois arriver que la station d√©ploie volontairement ce ¬ę frein a√©rodynamique ¬Ľ pour abaisser son orbite et permettre √† un vaisseau lourdement charg√© de l'atteindre plus facilement. Durant les √©clipses, lorsque la Terre intercepte le flux lumineux, qui se produisent en moyenne durant un tiers d'une r√©volution de la station autour de la Terre, les panneaux solaires ne sont plus √©clair√©s et la station utilise l'√©nergie stock√©e dans un ensemble de batteries nickel-hydrog√®ne qui sont recharg√©es durant les p√©riodes de ¬ę jour ¬Ľ[76].

La partie russe de la station est aliment√©e par 4 panneaux solaires install√©s sur les modules Zarya et Zvezda. Il √©tait pr√©vu que la Russie installe le Science Power Platform (SPP), un ensemble de panneaux solaires de taille cons√©quente permettant √† la partie russe de la station d'√™tre autonome sur le plan √©nerg√©tique, mais le module qui devait les porter a √©t√© abandonn√© ainsi que le laboratoire spatial associ√©, pour des raisons budg√©taires. Il est finalement pr√©vu que les modules russes utilisent l'√©nergie √©lectrique produite par les panneaux solaires install√©s sur la poutre avec une tension ramen√©e √† 28 volts[77].

Contr√īle thermique

Intervention sur le circuit de régulation thermique interne.

L'activit√© humaine et les exp√©riences scientifiques g√©n√®rent √† l'int√©rieur des modules pressuris√©s un exc√©dent de chaleur qui doit √™tre √©vacu√©. √Ä l'ext√©rieur, les √©quipements et les modules doivent √™tre prot√©g√©s des contrastes thermiques g√©n√©r√©s par l'exposition directe ou l'absence d'exposition au Soleil, qui engendrent des √©carts de temp√©rature compris entre -126 ¬įC et 149 ¬įC. Le syst√®me de contr√īle thermique a pour r√īle de maintenir dans une fourchette de temp√©rature acceptable les diff√©rents composants de la station. Cet objectif est accompli par plusieurs types de moyens, soit passifs, soit actifs[41].

Le moyen passif le plus courant est l'utilisation de rev√™tements isolants multicouches constitu√©s de feuilles d'aluminium et de kapton s√©par√©es par des plots en polyester, qui r√©duisent sinon annulent le transfert thermique. Par ailleurs, des peintures ou des d√©p√īts de couches superficielles choisies permettent de modifier l'√©missivit√© ou au contraire la r√©ceptivit√© thermique. Lorsque les solutions pr√©c√©dentes ne suffisent pas √† faire face aux grands gradients de temp√©rature, des r√©sistances thermiques sont ajout√©es. Enfin on peut avoir recours √† un liquide caloporteur pour transporter sur de courtes distances la chaleur qui est √©vacu√©e par changement d'√©tat du liquide (passage en phase gazeuse) et l'utilisation de radiateurs[41].

√Ä l'int√©rieur des modules pressuris√©s, les m√©thodes passives sont remplac√©es par un syst√®me actif. Dans la partie non russe de la station, la chaleur est √©vacu√©e par un circuit dans lequel circule de l'eau qui est mise au contact des √©quipements g√©n√©rateurs de chaleur. Un √©changeur transf√®re les calories collect√©es √† un deuxi√®me circuit situ√© √† l'ext√©rieur dans lequel circule de l'ammoniaque plus efficace que l'eau dans ce r√īle mais trop dangereux pour √™tre utilis√© √† l'int√©rieur des modules : ce circuit am√®ne la chaleur jusqu'√† deux ensembles de radiateurs (Heat rejection system HRS) install√©s respectivement sur les segments S1 et P1 de la poutre. Chaque radiateur peut √©vacuer 35 kW et est compos√© de 24 panneaux formant une ensemble de 22 m√®tres sur 10 m√®tres, et pesant 3,7 tonnes. La partie russe de la station utilise pratiquement le m√™me syst√®me et dispose de ses propres radiateurs. Les syst√®mes russes et am√©ricains ne sont pas interconnect√©s[41].

Télécommunications

Les différents systèmes de télécommunications utilisés à bord de la station spatiale internationale.

Les communications radio sont essentielles pour les op√©rations de la station spatiale : elles permettent les √©changes des donn√©es t√©l√©m√©triques et scientifiques entre la station et les centres de contr√īle de mission r√©partis autour du globe. Elles sont √©galement utilis√©es durant les manŇďuvres de rendez-vous et d'accostage ainsi que pour les √©changes entre les membres de l'√©quipage, les contr√īleurs de vol et avec les membres de la famille. Pour assurer ces liaisons, la station spatiale dispose de plusieurs syst√®mes de t√©l√©communications[78].

Le premier syst√®me install√© chronologiquement est l'√©quipement russe VHF Regul qui permet, entre autres, les transmissions de donn√©es t√©l√©m√©triques entre la partie russe de la station et le centre de contr√īle de mission install√© √† Moscou (TsUP) via un r√©seau de stations de r√©ception terrestres et les constellations de satellites de t√©l√©communications Loutch et Molniya. Les transmissions passent par l'antenne Lira install√©e sur le module Zvezda. √Ä l'int√©rieur de la partie russe de la station, les √©changes radios sont assur√©s par un syst√®me analogique utilisant une liaison en cuivre[79],[80],[81].

La partie non russe de la station spatiale a recours √† deux syst√®mes de communication radio distincts dont les antennes sont mont√©es sur le segment central Z1 de la poutre : une liaison en bande S utilis√©e pour les communications en audio et une liaison en bande Ku utilis√©e √† la fois pour l'audio, la vid√©o et les donn√©es. Ces communications sont relay√©es par le r√©seau de satellites de t√©l√©communications g√©ostationnaires TDRS permettant une liaison quasiment continue avec le centre de contr√īle de mission de la NASA (MCC-H) √† Houston[82]. Ce syst√®me de t√©l√©communication peut √™tre √©galement utilis√© pour transmettre des donn√©es au centre de contr√īle de Moscou par le biais d'une liaison t√©l√©phonique permanente entre le centre de contr√īle de Houston et celui de Moscou[80]. Les donn√©es √©chang√©es avec le bras t√©l√©op√©r√© Canadarm 2, les laboratoires Colombus et KibŇć sont rout√©es √©galement via les r√©seaux en bande S et Ku ; s'ils sont mis en place, le futur syst√®me European Data Relay Satellite et son √©quivalent japonais pourront √™tre √©galement utilis√©s[82],[83]. √Ä l'int√©rieur de la station les communications sont assur√©es par un r√©seau sans fil num√©rique interne[84].

Un syst√®me radio en UHF est utilis√© durant les sorties extrav√©hiculaires : les Russes peuvent ainsi communiquer soit avec la partie russe de la station soit avec le centre de contr√īle au sol √† Terre √† condition qu'une station terrestre soit √† port√©e (mais dans ce dernier cas avec parfois des interf√©rences cr√©√©es par la radio du contr√īle du trafic a√©rien au sol) tandis que les autres astronautes sont en liaison avec la partie non russe de la station[23],[80].

Les liaisons UHF sont √©galement utilis√©es durant les manŇďuvres d'accostage et de s√©paration avec la station par les vaisseaux Soyouz, Progress, HTV, ATV et la navette spatiale (celle-ci utilise toutefois √©galement les bandes S et Ku via le r√©seau TDRSS) pour recevoir des instructions des centres de contr√īle de mission √† Terre et de l'√©quipage de la station spatiale[23]. Les vaisseaux qui fonctionnent en mode automatique comme l'HTV et l'ATV disposent par ailleurs de leur propre syst√®me de communications : l'ATV utilise un laser install√© sur le vaisseau et un jeu de miroirs install√©s sur le module Zvezda, d√©sign√© sous l'appellation Proximity Communications Equipment pour accoster la station tandis que l'HTV utilise pour son approche un syst√®me bas√© sur le r√©seau GPS[80],[85],[86].

Système de support de vie

Les échanges entre les différents composants du système de support de vie de la station spatiale.

Le syst√®me de support de vie de la station spatiale a en charge le maintien d'un environnement viable pour l'√©quipage √† l'int√©rieur des modules pressuris√©s. Dans l'espace enti√®rement clos et isol√© de la station, cela implique principalement de remplacer p√©riodiquement l'oxyg√®ne consomm√© par les astronautes, d'√©liminer le dioxyde de carbone expir√©, de filtrer les microorganismes, particules et gaz organiques, de mettre √† disposition l'eau n√©cessaire aux diff√©rents usages, de contr√īler et maintenir la temp√©rature, la pression et la composition de l'atmosph√®re dans une fourchette fixe et enfin de surveiller l'apparition d'incendie et √©ventuellement de le combattre[87].

Pour limiter la masse des consommables (eau et oxygène) transportés par les vaisseaux cargo, la station est équipée de systèmes permettant de recycler l'eau et de régénérer l'atmosphère de la station. Ceci permet de réduire la masse des consommables à placer en orbite annuellement de 6,7 tonnes pour un équipage permanent de 6 personnes[88].

Frank de Winne démonte le distillateur d'urine (UPA) en panne qui fait partie du système de recyclage des eaux usées.

Jusqu'en 2008 cette fonction √©tait uniquement prise en charge par le syst√®me Elektron install√© dans le module russe Zvezda tandis que le dioxyde de carbone √©tait √©limin√© gr√Ęce au syst√®me Vozdukh √† bord du m√™me module. Cet √©quipement a √©t√© par la suite renforc√© par le syst√®me am√©ricain ECLSS install√© dans trois racks du module Tranquility et compos√© du syst√®me OGS pour la r√©g√©n√©ration de l'atmosph√®re et WRS (Water Recovery System) qui collecte toutes les eaux us√©es, eaux de toilette, urine, vapeur d'eau contenue dans l'atmosph√®re de la cabine. L'urine est distill√©e dans un premier sous-ensemble (UPA) puis le Water Processor Assembly (WPA) traite les autres eaux us√©es et le produit de l'UPA. Apr√®s avoir s√©par√© les gaz et les particules solides, WPA √©limine les d√©chets organiques et les microorganismes gr√Ęce √† un ensemble de filtres et √† un r√©acteur catalytique √† haute temp√©rature puis g√©n√®re de l'eau potable

[87], [89].Cette installation a permis de faire passer l'√©quipage permanent √† six personnes. La consommation en eau par homme est estim√©e √† 3,5 litres par jour : sur ce volume, WRS permet d'√©conomiser 1,3 litre en recyclant l'urine et autres eaux us√©es, tandis qu'Elektron r√©cup√®re 1,5 en condensant l'humidit√© de la cabine[88].

Les deux syst√®mes produisent de l'oxyg√®ne par √©lectrolyse de l'eau ; le syst√®me am√©ricain peut potentiellement combiner l'hydrog√®ne produit par l'√©lectrolyse avec le CO¬≤ expir√© par l'√©quipage en g√©n√©rant de l'eau et du m√©thane ce dernier √©tant expuls√© √† l'ext√©rieur[90]. Il existe un syst√®me de secours reposant sur des r√©serves d'oxyg√®ne stock√©es en bouteilles et des g√©n√©rateurs d'oxyg√®ne √† partir de produits solides[91].

D'autres sous-produits du m√©tabolisme humain comme le m√©thane produit par le syst√®me intestinal et l'ammoniaque contenu dans la sueur sont √©limin√©s par des filtres √† cartouche de charbon activ√©[91]. L'atmosph√®re √† bord de la station est maintenu √† une pression similaire √† celle de l'atmosph√®re terrestre au niveau de la mer[92] soit 101,3 kPa[93]. L'utilisation d'une composition analogue √† celle de l'atmosph√®re terrestre est plus confortable pour l'√©quipage et bien plus s√Ľre qu'une atmosph√®re d'oxyg√®ne pure[94].

La vie à bord de la station

Photo de groupe de l'équipage permanent de l'expédition 21

Les √©quipages : composition et rel√®ve

L'√©quipage est compos√© d'un commandant, assurant un r√īle de coordinateur, et d'ing√©nieurs de bord. A chaque changement majeur de sa composition, l'√©quipage se voit affecter un nouveau num√©ro d'exp√©dition. Depuis que l'√©quipage permanent est pass√© √† 6 personnes en mai 2009, chaque astronaute s√©journe en moyenne 6 mois et l'√©quipage est renouvel√© par moiti√© tous les 3 mois entra√ģnant un changement de num√©ro d'exp√©dition. L'exp√©dition 1, qui est la premi√®re √† occuper la station √† compter du 2 novembre 2000, √©tait compos√©e de deux cosmonautes russes dirig√©s par l'astronaute de la NASA William M. Shepherd. L'exp√©dition 21 a √©t√© confi√©e pour la premi√®re fois √† un repr√©sentant d'un autre pays : Frank De Winne de l'agence spatiale europ√©enne[95].

D√©but 2010 en incluant l'exp√©dition 22, 58 personnes avaient fait partie de l'√©quipage permanent de la station, dont 8 ont particip√© √† 2 exp√©ditions. Les professions d'origine sont scientifiques : 23 ing√©nieurs, 4 m√©decins, 6 chercheurs, 19 pilotes militaires, 6 pilotes d'essais et 6 autres militaires. Tous ont fait des √©tudes sup√©rieures pouss√©es : les militaires ont souvent √©galement des dipl√īmes et des exp√©riences relevant du m√©tier d'ing√©nieur. L'√Ęge moyen lors du s√©jour de 45 ans et demi d√©coule des crit√®res de recrutement (personnes fortement dipl√īm√©es et ayant fait leurs preuves dans le cadre professionnel) mais √©galement de la dur√©e de l'entra√ģnement qui s'√©tale sur plusieurs ann√©es et des al√©as du programme. La dur√©e moyenne d'un s√©jour √† bord de la station est d'environ cinq mois et demi.

Coup de feu dans le laboratoire Destiny

On compte parmi les participants 30 américains, 27 russes, 3 européens, 2 japonais et 1 canadien. La proportion de cosmonautes russes dans les équipages devrait passer, à compter de 2010, à 50% conformément aux quotas fixés. Cinq femmes, toutes américaines ont fait partie d'un équipage dont Peggy Whitson qui y a séjourné à deux reprises, la deuxième fois en tant que commandant de la station spatiale [N 4]. Par ailleurs huit touristes payants (fin 2009), non décomptés dans ce qui précède, ont séjourné jusqu'à 16 jours en utilisant le quota des places réservées à l'agence spatiale russe[95].

L'emploi du temps de l'équipage

L'heure légale à bord de la station est, de manière arbitraire, l'heure UTC (Paris est à UTC+1 en hiver). Lorsque la station reçoit la visite de la navette spatiale, l'équipage de la station se cale généralement sur la référence horaire de la navette (Mission Elapsed Time ou MET), qui est fixée en fonction de l'heure de lancement de celle-ci[96],[97].

Une journ√©e typique √† bord de la station d√©marre √† 6 heures. Une inspection de la station est effectu√©e puis l'√©quipage prend son petit d√©jeuner. Une conf√©rence a lieu avec le centre de contr√īle pour organiser la journ√©e avant d'entamer le travail √† 8 h 10. Une s√©ance d'exercice physique est planifi√©e au cours de la matin√©e de travail. Cette derni√®re s'ach√®ve √† 13 h 05. Apr√®s une pause d√©jeuner d'une heure, le travail reprend avec un nouvel exercice physique intercal√© au cours de l'apr√®s-midi. La journ√©e de travail s'ach√®ve √† 19 h 30. Le d√ģner et une r√©union de l'√©quipage suit. Enfin la p√©riode allou√©e au repos d√©marre √† 21 h 30. En g√©n√©ral, l'√©quipage travaille dix heures par jour en semaine et cinq heures le samedi, le reste du temps √©tant consacr√© aux activit√©s de d√©tente[98].

Les phases de repos

N Stott installe son compartiment de repos dans le laboratoire Kibo ... c√īt√© plancher

La station comporte des compartiments destin√©s au repos : deux dans la partie russe, deux dans le module Harmony, un dans le module Kibo. Les compartiments am√©ricains sont amovibles et s'installent dans un emplacement de rack tandis que les Russes disposent de mini-cabines avec des cloisons en dur. Dans les deux cas, l'occupant y dort dans un sac de couchage accroch√© √† la paroi ; il peut y √©couter de la musique, utiliser un ordinateur et y stocker quelques effets personnels[99],[100],[101]. Les visiteurs, qui n'ont pas d'emplacement r√©serv√© pour dormir, accrochent leur sac de couchage sur une cloison libre (on peut dormir en flottant dans la cabine mais g√©n√©ralement les astronautes √©vitent de le faire car ils peuvent heurter et endommager durant leur sommeil un √©quipement fragile)[102]. Toutes les 24 heures se succ√®dent 16 p√©riodes d'obscurit√© et de jour, aussi, durant la p√©riode d√©finie comme √©tant la nuit, des rideaux obturent les hublots. Par ailleurs il est n√©cessaire que dans les compartiments affect√©s au repos l'air soit bien ventil√©, car en impesanteur l'air chaud ne monte pas et l'astronaute peut se r√©veiller √† cause d'une sensation d'asphyxie car sa t√™te se retrouve entour√©e d'une bulle de dioxyde de carbone exhal√©e durant son sommeil[101].

L'hygiène

Depuis que le projet de module d'habitation am√©ricain a √©t√© abandonn√©, il n'est plus pr√©vu que la station spatiale dispose de douche. Les membres de l'√©quipage se lavent en utilisant un robinet, des lingettes humides avec du savon pr√©sent√© dans un conditionnement similaire √† celui des tubes dentifrice. L'√©quipage dispose de shampoing ne n√©cessitant pas de rin√ßage et de p√Ęte √† dentifrice qui peut √™tre aval√©e[102]. Il y a deux toilettes dans la station, situ√©es respectivement dans les modules Zvezda et Destiny[99]. Les toilettes utilisent un syst√®me de succion g√©n√©r√© par un ventilateur semblable √† celui mis en Ňďuvre dans la navette spatiale am√©ricaine. Les astronautes doivent s'attacher √† la cuvette des toilettes, qui est √©quip√©e avec un syst√®me assurant l'√©tanch√©it√© durant l'op√©ration[101]. La succion g√©n√©r√©e par le ventilateur permet d'√©vacuer les d√©chets qui sont conditionn√©s dans des sacs stock√©s dans un container en aluminium. Lorsqu'un container est plein, il est transf√©r√© dans le vaisseau cargo Progress qui l'√©vacue[99],[103]. Les urines sont collect√©es √† l'aide d'un tuyau, au bout duquel se trouve connect√© un embout personnalis√© adapt√© √† la physiologie de l'utilisateur, ce qui permet aux hommes comme aux femmes d'utiliser le m√™me syst√®me[100].

Les repas

Repas dans le module Unity l'expédition 20

Il s'écoule de un à deux mois entre deux ravitaillements et il n'existe pas à bord de réfrigérateurs destinés à la conservation des aliments. La nourriture est donc essentiellement constituée de plats lyophilisés et de conserves auxquels s'ajoutent quelques légumes et fruits frais dans les jours qui suivent l'arrivée d'un vaisseau ravitailleur. Les boissons (sodas,…) sont fournies sous forme de poudre déshydratée. Les liquides et les soupes sont conditionnés dans des sachets hermétiques et consommés au moyen d'une paille, tandis que la nourriture solide est consommée en utilisant, comme à terre, une fourchette et un couteau[104],[99],[100].

Les menus, qui reviennent selon un cycle de 15 jours, sont choisis par chaque astronaute plusieurs mois avant son d√©part pour la station avec l'aide de di√©t√©ticiens qui veillent √† l'√©quilibre des repas. Des ajustements sont effectu√©s pour tenir compte des conditions qui r√®gnent dans la station : diminution de la proportion de fer qui est moins bien assimil√© car le volume de globules rouges diminue, r√©duction de la quantit√© de sodium et augmentation de la dose de vitamine D pour favoriser la croissance osseuse. La nourriture √©pic√©e a g√©n√©ralement la pr√©f√©rence des astronautes car, en l'absence de gravit√©, les senteurs ne montent plus jusqu'aux muqueuses du nez et le sens du go√Ľt disparait en grande partie[101],[104].

Le ravitaillement est fourni à parts égales par les Russes et les Américains, avec quelques apports des autres partenaires, et transporté par les vaisseaux ravitailleurs disponibles. Les sachets de nourriture destinés à chaque astronaute sont identifiés par une étiquette d'une couleur donnée. L'équipage dispose dans deux des modules (Destiny et Zvezda) de fours permettant de réchauffer les plats et d'un distributeur d'eau qui délivre au choix de l'eau chaude ou froide. La majorité des repas rassemble l'ensemble de l'équipage autour d'une des deux tables installées dans les modules Zvezda et Unity. La moindre miette qui s'échappe dans la cabine doit être collectée pour éviter qu'elle ne vienne s'accumuler et obturer les filtres à air ou d'autres équipements délicats[100],[99],[104].

Santé

Iouri Onufrienko s'exerce sur le tapis roulant installé dans le module Zvezda.

Le mal de l'espace qui est assimilable au mal des transports au niveau des causes (perte d'orientation) comme des sympt√īmes (naus√©e), affecte certains astronautes mais disparait g√©n√©ralement au bout de quelques jours[105]. Le s√©jour prolong√© de 6 √† 7 mois en impesanteur a des cons√©quences physiologiques bien plus importantes. Les plus graves sont l'atrophie musculaire et la d√©calcification du squelette due √† l'absence de stimulation par le poids corporel des m√©canismes de renouvellement de la masse osseuse. On constate √©galement une redistribution des fluides corporels entra√ģnant entre autres une congestion faciale (le sang monte √† la t√™te), un ralentissement du rythme cardiaque, une diminution de la production des globules rouges, un affaiblissement du syst√®me immunitaire, une perte de poids, une perturbation du sommeil et des flatulences. Cette deuxi√®me cat√©gorie d'effets disparait toutefois rapidement une fois l'astronaute revenu sur Terre[28].

Pour réduire les conséquences néfastes de l'impesanteur, la station est équipée de deux tapis roulants (TVIS et T2/COLBERT), deux cycloergomètres (CEVIS et VELO) et une machine de musculation (aRED) sur lesquels chaque astronaute doit pratiquer des exercices durant au minimum deux heures par jour[99],[101]. Les astronautes utilisent des tendeurs pour se maintenir en place[106] Ces exercices intensifs ne permettent pas de combattre totalement la perte de densité osseuse et l'atrophie musculaire chiffrées respectivement à 7% et 10% pour les parties les plus touchées, selon une étude récente sur un échantillon de 15 astronautes ayant séjourné environ 6 mois dans la station[107].

L'√©quipage est expos√© √† un niveau plus √©lev√© de radiation qu'au sol car l'atmosph√®re terrestre ne bloque plus les rayons cosmiques. Les astronautes recoivent en moyenne chacun 1 millisievert de radiation par jour, soit la quantit√© re√ßue par une personne sur Terre au cours d'une ann√©e du fait du rayonnement naturel[108]. Il en r√©sulte une probabilit√© plus forte que l'astronaute d√©veloppe un cancer dans le futur (le taux de mortalit√© par cancer est de 2,48 fois plus √©lev√© chez les astronautes mais l'√©chantillon est trop faible pour savoir si ce chiffre est repr√©sentatif[109]). Un niveau de radiation √©lev√© cr√©e des dommages dans les chromosomes des lymphocytes. Or ces cellules jouent un r√īle central dans le syst√®me immunitaire et donc tout dommage occasionn√© √† celles-ci r√©duit l'immunit√© des astronautes. Au bout d'un certain temps, la faiblesse des d√©fenses immunitaires peut conduire √† la propagation d'infections au sein de l'√©quipage, dont la diffusion est par ailleurs favoris√©e par le milieu confin√© dans lequel ceux-ci vivent. Les radiations favorisent √©galement l'apparition de cataractes. Des boucliers anti-radiations et des m√©dicaments pourraient r√©duire ces risques √† un niveau acceptable, mais les donn√©es disponibles sont peu nombreuses. Aujourd'hui tout s√©jour de longue dur√©e dans la station entra√ģne un risque croissant[28]. Malgr√© des protections anti-radiations renforc√©es par rapport aux stations pr√©c√©dentes comme Mir, le niveau de radiation √† l'int√©rieur de la station spatiale n'a pu √™tre r√©duit de mani√®re significative, et on pense que de nouvelles avanc√©es technologiques seront n√©cessaires avant que l'homme puisse effectuer des vols de longue dur√©e dans le syst√®me solaire[108].

Les opérations

Ravitaillement et mise en orbite des composants de la station spatiale

Un cargo russe Progress vient d'arriver chargé de fret.

La construction de la station a mobilis√© de 1998 √† 2011 de nombreux vaisseaux charg√©s de placer en orbite les 400 tonnes de la station. La station doit √™tre √©galement r√©guli√®rement ravitaill√©e en consommables (eau, nourriture, gaz, carburant), rechanges (par exemple les batteries dont la dur√©e de vie th√©orique est de 6,5 ans[110]) et en pi√®ces d√©tach√©es pour les r√©parations : ce fret repr√©sente un tonnage annuel d'environ 16 tonnes pour un √©quipage permanent de 6 personnes selon les calculs de la NASA[111]. Par ailleurs certains √©quipements, repr√©sentant un fret plus r√©duit, doivent √™tre ramen√©s √† Terre pour que la station spatiale puisse fonctionner : r√©sultats des exp√©riences scientifiques, scaphandres √† r√©viser, etc. Enfin, les vaisseaux servent √©galement √† √©vacuer les d√©chets produits par la station.

Les vaisseaux utilisés

La navette spatiale, en service jusque d√©but 2011, est au cŇďur du dispositif d'assemblage et de ravitaillement de la station spatiale. Les principaux partenaires participent √©galement √† ces op√©rations avec leurs propres vaisseaux. Ceux-ci pr√©sentent des capacit√©s tr√®s variables en masse, volume et type de cargaison. Les principaux param√®tres sont :

  • La charge utile totale en tonnes.
  • Le volume et le tonnage en soute pressuris√©e pour le fret √† destination de l'int√©rieur la station spatiale.
  • Le volume et le tonnage en soute non pressuris√©e pour les pi√®ces destin√©es √† l'assemblage √† l'ext√©rieur de la station. Le transfert d'objets de l'int√©rieur de la station vers l'ext√©rieur via les sas aux faibles dimensions est limit√© aux toutes petites pi√®ces : il est donc n√©cessaire que les pi√®ces d√©tach√©es √† installer √† l'ext√©rieur de la station arrivent dans une soute accessible depuis l'ext√©rieur.
  • La taille de l'√©coutille de la soute pressuris√©e qui conditionne le transport de pi√®ces encombrantes : circulaire de type russe ou APAS d'une superficie de 0,5 m¬≤ utilis√©e sur les cargos ATV et Progress ou de format carr√© (CBM) propre aux ports la station de 1,61 m¬≤ (partie non russe) mise en Ňďuvre par le cargo japonais et la navette spatiale. Seul le port CBM permet de faire passer les √©quipements internes de la partie non russe de la station.
  • La capacit√© de transport de liquides (eau), carburant (pour les moteurs-fus√©es) et de gaz (oxyg√®ne, azote, air, etc).
  • La capacit√© de remorquage qui est utilis√©e pour rehausser l'orbite de la station et qui d√©pend de la puissance des moteurs et de la quantit√© de carburant destin√©e √† la propulsion.


La navette spatiale américaine
La navette spatiale amarrée au module Destiny
Article d√©taill√© : Navette spatiale am√©ricaine.

La navette spatiale est le plus polyvalent des vaisseaux participant au programme car elle peut transporter tout √† la fois du fret pressuris√©, du fret non pressuris√© dans une soute particuli√®rement volumineuse, ramener du fret √† Terre ou contribuer √† la rel√®ve des √©quipages. Elle est de plus √©quip√©e d'un bras pilot√© depuis la cabine de la navette qui lui permet d'extraire les charges utiles qu'elle transporte. Sa capacit√© de transport, bien que pratiquement divis√©e par deux par le choix d'une orbite favorable aux lanceurs russes, est particuli√®rement importante (16,4 tonnes). Enfin sa baie de grande taille (4,6 m par 18,3 m, pour un volume de 300 m3) lui permet de placer en orbite les composants de la station les plus encombrants. La navette s'arrime √† la station spatiale via l'un des deux adaptateurs pressuris√©s (PMA) qui assurent la compatibilit√© entre le diam√®tre de l'√©coutille de son sas et les ports de la station.

La navette spatiale transporte le fret √† destination de l'int√©rieur de la station gr√Ęce √† un container pressuris√© plac√© dans sa baie cargo : le Module Logistique Multi-Usages (MPLM) italien, construit sur le mod√®le du Colombus europ√©en, comporte seize emplacements de racks et dispose d'une √©coutille de grande taille au format des ports de la station. Lorsque la navette est parvenue √† la station, le container pressuris√© est amarr√© √† un port CBM de la station √† l'aide du bras Canadarm de la navette.

La navette spatiale peut √©galement transporter le Spacehab, un module pressuris√© qui reste dans la soute, et qui peut, entre autres, servir au ravitaillement de l‚ÄôISS. Mais il ne fut plus utilis√© depuis ao√Ľt 2007 et la mission STS-118[113].

Un cargo Progress sur le point de s'amarrer à la station
Le cargo russe Progress

Le cargo russe Progress peut transporter 3,2 tonnes de ravitaillement dont 1,8 tonne de carburant pour la station. Il dispose d'une capacit√© de remorquage de la station significative. Le cargo s'amarre automatiquement √† la station gr√Ęce au syst√®me Kurs qui utilise des impulsions radar pour calculer les corrections de sa trajectoire et s'amarrer.

Le vaisseau russe Soyouz

Le vaisseau russe Soyouz, qui permet de transporter 3 personnes, sert uniquement √† relever l'√©quipage. Apr√®s le retrait de la navette spatiale, c'est le seul vaisseau jouant ce r√īle jusqu'√† ce que le vaisseau spatial am√©ricain charg√© de remplacer la navette spatiale am√©ricaine soit au point (v√©hicule commercial ou Orion selon le sort du programme Constellation). Deux vaisseaux Soyouz sont amarr√©s en permanence √† la station pour permettre l'√©vacuation de celle-ci en cas d'urgence. Le Soyouz a une capacit√© tr√®s limit√©e (quelques dizaines de kg) d'emport de fret aller et retour.

L'ATV européen

L'ATV est un vaisseau cargo automatique d√©velopp√© par l'Agence spatiale europ√©enne pour ravitailler la station spatiale. Il est lanc√© par une Ariane 5 ES ATV et se pr√©sente sous la forme d'un cylindre de 4,85 m√®tres de diam√®tre sur 10 m√®tres de longueur. Il peut transporter jusqu'√† 7,7 tonnes de fret dont 4 700 kg de carburant pour le remorquage, 860 kg de carburant pomp√©s dans les r√©servoirs de la station spatiale, 4 500 kg de fret dans une soute pressuris√©e, 100 kg d'air ou oxyg√®ne et 800 kg d'eau. L'ATV dispose de quatre gros moteurs de propulsion qui lui permettent de rehausser √† la demande l'altitude de la station durant son temps d'amarrage (6 mois). Il est con√ßu pour s'amarrer automatiquement au module Zvezda. Son √©coutille de mod√®le russe ne lui permet pas de transporter le fret encombrant. Il n'a pas de capacit√© de transport de fret non pressuris√©. Il est pr√©vu de lancer un ATV tous les quinze mois[114].

Youri Gidzenko décharge de son fret le module MLP Leonardo amené par la navette
L'HTV japonais

Le vaisseau cargo japonais HTV, d√©velopp√© par le Japon dans le cadre de sa participation √† la station spatiale, peut transporter 4,5 tonnes de fret dans sa soute pressuris√©e et 1,5 tonne dans un espace non pressuris√©. Disposant d'une √©coutille de grand diam√®tre qui permet une connexion directe aux ports de la partie non russe de la station spatiale, il peut, contrairement √† l'ATV, transporter les pi√®ces les plus volumineuses qui √©quipent l'int√©rieur de la station spatiale internationale (format rack). Pour op√©rer sa jonction avec la station spatiale le vaisseau cargo HTV, qui a √©t√© lanc√© par le lanceur japonais H-IIB, approche en mode automatique de la station spatiale en utilisant un GPS diff√©rentiel puis parvenu √† 500 m√®tres un laser dont le rayon lumineux se r√©fl√©chit sur une mire install√©e sur la station. Arriv√© √† 10 m√®tres de la station le bras t√©l√©op√©r√© Canadarm aggripe le vaisseau et r√©alise la jonction[115]. L'HTV a √©t√© lanc√© pour la premi√®re fois en septembre 2009. Six autres missions sont aujourd'hui planifi√©es.

Le vaisseau cargo japonais HTV vient d'√™tre ¬ę captur√© ¬Ľ par le bras robotique Canadarm2 manipul√© depuis l'int√©rieur de la station spatiale
Les vaisseaux COTS Cygnus et SpaceX Dragon

Pour ravitailler la station spatiale apr√®s le retrait de la navette spatiale et s'affranchir au maximum des vaisseaux russes, la NASA a lanc√© le programme COTS qui confie √† des acteurs priv√©s le d√©veloppement et le lancement de vaisseaux-cargos. Deux vaisseaux, de capacit√© pratiquement identique (2 tonnes), ont √©t√© retenus en 2002 et doivent entrer en service vers 2011 :

  • le Cygnus de la soci√©t√© Orbital Sciences : 8 v√©hicules command√©s charg√©s de transporter 20 tonnes pour un montant de 1,9 milliard $ [116]
  • le Dragon de la soci√©t√© SpaceX  : 12 missions command√©s charg√©s de transporter 20 tonnes pour un montant de 1,6 milliard $[117]. Le vaisseau Dragon est le seul vaisseau qui pourra ramener du fret apr√®s le retrait de la navette.

Les opérations de ravitaillement

Depuis le d√©but de sa construction en 1998 jusqu'√† fin 2011 la station spatiale a √©t√© ravitaill√©e par 35 vaisseaux cargo Progress, 2 ATV europ√©ens (2008 et 2011) et 2 HTV japonais (2009 et 2011). La rel√®ve des √©quipages par 20 vaisseaux Soyouz et 31 vols de la navette spatiale am√©ricaine a par ailleurs plac√© en orbite des composants de de la station ou amener du ravitaillement ou des pi√®ces d√©tach√©es. Deux lanceurs Proton ont lanc√© des modules russes. Enfin deux Soyouz sont immobilis√©s en permanence pour permettre √† l'√©quipage d'√©vacuer la station en cas d'urgence[118]. 2010 est une ann√©e un peu particuli√®re car elle est √† la fois la premi√®re ann√©e compl√®te avec un √©quipage de 6 permanents et la derni√®re ann√©e o√Ļ les op√©rations d'assemblage battent leur plein : il est pr√©vu de lancer 5 navettes (celle-ci sera retir√©e du service √† l'issue de ces missions), 4 Soyouz, 1 ATV, 1 HTV et 3 ou 4 Progress.

Les opérations de maintien en orbite

Maintien de l'altitude

Les changements de l'altitude moyenne de la station entre 1998 et 2009.

La station spatiale est plac√© sur une orbite basse l√©g√®rement elliptique[N 5] avec une inclinaison de 51,6 ¬į qu'elle parcourt en environ une heure et demie. L'altitude, comprise th√©oriquement entre 370 km et 460 km (en pratique entre 330 et 410 km de 1998 √† 2009), est un compromis entre deux contraintes :

  • √Ä une altitude plus basse l'atmosph√®re plus dense freine de mani√®re importante la station ; une quantit√© de carburant suppl√©mentaire doit √™tre d√©pens√©e pour remonter l'orbite de la station afin d'√©viter que celle-ci n'entre dans les couches plus denses de l'atmosph√®re, ce qui entra√ģnerait sa destruction. √Ä l'altitude retenue, l'altitude de la station diminue de 50 √† 100 m√®tres par jour du fait de la tra√ģn√©e g√©n√©r√©e par l'atmosph√®re t√©nue qui subsiste au niveau de l'orbite. La vitesse d'abaissement de l'orbite d√©pend en partie de l'orientation des panneaux solaires qui par leur surface peuvent jouer un r√īle majeur dans le freinage a√©rodynamique.
  • Une altitude plus importante implique que les vaisseaux charg√©s du ravitaillement et de la rel√®ve des √©quipages d√©pensent du carburant suppl√©mentaire pour rejoindre la station puis, par la suite, effectuer leur rentr√©e dans l'atmosph√®re.

Le rel√®vement de l'altitude peut √™tre r√©alis√© √† l'aide des moteurs du module russe Zvezda mais ce sont les diff√©rents vaisseaux qui accostent la station, qui effectuent l'essentiel de ce travail : le vaisseau Soyouz et la navette spatiale ont une capacit√© limit√©e dans ce domaine contrairement aux cargos Progress, HTV et surtout ATV qui disposent de r√©serves de carburant importantes pour cette t√Ęche (4,7 tonnes de carburant pour l'ATV). Jusqu'√† pr√©sent les corrections d'orbite ont √©t√© essentiellement effectu√©es par le cargo Progress. Ces manŇďuvres consomment environ 7 tonnes de carburant par an. Les trois cargos comportent des r√©servoirs et des canalisations qui permettent √©galement de refaire le plein des r√©servoirs de carburant de la station. Il est pr√©vu que soit install√© sur la poutre de la station dans les ann√©es qui viennent un prototype de moteur Vasimr qui prendra en charge une partie du travail effectu√© par les cargos tout en consommant beaucoup moins de carburant[119].

Maintien de l'orientation

L'orientation de la station spatiale est choisie en fonction de diff√©rents crit√®res li√©s √† la production d'√©nergie, aux besoins de manŇďuvres des vaisseaux et aux risques de collision avec des d√©bris.

L'ATV dispose d'une importante capacité à relever l'altitude de la station

Elle doit √™tre r√©guli√®rement corrig√©e car elle est modifi√©e notamment par le freinage atmosph√©rique, les irr√©gularit√©s du champ de gravit√© terrestre, les d√©placements √† l'int√©rieur de la station et la pouss√©e des vaisseaux qui s'amarrent. Les corrections, lorsqu'elles sont faibles, sont g√©n√©ralement prises en charge par quatre gyroscopes √† deux degr√©s de libert√© qui fournissent ensemble 4760 Nms[120] et qui sont install√©s dans le segment S0 de la poutre, non loin du centre de gravit√© de la station. Lorsque la force exerc√©e par les gyroscopes n'est pas suffisante, par exemple lorsque ceux-ci ceux-ci sont satur√©s ou que l'orientation des panneaux solaires cr√©e une tra√ģn√©e importante, les corrections sont r√©alis√©es √† l'aide des moteurs du module de service Zarya.

Le plan de l'orbite de la station a une incidence sur le contr√īle thermique de la station et la production d'√©nergie. Le plan de l'orbite est d√©fini par l'angle que fait celui-ci avec la droite joignant le Soleil √† la Terre, dit angle b√™ta (ő≤). Si cet angle est de 90 ¬į, la station est constamment expos√©e au Soleil et ses panneaux solaires peuvent fonctionner en permanence. En diminuant l'angle b√™ta, la station s√©journe, durant une fraction de plus en plus longue de son orbite, √† l'ombre de la Terre. La contrepartie d'une p√©riode d'ensoleillement longue est un √©chauffement plus important des modules pressuris√©s. Jusqu'√† ce que tous les panneaux solaires soient install√©s, un angle b√™ta important a √©t√© retenu, pour permettre la production de suffisamment d'√©lectricit√©. Lorsque l'angle est sup√©rieur √† 60 ¬į la navette spatiale ne peut accoster, car son contr√īle thermique n'a pas la capacit√© de faire face au flux thermique g√©n√©r√©[121].

L'orientation de la station peut √™tre √©galement modifi√©e pour maximiser l'√©nergie √©lectrique produite. La station est con√ßue pour avancer selon l'axe d√©fini par l'alignement des principaux modules pressuris√©s (axe X), les laboratoires constituant l'¬ę avant ¬Ľ et les modules russes l'arri√®re. La poutre (axe Y), perpendiculaire √† cet axe, est maintenue parall√®le au sol. Mais lorsque l'angle b√™ta est grand, cette orientation change et l'incidence des photons sur les panneaux solaires n'est pas optimale (les rayons solaires ne frappent pas √† la verticale les panneaux). Aussi, jusqu'√† r√©cemment, l'axe x est g√©n√©ralement bascul√© de 90 ¬į, pointant perpendiculairement au plan d'orbite dans une configuration dite XPOP (X-axis Perpendicular to the Orbital Plane). Cette orientation peut √™tre maintenue pratiquement sans correction des moteurs d'orientation. Dans la configuration YVV, l'axe Y se confond avec l'axe de progression, ce qui permet de produire encore plus d'√©nergie, mais requiert beaucoup de carburant pour maintenir l'orientation. Cette configuration n'est utilis√©e que quelques jours par an[121].

Assemblage et maintenance de la station

Sortie extra-véhiculaire pour travailler sur le module japonais Kibo

Les opérations d'assemblage

Les op√©rations d'assemblage de la station sont en grande partie r√©alis√©es par les √©quipages de la navette spatiale qui placent en orbite les nouveaux composants. Le d√©placement des modules et des gros composants situ√©s √† l'ext√©rieur de la station est r√©alis√© √† l'aide des bras Canadarm et Canadarm2 mais l'assemblage est parachev√© au cours de chaque mission de la navette par 3 √† 5 sorties extrav√©hiculaires durant lesquelles sont effectu√©s les travaux les plus d√©licats : interventions sur les liaisons √©lectrique et thermique ext√©rieures, boulonnages des composants, retrait ou mise en place de rev√™tements de protection et de mains courantes, etc. . Les astronautes de la navette pr√©parent ces sorties au sol durant pr√®s d'un an en s'entra√ģnant sur des maquettes √† l'√©chelle 1 immerg√©es dans une piscine ce qui permet de reproduire en partie l'absence de gravit√©. Les interventions √† l'ext√©rieur, qui peuvent durer plus de 7 heures, sont r√©duites au maximum : elles sont en effet dangereuses, physiquement √©puisantes car la combinaison spatiale port√©e par l'astronaute est rigidifi√©e par la pression et imposent un long protocole de pr√©paration physique. Sur les 22 sorties extrav√©hiculaires effectu√©es en 2009, seules 3 ont √©t√© r√©alis√©es par l'√©quipage permanent dont 2 pour pr√©parer l'amarrage d'un nouveau module russe. Les sorties sont effectu√©es, selon les intervenants et l'objectif, en utilisant le sas de la navette spatiale, celui du module Quest ou le sas russe. Pour des raisons de s√©curit√© les sorties s'effectuent toujours √† 2 personnes ce qui correspond √† la capacit√© maximum des sas[122],[123].

Après jonction entre les modules Unity et Quest on raccorde les différentes liaisons et canalisations.

Les modules de la partie non russe de la station sont placés en orbite avec le minimum d'équipements pour limiter leur poids. La mise en place des équipements internes est réalisée par la suite au fur et à mesure de leur arrivée. Ce travail est réalisé essentiellement par l'équipage permanent.

Les opérations de maintenance et d'entretien

Les op√©rations de maintenance occupent une partie importante du temps de l'√©quipage permanent de la station spatiale. La station contient des composants qui n√©cessitent d'√™tre remplac√©s p√©riodiquement - filtres, lampes - ou doivent √™tre entretenus. Des d√©faillances se produisent r√©guli√®rement, un ph√©nom√®ne normal compte tenu du nombre de composants. Certains composants jouant un r√īle critique se sont r√©v√©l√©s particuli√®rement fragiles comme le syst√®me de support de vie (ECLSS) ou les gyroscopes victimes de deux d√©faillances bien avant leur fin de vie th√©orique dont l'une a mise √† l'√©preuve la r√©sistance m√©canique de la poutre de la station[124].

Le r√īle du support au sol

James F. Reilly s'extrait du sas Quest pour entamer une sortie extravéhiculaire.

La station spatiale internationale ne peut fonctionner sans un support au sol important : il faut entra√ģner les √©quipages, planifier les ravitaillements, concevoir, tester et pr√©parer les composants √† mettre en orbite, lancer les vaisseaux qui assurent le ravitaillement et la rel√®ve des √©quipages, surveiller les param√®tres de fonctionnement de la station, assister l'√©quipage pour certaines op√©rations complexes, maintenir le r√©seau de communications par lesquels transitent donn√©es t√©l√©m√©triques et scientifiques, rediriger ces derni√®res vers les utilisateurs finaux et enfin coordonner tous les acteurs. Ces t√Ęches concernent tous les partenaires et impliquent donc un grand nombre d'organisations spatiales √† des degr√©s divers.

Le centre spatial Johnson de la NASA est responsable du programme tout entier et est le centre de contr√īle pour les activit√©s dans la partie non russe de la station spatiale. La conception et le d√©veloppement des composants de la station et l'entra√ģnement de l'√©quipage sont √©galement de son ressort. Le centre de vol spatial Marshall de la NASA est le centre de contr√īle au sol primaire pour les exp√©riences scientifiques et con√ßoit la majorit√© des composants d√©velopp√©s aux √Čtats-Unis dont le syst√®me de support de vie am√©ricain ECLSS[125].

Pour le segment russe ces missions sont prises en charge par le centre de contr√īle de l'agence spatiale Roscosmos (TSUP) situ√©e √† Koroliov (contr√īle de mission), la Cit√© des √©toiles (entra√ģnement des cosmonautes) et le constructeur GKNPZ Krounitchev (conception de la station)[125].

Les vaisseaux charg√©s du transport jusqu'√† la station sont lanc√©s et suivis par les diff√©rents centres nationaux : la navette spatiale am√©ricaine et sa charge utile sont pr√©par√©es et lanc√©es depuis le centre spatial Kennedy. Les vaisseaux russes Progress et Soyouz, ainsi que les modules russes sont tir√©s depuis la Ba√Įkonour. Le vaisseau cargo japonais est lanc√© depuis la base de lancement de Tanegashima tandis que les exp√©riences scientifiques japonaises sont suivies par le centre spatial de Tsubuka. Le vaisseau cargo europ√©en ATV est lanc√© depuis le Kourou et son contr√īle est effectu√© depuis le centre du CNES de Toulouse. Les activit√©s scientifiques du module europ√©en Columbus sont coordonn√©es par l'agence spatiale allemande (DLR) [125].

Les risques et leur gestion

Parties les plus exposées à un risque de collision avec un débris spatial (en rouge)

La survie de la station et de son √©quipage d√©pend du bon fonctionnement d'un grand nombre de syst√®mes complexes et du maintien de l'int√©grit√© de la structure pressuris√©e. L'√©quipage est loin de tout secours et est plong√© dans un environnement hostile : vide spatial, d√©bris spatiaux, temp√©ratures extr√™mes. La pr√©vention des risques est donc un objectif majeur. Celui-ci est int√©gr√© dans la conception de la station, les proc√©dures appliqu√©es au quotidien et l'entra√ģnement de l'√©quipage. Les principaux risques sont[126] :

  • La perforation de la partie pressuris√©e de la station par un d√©bris spatial ou une microm√©t√©orite. Cet √©v√©nement constitue le risque le plus √©lev√©.
  • La collision avec un vaisseau ravitailleur entra√ģnant une d√©pressurisation (incident survenu dans la station Mir).
  • Une panne compl√®te d'un syst√®me critique (support vie, √©nergie, r√©gulation thermique, informatique, etc).
  • Un incendie, incident qui s'est produit dans la station Mir.
  • Une d√©compression durant une sortie extra-v√©hiculaire (perforation de la combinaison spatiale par une microm√©t√©orite, etc).

La menace des débris spatiaux et des micrométéorites

La station spatiale est plac√©e sur une orbite o√Ļ circule √©galement, √† des vitesses relatives qui peuvent d√©passer 20 km par seconde, une grande vari√©t√© de d√©bris spatiaux : √©tages de fus√©e, satellites hors service, d√©bris d'engins explos√©s, restes de moteurs √† propulsion solide, √©cailles de peinture, liquide r√©frig√©rant du g√©n√©rateur nucl√©aire des satellites RORSAT, petites aiguilles et autres objets[127]. Ces d√©bris, ainsi que les microm√©t√©orites[128] constituent une menace pour la station car ils peuvent percer la coque des modules pressuris√©s ou endommager les autres parties vitales de la station[129],[130]. Les experts am√©ricains √©valuent le probabilit√© de p√©n√©tration de la partie pressuris√©e par un d√©bris √† 29 % sur une p√©riode de 15 ans ; la probabilit√© d'abandon de la station est de 8 % et celui de la perte de la station, avec √©ventuellement perte de l'√©quipage, de 5 %. Ces chiffres partent de l'hypoth√®se que les protections anti-d√©bris des vaisseaux Progress et Soyouz sont am√©lior√©s : si ce n'est pas le cas la probabilit√© de perforation passe √† 46 %. Ces chiffres sont jug√©s pessimistes par les Russes qui se reposent sur l'exp√©rience accumul√©e avec la station Mir[131].

Deux vaisseaux Soyouz sont en permanence amarrés à la station pour pouvoir évacuer l'équipage.

La trajectoire des d√©bris de plus de 10 cm est surveill√©e depuis le sol et l'√©quipage est averti lorsque l'un d'entre eux est susceptible de passer √† proximit√© de la station. Cela permet √† l'√©quipage de modifier l'orbite de la station (Debris Avoidance ManŇďuvre DAM) en utilisant les propulseurs des modules russes pour s'√©carter de la trajectoire du d√©bris[129]. Si celui-ci est identifi√© trop tard pour permettre la r√©alisation d'une manŇďuvre, l'√©quipage a pour consigne de fermer toutes les √©coutilles √† l'int√©rieur de la station et de s'installer dans les vaisseaux Soyouz qui permettent, si n√©cessaire, de rejoindre le sol. Cette √©vacuation partielle a d√©j√† eu lieu √† deux reprises le 13 mars 2009 et le 28 Juin 2011[132]. Les d√©bris d'une taille inf√©rieure √† 10 cm, trop nombreux et trop petits, ne peuvent √™tre surveill√©s depuis le sol. L'√©quipage s'entra√ģne donc r√©guli√®rement √† faire face √† une d√©pressurisation : la station est √©quip√©e de d√©tecteurs de perte de pression qui permettent de calculer √† quel moment l'atmosph√®re deviendra irrespirable. L'√©quipage peut ralentir les pertes en coupant le syst√®me de ventilation et tenter de d√©tecter et obturer la fuite. Si la br√®che dans la coque a une superficie de quelques cm¬≤, l'√©quipage dispose th√©oriquement d'un d√©lai de plusieurs heures avant que la situation devienne intenable[133]. Si la r√©paration se r√©v√®le impossible, l'√©quipage doit se replier vers les modules intacts en fermant les √©coutilles internes ou √©vacuer la station √† bord des vaisseaux Soyouz. Depuis le passage √† 6 occupants permanents en mai 2009, deux vaisseaux Soyouz triplaces sont amarr√©s en permanence aux modules russes en pr√©vision d'un √©v√©nement de ce type[134].

Les d√©bris constituent √©galement une menace durant les sorties extrav√©hiculaires des astronautes , car ils peuvent perforer les combinaisons spatiales et entra√ģner une d√©pressurisation mortelle (l'astronaute dispose d'environ 15 secondes pour r√©agir avant de perdre conscience)[135],[136].

Mark Lee teste le système SAFER au cours de la mission STS-64

La probabilit√© d'une perforation de la tenue spatiale est toutefois, selon les experts am√©ricains, tr√®s faible compte tenu de la distribution des d√©bris et des protections incorpor√©es dans les combinaisons spatiales : 6 % apr√®s 2 700 heures d'activit√©s extrav√©hiculaires d'une √©quipe de deux personnes[137]. L'astronaute peut √©galement perforer sa combinaison en y faisant un accroc (survenu une fois mais sans cons√©quence) ou partir √† la d√©rive. Pour combattre ce dernier risque, les proc√©dures concernant l'accrochage sont tr√®s strictes et en ultime recours l'astronaute emporte un dispositif propulsif, le SAFER, fournissant un delta-v cumul√© de 3 m/s[N 6].

Les autres risques

De nombreux capteurs permettent aux contr√īleurs au sol, qui assurent une surveillance permanente ainsi qu'aux syst√®mes de contr√īle automatique de la station de d√©tecter des changements pouvant affecter de mani√®re grave le fonctionnement de la station : modification de la composition de l'atmosph√®re (augmentation du taux de CO2, pr√©sence de gaz toxiques), d√©but d'incendie... L'√©quipage est averti et des contre-mesures sont mises en Ňďuvre √©ventuellement automatiquement[138]. Les fonctions critiques de la station doivent √™tre normalement assur√©es m√™me en cas de double d√©faillance, contrainte prise en compte par la pr√©sence de redondances : il y ainsi deux syst√®mes permettant de renouveler l'oxyg√®ne auxquels s'ajoute un syst√®me de secours bas√© sur des bouteilles d'oxyg√®ne et des cartouches chimiques. Les syst√®mes les plus vuln√©rables sont le circuit de r√©gulation thermique et l'alimentation √©lectrique du fait de la pr√©sence de composants critiques uniques. La station peut n√©anmoins continuer √† fonctionner en cas de panne de ces syst√®mes mais en mode d√©grad√©. Pour pouvoir remettre en marche les syst√®mes d√©faillants l'√©quipage dispose √† l'int√©rieur et √† l'ext√©rieur de la station d'un certain nombre de pi√®ces de rechange pr√©-positionn√©es (en particulier pour les composants critiques), de kits de r√©paration et de boites √† outils[139]. Les vols de la navette spatiale en 2010 sont en partie utilis√©s pour constituer un stock de pi√®ces de rechange important car leur transport deviendra plus difficile apr√®s le retrait de la navette √† la fin de cette ann√©e.

Les modalités de la coopération internationale

Le programme de la station internationale est un programme d√©velopp√© en coop√©ration par plusieurs pays. Sa construction et sa gestion sont r√©gis par des accords de coop√©ration internationaux √©tablis √† trois niveaux[140] :

L'√©quipage de l'exp√©dition 21 et celui de la mission STS-127 refl√®tent le caract√®re international de la station : on y compte deux Canadiens, deux Russes, un Japonais et un Belge.
  • L'Accord intergouvernemental de la station spatiale internationale (IGA en anglais International Space Station Intergovernmental Agreement) sign√© le 29 janvier 1998 par les 15 pays impliqu√©s dans le projet : les √Čtats-Unis, le Canada, le Japon, la Russie, et les 10 membres de l'Agence spatiale europ√©enne (Belgique, Danemark, France, Allemagne, Italie, Pays-Bas, Norv√®ge, Espagne, Su√®de et Suisse). Il fixe le cadre juridique dans lequel la station est construite et utilis√©e.
  • Quatre Memoranda of Understandings (MoU) sign√©s entre la NASA et les agences europ√©enne ESA, russe Roscosmos, canadienne CSA et japonaise JAXA). Ils d√©crivent de mani√®re d√©taill√©e les r√īles et responsabilit√©s des agences dans la construction et l'utilisation de la station. C'est dans le cadre de cet accord qu'est d√©finie l'organisation permettant l'utilisation de la station.
  • Diff√©rents accords bilat√©raux entre les agences spatiales ont √©t√© r√©dig√©s pour impl√©menter les MoU. Ces accords se traduisent par des r√®gles et des t√Ęches √† r√©aliser.

Les droits d'utilisation de la station spatiale par chaque pays ou entit√©s sont d√©termin√©s par l'investissement effectu√©. Toutefois la partie russe de la station est uniquement utilis√©e par la Russie qui, par ailleurs, fournit 2 √† 3 des membres de l'√©quipage permanent de 6 personnes. Au sein de la partie non russe de la station, chaque partenaire d√©tient le droit d'utilisation de la charge utile (laboratoire, exp√©riences) qu'il a fourni. Les pays qui ont fourni des √©l√©ments de support comme le Canada (bras Canadarm2) re√ßoivent en √©change des droits d'utilisation de certains √©l√©ments. Chaque utilisateur peut c√©der une partie de ses droits √† un autre participant ou √† une agence non impliqu√©e dans la construction de la station. L'objectif de ces r√®gles est que les biens et les services puissent √™tre √©chang√©s gr√Ęce √† des op√©rations de troc sans mouvements de fonds. C'est ainsi que l'Agence spatiale europ√©enne a construit les modules Harmony et Tranquility en √©change de la mise en orbite du module Columbus par la navette spatiale am√©ricaine. Les taux d'√©change sont fix√©s par les parties au cas par cas dans le respect du cadre fix√© par les accords g√©n√©raux[140],[141].

L'agence spatiale européenne détient 8,3% des droits d'utilisation de la station (partie non russe), ce qui lui permet d'envoyer un astronaute environ 3 à 4 mois par an avec un équipage permanent de 6 personnes. Dans le cadre d'un accord de troc avec la NASA, elle a cédé 51% des droits d'utilisation de son laboratoire Columbus en échange des services de transport de la navette spatiale. La NASA dispose de 76,6% des droits d'utilisation, l'agence japonaise de 12,8% et l'agence canadienne de 2,3%[83],[142],[140].

Bilan interm√©diaire : apports et critiques de la station spatiale internationale

Les laboratoires Columbus (ici en cours d'installation) et Kibo ont été mis en orbite tardivement (2008)

Un article, paru dans le magazine scientifique Scientific American en 1996, passait en revue les domaines de la recherche (sciences des mat√©riaux, biologie, astronomie,...) pour lesquels les conditions r√©gnant dans la station spatiale pouvaient susciter un int√©r√™t spontan√© de la part de chercheurs du secteur priv√© : il concluait n√©gativement pour diff√©rentes raisons : co√Ľt, impesanteur perturb√©e par le fonctionnement et la masse de la station, conditions reproductibles dans des laboratoires existants √† terre. Seules des recherches subventionn√©es ou portant sur l'adaptation de l'homme √† l'espace, n'int√©ressant que les agences spatiales dans la perspective de missions lunaires ou martiennes, pouvaient y trouver un d√©bouch√© spontan√©. Certains dirigeants de la NASA reconnaissaient √† l'√©poque que l'objectif principal de la station spatiale n'√©tait pas la recherche scientifique mais la mise au point des techniques n√©cessaires aux missions habit√©es vers Mars et la Lune[143].

Fin 2009, le potentiel de recherche de la station spatiale est sous-exploit√©. Les probl√®mes rencontr√©s par la navette ont frein√© l'assemblage de la station. Les laboratoires japonais et europ√©en ont √©t√© ainsi mis en place en 2008, soit 10 ans apr√®s le lancement du premier module ; certains racks contenant les exp√©riences scientifiques sont encore en attente d'un transport en 2011 car la mise en orbite des composants de la station et la livraison des consommables et des pi√®ces de rechange a la priorit√© par rapport au transport du fret scientifique.

L'√©quipage permanent, limit√© √† 3 astronautes jusqu'√† 2009, √©tait accapar√© par les t√Ęches de maintenance et d'assemblage de la station, et disposait d'un nombre d'heures limit√© √† consacrer √† la science. Cette situation devrait nettement s'am√©liorer avec l'√©quipage port√© √† 6 personnes, mais la NASA annonce que les astronautes am√©ricains ne pourront consacrer que 36 heures par semaine en tout √† la mise en Ňďuvre des exp√©riences scientifiques, soit moins de 30% de leur temps de travail. Par ailleurs les probl√®mes de maintenance continuent √† accaparer les astronautes : le syst√®me de support de vie qui permet le recyclage partiel des consommables et doit permettre de limiter le volume de fret qui doit √™tre mont√© √† la station, est r√©guli√®rement victime de d√©faillances fin 2009.

Exploitation future et fin de vie

Le ravitaillement de la station pourrait devenir un problème après l'arrêt de la navette.

Des problèmes de logistique

La station spatiale a √©t√© con√ßue pour fonctionner avec l'assistance logistique de la navette spatiale : celle-ci a transport√© jusqu'en 2011 la majeure partie du fret et est √† cette date le seul moyen de transport capable de r√©aliser le retour de fret √† Terre. Elle seule permet de placer en orbite les pi√®ces d√©tach√©es les plus encombrantes. Le retrait de la navette, annonc√© en 2004 et effectif mi 2011, repr√©sente donc une menace pour le fonctionnement de la station. La NASA a calcul√© que, avec les moyens de transport existants, il manquerait 40 tonnes de ravitaillement √† la station pour qu'elle puisse fonctionner normalement sur la p√©riode 2010-2015 [111]. Ce chiffre n'inclue pas la demande de l'Agence spatiale europ√©enne qui a besoin de lancer 1,8 tonne d'√©quipement de recherche aujourd'hui clou√© au sol[144]. Pour remplacer la navette la NASA a donc lanc√© le programme COTS qui confie aux soci√©t√©s SpaceX et Orbital Sciences Corporation, s√©lectionn√©es par un appel d'offres respectivement en 2006 et 2008, le transport des 40 tonnes manquantes. Ces deux soci√©t√©s d√©veloppent √† la fois un lanceur et un vaisseau cargo[145]. Le calendrier initial tr√®s serr√©, pour r√©pondre aux besoins logistiques de la station spatiale, pr√©voyait des vols commerciaux en 2011 apr√®s trois vols de d√©monstration. Il a subi des glissements de pr√®s de deux ans  : un premier vol de d√©monstration est r√©alis√© fin 2010 pour SpaceX et le premier tir du lanceur d'Orbital est attendu fin 2011 (situation d√©but 2011)[146] ce qui ne laisse aucune marge au cas o√Ļ des probl√®mes de mise au point surgiraient malgr√© l'ajout du vol STS-135 de la navette spatiale destin√© √† assurer un dernier ravitaillement massif en juin 2011[147]. Par ailleurs la NASA a d√©cid√© de ne plus utiliser les cargos Progress √† compter de fin 2011. Un report suppl√©mentaire dans la date de disponibilit√© op√©rationnelle des cargos du programme COTS contraindrait √† r√©duire l'activit√© de la station spatiale en la pla√ßant en mode ¬ę survie ¬Ľ avec un √©quipage limit√© √† 2 personnes comme cela s'√©tait produit apr√®s l'accident de la navette spatiale Columbia[148].

La rel√®ve de l'√©quipage non russe d√©pend depuis fin 2009 des Soyouz ce qui constitue une contrainte mal v√©cue par les responsables am√©ricains[149]. La NASA souhaite confier le lancement et le retour sur Terre de ses √©quipages √† des partenaires priv√©s d'une mani√®re analogue √† ce qui est fait pour le fret : l'appel d'offres de la premi√®re phase du programme Commercial Crew Development (CCDev) a √©t√© remport√© par les soci√©t√©s Sierra Nevada Corporation avec son vaisseau Dream Chaser et par Boeing associ√© √† Bigelow Aerospace avec leur capsule CST-100. L'objectif est de fournir un vaisseau op√©rationnel en 2014[150].

Utilisation partielle du potentiel de recherche

Depuis fin 2009 l'équipage permanent se rend et quitte la station en utilisant les vaisseaux Soyouz.

La NASA ne pr√©voit utiliser pour son propre compte qu'une partie des installations de recherche qui sont allou√©es aux √Čtats-Unis soit 9 racks ISPR sur 19, 25 tiroirs sur les 59 pr√©sents dans les 8 racks ExPRESS et un peu plus de la moiti√© des 21 emplacements situ√©s √† l'ext√©rieur des modules pressuris√©s. L'Agence spatiale europ√©enne pr√©voit par contre d'utiliser 100% des emplacements dont elle dispose et est demandeuse d'espaces suppl√©mentaires. Les emplacements allou√©s √† la NASA sont mis √† la disposition des autres laboratoires priv√©s et publics am√©ricains mais le co√Ľt de transport des exp√©riences constitue un frein d√©cisif : les chiffres de 44000 $ le kg et de 250000$ pour une exp√©rience tenant dans une boite √† chaussure avanc√©s √† titre indicatif par la NASA et un laboratoire utilisateur pourraient encore augmenter apr√®s le retrait de la navette spatiale. Les subventions qui permettraient de compenser ce co√Ľt sont r√©duites : pour la NASA elles sont pass√©es de 700 M$ en 2002 √† 150 M$ en 2010 refl√©tant les changements d'objectifs intervenus durant cette p√©riode. Toutefois le budget obtenu par le pr√©sident Obama en 2010 pr√©voit une forte dotation financi√®re dans ce domaine[151].

La taille de l'équipage constitue un autre facteur limitatif pour l'utilisation du potentiel de recherche de la station spatiale. L'équipage permanent est passé à 6 personnes en novembre 2009, et, en application de l'accord passé avec l'agence spatiale russe, seules 3 personnes sont allouées aux travaux dans la partie non russe soit environ 150 heures travaillés par semaine. Sur ce temps la NASA indique que 35 heures peuvent être consacrées chaque semaine aux expériences scientifiques. La NASA demande que les expériences embarquées sollicitent le moins possible l'équipage, interdisant tout travail de recherche nécessitant plus de 75 heures d'intervention cumulées sur 6 mois[152].

Fin du programme

Selon le planning d√©fini en 2004 sous le pr√©sident George W. Bush, la station devait √™tre abandonn√©e d√©but 2016 pour concentrer les ressources financi√®res de la NASA sur le programme Constellation et le retour de l'homme sur la Lune[153]. Toutefois cette position a √©t√© contest√©e au sein de la NASA[154] et le prolongement jusqu'√† 2020 a √©t√© recommand√© par la commission Augustine charg√©e de revoir la strat√©gie de la NASA dans le domaine des vols habit√©s. Dans son rapport final d'octobre 2009 celle-ci pr√©sente les arguments suivants : l'utilisation de la station ne fait que d√©marrer et limiter son utilisation √† 5 ans semble un faible retour sur un investissement qui a √©t√© initi√© il y a 25 ans. La d√©cision d'abandonner la station en 2016 risque, par ailleurs, de froisser les partenaires internationaux des √Čtats-Unis qui compte tenu du glissement du calendrier n'auront pas pu exploiter tout le potentiel de leurs laboratoires : un programme international sous la conduite des √Čtats-Unis pourrait √™tre difficile √† mettre en place dans le futur. Le prolongement de la dur√©e de vie a toutefois un co√Ľt estim√© √† 13,7 milliards de dollars qui ne figurait pas dans le budget de la NASA fin 2009[155]. Le pr√©sident am√©ricain Obama a ent√©rin√© cette position en proposant le 1er f√©vrier 2010 au Congr√®s d'allouer un budget pour financer la prolongation[156],[157].

Obsolescence des modules

Le module Pirs frapp√© d'obsolescence est largu√© en 2011. Son r√īle est repris par le module Poisk

Les plans initiaux prévoyaient que la station ait une durée de vie totale de 30 ans. Pour des raisons budgétaires, les différents éléments ont été généralement conçus pour une durée opérationnelle de 15 ans. La date limite d'utilisation théorique commence donc dès 2013 pour les modules les plus anciens. Au delà de cette date les incidents pourraient théoriquement commencer à se multiplier.

Désorbitation

A partir du moment o√Ļ il aura √©t√© d√©cid√© d'abandonner la station, il sera n√©cessaire de r√©aliser son d√©mant√®lement et de contr√īler sa rentr√©e atmosph√©rique pour que les d√©bris parvenant au sol soient de taille limit√©e et tombent dans des zones inhabit√©es. La d√©sorbitation de la station rel√®ve de la responsabilit√© de la NASA. Bien que le module Zvezda dispose d'un syst√®me de propulsion capable de maintenir la position de la station spatiale, ses moteurs ne sont pas suffisamment puissants pour d√©clencher la rentr√©e atmosph√©rique de celle-ci du fait de sa masse, qui d√©passe les 400 tonnes. Par ailleurs, la Russie envisage aujourd'hui de conserver la partie russe de la station en orbite. Diff√©rents sc√©narios sont donc √©tudi√©s pour d√©sorbiter de mani√®re contr√īl√©e la station, dont celui de lancer un module affect√© √† cette t√Ęche comme par exemple le vaisseau cargo europ√©en ATV dont les moteurs disposent d'une pouss√©e et d'une quantit√© de carburant suffisante[158]. Mais quel que soit le sc√©nario retenu, le co√Ľt du d√©mant√®lement et de la d√©sorbitation devrait √™tre sup√©rieur √† 2 milliards de dollars[159].

Notes et références

Notes

  1. ‚ÜĎ En mai 2010 la station a une masse de 369 tonnes et un volume pressuris√© de 837 m¬≥ dont 367 m¬≥ habitables. A la fin de l'assemblage se seront ajout√©s les modules LPMM Leonardo et Nauka lanc√©s en 2010-2011.
  2. ‚ÜĎ La stabilisation de l'orientation par rapport √† la verticale locale est obtenue de mani√®re passive par utilisation du couple cr√©√© par la diff√©rence de gravit√© entre les parties basse et haute de la station √† condition qu'elle soient suffisamment √©loign√©es.
  3. ‚ÜĎ Dans la station les astronautes respirent un m√©lange d'azote et d'oxyg√®ne alors que dans leurs scaphandres ils respirent de l'oxyg√®ne pur. S'ils ne d√©barrassent pas leur organisme de l'azote, ils risquent un accident de d√©compression
  4. ‚ÜĎ Peggy Whitson est l'astronaute am√©ricain qui a s√©journ√© le plus longtemps dans l'espace : 377 jours
  5. ‚ÜĎ La diff√©rence entre apog√©e et p√©rig√©e est d'environ 20 km
  6. ‚ÜĎ C'est-√†-dire que la capacit√© du SAFER permet th√©oriquement √† un astronaute qui s'√©loignerait de la station spatiale √† la vitesse de 1 m/s d'annuler cette vitesse puis de repartir dans la direction inverse √† 1 m/s et enfin d'annuler cette vitesse lorsqu'il est sur le point d'aborder la station.

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  • [PDF](en) NASA - Mission Operations Directorate Space Flight Training Division, International Space Station Familiarization, 1998 [lire en ligne]
    Manuel de familiarisation de la station spatiale (document de fond) (399 p. )
     
  • [PDF](en) NASA - Langley Research Cente, International Space Station EvolutionData Book Volume I. Baseline Design Revision A, 2000 [lire en ligne]
    Version plus r√©cente (mais en partie p√©rim√©e) et plus synth√©tique mettant l'accent sur les √©volutions possibles et le potentiel de recherche de la station (222 p. )
     
  • (en) John E. Catchpole, The International Space Station: Building for the Future, Springer-Praxis, 2008 (ISBN 978-0387781440) 
  • (en) David M. Harland et John E. Catchpole, Creating the International Space Station, Springer-Praxis, 2002 (ISBN 1-85233-202-6) 
  • [PDF](en) International Space Station Independent Safety Task Force (IISTF), Final report of the International Space Station Independent Safety Task Force (IISTF), f√©vrier 2007 [lire en ligne]
    Analyse des risques de perte de la station spatiale ou de son √©quipage par une commission d'enqu√™te ind√©pendante diligent√©e par la NASA (119 p. )
     
  • [PDF](en) Marcia S. Smith Congressional Research Service, NASA‚ÄôS space station program: Evolution of its rationale and expected uses, 2005 [lire en ligne]
    Synth√®se des √©volutions des objectifs et de l'architecture de la station spatiale depuis le lancement du projet en 1984 (17 p. )
     
  • [PDF](en) Commission Augustine, Rapport final de la commission Augustine, 2009 [lire en ligne]
    Rapport final de la commission Augustine charg√©e d'auditer le programme spatial habit√© am√©ricain (157 p. )
     
  • [PDF](en) P. Johnson-Green (CSA), M. Zell (ESA), T. Nakamura (JAXA), J. Robinson (NASA), G. Karabadzhak (Roscosmos) et I. Sorokin (Roscosmos), Research in space : Facilities on the International Space Station, 2009 [lire en ligne]
    Description des installations de recherche mises √† disposition dans la station spatiale (64 p. )
     
  • [PDF](en) C. Evans and J. Robinson (NASA), International Space Station Science Research Accomplishments During theAssembly Years: An Analysis of Results from 2000-2008, 2009 [lire en ligne]
    R√©sultats des recherches scientifiques sur la p√©riode 2000-2008.(NASA/TP‚Äď2009‚Äď213146‚ÄďREVISION A) (262 p. )
     
  • [PDF](en) Cour des comptes des √Čtats-Unis, INTERNATIONAL SPACE STATION : Significant Challenges May Limit Onboard Research, 2009 [lire en ligne]
    Rapport de la cour des comptes am√©ricaines sur les risques et limitations de l'utilisation dans le futur de la station spatiale internationale (39 p. )
     

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