La navette spatialeLe programme de la navette spatiale, qui a été utilisé pendant 30 ans, de 1981 à 2011, a été le moyen d'accès des Etats-Unis à l'orbite au cours des dernières décennies. Fondé sur un concept nouveau, il permettait un lancement dont certains éléments étaient ré-utilisables et un retour sur Terre, après la rentrée atmosphérique, par atterrissage. Le programme de la navette spatiale, pendant 30 ans, transporta des astronautes en orbite de façon répétée, mis en orbite, récupéra et répara des satellites, mena des recherches scientifiques de haut niveau et construisit la Station Spatiale Internationale (NB: une grande partie de ce tutoriel -ainsi que les textes auxquels il lie- sont écrits au présent; ces passages et ces textes doivent donc être lus au passé; ces textes pourront, ou non, être adaptés dans un futur proche)
| La navette Le déroulement d'un vol | Les Missions |
La navette| Histoire | Structure |
Histoire | la navette Discovery (mission STS-103). NASA |
Le programme de la navette démarra dès 1972 et ce fut au moment des marches sur la Lune de la mission Apollo 16 que le Congrès américain vota le financement du programme de la navette spatiale. Ce fut le président Nixon qui, le 5 janvier 1972, annonça la décision de la NASA de construire la navette spatiale, déclarant: "elle révolutionnera le transport dans l'espace proche". Une fois que le Congrès américain eut autorisé le financement, la NASA, le 26 juillet, accorda le contrat de construction de la première navette à la North American Rockwell Corporation de Downey, en Californie. Ce programme était alors plus ou moins dérivé d'un programme d'arme supersonique des années 1960. En 1972 et 1974 la construction de la navette spatiale fut attribuée à divers compagnies américaines et l'on construisit une première navette aux seules fins de test. C'était la navette "Enterprise" -un nom repris du vaisseau amiral de la série télévisée américaine, "Star Trek" (le nom Enterprise vient, avec l'approbation du Président américain d'alors, Gerald Ford, du fait que les fans de la série Star Trek écrivirent une lettre à la NASA; l'agence spatiale américaine, depuis, a connu plusieurs autres références à cette série qui, dans les années 1960, se faisait l'avocat d'une culture inclusive ainsi que d'autres liens). Cette première navette vola en septembre 1976, inaugurant une série de 13 vols d'essai, qui comprirent toutes sortes de vols, de vols captifs, habités et non habités depuis le sommet d'un Boeing 747, à des vols habités (non orbitaux) et à des atterrissages. Le premier atterrissage du prototype eut lieu sur le Redstone Army Airfield, en Alabama. La navette Challenger (OV-099) fut un autre véhicule-test du programme, construit en 1978 pour tester l'amélioration des navettes via une structure plus légère ; celle-ci devait pouvoir supporter les vols spatiaux mais, comme les ordinateurs de l'époque n'étaient pas suffisamment avancés pour tester ce nouveau désign optimisé face à la chaleur et aux contraintes, on soumit Challenger au sol, pendant un an, à des vibrations et des tests thermiques intensifs. La navette "Columbia", finalement, fut la première navette à réellement gagner l'orbite; ce fut le vol STS-1, en avril 1981. Le 1er vol de la navette, c'est remarquable, a eu lieu le 12 avril 1981, soit exactement 20 ans, jour pour jour, après le 1er vol habité, celui de Gagarine, en avril 1961. Le vol STS-1 ne comportait que deux membres d'équipage, John Young, le commandant, vétéran de 4 vols spatiaux dont une marche sur la Lune en 1972 et Bob Crippen, le pilote, pilote d'essai de l'US Navy. Ce premier vol était habité, une première dans l'histoire des vols spatiaux, qui avaient toujours été précédés de vols-tests non habités. Le programme de la navette spatiale fut, en fait, l'étape principale du programme spatial américain après le programme Apollo. Les quatre premiers vol de la navette spatiale furent considérés comme des vols tests cependant et ce ne fut qu'avec le 5ème vol que les missions de la navette sont réellement devenues des missions opérationnelles. Les navettes ont été construites à l'usine Boeing de Palmdale, en Californie. La NASA choisit les astronautes de la navette spatiale surtout dans l'U.S. Air Force car les décideurs avaient considéré que l'aide du service serait utile pour les vols; certains de ces pilotes venaient du programme secret MOL ("Manned Orbital Laboratory"), un programme de reconnaissance par satellite habité. Au total le programme de la navette spatiale aura coûté, sur 40 ans, 196 milliards de dollars, pour sa conception, sa construction, 5 navettes et 135 vols, soit un peu plus que le programme Apollo (156 milliards de dollars). La navette a permis aux Etats-Unis un accès continu à l'espace mais certains le critiquent et parlent d'un "échec magnifique", le programme n'ayant pas atteint les objectifs d'un accès facile, sûr et fréquent à l'orbite: deux navettes ont été perdues en vol et 9 vols, au lieu de 50, ont été accomplis en moyenne. La navette spatiale a dû satisfaire les exigences d'à la fois la NASA et du ministère américain de la Défence, le "Department of Defense" (ce dernier imposa la forme exacte des ailes ou la taille de la soute). Pendant les années de préparation de la navette, des jets F-15 et F-104 du centre Dryden de la NASA furent utilisés pour tester en vol, en conditions atmosphériques seulement, différents matériaux de protection thermique. Jusqu'à l'ère de la navette, les vaisseaux spatiaux, lors du retour à travers l'atmosphère, n'étaient protégés par des maétériaux abrasifs, qui ne pouvaient servir qu'une fois. Les vaisseaux américains des programmes précédents et ceux des programmes à venir consistant en des capsules non ré-utilisables et peu coûteuses, certains pensent aussi que le programme de la navette pourrait n'avoir été qu'un détour dans l'évolution naturelle du monde des fusées. Le concept qui sous-tendait, au départ, la navette -et qui définissait ce que les Etats-Unis allaient faire de leur programme spatial après le programme Apollo- était un plan en trois étapes: une navette ré-utilisable permettrait d'accéder à une station spatiale, laquelle permettrait de partir pour Mars
Le programme de la navette spatiale s'est finalement terminé pendant l'été 2011 lorsque la navette Atlantis, le 21 juillet 2011, a atterri pour la dernière fois, de retour d'une mission à la Station Spatiale Internationale. Etait ainsi mis un point final à une entreprise de 30 ans. Après une interruption du programme de la navette spatiale suite à la perte dramatique, en février 2003, de la navette Columbia lors de son retour sur Terre, les missions effectives de la navette spatiale n'ont repris qu'en septembre 2006, avec la mission STS-115. Le Président Bush, en 2004, avait défini un nouveau programme spatial pour les Etats-Unis et prévoyait la mise à la retraite des navettes pour 2010. Après un changement de président, le Président Obama, qui a radicalement modifié le plan Bush, les navettes ont finalement été retirées du service pendant l'été 2011. Les dernières années de la navette furent essentiellement consacrées à terminer la construction de la Station Spatiale ainsi que ces derniers vols furent marqués par la perte dramatique de la navette Columbia en février 2003 ou les pannes et nouvelles procédures de sécurité affectant ces vols. Des questions de financement empêhèrent la NASA de passer à une navette de seconde génération et, malgré des mises à jour, elle dut utiliser ces véhicules d'une technologie des années 1960 et 1970 pendant 30 ans. Le programme de la navette spatiale permit de faire de la science en orbite, d'y coopérer avec les Soviétiques, d'y réparer des satellites ou d'accomplir des missions pour le ministère de la Défense. Les navettes ont été construites par Boeing, à Palmdale, en Californie. Le coût total du programme, sur plus de 40 ans, aura été de 196 milliards de dollars, pour 5 navettes et 135 vols; 874 millions de kilomètres en plus de 21000 orbites auront été parcourus et 1333 jours passés dans l'espace par 355 membres d'équipage, la plupart américains. Certains font remarquer que la navette n'aura pas rempli ses objectifs, 9 vols n'étant accomplis en moyenne par an contre 50 prévus. Deux navettes ont également été perdues en vol, la navette Columbia en février 2002 et la navette Challenger en 1986. Seuls 3 navettes restaient en service dans les dernières années du programme, Discovery, Atlantis et Endeavour. Avec leur mise à la retraite, les Etats-Unis, par ailleurs, restent sans accès à l'orbite basse et vont dépendre pendant quelques années des Soyouz russes alors que le nouveau programme spatial américain reste encore dans les limbes et l'objet de débats et questions. Même l'agence russe Roskosmos pouvait ironiquement annoncer, à l'occasion du dernier vol de la navette: "Adieu [la navette] et merci de l'aide apportée!", ajoutant: "A partir de ce jour, l'ère des Soyouz commence pour ce qui est des vols habités, une ère de véhicules sûrs"
Voici une liste détaillée des 5 navettes de la NASA qui volèrent effectivement dans l'espace. La navette Enterprise (OV-101) n'avait pas été conçue pour voler en tant que navette spatiale. Elle se trouve, de nos jours, à l'aéoport Dulles de Washington. (par ordre de livraison comme navette active au Kennedy Space Center; "OV" signifie "orbital vehicle": orbiter)
Ce fut la navette Columbia qui accomplit le premier vol du programme, les missions STS-1 à STS-4, aussi appelées le "Orbital Flight Test Program" ("programme-test du vol orbital") et elle fut chargée, lors de la mission STS-32, en janvier 1990, de récupérer sur son orbite le satellite "Long Duration Exposure Facility" (LDEF) ou d'accomplir la mission STS-40 du "Spacelab Life Sciences" en juin 1991 -la première mission Spacelab entièrement consacrée à la recherche médicale. La navette Challenger, elle, accomplit son vol inaugural le 4 avril 1983 (mission STS-6) au cours de laquelle fut accomplie la première sortie dans l'espace du programme et fut déployé le premier satellite de la constellation TDRS ("Tracking and Data Relay System "). Ce fut aussi la navette à bord de laquelle Sally Ride, la première femme astronaute américaine vola (mission STS-7), Challenger accomplissant aussi le premier vol emportant deux femmes astronautes américaines sur une même mission (mission STS-41-G). Challenger fut la première navette à lancer et atterrir de nuit (mission STS-8) et la première navette à atterrir au Kennedy Space Center en Floride (mission STS-41-B). Elle emporta les Spacelabs 2 and 3 (missions STS-51-F et STS-51-B) et le premier Spacelab allemand (STS-61-A). La navette Discovery accomplit son premier vol au cours de la mission STS-41-D, le 30 août 1984; cette navette est surtout connue pour avoir mis en orbite le télescope spatial Hubble (mission STS-31) en avril 1990. Elle lança aussi, depuis l'orbite, la mission Ulysses, mission solaire explorant les pôles du Soleil (mission STS-41, octobre 1990). La navette Atlantis, elle, décolla pour son premier vol le 3 octobre 1985 (mission STS-51-J) qui constituait le second vol pour le Département de la Défense américain; d'autres missions d'Atlantis furent le lancement depuis l'orbite de la mission Galileo à Jupiter (mission STS-34, octobre 1989) ou du Gamma Ray Observatory (mission STS-37, avril 1991). Endeavour, enfin, la navette la plus récente de la flotte, commença ses vols en 1992 par la mission STS-49, une mission de réparation du satellite Intelsat VI
->Premier vol de la navette Challenger
Début 1993, après cinq vols réussis de la navette Columbia et sur la base des leçons apprises, la navette Challenger fut conçue avec un poids plus faible et on employa des couvertures thermiques plus légères pour certaines zones du véhicule et non des tuiles, ce qui économisa 1100kg de poids total. Pour de meilleures performances au lancement, les engins principaux de la navette furent passés à 104% de poussée maximale contre 100 pour la navette Columbia. Le premier vol de Challenger fut aussi le premier au cours duquel on utilisa un réservoir extérieure de moindre poids (4500kg de moins que Columbia) ainsi que des enveloppes plus légères pour les moteurs des boosters. Toutes ces améliorations apportèrent une capacité d'emport accrue. La navette devait déployer le premier satellite TDRS et un autre objectif majeur de la mission STS-6 était d'accomplir la première sortie dans l'espace à partir de la navette spatiale (et donc la première sortie dans l'espace depuis 1974 -programme Skylab)
StructureAu moment du lancement, une navette est composée de trois éléments: la navette proprement dit, un réservoir extérieur non-réutilisable ("External Tank" en anglais), et deux fusées à poudre latérales réutilisables (les "SRB", "Solid Rocket Boosters" en anglais). En anglais, les termes "navette spatiale" ("Space Shuttle") s'appliquent, stricto sensu, au système dans sa configuration de lancement (la navette, le réservoir, les deux boosters latéraux). Ce n'est que la navette proprement dit (en anglais, on parle d'"orbiter") qui finit par atteindre l'orbite. Les deux fusées latérales produisent l'essentiel de la poussée lors du lancement et de l'ascension; elles se séparent de la navette 2 minutes après le lancement (à une altitude de 44 km). Ce sont ensuite les seuls moteurs de la navette même qui continuent de propulser l'ensemble navette-réservoir extérieur. Les deux boosters retombent sur Terre en parachute et sont récupérés dans l'Océan Atlantique; ils sont ensuite re-conditionnés pour être ré-utilisés pour d'autres vols. Ces deux boosters sont "gérés" -leur récupération et re-conditionnement compris- par le Marshall Space Flight Center de la NASA, situé à Huntsville, en Alabama. Le réservoir extérieur, lui, d'une dimension de 9 m (27,6 ft) par 45 m (154 ft), et de couleur orange sert à contenir le carburant (535,000 gallons) d'hydrogène et d'oxygène liquides qui sont utilisés par les trois moteurs de l'orbiter pendant le lancement. Il est ensuite largué, avant que l'orbite ne soit atteinte (de façon à éviter qu'il ne soit lui-même satellisé). Le réservoir extérieur est pris en charge par le "Space Shuttle Propulsion Office" du Marshall Space Flight Center et c'est la firme Lockheed Martin Space Systems Co., de la Nouvelle-Orléans qui le construit. La navette peut orbiter à des altitudes variant entre 185 et 640 km (115-400 miles). Sa vitesse est de 27800 km/h (17300 miles par heure). La navette proprement dit pèse 82 tonnes (180000 livres) et elle peut placer jusqu'à 29 tonnes (63500 livres) en orbite. 3 unités de puissance auxiliaire, ou APU ("Auxiliary Power Unit"), fournissent à la navette la puissance hydraulique nécessaire pour l'orienter pendant les périodes de montée à l'orbite puis de retour sur Terre. L'équipage d'une navette est composé d'entre 2 (ce qui était le cas pour les premières missions) à 8 membres d'équipage (l'équipage moyen est habituellement composé de 5 à 7 astronautes). Pendant ses 20 ans de service, la navette spatiale a peu à peu évolué et elle est très différente aujourd'hui de ce qu'elle était à ses débuts. Quatre navettes ont été construites entre 1981 et 1985, les navettes Columbia, Challenger, Discovery et Atlantis. La navette Challenger a explosé au décollage en janvier 1986 (on construisit la navette Endeavour pour la remplacer) et la navette Columbia a explosé dans l'atmosphère lors de son retour sur Terre en février 2003
 | cliquer vers une vue du tableau de bord de la navette (une image plus lourde sera utile aux amateurs de simulation de vol). NASA/KSC |
Le tableau de bord de la navette. Tout comme un avion de ligne, le panneau des navettes est du type "glass cockpit" (littéralement "tableau de bord de verre", un tableau de bord composé d'écrans d'affichage électroniques). Cet équipement se fit via l'installation du système dit "Multifunction Electronic Display System" ou MEDS, qui remplaça les écrans cathodiques, et les autres instruments et afficheurs électro-mécaniques. Il consiste en 11 écrans couleurs plats, à matrice active à cristaux liquides. 9 écrans se trouvent dans le cockpit avant et deux dans le cockpit arrière. Les équipements anciens consistaient en écrans verts, sans graphiques, à peu de possibilités et les autres instruments étaient des instruments mécaniques venant de l'industrie aéronautique (on avait du mal à trouver des pièces de rechange car ils avaient été conçus dans les années 1960, construit dans les années 1970 et, vers 1985, les compagnies qui les construisaient avaient fini par ne plus exister). Dès les années 1970, le centre de la NASA de Langley, en collaboration avec l'industrie aéronautique, avaient lancé un programme de recherche sur un système d'affichage cockpit entièrement électronique alors, qu'à l'époque, les avions commençaient à peine d'utiliser des écrans cathodiques. La société Boeing, finalement, put équiper ses 767 d'un glass cockpit en 1982. Un tel système d'affichage au tableau de bord est plus léger et consomme moins d'énergie; il améliore les actions de l'équipage via des graphiques faciles à lire qui indiquent les données-clés telles l'attitude, l'altitude ou la vitesse. La navette Atlantis fut la première navette équipée, en 1998, suivie de Columbia dans les mêmes années. Discovery et Endeavour le furent vers 2005. Le système MEDS de chaque navette est configuré différemment pour chaque vol, fonction de ce que les astronautes veulent voir affiché sur chaque écran et le MEDS est testé avant tout transfert au pas de tir, à partir de la salle de tir, de façon à s'assurer que les affichages fonctionnent correctement. La prochaine étape consistera en l'installation de "cockpits intelligents" ("smart cockpits") qui, eux, réduiront la charge de travail des pilotes aux moments critiques du vol
Les boosters réutilisables, chacun composé de 4 segments de 150 tonnes, doivent emprunter le chemin de fer pour rejoindre le Kennedy Space Center depuis l'usine d'ATK, leur fabricant, à Promontory, dans l'Utah. Cela leur prend 7 jours. Chaque segment, déjà rempli de ses explosifs, est posé sur le berceau d'un wagon spécialement conçu pour la tâche et un couvercle, avec charnières à son sommet, le protège. Le transport se fait par les compagnies américaines habituelles -Union Pacific, Kansas City Southern, Norfolk Southern, CSX ou la Florida East Coast Railway ou FEC. Puis c'est l'équipe ferroviaire de la NASA qui prend le relais. Au nord du centre Kennedy, la voie de la NASA se divise en branches de 14 km. La branche principale part au Sud, passe le long du Vehicle Assembly Building et autres hangars du pas de tir 39 pour atteindre la zone industrielle du centre. A l'Est, une seconde ligne rejoint la Cape Canaveral Air Force Station. A l'entrée du Kennedy Space Center, le train doit emprunter un pont au-dessus de l'Indian River lequel n'est pas conçu pour supporter un tel poids; la solution est d'intercaler des wagons vides entre les wagons porteurs pour répartir la charge. La vitesse, en général, dans le KSC, ne doit pas dépasser 40 km/h. Puis les segments des boosters sont débarqués dans la structure qui en est chargée, la "Rotation, Processing and Surge Facility" où ils sont mis en position verticale et préparés pour l'assemblage. Les voies ferrées du Kennedy Space Center ont été modernisées dans les années 1980 de façon à ce que les matériaux résistent mieux au climat tropical de la Floride. Les locomotives furent aussi changées, passant à 1500 cv et qui peuvent tracter jusqu'à 2500t. En plus des boosters de la navette, le chemin de fer de la NASA a transporté du tétroxyde d'azote, un oxygénateur utilisé comme carburant fusée, des fusées Titan de l'US Air Force ou des missiles Trident de la Navy. Les segments vides, après utilisation et récupération sont renvoyés chez ATK
Une des procédures les mieux chorégraphiées lors de la préparation d'une navette est le placement des 3 moteurs principaux, de 3,7t chaque, à l'arrière de l'orbiter. Les moteurs étant légèrement inclinés vers le haut, en direction du gouvernail de direction, ils doivent être installés avec un angle. Les moteurs principaux, après une mission, sont immédiatement retirés de leurs emplacements pour inspection; la navette, de plus, sans ses moteurs, peut être plus facilement et avec plus de sécurité. Les moteurs, à l'origine, n'ont pas été prévus pour être enlevés après un vol et les cinq premières missions ont vu leurs moteurs inspectés en position. Les engins et procédures utilisés actuellement sont donc le fruit de l'expérience. Certains vols de la navette, au début du programme, furent annulés quelques secondes avant le décollage; les moteurs avaient donc été allumés mais on avait dû les couper pour une quelconque raison. Cette situation dite "pad abord", "lancement annulé au pas de tir", entraînait qu'on change les moteurs au pas de tir même. L'installation des moteurs, d'une façon générale, prend 4 heures
L'accident de la navette Columbia, en février 2003, a amené la NASA à mettre en place 41 modifications importantes sur les navettes, selon les recommendations faites par une commission d'enquête: des systèmes permettent l'inspection ainsi que la réparation éventuelle du bouclier thermique en vol (ainsi, le "Orbiter Boom Sensor System", un bras articulé, avec caméra, qui permet de scruter le bouclier thermique), des caméras, des systèmes laser ou des capteurs installés dans le bord d'attaque des ailes (ceux-ci permettant de vérifier que les débris, qui tombent au décollage, n'endommagent les structures de la navette). Le réservoir extérieur est également sous le contrôle d'une caméra. Celui-ci, de plus, s'est vu ajouter deux thermostats bi-podes à l'endroit où il est relié à la navette. Deux jets de la NASA imagent le lancement d'une distance de 24 à 32 km (15-20 miles) et ce pendant 150 secondes, jusqu'à la séparation des deux boosters. Les lancements, de plus, n'ont plus lieu que de jour et, lorsque la mission se rend à l'ISS, une manoeuvre de rotation longitudinale de la navette ("Rendezvous Pitch Maneuver) a lieu avant l'arrimage, ce qui permet une autre vérification, depuis l'ISS, de l'état du bouclier thermique -la navette s'étant arrêtée à 180 m (600 ft) en-dessous de la Station Spatiale et tournant d'avant en arrière de 3/4 de degré par seconde. L'opération dure 1 minute et demi
 | cliquer vers une vue de l'ensemble de la navette et du pas de tir. illustration site 'Amateur Astronomy', sur la base d'une image NASA/KSC |
5 ordinateurs, dits "GPC", en anglais ("general purpose computers") avec une capacité de stockage de 1 Mo et une vitesse de 1,4 million d'instructions par seconde, constituent le cerveau de la navette. Ils collectent les signaux des systèmes de la navette, du Réservoir Extérieur et des boosters à carburant solide et ils en déduisent les contrôles à appliquer aux mouvements et manoeuvres de la navette. Ils constituent le système de contrôle en vol de la navette. Les ordinateurs sont branchés en réseau de telle sorte que 4 sont opérationnels et que l'un sert d'ordinateur de secours, capable de contrôler le décollage et le retour sur Terre dans le cas d'une panne des 4 autres. Le software de la navette contient 400 000 lignes de code; un OS Windows, lui, en contient des millions; le code des GPC se concentre sur les tâches réellement nécessaires à la navette. Une série de programmes sont utilisés au cours d'un même vol, chaque couche se consacrant à une partie du vol: pré-lancement, lancement, orbite, départ de l'orbite, ré-entrée. Le système CPC a été mis à jour en 1991 sur la base de leur conception d'origine. Les 1 Mo actuels permettent ainsi aux programmeurs de plus efficacement ajouter ou remplacer du code. Même le système a le contrôle de l'essentiel d'un vol, les astronautes emportent aussi avec eux des ordinateurs portables, ainsi des ThinkPad A31p IBM modifés, qui sont utilisés pour les manoeuvres de rendez-vous ou des simulations de ré-entrée ou d'atterrissage. Ces ordinateurs servent aussi pour les e-mails de l'équipage. Mais ces ordinateurs, finalement plus modernes, ne sont pas aussi sûrs que les GPC car ils sont sensibles aux radiations et n'utilisent que des logiciels du commerce, moins avancés. Aussi ne sont-ils pas utilisés pour les systèmes tenant aux systèmes d'alimentation de l'équipage en oxygène et autres supports vitaux ni pour des opérations critiques qui, eux, requièrent la fiabilité des GPC. Les ordinateurs portables sont ainsi sensibles aux radiations de l'espace, aux fautes de logiciels voire aux vibrations du décollage; 2 à 3 sauts de mémoire ont lieu le temps que la navette arrive à l'ISS, par exemple et sur une mission au télescope spatial Hubble, ce nombre passe à 30 car, plus haut sur l'orbite, la protection contre les radiations est encore moindre. Idem lorsque la navette vole dans ce qu'on appelle la "South Atlantic Anomaly", une zone du champ magnétique terrestre plus faible et qui offre moins de protection. Les GPC ne sont pas sensibles aux radiations car un système empêche le système de lire une mémoire qui se serait modifiée pour cause de radiations. Les GPC ne sont donc pas conçus pour un travail qui requiert des performances informatiques importantes tels des affichages graphiques complexes ou du traitement de texte. Ces tâches, dès les débuts du programme furent accomplies à l'aide d'ordinateurs de bord fabriqués par GRiD. Aujourd'hui, des Thinkpads plus puissants ou des ordinateurs portables avec modifications de programmes ou programmes spécialement conçus permettent aux astronautes, par exemple, de savoir où ils se trouvent sur l'orbite et les aident à naviguer jusqu'à l'ISS et à s'y amarrer sous la forme d'écrans graphiques. Un Thinkpad a lancé pour la première fois en décembre 1993 à bord d'Endeavour, lors de la première mission au télescope Hubble. Les recherches les plus récentes concernant les GPC seront, une fois la navette retirée du service, utilisées pour les systèmes des vaisseaux à venir; ainsi on a réussi récemment à concentrer tout le software des GPC sur une seule puce, qui ne pèse qu'aux alentours de 80 g
Le CO2 de l'atmosphère de la cabine de la navette est évacué par des bouteilles d'hydroxyde de lithium. On ne les utilisent pas quand la navette se trouve à l'ISS car les systèmes de la station spatiale prennent en charge le CO2 pour le complexe entier. Les communications avec une navette se font via son antenne S-band
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La préparation du volLa préparation d'une navette pour un lancement se déroule au Kennedy Space Center, en Floride, là d'où les navettes décollent. La préparation se fait dans l"Orbiter Processing Facility" ("hangar de préparation de la navette") et le "Vehicle Assembly Building" (bâtiment d'assemblage de la navette"). Dans l'"Orbiter Processing Facility", on pratique la préparation de base de la navette: on installe les moteurs, la base du bras-manipulateur, le bras-manipulateur-vérificateur du bouclier thermique même. On pratique également la vérification -et les réparations éventuelles- du bouclier thermique. Plusieurs mois de travail sont nécessaires pour préparer une navette à un nouveau vol, ensemble qu'on appelle un "processing flow" ("flux d'opérations"). Les "Orbiter Processing Facilities" ("installations de préparation des orbiters", ou OPF en anglais), qu'on appelle aussi des "baies" ou des "hangars" consistent en 3 bâtiments spécialement adaptés, de 29000 pieds carrés du Kennedy Space Center. Les OPF sont, finalement, les garages les plus high-tech du monde. C'est là qu'on tracte une navette après son atterrissage. L'OPF-1 et l'OPF-2 sont reliés par une baie de 70m et prenaient en charge, respectivement, les navettes Atlantis et Endeavour; l'OPF-3 lui se voyait attribuer Discovery. On commence d'abord par retirer les produits chimiques dangereux (ainsi, le carburant), assécher les moteurs et ouvrir les panneaux d'accès. Ensuite on retire le chargement éventuel puis, pendant 3 mois, on procède à la vérification des tuiles du bouclier thermique, on change les moteurs principaux (ou SSME) et on vérifie l'intégrité de la structure et des systèmes mécaniques et électriques. Chaque navette possède sa propre équipe d'ingénieurs, dirigée par le "flow director" ("directeur des flux"), qui appartient à la NASA et le "flow manager" ("gestionnaire des flux"), qui, lui, est un représentant de l'administration. Des grues et des ponts permettent le travail et l'air est maintenu à des qualités appropriées. Avant qu'un processus dit de "densification" ait été inventé, il fallait, dans l'OPF-1, retirer toutes les tuiles du bouclier thermique puis, dans l'OPF-2, les re-densifier et, enfin, les ré-appliquer. Pendant ce temps, dans le Vehicle Assembly Building -cet immense bâtiment qui date du temps des fusées Saturn V- on élève et on assemble ensemble, sur le "Mobile Launch Platform" (plate-forme mobile de lancement") -une plate-forme haute comme un immeuble de deux étages- le réservoir extérieur et les deux fusées à poudre. Chaque fusée à poudre mesure 45 m (149 ft) et à un diamètre de 3,6 m (12 ft); les deux boosters produisent une poussée de 5,8 tonnes (2,65 millions de livres). Chaque fusée à poudre se compose de 4 parties. On fixe d'abord sur la plate-forme mobile, une "jupe" arrière, sur laquelle on installe ensuite les trois autres composants (les moteurs, le compartiment à carburant, le nez). On lie ensuite les boosters au réservoir extérieur. Une fois que, dans son hangar de préparation, la navette est préparée, on la transporte dans le Vehicle Assembly Building -procédure dite "rollover" en anglais ("transfert"). Là, on l'assemble au système déjà en place du réservoir et des deux boosters. On teste les liaisons mécaniques et électriques, les liaisons par câble et les interfaces diverses. Puis, lorsque l'assemblage est terminé -soit une semaine plus tard- on place tout l'ensemble -navette, réservoir extérieur, boosters, la plate-forme mobile (les anglo-saxons parlent de "Space Shuttle Vehicle")- sur un transporteur chenillé, lequel va conduire le tout au pas de tir, selon ce qui existait déjè à l'époque du programme Apollo. Le transporteur se déplace à une vitesse d'à peine 1,6 km/h (1 mile par heure). Les pas de tir du Kennedy Space Center utilisés pour la navette sont les 39A et 39B. Le transbordement de la navette au pas de tir se fait entre deux à trois semaines avant un lancement. Pour ce qui est des organismes de la NASA qui participent à la préparation des composants de la navette, c'est le Space Shuttle Propulsion Office du Marshall Space Flight Center (Huntsville, Alabama) qui prend en charge le réservoir extérieur, les boosters, les moteurs de l'orbiter et tout l'aspect intégration et conception des systèmes de propulsion; les moteurs de la navette sont testés au Stennis Space Center, dans le Sud du Mississipi. Le Réservoir Extérieur est fabriqué (par la compagnie Lockheed Martin) au Michoud Assembly Facility, à la Nouvelle-Orléans. Pour une mission donnée, le Réservoir Extérieur, une fois prêt, est trop grand pour être transporté en Floride par train ou camion. Il emprunte donc, depuis le port de Gulfport, près de la Nouvelle-Orléans, une barge de type Pegasus, qui, sur un trajet de 6 jours, est remorquée par un des navires de récupération des fusées à poudre après lancement de la NASA, qui est également utilisé pour cette tâche
->Plus de détails sur le transporteur chenillé voyez une page qui donne plus de détails sur le transporteur chenillé de la navette spatiale
Une fois arrivé au pas de tir, l'ensemble de lancement de la navette est enserré dans la "Rotating Service Structure" ("structure tournante de service"). Cette structure constitue l'essentiel de la "tour de lancement" de la navette spatiale: c'est surtout une structure de service qui permet de protéger la navette des intempéries jusqu'au lancement, de continuer de préparer la navette, d'installer les équipements dans la soute, de pratiquer les divers tests et alimentations et, enfin, de permettre à l'équipage d'embarquer. On continue donc, une fois la navette installée au pas de tir, de la préparer au lancement. Ces opérations de vérification, de tests et de préparation sont effectuées par l'équipe au sol; l'équipe de lancement participe également, elle, participe également et vérifie les éléments de la navette. On teste le remplissage du réservoir extérieur (on l'emplit de son hydrogène et oxygène liquides et on vérifie comment la navette, le réservoir, les deux boosters et les systèmes au sol se comportent). Ce test comprend un compte-à-rebours simulé (jusqu'à la "pause" qui a lieu à T-31 secondes). On vérifie également les moteurs de la navette, les systèmes au sol, les bras télé-manipulateurs. On charge les systèmes de thrusters additionnels de la navette de leurs carburants (hydrazine mono-méthyle, et tétroxide d'azote). Ces deux systèmes -le "Orbiter Maneuvering System" et le "Forward Reaction Control System"- servent, respectivement à donner la dernière poussée pour placer la navette en orbite, à effectuer les manoeuvres importantes en orbite, et à dé-orbiter la navette; et à contrôler la navette et ses attitudes en orbite. On pratique enfin différents autres tests (test des unités d'énergie de la navette et de l'un des boosters, par exemple). On place, enfin, différents équipements -fonction de la mission (ainsi les "Extravehicular Mobility Units", ces fauteuils à sortie spatiale)- et les sièges des astronautes
L'équipage de la navette, lui, s'entraîne: sorties dans l'espace dans la piscine du centre qui permet de simuler l'apesanteur, leçons théoriques, entraînement sur simulateur, vols sur T-38. Les "simulations intégrées", de longue durée, impliquent aussi le contrôle spatial et les autres équipes qui participent à un lancement. Le "Crew Equipment Interface Test" (CEIT) permet à l'équipage d'appréhender le chargement dont il aura la charge en orbite voire la navette elle-même. Le "Terminal Countdown Demonstration Test" (TCDT), qui dure trois jours, a lieu lorsque la navette a été déplacée au pas de tir. Il comprend un entraînement à l'évacuation d'urgence du pas de tir et une répétition d'un compte à rebours avec l'équipe de lancement du "centre de contrôle de lancement" ("Launch Control Center"), lequel se déroule jusqu'au moment où la navette est prêt d'atteindre l'orbite. Le commandant de la mission et le pilote, par ailleurs, s'entraînent au retour sur Terre à bord d'un avion de chez Grumman American Aviation -un Gulf Stream II modifié qui reproduit les sensations d'une navette revenant sur Terre. L'équipe des pompiers du Kennedy Space Center enseigne aux astronautes comment se comporter en cas d'urgence au pas de tir ou au sol. Les astronautes, ainsi, apprennent à utiliser la ligne d'évacuation d'urgence, un cable en acier avec filet d'évacuation qui fait descendre à grande vitesse les astronautes du plus haut niveau de la structure de lancement jusqu'au sol, ou à conduire l'un des véhicules blindés de type M113 qui leur permettraient d'évacuer le pas de tir en cas de problème. Le M113, un véhicule blindé de l'époque du Vietnam, qui pèse 10 tonnes, sert aux pompiers des équipes d'urgence à atteindre le pas de tir en cas de problème ainsi qu'il leur permet d'évacuer l'équipage des astronautes ou celui de la closeout crew. La NASA commença d'utiliser les M113 en surplus de l'armée au cours du programme Apollo pour les cas d'urgence concernant la capsule ou la fusée Saturn V. Trois véhicules sont présents le jour du lancement. Deux, avec des pompiers à bord, se trouvent à moins d'1,6 km du pas de tir. Un autre M113, vide, se trouve, la porte d'accès ouverte, près de la porte du bunker de secours qui se trouve près du pas de tir. Si les astronautes doivent évacuer via le système de filins, ils arrivent au bunker, d'où ils peuvent embarquer dans le blindé et s'éloigner. Tous les équipages pratiquent ces procédures au cours du Terminal Countdown Demonstration Test, la répétition du lancement qui a lieu pendant les préparations au lancement réel; n'importe quel des astronautes doit savoir conduire le véhicule. L'armée américaine avait aussi conçu le M113 comme un engin amphibie, capable de flotter et d'être manoeuvré sur des rivières et autres
On notera que chaque navette, à intervalle, subit une "Orbiter Major Modification", une période de 2 ans et demi au cours de laquelle les techniciens et ingénieurs mettent en place sur la navette les modifications de sécurité et les améliorations technologiques diverses
En ce qui concerne le chargement de la navette, c'est un "directeur du chargement de la mission" ("payload mission manager") qui dirige une équipe -un groupe d'ingénieurs et de techniciens aux multiples compétences- qui assemble et teste les composants partant pour la Station Spatiale, par exemple, ou les expériences scientifiques que la navette emportera. Dans le cas d'une mission à l'ISS, le directeur du chargement travaille en collaboration avec les bureaux appropriés de l'ISS, au Johnson Space Center, par le biais des locaux consacrés à la Station Spatiale, au Kennedy Space Center (spécialement le "Space Station Processing Facility" ("hangar de prépration de l'ISS"). Tout ce travail se termine par la fermeture du container -soit celui spécifique à la navette, soit celui du programme ISS- dans lequel ont été placés les chargements de la navette. Ce container est ensuite levé en position verticale à la "Canister Rotation Facility" puis placé sur un transporteur et transporté au pas de tir peu de temps avant que la navette n'y soit elle-même transportée et il est installés dans la "Payload Changeout Room", à l'intérieur de la structure rotative du pas de tir. De là, une fois la navette arrivée -vers deux jours après- les containers sont placés dans la soute de la navette. Les systèmes de fermeture et autres sont testés et on ferme les portes de la soute. Le système principal de propulsion est pressurisé une fois les portes de la soute fermées. La NASA utilise tout espace resté libre dans la soute des navettes via un système dit "Shuttle Small Payloads Project" ("projet petites cargaisons de la navette" ou SSPP), basé au Goddard Space Flight Center: des crochets et des prises électriques permettent ainsi la meilleure utilisation des capacités d'emport des missions. Entre 1982 et 2002, plus de 200 projets de ce type ont volé à bord de 108 missions, dont les projets "Get-Away Special (GAS) Cannisters", "Hitchhikers" and "Spartans"
Des techniciens spécialisés, appelés "opérateurs vaisseau" (en anglais, "spacecraft operators", SCO) participent également à la préparation d'un vol. Ils vérifient, depuis le Orbiter Processing Facility au pas de tir, les plus de 2000 boutons et écrans d'affichage et de contrôle qui se trouvent dans le cockpit, vérifiant comment chaque système répond aux commandes venant d'un contrôleur soit par radio soit par câble. Ils vérifient les systèmes aussi dans le Vehicle Assembly Building et quand, trois jours avant le décollage, le compte à rebours commence officiellement et que la navette est mise sous tension en permanence, les SCO procèdent aussi à leurs vérifications avant que le "Astronaut Support Person" ou ASP ne pénètre dans le cockpit pour y configurer les interrupteurs avant l'arrivée de l'équipage. Certains SCO sont aussi présents avec l'équipe dite "Closeout Crew", qui aide les astronautes à s'installer dans la navette ou configurent la "White Room", sas d'entrée dans celle-ci. Les SCO sont enfin aussi présents le jour de l'atterrissage et font partie des premières personnes à s'approcher d'une navette qui vient juste de rentrer de l'espace. Une fois que l'équipage a quitté le cockpit, le contrôle de la navette passe du Johnson Space Center au Kennedy Space Center et deux SCO restent dans la navette et commencent de vérifier les systèmes, fermant les interrupteurs ou installant des bloqueurs, qui permettent de maintenir certains d'entre eux dans la position qu'ils ont. Ils restent à bord jusqu'à ce la navette ait été tractée dans l'Orbiter Processing Facility (la procédure est la même en cas d'atterrissage à la base aérienne d'Edwards)
Le lancement | une navette au décollage. NASA |
Le choix de la date de lancement relève de l'état-major de la NASA et des responsables des programmes de la navette et/ou la Station Spatiale Internationale. Une fois la navette au pas de tir, trois pré-requis sont nécessaires avant un lancement: la "Design Certification Review" (DCR), la "Debris Verification Review" (DVR), et la "Flight Readiness Review" (FRR), trois analyses de l'état des préparations, dont la dernière permet d'estimer que la navette est prête au lancement et donc de déterminer une date définitive de lancement. La "Flight Readiness Review" est effectuée par l'équipe de gestion de la mission" ("Shuttle Mission Management Team") deux semaines avant le lancement. Ce sont les officiels de la NASA qui, ensuite, autorisent le lancement, une fois effectuée une dernière estimation de deux jours. Participent également au choix de la date de lancement des "flight dynamics officers" -"spécialistes de dynamique de vol"- en cas d'une mission à l'ISS (il faut que le lancement ait lieu dans les 5 minutes au cours desquelles le plan de l'orbite de l'ISS est au-dessus de la Floride et que les conditions de lumière diurne pour les différentes procédures nouvelles suivant l'accident de la navette Columbia soient respectées) et, dans tous les cas, le responsable météo (le chef du "National Weather Service Spaceflight Meteorology Group"), ces deux services se trouvant au Johnson Space Center. Les conditions météo doivent être acquises aussi bien pour la Floride que pour les sites d'atterrissage d'urgence situés en Europe; en cas de lancement pour l'ISS, les conditions météo n'ont pas une importance aussi grande puisque ces lancements n'ont une fenêtre de tir que d'entre 5 et 10 minutes. Un lancement du Kennedy Space Center suppose qu'il ait lieu lorsque la rotation de la Terre amène le centre de lancement juste dans le plan de l'orbite de l'ISS. Pour un lancement de nuit, l'ascension de la navette peut être suivie depuis toute la côte atlantique des Etats-Unis. La navette et ses trois moteurs, une fois les fusées à poudre larguées, atteignent la magnitude -2. D'autres conditions plus techniques sont également requises pour un lancement de la navette spatiale, ainsi l'angle du Soleil à l'ISS pendant que la navette y est amarrée, qui risque de trop échauffer celle-ci. Une date de lancement se choisit aussi fonction de ce qu'on appelle la "beta-angle constraint" ("contrainte angle beta") qui a trait à l'exposition au Soleil, en termes d'angle, des panneaux solaires de l'ISS. Les gestionnaires de la mission prennent aussi en compte les lancements prévus d'autres missions depuis le même centre spatiale. Le compte à rebours commence 3 jours avant le lancement; il est contrôlé à partir de l'une des salles de lancement du "Launch Control Center" ("centre de contrôle de lancement") qui se trouve au Kennedy Space Center. La décision finale de lancement est prise deux jours avant le vol par le "directeur de vol" ("flight director"), le "directeur de lancement" ("launch director") et le "responsable adjoint du programme de la navette spatiale" ("Deputy Shuttle Program Manager") -ce dernier présidant l'"équipe de gestion de la mission" ("Mission Management Team"). L'équipage arrive en Floride trois jours avant le lancement, venant de Houston, au Texas, dans les temps où le "directeur des tests de la NASA" ("NASA Test Director") et le "responsable du chargement de la mission" ("mission's Payload Manager") font savoir leur accord quant au lancement de la mission. Le "Launch Weather Officer" -le responsable météo- continue de surveiller les conditions météo. Puis viennent les derniers moments avant le lancement: l'équipage embarque 4 heures avant l'heure du lancement (plus de détails sur comment l'équipage se prépare le jour d'un lancement. La "Rotating Service Structure" ("structure tournante de service") a été retirée aux alentours de 24 heures avant le lancement et le Réservoir Extérieur est rempli de ses carburants. Le lancement est alors lancé. Les bateaux-récupérateurs des deux boosters sont en place, au large du Cap Kennedy, attendant de récupérer les boosters qui, une fois largués, mettront 7 minutes pour redescendre sur Terre. Du fait du climat de la côte atlantique de la Floride, les pas de tir du Kennedy Space Center doivent supporter des conditions climatiques extrêmes qu'aucun autre site de lancement ne supporte. Une nouvelle instrumentation météorologique globale a été installée en 2011 au pas de tir 39B et fournit des mesures très précises, à la seconde depuis des stations situées au plus près du pas de tir: tours de prévention des éclairs de 150m de haut, avec capteurs, deux autres stations à venir et 9 conducteurs et autres stations qui peuvent mieux identifier si il y a eu éclair, où et de quelle force. Toutes les données sont transmises aux ordinateurs de la "Pad Terminal Connection Room", ou PTCR, une zone en sous-sol située en-dessous le pas de tir. Le Bureau météo du Kennedy Space Center partagera ces données avec la 45ème escadrille météo de l'US Air Force, basée à la base Patrick AFB voisine, escadrille qui fournit habituellement à la NASA les services météo ainsi que les décisions "go" et "no-go" pour les lancements liées à des critères météorologiques
Trois équipes d'élite interviennent pour le lancement: la "Ice Team" -ou "Final Inspection Team", inspecte l'ensemble de la navette; une autre équipe prépare la cabine de l'équipage; et, enfin, les "Crusaders" aident les membres d'équipage à s'installer sur leurs sièges. Cette équipe d'élite, aussi appelée la Closeout Crew, est formée de 2 techniciens des scaphandres spatiaux du Johnson Space Center, d'un astronaute de soutien (un astronaute en activité de la NASA qui ne participe cependant pas au vol) et de 3 membres appartenant au Kennedy Space Center et d'un inspecteur qualité de la NASA. L'équipe se réunit 3 heures avant de commencer leur travail pour préparer leur équipement puis ils se rendent a pas de tir, à bord d'un van spécialement équipé, pendant l'interruption de compte à rebours incluse de T-,3h. Puis dans la "White Room", une salle blanche servant de sas à l'entrée dans la navette, ils aident les astronautes à s'installer, y compris avec un parachute. Les Crusaders doivent leur nom, "Cape Crusaders", au fait qu'ils font partie du Kennedy Space Center; on les appelle aussi des ASP (pour "Astronaut Support Personnels", "personnels d'équipement des astronautes") ou "C-squareds" (littéralement "C au carré", du fait des 2 "C" de leur nom). L'équipage, pour le décollage ou la ré-entrée, porte des scaphandres spéciaux, à pression partielle, ces scaphandres bien connus, de couleur orange. Ils sont conçus pour permettre la survie en cas d'accident. On les appelle aussi, dans le monde anglo-saxon les "pumpkin suits" (ou "scaphandres citrouille"); leurs nombreux équipements et connexions doivent être préparés avant le décollage. Une fois les opérations terminées, le responsable-test de la navette ("orbiter test conductor"), depuis le centre de contrôle, donne le feu vert à la Closeout Crew pour fermer l'écoutille. L'équipage, enfin, est autorisé, s'il l'entend, à pratiquer des vérifications complémentaires de l'ensemble de lancement, s'il l'estime nécessaire. En 2011, a été inauguré le "Propellants North Administrative and Maintenance Facility", ou "Propellants North facility" ("bâtiment d'administration et d'entretien des comburants nord"), un bâtiment qui contrôle le flux des comburants chimiques à destination des navettes ou des fusées de lancement du Launch Complex 39
Pendant le temps de la mission, c'est la "Mission Management Team", une équipe de haut niveau composée d'officiels importants de la NASA, qui a la responsabilité de la mission. Elle le fait depuis le centre de contrôle de Houston (ainsi, des décisions importantes telles reporter le lancement, ou l'atterrissage, sont de son ressort). Le centre de contrôle des missions est le plus souvent situé au Houston Control Center (ce qui, pratiquement, prend la forme de la "salle de contrôle du vol navette" du "Johnson Space Center's Mission Control Center "). Le "Network Integration Center" et l'installation de la "Flight Dynamics Facility" du Goddard Space Flight Center participent également aux vols de la navette, assurant le suivi et les communications voix et données. Pour ce qui est de la responsabilité du bouclier thermique de la navette, elle est du ressort du "Payload Operations Control Center" du Johnson Space Center (examen des images et des vidéos du bouclier)
La prise d'image, en général, joue un rôle critique dans la sécurité des vols. Elle commence bien avant que les moteurs s'allument: tout le stack de lancement est photographié et surveillé via des caméras de télévision. La Final Inspection Team procure une bonne partie de l'imagerie et des analyses pré-lancement (elle opère une fois le Réservoir Extérieur rempli de ses carburants et signale tout problème qu'elle a remarqué). De puissants télé-objectifs, de plus, situés sur 135 sites caméras, adaptés à des caméras standard, dans l'infrarouge, à haute et basse vitesse, permettent de filmer le lancement jusqu'à plusieurs minutes après que la navette ait décollé. La variété de ces capteurs permet un suivi à courte, moyenne et longue distance. Sur la côte, à des kilomètres de part et d'autre du site, des caméras et des systèmes optiques de suivi à longue distance filment la montée de la navette. En mer, des systèmes embarqués à large bande et radar Doppler sont utilisés pour détercter tout débris qui viendrait à tomber. Enfin, des caméras montées sur le stack de lancement lui-même permettent d'obtenir, jusqu'à l'orbite, des vues rapprochées, y compris de la séparation des boosters latéraux et du réservoir. Toutes ces procédures font partie -ou viennent s'ajouter- aux nouvelles procédures de surveillance qui ont été mises en place par la NASA suite à la perte de la navette Columbia en février 2003
. une vidéo, qui reprend rapidement les étapes du décollage est disponible (2,3 Mo)!
La navette, une fois décollée, passe du pas de tir à plus de 27300 km/h (17000 miles par heure) en 8 minutes et demi. La séquence des évènements après le lancement est la suivante:
| T-6.5 sec | les 3 moteurs principaux de la navette démarrent |
| T-0 | les deux boosters s'allument; la navette s'élance |
| 30 secondes | les moteurs principaux de la navette sont ramenés à 72% de façon à réduire la charge aérodynamique par rapport aux couches basses et denses de l'atmosphère. 1 mn après le lancement, les moteurs repassent à 104% lorsque l'atmosphère devient moins dense |
| T+2:00 mn | les deux boosters arrivent en fin de combustion. Les moteurs de la navette sont de nouveau réduits pour permettre la séparation (de petites fusées aident à la séparation). A partir de maintenant, seuls les moteurs de la navette continuent la poussée (l'accélération atteint alors son maximum de 3G). La poussée des moteurs est contrôlée de façon à réduire le stress sur la structure de la navette et l'équipage |
| T+2:15 mn | les thrusters du "Orbital Maneuvering System" commencent à fonctionner pour 3 mn, fournissant une poussée aditionnelle |
| T+3:00 mn | la navette a maintenant atteint la vitesse de 6400 km/h (4000 miles par heure) et est à 85 km d'altitude... |
| T+4:00 mn | la navette a maintenant atteint le point de non-retour |
| T+5:47 mn | la navette commence de tourner en position inversée (tête en bas) |
| T+6:00 mn | la navette revient à une position haute (tête en haut) |
| T+7:00 mn | la navette a maintenant une vitesse de 22500 km/h (14000 miles par heure)... |
| T+8:30 | les moteurs de la navette sont coupés (moment dit "Main Engine Cutoff, MECO"); le Réservoir Extérieur est largué 20 secondes après. La navette, à 27300 km/h (17000 miles par heure), est à la limite de la vitesse orbitale (la coupure des moteurs a pour fonction de faire que le Réservoir Extérieur n'est pas satellisé et retombe, en brûlant, dans l'atmosphère). L'"orbite" de la navette est alors de 220x58 km (137x36 miles) |
| MECO+45 | après 45 mn de "vol plané", la navette allume les deux thrusters du "Orbital Maneveuvering System" pendant 2 mn. Cette poussée finale place la navette en orbite car elle augmente le périgée de l'orbite. La navette atteint alors une orbite de 230x186 km (143x116 miles) |
| suite | lorsque qu'une navette "monte" à l'ISS, l'orbite est encore élevée et "circularisée" de façon que la mission atteigne l'orbite de la Station Spatiale -qui est à en orbite à 350 km (218 miles) |
->Que se passe-t'il en cas d'un lancement manqué? La NASA dispose de trois "sites transocéaniques de lancement avortés" en Europe. plus de détails
Les opérations d'arrimage et de désarrimage dans le cas d'une mission à l'ISSLe lancement d'une navette spatiale est précisément réglé pour l'amener à une rencontre avec l'ISS qui orbite 350km plus haut. Une série de mise à feu moteurs au cours des deux premiers jours en orbite amène la navette, finalement, à 15km derrière la Station. De là, elle commence son approche finale. 2h et demi avant l'arrimage les thrusters-jets de la navette sont allumés au cours de ce qu'on appelle le "terminal initiation burn" ("mise à feu d'initiation terminale") et le navette parcourt la distance qui reste au cours de l'orbite qui suit. Lors du rapprochement, le système de radar d'arrimage et le capteur de contrôle de trajectoire fournissent à l'équipage des données distance-vitesse de rapprochement. Plusieurs petits allumages de correction amènent la navette à 300m de l'ISS. Le commandant de la mission, alors, avec l'aide du pilote et des autres membes de la mission prend la main et assure le vol final jusqu'à l'arrimage. Il arrête la navette à 180m en-dessous de l'ISS. Fonction de l'angle d'illumination requis, il va ensuite faire pivoter la navette pendant une manoeuvre de 8 minutes, dite "back flip" ("retournement en arrirère") ou "Rendezvous Pitch Maneuver", ou "R-bar Pitch Maneuver" ("manoeuvre d'inclinaison d'arrimage", "manoeuvre d'inclinaison R-bar"), une manoeuvre qui depuis l'accident de la navette Columbia permet à l'équipage de l'ISS d'inspecter les surfaces supérieures et inférieures de la navette depuis le module Zvezda. Les termes "R-bar" font référence au fait que la navette est alignée sur une verticale imaginaire (dite R-bar) qui part du dessous de l'ISS. Les prises d'image se font avec un objectif de 800mm (qui donne une résolution qui peut atteindre 2,5 cm) et un objectif de 400mm (7,5 cm). Lorsque la navette a terminé cette manoeuvre, elle se retrouve dans la position où elle se trouvait au début de celle-ci, soit avec la soute faisant face à l'ISS. Le commandant, alors, fait effectuer un quart de cercle à la navette pour la positionner 120m directement devant la Station. De là, il commence la manoeuvre d'arrimage à destination du sas d'arrimage. L'équipage utilise alors des ordinateurs portables pour traiter les données de navigation, les systèmes de distance lasers et le mécanisme d'arrimage de la navette. Le commandant utilise une caméra vidéo montée au centre du système d'arrimage de la navette pour aligner les sas d'arrimage des deux vaisseaux. Si nécessaire, il peut stopper la navette à juste 9m de l'ISS pour vérifier l'alignement. Il est alors en train de maintenir la vitesse relative navette-station avec une précision de 3cm/s et les deux sont en train de se déplacer à 28200 km/h sur l'orbite! La tolérance d'alignement pour l'arrimage est de 7,5cm. Lorsque la navette touce l'ISS, des premiers verrous relient automatiquement la navette et l'ISS et on désactive les jets-thrusters de la navette pour réduire la pression à l'interface d'arrimage. Des ressorts absorbeurs de choc, dans le joint d'arrimage de l'ISS, dissipent tout mouvement relatif qui pourrait se produire entre la navette et l'ISS. Une fois tout mouvement arrêté, l'anneau d'amarrage est rétracté, ce qui ferme de derniers verrous. Pour ce qui est des manoeuvres de désarrimage, de séparation et de départ, des crochets et verrous sont ouverts au moment du désarrimage et des ressorts repoussent la navette. Les manoeuvres de départ ont lieu essentiellement sous la responsabilité du pilote de la mission. Les jets-thrusters de direction de la navette sont éteints de façon à éviter toute action intempestive pendant cette séparation initiale. Une fois la navette à 60 cm de l'ISS et que les anneaux d'arrimage sont dégagés de part et d'autre, les jets-thrusters sont réactivés et la navette passe alors sous contrôle manuel. Pendant qu'elle s'éloigne ainsi de l'ISS, elle doit rester dans une zone de manoeuvre très étroite. S'éloignant à 135m, la navette commence alors un vol circulaire autour de l'ISS à une distance de 180-210m. Une fois une révolution et demie effectuée, les thrusters de la navette sont allumés pour quitter l'ISS. La navette commence alors d'accroître progressivement, au cours de chaque orbite, sa distance d'avec la Station, à l'arrière de celle-ci et l'équipage procède à la vérification du bouclier thermique avec le bras robotique dit "Boom Sensor System". La distance navette-ISS reste suffisamment proche pour la navette puisse revenir s'amarrer à la Station dans le cas où l'équipage découvrirait un problème avec le bouclier. A propos d'un autre domaine, au cours d'une sortie dans l'espace (qu'on appelle aussi, "extravehicular activity" (EVA; "activité extra-véhiculaire"), un membre de l'équipage, à l'intérieur de l'ISS, se voit assigner la fonction d'"Intravehicular officer" ("officier intra-véhiculaire", ou "IV") qui est, en quelque sorte le metteur en scène de la sortie. Lorsqu'il faut utiliser le bras robotique de l'ISS (qui a une longueur totale de 17,4m), ce sont les astronautes restés dans la Station qui le contrôlent. L'officier IV coordonne aussi les communications entre les astronautes qui participent à la sortie dans l'espace de le centre de contrôle de Houston; plusieurs "Robotic Work Stations" ("stations de travail robotique") sont disponibles dans l'ISS pour permettre d'aider et de surveiller les sorties dans l'espace. Une sortie dans l'espace fait que les astronautes quittent l'environnement pressurisé de la station spatiale; ils doivent donc utiliser un des sas de l'ISS. Les astronautes soit passent une nuit, revêtus de leurs scaphandres, dans le sas pour s'accomoder aux conditions de la sortie -procédure dite du "campout" en anglais, soit -nouvelle procédure qui a commencé en 2011, qui consomme moins de l'oxygène de la station et qui est appelée "Suit Light Exercise protocol" ou ISLE ("protocole d'exercice léger en scaphandre")- ils attendent jusqu'à peu avant la sortie dans l'espace et ils respirent alors de l'oxygène pur pendant une heure pendant que la pression dans le sas s'abaisse à 10.2 livres/pouce carré; p uis les astronautres revêtent leur scaphandre et font un exercice léger, bougeant leurs jambes pendant 50 minutes pour augmenter leur rythme métabolique et purger leur flux sanguin de l'azote. Les sorties dans l'espace peuvent être accomplies, par exemple, by un membre d'une mission de la navette spatiale et un membre de l'Expedition présente à l'ISS. Les astronautes, pendant une sortie dans l'espace, soit peuvent se déplacer par eux-mêmes soit ils sont arrimés au bras robotique de l'ISS, lequel est agi depuis l'intérieur de la station spatiale par deux astronautes
Le retour sur TerreLa navette atterrit habituellement au "Shuttle Landing Facility", au Kennedy Space Center. Deux pistes de secours sont disponibles, l'une à la Edwards Air Force Base, en Californie, l'autre au "White Sands Space Harbor", au Nouveau-Mexique. L'autorisation d'atterrir, pour l'un ou l'autre site, peut être donnée jusqu'à ½ h avant la mise à feu à fins de quitter l'orbite (soit 90 mn avant l'atterrissage). Aux débuts du programme de la navette, tous les atterrissages avaient lieu à la Edwards AFB et le premier atterrisage en Floride n'eut lieu qu'en 1984. Aujourd'hui, c'est le site du Kennedy Space Center qui est considéré comme le site par défaut. La navette spatiale ne peut pas atterrir par temps de pluie (un revêtement qui couvre les tuiles thermiques de la navette brûle pendant le lancement et la ré-entrée dans l'atmosphère et si de l'humidité se trouvait piégée une tuile, elle pourrait finalement causer la chute de celle-ci)
->voir un tutoriel sur comment la navette revient sur Terre
Quant la navette atterrit au Kennedy Space Center, les opérations qui suivent ne consistent qu'en tracter la navette jusqu'au Orbiter Processing Facility (où elle sera préparée pour un autre vol et son éventuel chargement ramené de l'ISS déchargé). On notera qu'une mission de la navette n'est officiellement considérée comme terminée qu'une fois ramenée dans l'Orbiter Processing Facility. Lorsque la navette spatiale atterrit de nuit en Floride, la piste de la Shuttle Landing Facility, qui est longue de 4,8 km (3 miles), est éclairé par des projecteurs au xénon. Lorsque la navette doit atterrir sur un site de secours, il faut ensuite qu'elle soit ramenée en Floride. Cela se fait par le biais de l'un des deux Boeing 747 modifiés pour le transport de la navette ("Shuttle Carrier Aircraft", (SCA)). Pour aller de Californie en Floride, un tel avion met deux jours (voire une semaine), via trois étapes. Pour un tel vol, les conditions météo sont draconiennes (afin de ne pas exposer les tuiles du bouclier thermique de la navette à la pluie, au froid ou au turbulences) et un KC-135 précède le Boeing de 160 km, surveillant la météo. Pour installer et dé-installer la navette du Boeing, on utilise un "Mate/Demate Device" qui se trouve sur le terrain de départ et sur celui d'arrivée. Ce système permet de sur-élever la navette et de déplacer, en-dessous d'elle, le Boeing 747. Une fois au Kennedy Space Center, la navette, selon la procédure habituelle, est transférée à l'Orbiter Processing Facility. L'avion "NASA 911", l'un des deux Boeing 747, a pris sa retraite en février 2012, atterrissant à la Air Force Plant 42 de Palmdale, en Californie après un court vol en provenance de la Edwards AFB et son Dryden Flight Research Center. L'avion sera utilisé comme réserve de pièces détachées pour le Boeing 747SP du télescope embarqué SOFIA et pour le NASA 905, l'autre Boeing du programme de la navete. Le NASA 905 servira, lui, à transporter les navettes aux différents musées et institutions qui ont vocation à les exposer. Le NASA 911 était un Boeing 747-100SR, version courte distance et il fut le deuxième Boeing à être transformé pour la navette. Construit en 1973, il avait volé pour les Japan Airlines pendant 15 ans puis il vola pour la NASA à partir de 1990, pendant 21 ans. Il a effectué 386 vols en tant qu'avion au service du programme de la navette spatiale dont 66 vols qui ont consisté à effectivement transporter une navette. Bien que moins utilisé, le NASA 905, a eu une carrière plus mouvementée, portant la navette Enterprise, entre février et novembre 1977 dans le cadres du programme "Approach and Landing Tests" ("tests d'approche et d'atterrissage") de la navette au Dryden Flight Research Center en Californie. Le Boeing 747 NASA 905 accompagna également la navette Enterprise dans une visite aux pays européens en 1983, en Allemagne, au Salon du Bourget, à Paris, et à Londres. Les pilotes et les ingénieurs-mécaniciens des Boeing SCA volent sur les avions toutes les trois semaines et suivent des sessions de simulateur de vol deux fois par an
De façon à éviter toute précipitation, plus de 40 personnes de la NASA et de ses contracteurs du secteur privé vont prendre leurs quartiers aux sites de secours et y restent la mission entière. 8 personnes de plus pour White Sands et 75 personnes pour la Edwards AFB sont envoyées en renfort dans les jours précédant l'atterrissage d'une mission. Un seul vol a jamais fait usage de la piste de White Sands, en mars 1982, lorsqu'une mission avait été obligée d'utiliser le site en remplacement de la Edwards AFB qui, alors, était le site par défaut. Les vents étaient si forts au Nouveau-Mexique que la poussière et le sable augmentèrent les travaux de re-préparation de la navette pour un nouveau vol. Pour ce qui est des opérations de retour de la navette au Kennedy Space Center, en Floride, 40 personnes -de l'équipe de mise à feu aux fins de quitter l'orbite- partent de l'aéroport international d'Orlando, le jour de l'atterrissage et se rendent sur les sites de secours et une équipe de 180 personnes du Kennedy Space Center empruntent un avion le jour suivant pour se rendre sur le lieu des opérations. Dans le cas d'un atterrissage à la Edwards AFB, la navette est remorquée à la Dryden AFB, où se trouve le système d'installation-désinstallation sur le Boeing 747. Les impératifs météo, pour un atterrissage de navette nécessitent ces sites de secours: la pluie peut détériorer les tuiles du bouclier thermique; la pluie peut également freiner le vol de retour, en vol plané de la navette, l'empêchant d'atteindre le site d'atterrissage. Il faut donc, pour un atterrissage au Kennedy Space Center, aucune averse dans les 50 km du site et une visibilité optimle de façon que le pilote de la mission puisse effectuer l'atterrissage sans problèmes
Les MissionsNous disposons de deux séries différentes qui permettent d'obtenir des détails sur les missions du programme de la navette spatiale:
->Le système de numérotation des missions de la navette spatiale
STS, dès le début, signifia "Space Transportation System" ("système de transport spatial") et, de la mission STS-1 à la mission STS-9, les missions furent simplement numérotées en ordre chronologique mais, en 1984, la NASA, du fait de la complexité grandissante de ses lancements, modifia le système: le nouveau système incluait plus d'information dans le numéro du vol que le simple état de l'ordre séquentiel des missions. La signification de "STS" resta la même mais les chiffres prirent une nouvelle signification: le premier désignait l'année fiscale du lancement (par exemple 4 pour 1984; l'année fiscale aux Etats-Unis court du 1er octobre au 30 septembre); le second -qui, originellement devait désigner le point de départ de la mission, 1 pour le Kennedy Space Center, 2 pour la Vandenberg AFB- désigna finalement l'ordre du lancement dans l'année fiscale et devint une lettre (un B, par exemple, signifiant le 2ème vol de l'année fiscale concernée). Certains pensent aussi que le nouveau système doit seulement au fait que le directeur de la NASA, James Beggs, était superstitieux et ne voulait pas qu'une quelconque mission de la navette portât le chiffre 13 (de plus, les astronautes de la mission STS-41C, qui aurait dû être la STS-13, prirent pour patch de la mission un chat noir; et ils atterrirent un vendredi 13...) La réalité serait plutôt que la NASA prévoyait un plus grand nombre de lancements: le programme de la navette entrait dans le plein mouvement de ses opérations avec 50 navettes lancées en orbite polaire depuis Vandenberg et les orbites équatoriales depuis le Kennedy Space Center. De plus, la NASA organisait des années à l'avance les chargements et les dates de lancement de ses missions et, donc, les délais ou les annulations auraient menacé de désorganiser un système seulement séquentiel; le nouveau système prenait donc ce fait en compte mais, cependant, des navettes furent lancées en-dehors du planning: la STS-51B fut lancée 3 mois après la STS-51C et certaines désignations ne furent jamais utilisées (par exemple, bien qu'il y eut une STS-41G, il n'y eut jamais ni STS-41E ou STS-41F). Le nouveau système de numérotation des missions fut finalement, à son tour modifié à la suite de l'accident de la navette Challenger le 28 janvier 1986 (vol STS-51L): la NASA fut forcée de reconsidérer ses plans de lancement et, la sécurité passant en premier, elle planifia moins de lancement (et même le pas de tir Space Launch Complex-6 de la Vandenberg AFB fut abandonné). Ce qui fit que le système compliqué de désignation des missions ne fut plus nécessaire et, lorsque le programme de la navette reprit, le 29 septembre 1988, la mission fut simplement nommée le STS-26. On revenait, à partir de là, en fait, au premier système et un ordre séquentiel exista jusqu'à la fin du programme. Ce retour entraîna quelques incohérences: par exemple on voit les missions STS-41B, 41C, 41D et 41G lancées en 1984 mais la mission STS-41 lancée en 1990; idem pour les STS-51 et 61. Le retour à l'ancien système réduisit les possibilités de confusion mais ne règla pas la question des missions qui lançaient en-dehors de cet ordre chronologique: ainsi, la mission STS-94 fut lancée deux ans pleins avant la STS-93. Mais cet ordre simple reta la méthode utilisée. En fait, les missions de la navette et leur chargement recevaient leur désignation au moment de leur planification et non au moment du lancement (même si, à un moment, la NASA, envisagea de changer les numérotations si l'ordre de lancement était modifié, les responsables réalisèrent rapidement que cela aurait été trop compliqué pour tous les documents administratifs et, une fois la numérotation attribuée, on ne put plus faire de changement). Aussi, quels qu'eussent pu être les délais ou les modifications du calendrier de lancement, la numérotation d'une mission resta la même du jour où elle était créée sur le papier jusqu'au moment de l'atterrissage
