Rendez-vous dans les étoiles

Le ravitailleur spatial européen ATV rejoindra la station spatiale internationale fin 2010. Ses calculateurs de vol, associés à des instruments de positionnement par laser, lui permettent de réaliser un amarrage entièrement automatisé d'une extrême précision.

Il se déroule à environ 300 km au-dessus de nos têtes, entre deux vaisseaux filant à 28 000 km / heure. Et se passe de toute intervention humaine. L'amarrage de l'ATV (Automated Transfer Vehicle), le ravitailleur spatial européen, avec la station spatiale internationale (ISS), est certainement l'un des plus sophistiqués qui soit. Ce « rendez-vous » spatial, dont l'objectif est d'apporter des vivres, du matériel scientifique et du carburant aux six astronautes embarqués dans leur gigantesque laboratoire spatial, est prévu pour décembre 2010. Ce sera le second du genre, le précédent ayant eu lieu en 2008, avec le premier ATV, baptisé « Jules Verne ».

« Avant de lancer la fabrication du second ravitailleur, il a fallu tirer toutes les leçons du premier amarrage », explique Nico Dettmann, le directeur de la mission ATV-2 pour l'Agence spatiale européenne (ESA). Les trente mois qui se sont écoulés ont été mis à profit pour améliorer plusieurs éléments, comme les protections thermiques - qui n'avaient pas toutes résisté à la dépressurisation rapide qui survient au moment où le lanceur Ariane sort de l'atmosphère. Mais pour l'essentiel, les technologies de l'ATV ont fait la preuve de leur efficacité.

L'ATV-2, dit « Johannes Kepler », sera aussi imposant que son aîné : 10 mètres de long pour 4,5 mètres de diamètre, et un poids total de 20,5 tonnes. « Soit un cylindre géant capable d'embarquer dans l'espace un bus impérial londonien ! », sourit Olivier de la Bourdonnaye, le directeur du programme ATV pour EADS Astrium, maître d'oeuvre du projet. Au total, sept tonnes de charge utile pourront être livrées à la station grâce au compartiment pressurisé du module cargo.

UNE PRÉCISION D'ACCOSTAGE EXCEPTIONNELLE

Mais le véritable tour de force réside dans la capacité du véhicule à assurer un amarrage entièrement automatisé, grâce à son calculateur de bord. Les autres « ravitailleurs » de la station internationale, les navettes spatiales américaines, la capsule russe Progress ou le module japonais HTV, sont en effet pilotés soit par les astronautes à leur bord, soit par ceux de l'ISS.

«L'ATV embarque un logiciel d'environ un million de lignes de code, l'un des plus complexes jamais conçus au monde. Sa force est surtout de savoir prendre en compte des milliers de paramètres, notamment pour optimiser sa trajectoire d'approche », explique Olivier de la Bourdonnaye. Le logiciel a été développé par les équipes d'EADS Astrium aux Mureaux, en région parisienne.

En cas d'anomalie, les calculateurs de l'ATV, l'équipage de la station ou le centre de contrôle de Toulouse peuvent toutefois déclencher une manoeuvre d'évitement. D'où l'importance de communications efficaces avec la station et les centres de contrôles de Toulouse, Houston et Moscou : l'ATV peut recevoir plus de 5 000 commandes et retransmettre 35 000 paramètres de télémesure à la fois.

GPS, VISEUR D'ÉTOILES LOINTAINES, VIDÉOMÈTRE...

L'autre prouesse du ravitailleur tient à son extrême précision. La marge d'erreur avec le point d'accostage russe Zvezda n'est que de 10 cm, alors que la rencontre spatiale s'effectue à 28 000 km / h ! « Pour relever le défi, l'ATV est équipé de moyens de navigation complémentaires pour valider au maximum les calculs de positionnement et de distance », précise Olivier de la Bourdonnaye. Durant sa phase d'approche et jusqu'à une distance de 250 mètres de la station, le véhicule exploite un système GPS estimant sa position relative par rapport à l'ISS, ainsi qu'un viseur d'étoiles lointaines pour calculer son orientation dans l'espace. Quand il n'est plus qu'à quelques mètres de sa cible, des capteurs optiques à technologie laser, un vidéomètre et un télégoniomètre, indépendants l'un de l'autre, prennent le relais et visent les réflecteurs de l'ISS. La mesure des temps d'aller-retour et le calcul des angles de réflexion donneront alors la distance de séparation et la direction à suivre. Bardé de tous ces équipements, l'ATV-1 avait atteint son objectif avec un décalage inférieur à 2 cm !

Dans l'avenir, le ravitailleur européen embarquera des technologies encore plus sophistiquées. En effet, l'ASE a lancé une étude pour concevoir un ravitailleur capable de revenir sur Terre alors que le vaisseau actuel, une fois sa mission remplie, brûle entièrement avec ses déchets lors de son retour dans l'atmosphère. Plus ambitieux encore, l'agence européenne n'exclut pas d'en faire un vaisseau capable de transporter des astronautes.

Une organisation industrielle

Contrairement à un satellite, le ravitailleur spatial sera produit en plusieurs exemplaires, à la cadence d'une unité par an.

L'un des engins spatiaux les plus complexes jamais conçus en Europe est assemblé à Brême, en Allemagne, dans les installations d'EADS. Dans la salle blanche, une dizaine d'ingénieurs effectuent les derniers tests sur « Johannes Kepler », le deuxième exemplaire du ravitailleur européen, avant son prochain départ pour Kourou en Guyane. A une autre extrémité du hall, le troisième exemplaire est en phase d'assemblage initial : les modules d'avionique et de propulsion sont déjà réunis. Quant au quatrième ravitailleur, ses composants sont déjà commandés.

Car le maître d'oeuvre EADS Astrium a mis en place une véritable organisation industrielle pour être capable de livrer les quatre ATV nécessaires au ravitaillement de la station orbitale internationale d'ici à 2013. Avec la récente décision de prolonger la station jusqu'à 2020, deux vaisseaux supplémentaires pourraient même être commandés. « Contrairement aux satellites, qui sont le plus souvent des modèles uniques, l'ATV sera produit en plusieurs exemplaires, à la cadence d'un véhicule par an. Nous avons donc dû établir des processus reproductibles, et nous appuyer sur des composants identiques pour chaque ATV afin d'éviter de procéder à chaque fois à une requalification », explique Olivier de la Bourdonnaye, le directeur du projet ATV pour EADS Astrium.

UN MECCANO INTERNATIONAL

L'assemblage de l'ATV s'apparente à un véritable meccano. Les éléments nécessaires à sa fabrication proviennent d'une dizaine de pays européens, mais également de Russie et des Etats-Unis. « L'arrivée de tous les éléments doit être synchronisée par un planning rigoureux », explique le dirigeant, mué en chef d'orchestre. Les panneaux solaires sont fournis par le néerlandais Dutch Space, les batteries par le français Saft, le module cargo pressurisé par Thales Alenia Space... Au total, une trentaine de fournisseurs participent à sa fabrication. Les entreprises basées outre-Rhin sont les plus nombreuses (OHB System, Jena Optronik, Friwo), l'Allemagne assurant 50 % de la phase industrielle de l'ATV.