LA STATION I.S.S

MISSION ATV 2

La campagne de la mission ATV 2 débute le 26 mai 2010 avec l'arrivée au port de Kourou de l'ATV 2. Le cargo accompagné de 59 containers d'équipements avait pris la mer le 11 de Brême en Allemagne où il a été fabriqué par Astrium. Ce vaisseau est le premier modèle de production. 4 modèles ont été commandés à Astrium et 2 autres devraient suivre si l'exploitation d'ISS est étendue à 2020. Cet ATV, baptisé "“Johannes Kepler” sera assemblé avec l'ICC avec ses panneaux solaire et le SDM, l'interface avec Ariane 5. Le lancement est prévu pour début décembre 2010.

Le 4 juin, le container est enfermé dans le bâtiment EPCU S5.

Le Service Module et l'Integrated Cargo Carrier, le module pressurisé. Ce dernier enfermera les 6 tonnes d'équipements pour ISS.
Une fois assemblé l'ATV atteint 10 m de hauteur.

Intégration de l'ICC avec la mise en place du système de jonction avec la station fin juillet.

Vue de l'intérieur du module pressurisé et pesé du module lors de l'essai LCA le 7 juillet. Les tenues stériles (les "bunny suit") assurent qu'aucun microbes ne pénétrera dans le module lors du chargement.

Vérification des panneaux solaire fin août. Ce test a pour but de vérifier le bon fonctionnement du panneau ainsi que la qualité de sa connexion au circuit électrique de l’ATV. Éclairées par des projecteurs, les cellules photovoltaïques du panneau solaire produisent une quantité d’énergie dont l’intensité est mesurée en temps réel sur un banc de contrôle qui reçoit la télémesure de l’ATV. Parallèlement, à l’aide de couvertures aluminisées, les opérateurs masquent à tour de rôle les différents segments du panneau solaire afin de vérifier la qualité des connexions entre eux ainsi que la réaction du circuit électrique à ces variations d’intensité.
Une fois ces tests finalisés, le panneau sera replié sur le côté de l’ATV jusqu’à son déploiement dans l’espace grâce à une série de ressorts. Le lancement de l’ATV Johannes Kepler doit intervenir à la mi-février 2011.

Septembre, Arianespace en accord avec les partenaires d'ISS décide de repousser le lancement de l'ATV 2 à 2011. Depuis le lancement de 2008, le programme de réduction de masse sur le vaisseau (allégement des racks) et le lanceur (EAP à virole soudées) permet d'emporter 650 kg de charge utile supplémentaire. L'ATV emportera 4 tonnes de carburant pour rebooster la station en altitude en mars avril après le départ du dernier Shuttle (+ 40 km).

Vue du hall S5C de 500 m2 avec le module de service début septembre.

Mi septembre, chargement du cargo vu de la face arrière, laquelle sera condamnée avant d’intégrer le cargo sur ATV. On a chargé 1,3 tonnes de matériel au total, sans compter les 400 kg de late load qui seront chargés sur le lanceur.

21 septembre, mise en place définitive de la porte de la face arrière du cargo. Les petits rectangles jaunâtres que l’on aperçoit sur la porte correspondent aux signatures et dédicaces des opérateurs. 24 septembre, pesée du module pressurisé

Octobre, l'ATV 2 sera lancé par Ariane 5 le 15 février 2011 et s'amarrera à ISS le 26.

15 octobre, arrivée au CSG de l'étage EPC destiné à l'ATV 2.

Début novembre, assemblage des deux modules de l'ATV 2.

7 décembre, l'étage EPC est mis en place sur la table de lancement dans le BIL. Les deux EAP suivent le 9 et la a case à équipement VEB le 11.

Fin décembre, les 180 ingénieurs à Toulouse au ATV CC sont pret pour le vol de l'ATV 2. La campagne de vol qui se termine dans 45 jours a duré près de 6 mois dont 8 mois pour les essais au sol à Toulouse. L'ATV livrera 100 kg d'oxygène à ISS, 4 000 kg de carburant qui serviront pour les rehausse d'orbite et 1500 kg de fret (nourritures, vêtements). Mais pour ce vol, l'ATV n'emportera pas d'eau car la station n'en a pas besoin pour le moment. Les racks de ce deuxième exemplaire ont été optimisés et sont aujourd’hui encore plus légers. De plus, l’espace de chargement utilisable par rack a été augmenté de 25 %. Grâce à un usage optimal de l’espace disponible, les racks peuvent désormais accueillir plus de sacs de transfert de fret (CTB). Les aménagements réservés aux derniers chargements ont également été optimisés – une solution plus pratique pour les clients – de façon à ce que le fret « sec » puisse être chargé juste avant le lancement.

Compte tenu de la précision extraordinaire du premier ATV, Johannes Kepler ne subira pas de tests de démonstration. L’ensemble du système ATV a été qualifié : Jules Verne a démontré que les fonctions de contrôle de vol de l’ATV sont parfaitement sécurisées et fiables. La tolérance aux pannes de la liaison de communication entre l’ATV et le Centre de contrôle de Toulouse prévoit une double redondance, qui permet un échange de données efficace et une surveillance parfaite du vol. L’ATV 2 exécutera donc une phase de vol libre plus courte avant de s’approcher de l’ISS, ce qui lui permettra d’atteindre la station plus rapidement.

Au CSG s’est achevé l’assemblage final du module de service avec le module de fret ICC, les panneaux solaires et l’adaptateur de vol SDM, interface entre l’ATV et le lanceur Ariane. Johannes Kepler subit actuellement une nouvelle batterie de tests approfondis avant d’être chargé, avitaillé et placé sous la coiffe d’Ariane 5 ES. A la mi décembre, les équipes se concentrent sur les manœuvres de remplissage des différents ergols à bord de l’ATV. 5,5 tonnes d'ergols vont être embarqués pour la rehausse de l'orbite de la station. L’ATV Jules Verne, avait ainsi rehaussé à 4 reprises l’orbite de la Station lors des 5 mois pendant lesquels il y était resté amarré. Il avait également permis à l’ensemble orbital d’effectuer une manœuvre d’évitement de débris spatial. L'ATV Kepler conservera cependant une partie de son carburant afin d’assurer sa propre rentrée contrôlée dans l’atmosphère au cours de l’été 2011.

17 janvier 2011, le lanceur Ariane 5 est transféré dans le BAF. L’ATV 2 Kepler et la coiffe vont, dans les prochains jours, être installés au sommet du lanceur.

La NASA demande à l'ESA de revoir le planning de vol de l'ATV 2. L'amarrage du cargo est prévu le 26 février, la NASA aimerait qu'il s'attaque à la station dès le 23 afin de laisser plus de temps pour lancer Discovery STS 133 à partir du 24. Le lancement reste prévu pour le 15 février à 22h 07 TU. l'ESA attendra le lancement du HTV le 20 janvier, sa capture le 27 par le bras SSRMS, le dedocking du Progress M-08M, le lancement et l'amarrage du Progress M-09M. Le 19 février, Progress M-07M se détachera laissant la place à Kepler sur le module de service Zvezda.

20 janvier, l'ATV 2 est transporté du S5 dans le BAF. Le cargo est enfermé dans un container spécial, appelé CCU 3 pour Container Charge utile 3. Le CCU est parfaitement aligné le long des portes sas du S5. L'ATV est déplacé sur un chariot sous coussin d'air et enfermé dans le container. Le transport s'effectue de nuit pour minimiser les variations de température, il sera enlevé du container le lendemain. Le déplacement vers le BAF se fait à 15 km/h dans les lignes droites, 8 km/h dans les virages et 5 km/h dans les coins.

L'ATV-2 Johannes-Kepler entame sa dernière étape de préparation avant son lancement, la mise en coiffe du lanceur. Dans le BAF, le cargo est placé le 3 février sur le lanceur chargé de 6500 kg d'ergols pour sa mission, 860 pour la station, 100 kg d'oxygène, 1115 kg de fret. Une fois l'ATV intégré sur le lanceur, le chargement des 430 kilos de nécessités de dernières minutes a été réalisé pour répondre aux besoins ultimes de la Station Spatiale Internationale. Cette opération a été réalisé en faisant rentrer un opérateur par le sas d'accostage à la station, à 45 m de haut sur le lanceur. Le but de l'opération était de ne pas contaminer la partie pressurisé du cargo et éviter toute pollution dans la station.

Les 8 et 9 février a lieu le remplissage en MMH et N2O4 de l'étage EPS. Le 9 a lieu également une répétition générale du compte à rebours avec le centre de contrôle de lancement Arianespace à Kourou. Le lendemain, l’ATV a passé avec succès son ultime test, la Launch Readiness Review, entre Kourou, l’ESTEC (European Space Research and Technology Centre) aux Pays-Bas, Paris et Toulouse.

L'ATV 2 avec ses deux modules, un de service et l'autre pressurisé pèse à vide 10 854 kg et 20100 kg en charge contre 19400 kg pour l'ATV 1. Il est trois fois plus gros qu'un Progress. La charge utile est de 7 100 kg contre 4600 sur l'ATV 1. Le gain de 2500 kg provient des 700 kg de performances supplémentaires du lanceur (300 kg sur le composite supérieur en optimisant la trajectoire et 400 kg sur le composite inférieur en utilisant des viroles soudées sur les EAP), des 300 kg d'allègement des racks dans le module pressurisé et des 1500 kg gagnés sur la consommation de carburant. Alors que l'ATV 1 devait réaliser deux approche de la station, l'ATV 2 s'amarrera dès la première approche le 23, économisant 1000 kg d'ergols. De plus, 500 kg supplémentaires ont été économiser en optimisant la trajectoire. L'ATV 2 réalisera un vol opérationnel.

Le vol de l'ATV nécessite deux réallumages en orbite de l’EPS, avec un vol balistique. Le vol 200 se poursuit avec le premier réallumage de l’EPS à T+9 mn, dans le but de circulariser l’orbite de l’ATV à 260 kilomètres. Suit une phase balistique de T+17 à T+59 mn. La mission d’Ariane se terminera par un second réallumage de 27 secondes qui permettra d’assurer la rentrée contrôlée dans l’atmosphère de l’EPS, qui se désintégrera au-dessus du Pacifique. Le cargo se séparera à T+ 1 heure 3 mn et 54 secondes.

Autre particularité de cette mission destinée à rallier l’ISS, sa trajectoire très inclinée sur l’équateur (51,6°), là où Ariane dessert habituellement des orbites quasi équatoriales. Pour assurer le suivi du lancement et le recueil de la télémétrie, il a fallu procéder à la qualification de nouvelles stations de suivi aux Açores, en Nouvelle-Zélande et en Australie.
	Ce lancement nécessite la mise en place de moyens de mesures complémentaires pour améliorer la précision du suivi du lanceur par les stations du Centre Spatial Guyannais. Les moyens complémentaires de mesure sont des radars de la DGA déjà utilisés dans le cadre du lancement ATV1. C'est le radar du CELM (Centre d'Essai des Landes et de Méditérannée) de Quimper qui sera utilisé pour suivre le lanceur Ariane 5. Le premier contact lanceur/radar a lieu 17 minutes après le décollage.
	Le défi des équipes CNES du COR et du COO est de fournir aux radars les données nécessaires pour suivre le lanceur, traiter leurs mesures en temps réel et d'en déduire dans les 5 minutes suivantes un diagnostic d'orbite qui servira de référence au CSG pour garantir la mission des stations de suivi des lanceurs. Ces opérations sont réalisées sur 2 orbites consécutives et sont particulièrement critiques. Le COR assure la coordination opérationnelle des moyens complémentaires radar et du COO en relation avec le Centre Spatial Guyannais. Au total, ce sont une dizaine de personnes qui sont présentes sur la plateforme COR / COO pour assurer le bon déroulement de ces opérations.

Le lancement de l'ATV vue par les astronautes d'ISS

Un container développé par Astrium pour l’ESA va permettre d’étudier le manteau terrestre. "Geoflow II" est une Terre « miniature » chargée de mieux comprendre le fonctionnement du manteau de notre planète qui est à l’origine des activités volcaniques, de la tectonique des plaques, mais aussi des séismes. A la différence de Geoflow I qui étudiait la physique des fluides dans le noyau liquide de la Terre, l’objectif de Geoflow II est d’étudier les courants qui font bouger le manteau terrestre. Les scientifiques de l’Université de Cottbus (Allemagne) ont simulé une Terre « miniature »  installée dans un container d’expérimentation de la taille d’une boîte à chaussures. Après la première mission à destination de l’ISS en 2008, le modèle de vol de Geoflow a été modifié par Astrium en 2009 et 2010, afin de conduire de nouvelles expériences à buts scientifiques.

Les scientifiques espèrent que les expériences menées à bord de l’ISS leur permettront d’améliorer les méthodes de calcul numérique. Ils étudieront un fluide mielleux contenu entre les deux sphères, intérieure et extérieure, du manteau, chacune effectuant une rotation à la même vitesse et se trouvant à une température différente. La gravité sera simulée par l’application d’un champ électrique à haute tension. Les courants de circulation du fluide seront alors photographiés. Cette expérience ne peut fonctionner que si les champs de force artificiels ne sont pas faussés par un champ gravitationnel réel. Elle ne peut donc être conduite qu’en conditions de microgravité, autrement dit, dans l’espace.

Le rendez-vous avec l’ISS se fait sur une orbite circulaire, à environ 350 kilomètres au-dessus de nos têtes. Au terme du phasing, l’ATV va se trouver derrière la Station Spatiale Internationale. Il va alors se positionner dans l’axe du port d’amarrage russe Zvezda et s’en rapprocher mètre par mètre, jusqu’au contact.
L’ATV a été injecté sur une orbite circulaire plus basse que l’ISS. Par conséquent, le cargo européen est plus rapide que ISS. La vitesse d’un vaisseau dans l’espace ne dépend que de deux facteurs : la forme de l’orbite et son altitude. La masse du vaisseau par exemple ne change rien. Pour réussir ce rendez-vous, les plans orbitaux de l’ATV et de la Station Spatiale Internationale doivent être identiques. La vitesse différentielle entre les deux sera donc rattrapée par une poussée lors des derniers mètres.

22 février, la maintenance classique bord se poursuit avec notamment le nettoyage des collecteurs tournants des panneaux solaires. L’ATV a maigri d'environ 100 kg depuis le début des opérations, ce qui porte sa masse actuelle a environ 19 610 kg. Un second set de manoeuvres dites de « Mid Course » est prévu aujourd’hui, ainsi qu’un déploiement du mat d'amarrage (« Probe Pull out »).

23 février, le deuxième set de manœuvres mid-course se déroule nominalement. L’ATV est maintenant à 277 km d’altitude pour une Station à 357 km. L’extension de la sonde d'amarrage s’est effectuée correctement ainsi que les opérations de maintenance habituelles (nettoyage des collecteurs tournants des panneaux solaires, test du système de refueling...) Les premières manoeuvres d’approche vont se dérouler en 3 étapes jusqu'au 24, pour amener l’ATV à une altitude moyenne d’environ 320 km, puis 340 et enfin 350km. Le premier point d'initialisation du rendez-vous dit S-1/2 (environ 40 km derrière la station et 5 km plus bas) sera atteint à 11h37. L’heure du contact a très légèrement évolué : elle est maintenant à 15h47:30 GMT.
 

Par rapport à une mise à poste classique de satellite, la difficulté de la mission ATV tient au fait que le point de rendez-vous, la Station, n’est pas fixe mais en mouvement, ce qui suppose un phasage avec la Station Spatiale particulièrement soigneux. Ces opérations de phasage amènent l’ATV dans la proximité de la Station et permettent d’engager le rendez-vous. Il débute par l’approche initiale, dit «homing». Autonome, cette opération va positionner l’ATV sur l’orbite de l’ISS, a 3500 mètres derrière la station : c’est le point S2. Il est alors placé en position d’attente, le temps d’obtenir la permission du sol de poursuivre sa route. Il en sera de même progressivement à 250 mètres (S3), 20 mètres (S4) et enfin 11 mètres (S4.1).
Les derniers mètres qui séparent l’ATV de la station sont comblés de façon automatique, sous la surveillance permanente du Centre de Contrôle, grâce à l’utilisation combinée de deux systèmes de mesure haute précision. Le premier est constitué de deux vidéomètres qui lui permettent d’effectuer son amarrage avec une précision de l’ordre du centimètre. Ces vidéomètres se composent d’un laser, qui se réfléchit sur les cibles installées sur l’ISS, et d’un analyseur de l’image du rayon réfléchi. Ils sont complétés par des télégoniomètres qui envoient 10000 impulsions laser à la seconde vers l’ISS, selon une longueur d’onde différente. Connaissant la vitesse de propagation de l’onde lumineuse, le calculateur de bord obtient la distance exacte séparant l’ATV de la Station en chronométrant son temps de trajet aller-retour.

Au cours de l’approche finale de l’amarrage, les astronautes à bord de l’ISS pourront activer des manoeuvres d’arrêt, de retraite ou d’éloignement. Pour cela, ils utiliseront un boitier de contrôle implanté dans le module russe Zvezda. Ils pourront suivre, par écran interposé, les manoeuvres finales en direct.
 

Lors du rendez-vous entre l’ATV et l’ISS, deux astronautes contrôlent l’approche en utilisant différents équipements : des écrans de contrôle, un ordinateur et un boîtier de contrôle dans le module Zvezda. Ce boîtier contient seize commandes.Les quatre boutons d’en haut sont les plus importants. Le bouton rouge de gauche est utilisé en cas de dysfonctionnement majeur. Il fait appel à un ordinateur qui est complètement décorrélé de l’ordinateur principal, qui a lui-même ses propres moteurs, son système électrique et ses lignes de commandes.

Les autres manoeuvres disponibles sont respectivement l’arrêt de l’ATV sur sa trajectoire, la retraite au point précédent et enfin l’éloignement pour le bouton orange. Similaire au bouton rouge, il utilise cette fois l’ordinateur principal. Ce sont des manoeuvres de freinage. Les douze autres fonctions sont des réglages pour la caméra et la cible afin d’optimiser les conditions d’observation, la remise à zéro du boitier et l’extinction de certaines fonctions.

24 février, 12h20, l'ATV est au point S1 à 15 km de la station.
13h12, dans sa route pour l’ISS, Kepler se trouve à présent à 3500 mètres au point S2. Il y reste une demi heure le temps que les contrôleurs en Russie activent le système Kurs, le système d'amarrage et les lumières extérieures.
14h 34, l'’ATV arrive au point S3, soit à 250 mètres de l’ISS. Il commence à s’orienter vers la baie d’amarrage russe Zvezda. L’équipage peut surveiller l’approche depuis la Station via des écrans de contrôle, un ordinateur et le boîtier de contrôle installés dans le module russe Zvezda. Le cargo active ses 2 vidéo mètres et télégoniomètres. Le vidéo mètre envoie des faisceaux laser vers ISS au rythme de 10 par secondes. Des miroirs à l'arrière du module Zvezda réflechissent le laser définissant sa position par rapport à ISS.
15h 19, le rendez vous est prévu vers 16h TU, suite à des retards en début de séquence. Dans Zvezda, Nespoli et Kaleri contrôlent l'apporche du vaisseau. 15h 30, l'ATV est à 40 m.
15h 38, l'ATV est au point S4 à 15 minutes du "docking".
15h 56, le centre ATV CC donne le "go" pour le docking".
15h 58, l'ATV est à 3 m du module Zvezda.
15h 59, la sonde est capturée. 8 minutes après, les 16 crochets des colliers verrouillent l’amarrage.
L'écoutille ouverte, un système de ventilation est activé pendant 3 heures pour 'épurer' l'air du module.

L'ATV 2 en vol juste avant le docking. L'antenne déployée visible sur le cargo est le PL2 (Proximity Link) qui sert à communiquer directement avec le module Zvezda sans passer par un satellite relais (TDRS ou Artemis). Ce système est en bande S et il est mis en service quand l'ATV arrive à 30km de la station. Il y a aussi une antenne redondante PL3, mais elle n'est pas montée sur un mât. Sur le module Zvezda, le système qui communique avec les antennes PL s'appelle PCE (Proximity Communication Equipment). Il est notamment constitué de six antennes  WAL1, WAL2 et WAL3 qui ont été installées lors de la sortie du 3 septembre 2004 par Padalka et Fincke (Expedition 9) et WAL4, WAL5 et WAL6 ont été installées lors de la sortie du 28 mars 2005 par Charipov et Chiao (Expedition 10).

18 mars, journée chargée pour l'ATV CC de Toulouse, un second transfert d’oxygène, une vérification de l’électronique utilisée pour le transfert d’ergol et enfin un rehaussement de l’orbite de l’ISS. Pendant 15 minutes, les moteurs du cargo ont rehaussé l'orbite de 4 km. Le transfert d'ergols est prévu pour mai

1er avril, l’info a été tenue secrète depuis le lancement en février mais l’ATV a embarqué à son bord...un chien ! Depuis près d’un mois, le meilleur ami de l’homme, baptisé Kepler, déambule au sein de l’ISS.
Plus qu’un simple compagnon pour les astronautes, c’est une formidable avancée pour l’Europe spatiale, qui a prouvé là toute sa capacité en matière de vol habité...de quoi offrir de formidables perspectives pour l’avenir. Poisson d'Avril du CNES !

15 avril, l'ATV 2 partira le 20 juin d'ISS.

Du 12 au 17 juin, l'ATV allume ses moteurs pour rehausser l'orbite d'ISS avant son départ. La station vole à 426 km, une altitude qu'elle n'a jamais franchi jusqu'à maintenant. Lors du départ des derniers vols STS d'Endeavour et Atlantis, la NASA fait "des tours d'ISS" photographiant abondamment l'ATV 2 amarré à la station.

20 juin, l'équipage termine le chargement de l'ATV en détritus divers avant sa rentrée dans l'atmosphère.
A peine parti, l'ATV va devoir faire une DAM (Debris Avoidance Maneuver = manoeuvre d'évitement de débris) dans quelques minutes. La dernière manoeuvre de déorbitation est en cours. L'ATV va maintenant etre mis en rotation rapide pour éviter qu'il ne rebondisse sur l'atmosphère. 20h 41 GMT, perte de télémétrie a confirmé à 85Km d'altitude. Le contact radio avec ATV Johannes Kepler est terminé. Les derniers éléments plongent dans le Pacifique vers 21 h.

Les derniers moments de ATV ont été enregistrées par la «boîte noire» d'un prototype fourni par le US Center pour les etudes débris orbitaux et de rentrée. Un enregistreur similaire a été effectuée par le Japonnais HTV-2 lors de sa rentrée le 28 Mars. Le petit appareil recueilli des informations sur les taux d'accélération, roulis, tangage et le lacet, les températures et les coordonnées GPS. Il a ensuite été laissé descendre à lui seul, protégé par son bouclier thermique propre, et transmettre les données stockées via le système de téléphone satellite Iridium.
L'information aidera à prédire ce qui se passe sur le matériel de l'espace lorsqu'il rentre et se démonte en échauffement aérodynamique et des charges. Cela aidera à concevoir futurs astronefs pour se briser en fragments moins dangereux sur la rentrée.