LA STATION I.S.S

 

LE MODULE EUROPEEN COLUMBUS

La partie européenne de la station ISS est représentée essentiellement par le module laboratoire européen COF – Columbus Orbital Facility. Extrêmement polyvalent, ce laboratoire à usages multiples peut être adapté à différentes missions par l'échange de bâtis normalisés à bord, tout comme les avions de ligne à cabines modulaires peuvent se reconfigurer pour différents usages. Le COF sera le lieu de travail privilégié des astronautes et chercheurs européens.

Ce module pressurisé sera raccordé en permanence à la station, dont il fera partie intégrante, et il en recevra toutes les ressources nécessaires (alimentation électrique, air, contrôle environnemental). Ses utilisations sont multiples, et portent entre autres sur la science des matériaux, la physique des fluides, les sciences de la vie, la physique fondamentale et de nombreuses autres technologies. Il renfermera aussi la plupart des charges utiles pressurisées européennes.

 

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Columbus est un module cylindrique comparable au MPLM mesurant 6,7 mètres sur 4,5 mètres et pesant 9500 kg au lancement. Extérieurement, c'est est une coque pressurisée cylindrique muni de deux cônes d'extrémité. Elle est rigidifiée et recouverte de plusieurs couches d'isolant thermique et d'un blindage de protection contre les météorites ainsi que les débris spatiaux. Elle est équipée d'une structure d'accrochage sur la coque extérieure en vue des opérations de manutention et d'assemblage au moyen du bras télémanipulateur de la Station Spatiale (SSRMS) pouvant aussi servir à la transmission de signaux électriques et de données au moyen de relais intégrés

Le cône avant intègre la partie passive du mécanisme d'accostage universel (CBM) qui permet la fixation au Node 2. Le cône arrière est prévu pour recevoir optionnellement sa propre antenne de liaison et un équipement de télécommunications autonome avec le sol via le système de relais de données européen DRS. Dans la perspective d'une telle évolution future, il pourrait aussi recevoir divers points d'accrochage nécessaires au raccordement d'une plate-forme de charge utile extérieure.

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L'aménagement intérieur du module européen est pluridisciplinaire et évolutif. Il a été conçu de façon à pouvoir être transformé et adapté en fonction des besoins par l'utilisation de bâtis interchangeables IRPR,  International Standard Payload Rack. Ils sont acheminés dans les modules MPLM vers la station, installés dans le module puis, plus tard, en être extraits à n'importe quel moment de la durée de vie opérationnelle de la station. Du fait que les modules européen, américain et japonais utilisent le même concept d'ISPR, les bâtis sont interchangeables entre les laboratoires, à l'exception des laboratoires russes qui n'ont pas adopté ce standard. Alors que le module US Destiny embarque 11 racks et le module japonais Kibo 8 racks, Columbus en emporte 10. Quatre racks sont situés sur le coté à l'avant, 4 sur le coté à l'arrière, 2 sont au dessus. Trois rack abritent le système de climatisation et de support vie. Le reste des rack ainsi que les deux au plafond servent pour le stockage. Au lancement, Columbus emporte le rack Biolab, FSL, EPM, ERD et ETC.

Le Biolab permet, par exemple, de réaliser des expériences sur les micro-organismes, les petits animaux, également les plantes, et permet aussi de cultiver de cellules et de tissus organiques. Exposé au vide spatial, il peut étudier la capacité des bactéries à survivre sur une météorite artificielle et à l'activité volcanique à 400 km sous Terre. biolab.gif (83614 octets)
Fluid Science Laboratory (FSL) laboratoire scientifique des liquides réalise des expériences sur le comportement étrange des liquides légers. Eux aussi, pourront apporter des avantages de grande envergure sur Terre : de meilleures manières de nettoyer des flaques d'huile, par exemple, et également d'améliorer la fabrication des lentilles optiques. FSL.gif (66285 octets)
European Physiology Module (EPM) Ce rack est construit par OHB-System à Brême. Il comprend un ensemble d'expériences qui examinent le comportement du corps humain en l'absence de la pesanteur. 
- Multi-Electrode Electroencephalography Module (MEEMM)
- Samples Collection Kid (SCK) 
- Cardiolab (CDL)

 

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Material Science Laboratory (MSL) offre une multitude de service pour la recherche scientifique comme la solidification physique, la cristallisation de cristal pour les semi-conducteur et la mesure thermodynamique des liquides. Le rack MSL occupe un demi rack ISPR dans le module Destiny et un rack dans Columbus. MSL 03.gif (71955 octets)

European Drawer Rack (EDR) est un rack multi-usage. Il fournit le logement pour trois casiers ISS et 4 casiers Shuttle. Ses modules standards ECMs (Experiment Container Modules) peuvent abriter des expériences scientifiques.

 

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ETC European transport Carrier pour des expériences installés en orbite.  

Les conditions de vie à bord permettent d'assurer un grand confort pour trois astronautes travaillant sous atmosphère d'air (959 à 1013 hPa) à une température de +16 à +27°C. Le module est équipé d'ordinateurs, multiplexeurs et mémoires informatiques, de 2 caméra vidéo, d'un système de communication audio, de 2 panneaux d'avertisseurs d'alarme, de 2 extincteurs, de 2 appareils respiratoire portable, d'un système de contrôle de l'environnement (climatisation, ventilation), d'alimentation électrique (125 V) et échangeurs de chaleur (22 kW de dissipation à l'extérieur)

Certaines expériences sont placées à l'extérieur des modules. Quatre emplacements sont possibles sur la poutre S3 d'ISS (expérience AMS et EXPRESS) et 10 sur le module japonais Kibo sur des palettes (Eperiments Module Exposed Facility). Columbus possède quatre emplacements à l'extérieur, appelés CEPF, Columbus External Payload Facility. Ces emplacements permettent de "voir" devant, en bas et au dessus du module. Deux structures de 1,2 m sur 1 m placées en symétrie permettent de placer les expériences. sur quatre plaques support CEPA Columbus External Payload Adapter (volume utile de 1,16 x 0,86 x 1,3. L'ensemble supporte 209 kg de charges utiles. Le module assure toutes les commodités, l'alimentation électrique (la puissance disponible sur chaque emplacement est de 1,2 kW, mais limité à 2,5 kW pour les quatre) et les liaisons pour les données. 

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EXPERIENCES ENVOYEES SUR COLUMBUS
European Technology Exposure Facility (EUTEF)   
Solar Monitoring Observatory (SMO) transporte trois instruments pour mesurer les irradiations spectrales et le soleil. Il est monté sur un pointeur CDP Coarse Pointing Device.  
Atomic Clock Ensemble in Space (ACES) est un programme de test sur les performances d'un type nouveau d'horloge en micro-gravité qui sera envoyé en 2010.  
Sky Polarisation Observatory (SPORT) doit surveiller la polarisation des rayons cosmiques entre 20 et 70 GHZ.  

D'autres expériences seront envoyées ultérieurement sur ISS.

Expose est un système multi-usage qui consiste à étudier les microbes dans l'espace. Son vol reste à définir.

FOCUS Intelligent Fire Detection Infrared Sensor System est un système de détection autonome et d'analyse depuis l'espace des hautes températures venant du sol comme les incendies ou les volcans.

Technology Exposure Facility (TEF) est un système multi-usage pour des expériences technologique montées dans des modules

 

LA COOPERATION ESA-NASA

Dans les accords de partenariats de 1997, l'Europe avait 50% de la place dans les racks du module Destiny pour une période de 2 ans avant l'arrivée de Columbus. A cela s'ajoutait l'utilisation d'une demi palette sur les poutres extérieures pendant trois ans et l'envoie de deux astronautes européens en orbite. Les accords signés avec les russes de Roskomos en 2001 portaient sur l'envoie de 6 astronautes européen dans des Soyouz "taxi" entre 2001 et 2006 et des vols de longue durée. En échange, l'ESA devait livrer un certain nombre d'équipements comme la "boite à gants" MSG, Microgarvity Sciences Glovebox, le congélateur MELFI Minus Eighty Degrees Freezer, le système de pointage Hexapod Pointing System et l'adaptateur Columbus Mission Data  Base à intégrer dans le segment sol d'ISS. Depuis cet accord, des modifications ont été demandé à l'ESA sur le MGS et le MELFI. De même, après 2001, il a été décidé de déplacer certaines expériences placé sur la poutre extérieure sur le CEPA de Columbus. 

Un autre accord a visé l'achat par la NASA auprès d'Airbus Industrie d'un avion de transport Super guppy pour amener les différents éléments de la station entre les différents centres de la NASA. En échange, l'ESA pouvait emporter 450 kg de charges utiles à bord du Shuttle.   

Le lancement de Columbus fait partie d'un 3eme accords ESA-NASA de 1997. En échange du lancement par le Shuttle, l'ESA s'engageait à fabriquer les deux modules Node 2 et 3, le congélateur cryogénique et le réfrigérateur pour l'équipage dans ISS et des rechanges pour le laboratoire. Depuis, la donne a quelque peu changée. La configuration des Node 2 et 3 a changé avec l'abandon par la NASA du module d'habitation et divers équipements ont été modifié ou rajouté.

L'accord pour la fabrication de deux coupoles Cupola fait partie d'un accord signé en 1998 autorisant l'ESA a augmenter la charge utile de Columbus (+ 68 kg) son contrôle thermique et ses liaisons ethernet. En échange, le Shuttle pouvait embarquer 5 charges utiles ESA. En septembre 199, le nombre de coupole est réduit à un.

En retour de sa participation, l'ESA dispose de 8% des ressources de la station et du temps de l'équipage, hors partie russe. Avec Columbus, l'ESA utilisera 50% des ressources, le reste étant assigné aux partenaires. Les résultats de ces expériences sont envoyés au centre de commande de Columbus en Allemagne et également transmis à la NASA. Columbus réunit des chercheurs de toute l'Europe, qui peuvent même demander leurs propres expériences. 

Columbus est un programme ESA sous la maitrise d'oeuvre d'EADS-Space Transportation. Le module est intégré dans les locaux de Brême en Allemagne. La structure de vol, le système de protection météoritique, le système de contrôle environnemental, les harnais et tout l'équipement sol est fabriqué par Alenia Spazio à Turin. Le module laboratoire européen est amené vers la Station Spatiale Internationale dans la soute de la navette, entièrement équipé, comprenant des bâtis et leurs charges utiles initiales d'environ 2500 kg.

DES RADIO AMATEUR SUR ISS

En 2002, le président de ARISS Europe soumet son projet d'installer des antennes pour les radio amateur sur le module Columbus à l'ESA. 

ARISS Amateur Radio on International Space Station. (Les radioAmateurs à bord de la Station Spatiale Internationale est un programme qui offre aux étudiants et aux radioamateurs une opportunité de faire l’expérience de la radioamateur en parlant directement avec des radioamateurs à bord de la station spatiale internationale. Des organismes radioamateur, et les agences spatiales des États-Unis, de la Russie, du Canada, du Japon et de l’Europe commanditent ces expériences. Des centaines de radioamateurs, incluant ceux du Radio Club de la NASA au centre spatial de Johnson, le centre de vol spatial de Goddard et le centre de vol spatial de Marshall, travaillent en coulisse pour mettre sur pied ces expériences.

ARISS désire que les antennes soient montées sur la face "nadir" du module, celle qui regarde la terre, mais comme le module voyage dans la soute de la navette, la place et la masse disponible reste très limitée. Un compromis est trouvé avec la fabrication d'antenne plate, en bandes UHF, L et S fixées contre les panneaux de protection anti météorites Meteorite Debris Panels (MDP) . Pour relier les antennes aux appareils de bord à l'intérieur du module, il est décidé de passer à travers un passage aménagé dans le cône avant du module. Les plans pour les antennes sont confiées à un radio amateur Danny Orban. En décembre 203, l'antenne VHF est abandonnée. Orban laisse sa place au Dr Pawel Kabacik, professeur au Institute of Telecommunications and Acoustics of Wroclaw University of Technology de Pologne. Au niveau financier, ARISS devra supporter 50 000 euros pour installer les antennes sur Columbus, l'ESA le reste soit 100 000 euros. Une campagne de dons est lancé dans la communauté des radio amateurs.

Juin 2005, l'antenne UHF est abandonné, seule reste les antennes bandes L et S. La construction est demandé au Wroclaw University en coopération avec UBA, la société belge de radio amateur. 2 antennes de vol et 2 "spares" sont fabriqués ainsi que 2 éléments de développement. L'ESA et EADS décident d'installer 2 antennes identiques en deux endroits du panneaux protecteur MDP. Si un panneau est enlevé dans l'espace pour inspection, les antennes seront probablement perdues. Le contrat est estimé à 47 000 euros pris en charge par UBA.

Juillet, un meeting est donné à l'ESTEC à l'ESA au Pays Bas avec les parties en lice.

Novembre, deux câbles coaxiaux sont installé sur le module et à travers le cône pour acheminer les signaux à l'intérieur. En raison des faibles dons reçus par ARISS, l'ESA accepte de payer la totalité de l'installation.

Juin 2006, AMSAT Belgique signe un contrat avec Wroclaw University pour les tests de qualification (3000 euros). Lors des tests de vibration simulant le décollage du Shuttle, les antennes se cassent.

Mars 2007, de nouvelles antennes ARISS 31 à 35 sont développées pour 18 000 euros. Elles passent les tests de vibration mais échoue aux tests thermique (-100°C et + 102°C en chambre à vide). Une de ces antennes ARISS 31 est exposée à Bruxelles au parlement européen.

En août, un nouveau contrat est signé pour fabriquer de nouvelles antennes 2 de vol et une de qualification avec de nouveaux matériaux.

Septembre, les antennes ARISS 41, 42 et 43 terminent les essais de vibration à l'ESTEC. L'ESA décide de les installé sur Columbus.

Octobre, KSC, les antennes 41 et 43 sont mise en place sur Columbus dans la grande baie du SSPF. Les propriété électrique des antennes sont testé quelques jours après avec succès. A la mi octobre, l'antenne ARISS 42 passe avec succès ses essais thermique à l'ESTEC.

Parallèlement, depuis septembre 2005, 17 réunions par téléconférence permettent de finaliser le projet d'équipement ARISS dans le module, un transpondeur large bande, un émetteur bande L et un récepteur bande S. Des contraintes de place et de masse et de consommation énergétique imposent de nombreuses limites.

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ARISS ET ISS

Les radio amateurs ont eu un rôle à jouer dans l’activité humaine sur l’ISS.

L’équipage Expedition-1 sur l’ISS aura contribué à une nouvelle occupation de l’espace. le Commandant William "Shep" Shepherd KD5GSL, et les cosmonautes Yuri Gidzenko et Sergei Krikalev U5MIR sont devenus les premiers habitants de la nouvelle station pour des séjours aux longs cours. C’était le 31 oct 2000 que le taxi Soyouz transportant le premier équipage de l’ISS décollait de Baïkonour pour s’arrimer à l’ISS le 2 novembre suivant. A ce moment là Shepherd était le second astronaute US à voyager sur un vaisseau Soyouz. Sergeï Krikalev U5MIR est devenu le commandant de la mission Expedition-11. Shepard réalise le premier contact scolaire ARISS le 21 décembre. La station radio initiale Phase-1 est installée dans Zaria

McArthur a fait le 200 ème contact ARISS sur l’ISS avec une école. Il a participé à un Field Day, à un JOTA Jamboree et a fait qqs QSO en maraude. Le premier matériel ARISS était à bord de l’ISS à l’arrivée du premier équipage. Expedition-1 a installé la VHF en phonie FM et le packet sous les call NA1SS et RS0ISS.

A la fin 2003 une phase importante a été atteinte avec la livraison du matos Phase-2 installée dans le module Russe Zvezda où se trouve les quartiers d’habitation de l’équipage. Maintenant les équipages utilisent de façon routinière la station ARISS pour faire des contacts scolaires avec le tranceiveur Kenwood TM-D700E qui est le coeur de cette station radio. ARISS cherche à activer un transceiveur Yaesu FT-100 en bandes HF-VHF-UHF ainsi qu’un SSTV.

Lors de quelques opérations EVA (Extravehicular Activity), quatre antennes ont été fixées à des mains courantes à l’extérieur de Zvesda. La fonction principale de ces antennes est d’offrir aux astronautes des communications en micro ondes lorsqu’ils travaillent à l’extérieur de l’ISS. Ces antennes sont multiplexées vers un commutateur qui couvre les bandes HF, VHF, UHF, et la bande L. Actuellement la station amateur marche en Packet (VHF) ou en répéteur FM crossband (VHF en montée et UHF en descente). Les astronautes et cosmonautes licenciés utilisent aussi la station pour des QSO avec les stations radio amateurs au sol.

L’utilisation la plus significative est l’activité de la station en VHF au service de l’éducation. ARISS a développé une organisation efficace pour ouvrir des Contacts Scolaires permettant aux étudiants et jeunes élèves de poser des questions aux astronautes et de recevoir des réponses en direct de l’espace. Des radio amateurs volontaires mettent à disposition leur station radio vers les écoles sélectionnées au moment prévu. La NASA autorise un contact par semaine avec l’équipage. ARISS-Europe a signé un accord avec l’ESA pour les astronautes Européens et elle est en train d’en négocier un autre avec Energia de l’Agence Russe de l’Espace. L’ARISS School Contact permet d’encourager vivement des jeunes à s’intéresser aux sciences, à la technologie, et à se cultiver. En Allemagne et en France des étudiants qui participaient à ces contacts ont fini par devenir radio amateurs. En plus ces radio contacts, qui sont largement couverts par les média contribuent à donner une image positive du radio amateurisme à un vaste public.

Les antennes ARISS existantes sur le Module de Service passent par des duplexeurs et ne sont pas bien efficaces en micro ondes. Le fait d’utiliser sur Colombus une antenne dédiée permettra pour la première fois des opérations ARISS optimisées pour ces bandes. Le module Colombus sera installé à bonne distance des deux autres stations ARISS, cela permettra des activités en parallèle sur les nouvelles bandes, pendant que les autres seront aussi utilisées. La disponibilité de ces nouvelles bandes à large spectre nous permettra d’utiliser la vidéo pour la première fois. Cette possibilité va autoriser l’ATV pendant les contacts avec les écoles, tout en utilisant en parallèle un transpondeur. Le module Colombus est destiné aux activités expérimentales, mais il peut aussi servir temporairement de zone vie (pour dormir) pour les astronautes Européens. Sans anticiper, il faut rappeler que presque tous ces astronautes seront déjà radio amateur licenciés. Le régime du sommeil des astronautes peut amener à restreindre l’activité des opérations radio amateur, mais un contrôle à distance de la station peut lever cette contrainte. En résumé l’ajout de ces nouvelles antennes améliorera grandement les opportunités d’opérations radio amateurs sur l’ISS et participera aussi a ajouter des moyens de secours aux communications de bord pour les astronautes.

Le 30 juillet 2006, le commandant de l’expédition 13 à activé pour la première fois le système SSTV de l’ISS pour quelques orbites. Le week end du 13/14 aout des images supplémentaires ont été diffusées. Les images ont été reçues dans plusieurs pays ( Russie, UK, Brésil, Autralie ...). Les tests réalisés ont démontré que le systéme SSTV était correctement configuré. La réalisation de nouveaux tests sera fonction du temps disponible de l’équipage et de son commandant. Les tests ont lieu sur la fréquence : 145.800 Mhz. Une fois l’ensemble des tests finalisés, le système diffusera éventuellement en permanence sur la bande des 2m. Le système SSTV SpaceCam1 peux diffuser 200 images par jours au format Robot 36. le logiciel à bord possède un mode « slide show » qui ne nécessite pas d’action de l’équipage. Il peut fonctionner ainsi indéfiniment.

Au 31 octobre 2007, 333 écoles avaient eu un contact avec ISS, dont 5 françaises (Rueil Malmaison en janvier 2005, Montaud en septembre 2004, St Mard en avril 2004, la fédération française des radio mateur de Rouen en juillet 2003, Brest en janvier 2003, Commelle-Vernay en décembre 2002 et Raphele les Arles en avril 2002) . Un autre contact est prévu en février 2008 avec Leopold Eyhards dans ISS avec l'école élémentaire Robespierre-B  de  Rueil-Malmaison. 

Remerciement à AMSAT France et ARISS pour leur contribution à cet article