Orion est un vaisseau spatial de la NASA fabriqué par Lockheed Martin destiné à transporter un équipage d'astronautes dans l'espace profond.
Le vaisseau Orion est conçu pour transporter de quatre à six personnes pour une mission de trois semaines. Il reprend l'architecture du vaisseau Apollo avec un module de commande en forme de cône contenant l'habitacle dans lequel séjourne l'équipage et un module de service dans lequel est rassemblé tout ce qui n'est pas nécessaire au retour sur Terre. Ce dernier module est largué avant la rentrée atmosphérique. L'ensemble a une masse de 21 tonnes dont plus de 12 tonnes pour le module de service. Contrairement à ses prédécesseurs, il utilise des panneaux solaires pour la fourniture d'énergie. Il dispose d'un volume habitable plus que doublé par rapport au vaisseau Apollo et d'une écoutille similaire à celle de la navette spatiale américaine. Le vaisseau est conçu pour se poser sur l'eau à son retour sur Terre et est réutilisable.
Le premier test orbital du module de commande s'est déroulé en décembre 2014 et celui d'un véhicule complet est programmé en 2018. Le premier vol avec équipage est programmé en 2023.
L'Agence Spatiale Européenne est chargée de construire le module de service ESM. Cette contribution lui permet de payer en nature sa participation à la Station spatiale internationale au-delà de 2017. Le premier module de service européen (ESM) sera utilisé pour une mission prévue fin 2017, qui consistera en un survol inhabité de la Lune par Orion.
Le module de commande sans les deux autres composants du vaisseau a fait l'objet d'un premier test en vol le 5 décembre 2014. Un lanceur Delta IV a placé le vaisseau sur une orbite haute elliptique. Après avoir bouclé deux orbites autour de la Terre, le vaisseau a effectué une rentrée atmosphérique à une vitesse égale à 84 % de celle atteinte dans le cadre d'une mission vers la Lune. L'objectif était de tester la tenue du bouclier thermique ainsi que le déploiement des parachutes.
Caractéristiques techniques
L'atmosphère de la cabine est composée d'un mélange d'azote et d'oxygène dans des proportions qui peuvent être modulées. Ce choix, identique à ce qui est pratiqué sur les vaisseaux russes diverge de la solution adoptée sur les vaisseaux spatiaux américains des années 1960-1970 qui, pour économiser de la masse, utilisaient une atmosphère d'oxygène pur (choix qui s'était avéré dangereux après la catastrophe d'Apollo 1).
Orion mesure 5,03 mètres de diamètre et la partie habitée a une longueur de 3,3 m. L'ensemble Orion a une masse de 21,3 tonnes dont 8,9 tonnes pour le module de commande, 3,4 tonnes pour le module de service et 7,9 tonnes pour le carburant.
Le vaisseau peut être réutilisé une dizaine de fois. Initialement son retour avait été prévu sur la terre ferme, amorti par des coussins gonflables, et non dans l'océan, contrairement à toutes les autres capsules américaines (de Mercury à Apollo). Cependant après 117 essais d'atterrissage avec des airbags, le retour en mer a été privilégié en raison d'une sécurité accrue (notamment si un parachute est défaillant comme lors du retour d'Apollo 15) et d'un atterrissage moins brutal.
Orion est composé de trois modules : le module de commande dans lequel séjourne l'équipage, le module de service qui regroupe les équipements qui ne sont pas indispensables pour le retour sur Terre (propulsion, consommables, énergie) et la tour de sauvetage qui permet au vaisseau de revenir au sol en toute sécurité en cas de défaillance du lanceur.
Le module de commande
Le module de commande ou module d'équipage, dont la section est de forme conique, transporte l'équipage, du fret et des instruments scientifiques. Ce module peut s'amarrer à la Station spatiale internationale. C'est la seule partie du vaisseau qui revient sur Terre après chaque mission. Le volume habitable est de 8,95 m3.
La coque pressurisée comporte quatre hublots : deux hublots horizontaux et deux hublots inclinés permettant d'observer vers l'avant du vaisseau pour les opérations d'amarrage.
Le bouclier thermique, est conçu par Boeing en collaboration avec le Ames Research Center. D'un diamètre de cinq mètres, il est composé d'un nid-d’abeilles rempli d'une résine (même méthode que le module Apollo). Il doit résister à des rentrées atmosphériques à la vitesse de 27 000 km/h pour les missions vers la Station spatiale internationale et de 40 000 km/h pour des missions orbitales lunaires. Ces dernières nécessitent de dissiper cinq fois plus de chaleur.
Le vaisseau Orion est conçu pour amerrir. Au cours de sa rentrée atmosphérique le vaisseau est freiné grâce au déploiement de parachutes présentant des ouvertures (celles-ci permettent à l'air de s'échapper partiellement afin d'éviter une rupture du matériau et de permettre un freinage contrôllé). Lorsque la vitesse du vaisseau atteint 480 m/s à une altitude d'environ 4,5 à 6 km, deux parachutes pilotes d'un diamètre de 7 mètres sont déployés. Au bout d'environ une minute ils ont réduit la vitesse verticale du vaisseau à 160 km/h et pratiquement annulé sa vitesse horizontale ce qui permet l'ouverture des parachutes principaux. Les parachutes pilotes sont largués et les trois parachutes principaux sont déployés. Chaque parachute pèse 135 kg et a un diamètre de 35 m. La vitesse verticale n'est plus que de 30 km/h et le vaisseau amerrit. Immédiatement après sa prise de contact avec la mer, cinq ballons se gonflent pour garantir que le module d'équipage soit posé sur l'eau dans le bon sens.
Le module de service
Le module de service regroupe l'ensemble des équipements qui ne sont pas indispensables pour le retour sur Terre. On y trouve la propulsion principale et les réservoirs d'ergols ainsi que les consommables (eau, oxygène, azote) utilisés par l'équipage. Les panneaux solaires qui produisent l'énergie électrique du vaisseau ainsi que les radiateurs qui assurent l'évacuation de la chaleur excédentaire sont également logés dans ce module. Un système thermique permet de contrôler la température des composantes du véhicule et du fret. Le module est largué avant le retour sur Terre. Il est également équipé d'une soute permettant d'emporter du fret non pressurisé ou des instruments scientifiques. La version du module de service utilisée pour le premier vol est développée par l'ESA.
Le module de service ESM a une longueur de 2,72 mètres (tuyère exclue) pour un diamètre de 4,5 mètres. Sa masse à sec est d'environ 3,8 tonnes et il peut emporter 9,2 tonnes d'ergols.
La propulsion comprend trois systèmes distincts : un moteur-fusée principal dérivé du moteur de la navette spatiale américaine, 8 propulseurs auxiliaires et 24 petits moteurs utilisés pour le contrôle d'attitude. Tous ces moteurs utilisent le même mélange d'ergols stockables. Chaque type d'ergol est stocké dans deux réservoirs qui sont reliés en série et disposent de système de pressurisation indépendants. Tous les moteurs sont alimentés par des ergols mis sous pression. Le moteur principal fournit une poussée de 27,7 kN. Les propulseurs auxiliaires fournissent chacun une poussée de 490 newtons et sont utilisés pour les manœuvres précises ainsi que comme système de secours en cas de défaillance du propulseur principal. Ces moteurs sont utilisés sur les vaisseaux Apollo. Ils fournissent une poussée individuelle de 220 N et peuvent être utilisés pour des impulsions très brève et ou un fonctionnement continu.
L'énergie électrique est fournie par des panneaux solaires en X. Chaque branche du X est composé de trois panneaux solaires. Ils permettent de transformer 30 % de l'énergie solaire. L'ESM fournit ainsi 11 kW au niveau de l'orbite basse terrestre. Une fois déployés les panneaux solaires portent l'envergure du vaisseau à 18,8 mètres. Les quatre ailes disposent de deux degrés de liberté : elles peuvent tourner autour de leur axe pour maximiser l'énergie produite et s'incliner par rapport à l'axe longitudinal du vaisseau pour réduire les forces exercées lorsque le vaisseau utilise sa propulsion.
Le module de service comprend les réservoirs de consommables. Six réservoirs d'eau d'une capacité totale de 280 kg alimentent à la fois le système de contrôle thermique et l'équipage en eau de consommation. Le système de stockage et d'alimentation est équipé de résistances chauffantes et de capteurs pour éviter le gel. Quatre réservoirs d'une capacité de 33 kg conservent sous une pression de 275 bars l'oxygène et l'azote utilisés pour renouveler l'atmosphère de la cabine d'équipage.
La tour de sauvetage
La tour de sauvetage est le système qui est utilisé pour sauvegarder le vaisseau, si le lanceur est victime d'une défaillance grave susceptible de mettre l'équipage en danger. Doté de son propre système de propulsion et fixé au-dessus du vaisseau, il permet d'écarter le module de commande de la fusée tout en lui faisant prendre suffisamment d'altitude pour que les parachutes puissent être déployés et freiner le vaisseau avant son atterrissage. Il comprend la coiffe et le système de sauvetage proprement dit. La coiffe est une structure en composite qui recouvre et protège la capsule contre la chaleur, la pression de l'air et l'environnement acoustique. Le système de sauvegarde comprend trois moteurs à propergol solide. Le moteur principal, d'une poussée de 181 tonnes, est chargé d'écarter le module de commande du lanceur. Le moteur de contrôle d'attitude utilise un générateur de gaz à propergol solide avec huit tuyères montées tout autour de sa périphérie pour orienter l'ensemble. Il permet d'exercer une poussée de 3,2 tonnes dans chacune des huit directions. Le moteur d'éjection est utilisé pour séparer la tour de sauvetage du vaisseau. Si la tour de sauvetage a été activée, cette séparation intervient une fois que le moteur principal a achevé sa tache pour permettre aux parachutes de se déployer. Si le vol se déroule normalement, l'éjection de la tour de sauvetage est réalisée après six minutes de vol alors que le vaisseau se trouve à 91 km d'altitude.
Missions prévues
- EM-1 (fin 2018) - Il s'agit du premier vol d'Orion dans sa configuration finale, pour une mission inhabitée qui comportera un survol de la Lune. Orion sera lancé par le Space Launch System (SLS) sur une trajectoire elliptique permettant un survol de la face cachée de la Lune à deux cents kilomètres d'altitude. L'Agence spatiale européenne fournira un module de service pour cette mission.
- EM-2 (2020) - Il s'agit du premier vol habité d'Orion. Le véhicule sera à nouveau lancé par le SLS. Un équipage de quatre astronautes réalisera une mission orbitale autour de la Lune. Ce sera la première mission habitée vers la Lune depuis Apollo 17 en 1972. L'Agence spatiale européenne pourrait fournir un second module de service pour cette mission.
Séquence de lancement d'Orion
- Le premier étage hisse le lanceur et sa charge utile jusqu'à 66,7 kilomètres d'altitude, à une vitesse de Mach 4,5 (1,5 km/s). Après séparation, le premier étage tombe en chute libre jusqu'à 5 km d'altitude puis est freiné d'abord par un parachute pilote puis par 3 parachutes principaux, avant de plonger dans l'océan. Il est récupéré pour être remis en condition et préparé pour un prochain lancement.
- Le deuxième étage non récupérable est allumé durant 465 secondes, pour placer le vaisseau Orion sur une trajectoire orbitale. Il serait détruit par la rentrée dans l'atmosphère.
- Pour rejoindre la station spatiale internationale, le vaisseau Orion utilise le moteur de son module de service, pour circulariser son orbite, et rejoindre sa destination.
Galerie photos
Rèf. : Wikipédia