United States Deorbit Vehicle
L'United States Deorbit Vehicle, plus communément désigné par son acronyme UDSV, est un remorqueur spatial de la NASA dont la mission sera de désorbiter la Station spatiale internationale qui arrivera en fin de vie vers 2031. L'UDSV, qui est conçu pour modifier progressivement la vitesse orbitale de la station, doit permettre de réaliser une rentrée contrôlée dans l'atmosphère terrestre en suivant une trajectoire planifiée permettant d'éviter que les débris de la station ne s'écrasent dans une région habitée. En juin 2024, l'agence spatiale américaine a confié le développement de l'UDSV à la société SpaceX. Le vaisseau proposé est une version largement agrandie du cargo spatial SpaceX Dragon caractérisée par une masse d'environ 30 tonnes dont 16 tonnes d'ergols.
| Organisation |
 NASA |
|---|---|
| Constructeur |
SpaceX |
| Premier vol | 2030/2031 |
| Statut | en développement |
| Masse à sec | 14 t. |
|---|---|
| Masse totale | 30 t. |
| Propulsion | 46 Draco (400 N chacun) |
| Source énergie | Panneaux solaires |
| Destination | Station spatiale internationale |
|---|---|
| Type d'écoutille | CBM |
Contexte
modifierUn abandon inéluctable
modifierLes modules centraux de la Station spatiale internationale ainsi que la longue poutre qui forme son ossature en supportant les différents composants non pressurisés (panneaux solaires, régulation thermique, pièces de rechange, expériences scientifiques) ont une durée de vie limitée à 30 ans. En effet, ils subissent un vieillissement à la fois mécanique (chocs subis lors des opérations d'amarrage des vaisseaux venant ravitailler la station et relever son équipage) et thermique (cycle jour/nuit s'accompagnant de très fortes variations de température). Les deux premiers modules - Zarya et Unity - ont été lancés en 1998 et l'assemblage de la station spatiale s'est achevé en 2011. Les composants les plus anciens atteignent donc la fin de leur durée de fonctionnement prévisionnel en 2028. Les inspections effectuées régulièrement montrent qu'en 2030 ces modules seront toujours opérationnels. Mais aucune opération de maintenance ne permet de combattre le vieillissement des structures[1].
Scénario de fin de vie
modifierIl est donc nécessaire de définir le scénario de fin de vie de la Station spatiale internationale. Elle ne peut pas être simplement abandonnée sur son orbite car l'altitude de celle-ci diminue régulièrement du fait des forces de trainée générées par l'atmosphère résiduelle. En moins de deux ans, la station spatiale rentrerait dans l'atmosphère terrestre de manière non contrôlée (la station spatiale dispose d'une propulsion dans le module russe Zvezda aux capacités trop limitées pour permettre de contrôler celle-ci) et compte tenu de sa masse (plus de 400 tonnes) et de sa taille (équivalente à un terrain de football), les débris produits présentent un risque significatif pour les personnes et les biens. La législation américaine impose que le risque découlant des débris produits par la rentrée atmosphérique d'engins spatiaux ne dépasse pas une probabilité de 1 pour 10 000. Aussi, les opérateurs de satellites optent pour une rentrée atmosphérique contrôlée (==> maîtrise de la zone d'impact des débris sur Terre) de leurs engins. La désorbitation de la station relève de la responsabilité de la NASA. Ayant exclu une rentrée non contrôlée, l'agence spatiale a étudié plusieurs scénarios de fin de vie[1] :
- Démantèlement et retour des modules sur Terre à des fins de préservation historique. Compte tenu du coût de ces opérations, ce scénario est exclu pour les modules mais sera retenu pour certains composants de plus petite taille à la demande de plusieurs musées et organisations dont le Smithsonian Air and Space Museum.
- Démantèlement et réutilisation des modules les plus récents qui disposent d'un potentiel de durée de vie encore important. Ce scénario est écarté car ces composants ne peuvent pas fonctionner de manière autonome et la station spatiale est placée sur une orbite dont l'inclinaison orbitale (51,6°), choisie pour des raisons politiques (compatibilité avec la latitude des cosmodromes russes) génère des surcoûts importants.
- Désassemblage et rentrée atmosphérique des composants de plus petite taille. Cette solution nécessite de nombreuses sorties extravéhiculaires, un remorqueur spatial aux capacités très étendues pour traiter les composants démontés les uns après les autres et le désassemblage sera limité car de nombreuses fonctions de la station spatiale doivent être préservées jusqu'à la fin, ce qui interdit notamment le démontage de la poutre.
- Placer la Station spatiale internationale sur une orbite plus élevée pour réduire les forces de trainée qui abaissent son orbite. Mais cette option nécessite le recours à des remorqueurs spatiaux d'une grande capacité (19 à 22 tonnes d'ergols pour placer la station spatiale sur une orbite de 640 à 680 kilomètres avec une rentrée atmosphérique repoussée à 100 ans). Mais sur ces orbites plus hautes, la probabilité d'impact catastrophique d'un débris spatial augmente fortement passant de 51 ans sur l'orbite actuel à 4 ans. Ce risque est inacceptable.
Au vu des risques et coûts de ces différents scénarios, la NASA a choisi de désorbiter la Station spatiale internationale en utilisant un remorqueur spatial pour réduire son orbite et contrôler sa trajectoire dans l'atmosphère terrestre[1].
Historique
modifierAprès avoir envisagé l'utilisation du cargo spatial russe Progress pour désorbiter la station spatiale[2], la NASA annonce en mars 2023 qu'elle prévoit de dépenser 1 milliard US$ pour développer un remorqueur spatial qui sera chargé de cette tâche. Cette solution est jugée plus robuste que le recours au Progress aux capacités limitées, mais ce dernier constituera une solution de secours. Une provision de 180 millions US$ est affectée à ce projet dans le budget 2024[3]
En février/mars 2024, trois sociétés répondent à l'appel d'offres de l'agence spatiale américaine : AlphaSpaces, Northrop Grumman Systems et SpaceX. AlphSpaces est rapidement éliminé. Le 26 juin 2024, la NASA passe contrat avec la société SpaceX pour un montant de 843 millions US$[4]. Contrairement à ce qui se passe avec les vaisseaux de ravitaillement de la station spatiale, la NASA restera propriétaire de l'UDSV et contrôlera directement les opérations. L'offre de SpaceX est moins coûteuse et plus pertinente que celle de Northrop et l'agence spatiale a également pris en compte la qualité des prestations antérieures de SpaceX. La sélection du lanceur sera effectuée environ 3 ans avant le lancement[5].
Spécifications techniques
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L'UDSV dérive du cargo spatial Dragon de SpaceX qui assure le ravitaillement de la Station spatiale internationale. Pour disposer d'une poussée suffisante, l'UDSV disposera de 46 moteurs-fusées à ergols liquides Draco (le vaisseau Dragon en possède 18) dont 30 dédiés aux manœuvres orbitales et 16 au contrôle d'attitude. Le module de service qui regroupe la propulsion les réservoirs d'ergols, la production d'énergie et d'autres systèmes est deux fois plus long. Le vaisseau contient six fois plus d'ergols tandis que les panneaux solaires produisent trois à quatre fois plus d'énergie. La masse du vaisseau devrait atteindre environ 30 tonnes (Dragon : 10 tonnes) dont 16 tonnes d'ergols[5].
Déroulement de la désorbitation
modifierLes opérations de désorbitation débutent peut après que le vaisseau UDSV se soit amarré à la station spatiale et que ses systèmes aient été vérifiés. Il est prévu dans un premier temps de laisser l'altitude décroître naturellement sous l'effet de l'atmosphère résiduelle. Lorsqu'elle n'est plus que de 330 kilomètres, l'équipage est évacué. Six mois plus tard, la propulsion de l'UDSV est utilisée pour réduire la vitesse orbitale de la station spatiale et et contrôler sa rentrée atmosphérique. Il est prévu que des débris dont la taille sera compris entre celle d'un four à micro-ondes et celle d'une voiture survivent aux forces de friction. L'objectif est que ces débris tombent dans l'océan dans un couloir étroit long d'environ 2000 kilomètres[5]
Notes et références
modifier- (en) NASA, « International Space Station Deorbit Analysis Summary (White Paper) »,
- (en) Rob Coppinger, « NASA may buy ESA's ATV to de-orbit ISS at end of life », Flightglobal, (consulté le ).
- (en) Jeff Foust, « NASA planning to spend up to $1 billion on space station deorbit module », sur spacenews,
- (en) Jeff Foust, « NASA awards SpaceX contract for space station deorbit vehicle », sur spacenews,
- (en) Jeff Foust, « Enhanced Dragon spacecraft to deorbit the ISS at the end of its life », sur spacenews,
