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Après l’ISS : l’ESA veut être présente sur la petite station spatiale internationale près de la Lune

L’Agence spatiale européenne a donné le coup d’envoi de sa participation à la future station spatiale à proximité de la Lune en signant, avec Thales Alenia Space, les premiers contrats portant sur l’étude de deux éléments que réalisera l’Europe pour ce poste avancé. Cette étude va permettre à l’ESA de présenter le dossier de demande de financement aux États membres, lors de la conférence ministérielle de 2019. Franco Fenoglio, le directeur des activités du transport spatial chez Thales Alenia Space et Xavier Roser, responsable des activités service en orbite, également chez Thales, nous expliquent ces deux éléments.

Pour succéder à la Station spatiale internationale et préparer les premières missions humaines à destination de Mars, la Nasa, l’ESA et les autres membres de l’ISS ont décidé d’envoyer une station spatiale sur une orbite cislunaire. Baptisé Lunar Orbital Platform-Gateway (LOP-G), cet avant-poste sera utilisé comme zone de transit pour l’exploration et l’étude de l’espace lointain et servira de point de départ pour les missions habitées autour de la Lune, à destination de Mars et ses lunes, ainsi que vers des astéroïdes. À la différence de la Station spatiale internationale (ISS), occupée en permanence par un équipage de six astronautes, cet avant-poste ne sera pas habité en permanence mais visité selon les besoins pour des périodes d’environ 30 à 40 jours. Il pourra abriter un équipage de quatre personnes, ce qui correspond aux capacités de transport du véhicule Orion de la Nasa.

Une station pour préparer les prochaines étapes de l’exploration

Cet avant-poste sera installé sur une orbite NRHO (Near Rectilinear Halo Orbit) dans le système Terre-Lune, ni circulaire ni elliptique, et liée aux points de Lagrange L1 et L2. Cette position, à proximité de la Lune, offre suffisamment d’orbites stables et proches de la Terre pour permettre une rentrée relativement rapide en cas d’urgence. Elle se situe aussi dans un environnement spatial représentatif de l’espace profond. C’est un bon compromis trouvé entre proximité de la Terre et de la Lune, banc d’essai pour les technologies d’exploration et station d’assemblage pour les futurs véhicules de transport qui feront le long trajet vers Mars, par exemple.

Le premier élément sera lancé à l’horizon 2022-2023 ; le LOP-G devrait être achevé en 2026-2027 pour une durée de vie contractuelle d’au moins 15 ans. La plupart des éléments seront lancés par le lanceur SLS (Space Launch System) de la Nasa, comme les vols habités de la capsule Orion. Des lancements commerciaux sont également prévus, notamment des cargos pour des services logistiques (nourriture, eau, pièces, etc.).

Bien que la participation de l’Agence spatiale européenne à cet avant-poste sera décidée fin 2019, lors de la session de son conseil au niveau ministériel, l’ESA vient de signer avec Thales Alenia Space les contrats pour les études de conception préliminaire du sas scientifique Esprit et du module I-HAB, deux éléments du programme LOP-G. Cette phase, A/B1 dans le jargon de l’ESA, est très importante. Elle va permettre à l’ESA de présenter le dossier de demande de financement aux États membres à la ministérielle de 2019.

  • Esprit est un petit sas scientifique. Il comprend des systèmes de stockage et de ravitaillement en propergol (Xénon et Hydrazine) de l’élément de propulsion électrique (premier élément américain du LOP-G), des systèmes de communication avec la lune, des points d’interface pour les charges utiles externes et un sas pour déployer des charges utiles scientifiques.
  • I-HAB est un module pressurisé de sept mètres de long avec un diamètre de 4,5 mètres. Il est doté de fonctions d’habitabilité et de maintien de la vie, offrant des capacités d’amarrage pour fournir des interfaces et des ressources aux véhicules de passage. 

Pour l’instant, il s’agit d’études de « faisabilité et de définition des données techniques qui doivent aboutir à une conception préliminaire des deux éléments », nous explique Franco Fenoglio, le directeur des activités du transport spatial habité chez Thales Alenia Space Italie. Cette phase permet de fixer les « principales options techniques, le plan de développement et les coûts ainsi que les cahiers des charges des sous-systèmes et des équipements ». Elle permet aussi de finaliser le choix de l’équipe industrielle. Cette phase, sanctionnée par une Preliminary Design Review, est prévue pour durer jusqu’à l’automne 2019, date à laquelle l’ESA « décidera, lors de la conférence ministérielle de fin 2019, si elle finance la construction de ces deux éléments ».

« L’héritage de la Station spatiale sera très présent dans la réalisation du module d’habitation I-HAB », tient à préciser Franco Fenoglio et de rappeler que Thales Alenia Space est le « deuxième fournisseur de modules de l’ISS après Boeing ». Les développements antérieurs de Thales Alenia Space pour la Station spatiale vont donc « servir de point de départ pour la réalisation des éléments de cette station lunaire », compléter des besoins particuliers et propres au programme du LOP-G.

Un des challenges les plus importants est « la réduction de la masse ». Ces gains de masse sont « très recherchés, car il est bien plus cher de transférer 1 kg en orbite lunaire que sur l’orbite basse de l’ISS ». Mais, comme autour de la lune il n’y a pas de débris, il « est possible de jouer sur l’épaisseur des matériaux et sur les parties qui vont servir au docking qui seront plus petites donc plus légères ». La navette américaine n’étant plus en service, il sera également nécessaire de « tenir compte des performances et des aptitudes du SLS de la Nasa qui sera utilisé pour lancer les éléments du LOP-G ». La masse au lancement des éléments du LOP-G devra être aussi faible que possible, ce qui impliquera d’utiliser des « structures plus légères, tant pour les coques de pression, par exemple en réduisant leur épaisseur, que pour les structures secondaires internes qui permettront d’accueillir les équipements ».

Cela explique pourquoi la masse du module d’habitation I-HAB, inspiré « pour la forme et la masse des nœuds de jonction (les nodes), et que nous avons réalisé pour l’ISS », sera inférieure à neuf tonnes maximum, contre 14 tonnes pour le module de jonction numéro 3. Autre contrainte forte, l’architecture de ce module devra être d’une très grande fonctionnalité et tenir compte de « solutions d’hébergement favorisant des intérieurs habitables plus confortables ». Si l’ISS dispose de plusieurs modules offrant la « possibilité de se déplacer, de livrer et travailler dans chacun d’eux », le LOP-G sera plus petit. Il est donc important de se concentrer sur les aspects « facteurs humains » et être en mesure de « fournir plus de pièces habitables », et de, déjà, préparer les « futurs modules qui feront ensuite partie du long voyage vers Mars » dans lesquels l’équipage restera dans le même module jusqu’à 1.000 jours. D’où la nécessité de commencer à concevoir des « modules plus confortables pour l’équipage, dans des espaces plus restreints auxquels les astronautes sont habitués ». 

Quant au sas scientifique Esprit, que l’on peut pressuriser et dépressuriser, son but est de récupérer des charges utiles ou d’expériences qui arriveraient à la station par des cargos pressurisés et de les installer à l’extérieur de la station grâce au bras robotique qui sera fourni par le Canada. Il « fonctionne un peu comme un tube à torpille », nous explique Xavier Roser, responsable des activités service en orbite chez Thales Alenia Space. Ce sas combine essentiellement des fonctions qui s’appuient sur un « héritage des modules pressurisés réalisés par Thales Alenia Space pour l’ISS ».

Esprit est également équipé de « sous-systèmes de propulsion, d’avionique et de télécommunications interplanétaires pour permettre les communications entre la terre, la lune et la station » qui eux sont l’héritage de briques technologiques développées pour l’orbiter TGO de la mission ExoMars 2016, également développé par Thales Alenia Space.

Ce qu’il faut retenir

  • L’ESA lance les premières études des deux éléments européens de la future station spatiale à proximité de la Lune.
  • Ce poste avancé de l’exploration sera réalisé en coopération entre les agences spatiales des États-Unis, de la Russie, du Canada et de l’Europe.
  • Cette première phase est importante car elle va permettre à l’ESA de présenter le dossier de demande de financement aux États membres à la ministérielle de 2019, qui devraient officialiser la participation à ce projet.

Pour en savoir plus

Après l’ISS, une petite station spatiale internationale près de la Lune

Article de Rémy Decourt publié le 30/04/2018

La Nasa veut reconquérir la Lune et envoyer des humains sur Mars. Le budget 2019 permet de passer les premières commandes à l’industrie dès l’an prochain avec l’objectif de lancer en 2022 le premier élément de cette station spatiale, qui sera plutôt, en fait, un poste avancé d’exploration. Quant au rôle de l’Agence spatiale européenne, Bernardo Patti, le directeur de l’exploration, nous l’explique..

Aux États-Unis, le regain d’intérêt pour la Lune se confirme. Poussée par l’administration Trump et un bon budget, la Nasa vient d’annoncer que les premiers contrats pour le futur poste avancé lunaire de l’exploration seraient signés dès 2019. Ces premiers contrats concerneront des équipements nécessaires aux futurs modules de ce poste avancé.

Cet avant-poste de l’exploration situé à proximité de la Lune, récemment rebaptisé Lunar Orbital Platform-Gateway (LOP-G), sera utilisé comme zone de transit pour l’exploration et l’étude de l’espace lointain. Il servira de point de départ pour les missions habitées autour de la Lune, à destination de Mars et ses lunes, ainsi que vers des astéroïdes. On notera que la Nasa n’a pas explicitement parler d’envoyer des humains sur la Lune.

Ce poste avancé est dimensionné pour un équipage de quatre personnes — la capacité de transport du véhicule Orion — pour des séjours de trois mois maximum, du moins au début de l’utilisation de cette structure. Des durées plus longues sont envisagées mais elles dépendront des réponses apportées au problème des radiations et du ravitaillement en fret des équipages à bord.

À proprement parler, ce ne sera pas une station spatiale, mais plutôt un vaisseau qui aura la capacité de naviguer. Cet avant-poste orbital permettra de « voir comment il peut supporter des missions lunaires robotiques et habitées et nous aidera à développer un véhicule pour explorer Mars avec des humains », nous expliquait en septembre 2017 Frank De Winne, conseiller auprès du directeur des vols habités et des opérations à l’ESA et directeur du Centre européen des astronautes.

Cet avant-poste sera installé sur une orbite NRHO (Near Rectilinear Halo Orbit), un type d’orbite de halo dans le système Terre-Lune, ni circulaire ni elliptique, et lié aux points de Lagrange L1 et L2. Si le delta V pour aller s’amarrer à cette station n’est pas très intéressant, une telle orbite a néanmoins plusieurs atouts. D’abord, elle est stable, toujours exposée au Soleil et visible en permanence depuis la Lune et la Terre, ce qui facilitera les communications. À plus long terme, cette orbite pourrait aussi servir pour des télescopes spatiaux de grandes dimensions, pour transmettre, relayer des informations, etc. C’est donc un pari sur l’avenir.

L’ESA sera présente sur cet avant-poste

La participation de l’Agence spatiale européenne à cet avant-poste « sera décidée fin 2019, lors de la session du Conseil de l’ESA au niveau ministériel », nous explique Bernardo Patti, le directeur des programmes d’exploration à l’ESA. L’accord trouvé avec la Nasa « sur le rôle que pourrait jouer l’ESA et sur ce qu’elle pourrait fournir sera proposé à nos États membres lors de cette session ».

Cet accord porte sur « la fourniture d’un certain nombre de modules de service pour le véhicule Orion ainsi que de deux éléments majeurs de ce poste avancé : le module d’habitation et le module Esprit ». Esprit est « un module non pressurisé qui abritera les servitudes de communication avec la Lune, la Terre et les véhicules en approche ». Il embarquera aussi les réservoirs de xénon et d’hydrazine. Il sera également équipé « d’un sas, mais pas pour les astronautes ». Ce passage sera seulement utilisé pour le transfert d’expériences scientifiques ou de démonstrations technologiques de la partie pressurisée du poste avancé à la partie non pressurisée.

Quant au module d’habitation, baptisé International Habitation Module, l’ESA sera « le maître d’œuvre et l’intégrateur des différents équipements que fourniront les autres partenaires du programme ». Le mécanisme européen d’amarrage IBDM (International Berthing and Docking Mechanism« sera proposé à la Nasa ». Ce système d’amarrage a la particularité d’être le premier conçu selon des standards communs à toutes les agences spatiales partenaires du programme de l’ISS, de sorte de disposer d’une interface d’amarrage commune, ce qui n’est pas le cas aujourd’hui. Il équipera la version cargo et habitée du Dream Chaser.

La participation de l’ESA à cette station spatiale se fera selon « un schéma différent de celui de la Station spatiale internationale ». Aujourd’hui, le financement de l’utilisation de la Station se fait dans le cadre du « barter agreement », un système mis en place par les partenaires de l’ISS où chacun finance sa part de l’utilisation de la Station par la fourniture d’un service du même montant que sa contribution. Jusqu’en 2017, l’ESA s’est acquittée de ses charges avec les missions de l’ATV. Pour la période 2017-2020, l’ESA s’acquitte de son « loyer » auprès de la Nasa en finançant à hauteur de 450 millions d’euros le développement du module de service du futur véhicule d’exploration spatiale de la Nasa.

Dans le cadre du LOP-G, pas de loyer à payer : « l’ESA devient actionnaire de la structure en quelque sorte ». Concrètement, chaque partenaire apporte une contribution et sur la « base de cette contribution a droit en retour à des bénéfices qui peuvent être des vols et des séjours d’astronautes, des créneaux d’amarrages ou d’utilisation des installations par exemple ».

Après l’ISS, la Nasa envisage une station spatiale près de la Lune

Article de Rémy Decourt publié le 18/09/2017

Pour préparer l’exploration humaine de la Lune, de Mars, voire d’un astéroïde, les partenaires de la Station spatiale internationale (ISS) réfléchissent à envoyer un avant-poste à proximité de la Lune. Ce Deep Space Gateway serait davantage un véhicule qu’une station spatiale. Les explications avec Frank De Winne, ancien astronaute de l’Agence spatiale européenne (ESA) et directeur du Centre européen des astronautes.

Près de vingt ans après le lancement du premier module de la Station spatiale internationale (ISS), Zarya, en novembre 1998, l’Agence spatiale européenne (ESA) et les autres partenaires du programme réfléchissent à des projets pour succéder à cette station située à 400 kilomètres d’altitude et qui a si bien rapproché les communautés de scientifiques et d’ingénieurs de nombreux pays.

« Avec tous les partenaires, nous regardons comment, dans un futur proche, nous pourrons desservir l’orbite basse et au-delà », nous explique Frank De Winne, conseiller auprès du directeur des vols habités et des opérations à l’ESA et directeur du Centre européen des astronautes. L’idée qui prévaut aujourd’hui, c’est une « passerelle vers l’espace profond [Deep Space Gateway, en anglais] ».

Ce ne sera pas une station spatiale, mais plutôt un « véhicule qui aura la capacité de naviguer ». Cet avant-poste orbital permettra de « voir comment ce véhicule peut supporter des missions lunaires robotiques et habitées et nous aidera à développer un véhicule pour explorer Mars avec des humains ». Il sera installé à proximité de la Lune, sur une orbite qui n’est pas encore précisée.

Le Deep Space Gateway, un avant-poste de l’exploration spatiale

Cette passerelle vers l’espace profond n’est pas un programme officiellement approuvé. Pour l’instant, « il s’agit seulement d’études très préliminaires ». Les équipes de l’ESA travaillent autour d’une configuration minimale et très basique composée de trois modules avec un diamètre identique à celui de l’ISS (4,5 mètres) : on comptera « un module de vie, un de service et le module de propulsion qui sera électrique ». Ce futur véhicule sera doté d’au moins deux ports d’amarrage utilisant « un standard commun à toutes les agences spatiales partenaires du programme de l’ISS pour l’amarrage des véhicules spatiaux ». L’ESA pourrait proposer le port d’amarrage standardisé qu’elle développe actuellement avec la société belge QinetiQ Space NV. Ce standard (International Docking System Standard ou IDSS) devrait également être adopté par la Russie et le secteur privé, ce qui laisse penser qu’il deviendrait une norme internationale. Enfin, ce véhicule sera desservi par le vaisseau Orion, de la Nasa, « auquel l’ESA participe en fournissant le module de service » et qui pourra transporter quatre astronautes. La capacité d’hébergement du Deep Space Gateway sera également de quatre astronautes puisqu’il sera « dimensionné selon les capacités de transport du véhicule Orion ».

D’une masse totale de moins de 20 tonnes, à comparer avec les 400 tonnes de l’ISS, ce Deep Space Gateway pourrait être « assemblé en orbite en seulement quatre lancements ». La construction de cet avant-poste de l’exploration pourrait débuter dans « la première partie des années 2020 », ce qui nécessiterait que les ministres des États membres de l’ESA « autorisent [cette dernière] à participer à ce programme » lors de la session du conseil de l’ESA au niveau ministériel qui se réunira en 2019.

Ce programme sera international. Pour l’instant, l’ESA n’a pas encore décidé quel sera « son rôle […] mais différentes options sont à l’étude ». L’agence a montré son intérêt pour la « propulsion électrique, les systèmes de support de vie et les télécommunications ». Forte d’un héritage significatif, avec des programmes emblématiques du savoir-faire de l’industrie spatiale européenne (comme « le module Columbus, le Spacehab des navettes ou encore le véhicule automatique ATV »), l’ESA voudra « capitaliser sur ce qu’elle sait faire ».

L’avenir incertain de l’ISS

Quant à la Station spatiale internationale, sa « fin de vie est prévue en 2024, voire 2028 ». Les partenaires du programme n’ont évidemment pas l’intention de quitter l’orbite basse et tous « ont la volonté d’y maintenir une présence humaine ». Là aussi, plusieurs scénarios sont à l’étude, dont une « extension de la Station qui pourrait se faire dans le cadre d’un partenariat avec le secteur privé ».

Comme la Nasa, l’ESA est prête à accompagner la « commercialisation de l’orbite basse de façon à stimuler son secteur industriel spatial ». Elle n’exclut pas non plus d’utiliser des services privés pour le ravitaillement de ce Deep Space Gateway. « Nous serons ouverts aux meilleures options qui se présenteront à nous le moment venu. »

Après-ISS : une future station proche de la Lune ?

Article de Rémy Decourt publié le 16/09/2016

Que feront les agences spatiales partenaires de l’ISS quand la Station, en fin de service, sera précipitée dans l’atmosphère, vraisemblablement d’ici 2028 ? Toutes veulent poursuivre une collaboration du même genre, qui a si bien rapproché les communautés de scientifiques et d’ingénieurs de nombreux pays. L’une des hypothèses est celle d’une autre station, peut-être en orbite lunaire, qui servirait à des explorations lointaines et à des activités permanentes, services d’entretien des engins spatiaux ou séjours touristiques…

Depuis quelques années, les discussions s’intensifient sur les projets qui succéderont à la Station spatiale internationale. L’idée est moins de définir une feuille de route que d’étudier la meilleure façon d’utiliser les ressources financières des agences spatiales de ce programme historique quand il aura pris fin. Dix-huit ans après le lancement du premier module, Zarya, en novembre 1998, il est prévu de la désorbiter en 2024, voire 2028. Les partenaires du programme ont donné leur accord pour l’exploiter jusqu’en 2024, à l’exception de l’Agence spatiale européenne qui se prononcera en décembre, lors de la prochaine session de son Conseil ministériel.

La Station n’est peut-être pas une grande réussite scientifique mais, depuis 2012, elle offre une grande partie du potentiel pour lequel elle a été conçue. Cette réalisation internationale est avant tout un succès politique et technologique sans précédent. Initié pendant la guerre froide, ce projet a permis aux États-Unis de ravir aux Russes la première place dans le domaine de l’exploitation de l’orbite basse terrestre et de maintenir à flot des pans entiers de l’industrie spatiale russe. Techniquement, c’est également un exemple unique et réussi d’une coopération internationale qui a permis le rapprochement de méthodes de travail et de normes très différentes.

Depuis la Lune vers Mars

Malgré les tensions politiques entre la Russie et les autres nations, la coopération entre agences spatiales se porte bien. Récemment, la Nasa et Roscosmos se sont réunies pour discuter de l’avenir de ce programme et la suite à lui donner. Et les idées ne manquent pas. Dans le privé comme dans le public, on travaille sur cette nouvelle conquête de l’espace et chacun échafaude sa stratégie et ses scénarios de missions, comme Elon Musk qui promet une colonisation de Mars.

Parmi les hypothèses étudiées, l’un se détache du peloton : installer à proximité de la Lune une station spatiale qui pourrait servir de plateforme à l’exploration de notre satellite naturel mais aussi de tremplin pour des missions habitées à destination de Mars ou d’astéroïdes. Cette station s’apparenterait donc davantage à un poste avancé de l’exploration. Elle sera dotée de ports d’amarrage répondant à un même standard international, ce qui lui permettra d’accueillir les véhicules spatiaux de tous les pays. Elle servira à la maintenance des modules et véhicules orbitaux, l’assemblage et la réparation des véhicules qui s’en iront au-delà de la Lune. Un segment de cette station pourrait être réservé au secteur privé pour la commercialisation d’activités scientifiques, de recherche et de tourisme spatial.

L’ESA imagine un hub spatial

Absente de cette réunion, l’Agence spatiale européenne a également son idée sur ce sujet. Elle étudie l’intérêt d’une station spatiale habitable, de plus petites dimensions que l’ISS et située au point de Lagrange L2 du système Terre-Lune. Desservie par le véhicule habité Orion de la Nasa, auquel l’ESA participe en fournissant le module de service, elle ne serait pas occupée en permanence.

Cette station lointaine serait habitée par des astronautes pour des durées qui resteraient limitées dans un premier temps. Elle pourrait par exemple être utilisée pour télé-opérer des missions robotiques à la surface de la Lune. Cette halte pourrait également servir lors de transits de retours d’échantillons prélevés dans le Système solaire avant d’être descendus sur Terre. Elle serait aussi une sorte de « hub » pour les astronautes qui se rendraient sur la Lune.

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