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Plus qu’un cargo spatial, l’ATV est également un remorqueur spatial

Afin d’éviter la chute inexorable de la Station spatiale internationale …

Si le rôle bien connu de l’ATV (Automated Transfer Vehicle) est celui de cargo ravitailleur de la Station spatiale internationale, il en existe un autre, tout aussi important, celui de « remorqueur » spatial. Pendant que l’ATV est amarré à la Station, il repositionne régulièrement cette énorme structure sur la bonne orbite à l’aide de son système de propulsion.

La Station spatiale internationale (ISS) tourne autour de la Terre sur une orbite circulaire ou légèrement elliptique, à une altitude de 360 km environ. Mais l’altitude de la Station s’érode régulièrement par l'effet du frottement sur l'atmosphère. L’érosion de l’orbite est de l’ordre de 160 mètres par jour, soit environ cinq kilomètres par mois. Pour éviter cette « chute » inexorable de la Station, il est donc impératif, une fois par mois environ, d’effectuer une manœuvre de rehaussement dite « reboost » pour maintenir son altitude.

Cette opération consiste à produire un léger accroissement de vitesse de l’ISS par l’allumage de moteurs appropriés induisant ainsi une remontée de son altitude.

Il arrive parfois que des débris gravitant autour de la Terre croisent l’orbite de la Station, risquant ainsi de la percuter, de perforer les compartiments habités et de mettre en péril l’équipage vivant à bord. Cette capacité « reboost » permet ainsi de faire des manœuvres d’évitement de débris pour la sécurité de l’équipage.

Pour effectuer ces manœuvres de remontée d’orbite ou d’évitement de débris, l’ISS peut utiliser son propre système propulsif implanté sur le service-module russe Zvezda. Elle peut également avoir recours au système de propulsion d’un véhicule « passager » amarré à la Station comme le véhicule russe Progress ou, dorénavant, le véhicule européen ATV. Pour économiser les ergols de la Station, on privilégie l’utilisation des véhicules passagers. Pour cette raison, l’ATV a été conçu et dimensionné pour rester amarré pendant six mois à l’ISS et pour stocker jusqu’à quatre tonnes d’ergols utiles aux manœuvres de l’ISS.

Artist's view of ATV Johannes Kepler

Comment ça marche ?

La vitesse de l’ISS est de 7 690 m/s (27 700 km/heure) et son poids de 280 tonnes. Une variation de la vitesse de 1 m/s modifie le demi-grand axe de l’orbite de l’ordre de 1,75 km. Une modification du demi-grand axe de 5 km nécessite donc une variation de vitesse (incrément de vitesse ou Delta V) de l’ordre de 2,85 m/s. Compte tenu de la masse de l’ISS (280 tonnes environ), cette variation de vitesse consomme environ 260 kg d’ergols.

Une fois docké à la Station, l’ATV est placé nominalement en mode « dormant », son système propulsif étant éteint. Pour déclencher une manœuvre de reboost, sa propulsion est « réveillée » par le Centre de Contrôle de Toulouse qui a la charge de mettre en œuvre le véhicule et de surveiller son bon fonctionnement. L’ATV, en phase attachée, étant considéré comme un « kit » propulsif au service de l’ISS : sur consigne des calculateurs de la Station, il active ses moteurs pour exécuter la manœuvre de reboost. L’opération de remontée est effectuée par le même système propulsif que celui utilisé par l’ATV pour ses propres manœuvres. Cette « double » utilisation a été prise en compte, dès le début du projet de l’Agence Spatiale Européenne, dans la conception du système propulsif, tant en terme de motorisation qu'en terme de quantité d’ergols à embarquer.

Pousser 280 tonnes sur 4,7 kilomètres !

L’ATV « Jules Verne » a effectué sa première manœuvre de reboost le 25 avril 2008, trois semaines à peine après son arrimage à la Station.

Ce fut une grande première pour l’ATV qui a alors mis son système propulsif directement sous les commandes des calculateurs de l’ISS. Ceux-ci ont pris le contrôle de l’allumage de deux des quatre moteurs principaux de l’ATV, produisant une poussée totale de 1 000 N (newton). Cela équivaut, pour un humain, à soulever une masse de 100 kg. La durée du boost a été d’environ 13 minutes. Le Delta V a été réalisé avec une précision de 3 cm/s. En créant un supplément de vitesse de l’ordre de 2,67 m/sec, la manœuvre a permis de remonter l’orbite de l’ISS de 4,7 km.

7 kilomètres !

Le 19 juin 2008, et pour la seconde fois, l’ATV était utilisé dans sa fonction reboost pour rehausser l’orbite de la station. Cette manœuvre a permis de remonter l’ISS de près de 7 km.

Le 27 août 2008, l’ATV a permis à l’ISS de réaliser sa première manœuvre d’évitement d’un débris spatial. Dans la configuration actuelle de la station, seul l’ATV pouvait permettre une telle manœuvre, dite de « rétrogradation ».

A un total de 14 reprises le système propulsif de l’ATV « Jules Verne » a été sollicité par la station pour une manœuvre de reboost, ou une modification de l’attitude de la station.

En savoir plus :

- Voir le dossier spécial (articles, interview, vidéos …) sur l’ATV-2 « Johannes Kepler »

- Les forces vives : le sous-système propulsif de l’ATV

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