Airbus Defence and Space

Partition pour une « symphonie spatiale »

L’ATV, le système de communication par satellite, les centres de contrôle au sol, l’ISS et son équipage en parfaite harmonie

Lancement de l'ATV par Ariane 5 jusqu’à sa procédure de désorbitation © ESA

Peu de choses de prime abord, si ce n’est, peut-être, l’incroyable « partition ». De son lancement par Ariane 5 jusqu’à sa procédure de désorbitation, l’ATV enchaîne des phases de vol orbital libre, des phases de vol coordonnées avec la Station spatiale internationale (ISS) – rendez-vous, arrimage, désarrimage et départ –, mais aussi des phases intégrées à la Station pendant lesquelles il est exploité comme l’un de ses modules. En contrepoint, des informations et des ordres transitent par satellite entre lui, les stations de contrôle au sol, l’ISS et l’équipage.

Une orchestration de haut vol

L’ATV est le plus complexe des vaisseaux spatiaux jamais réalisé en Europe. Pour Airbus Defence and Space, maître d’œuvre du véhicule pour le compte de l’Agence spatiale européenne (ESA), l’enjeu n’était pas seulement limité à la conception et à l’intégration du véhicule. En collaboration avec ses nombreux partenaires, Airbus Defence and Space a également dû établir les modes de surveillance et de commande du véhicule depuis le sol par le Centre de Contrôle de l’ATV (ATV-CC), basé à Toulouse et géré par le CNES pour le compte de l’ESA, ainsi que par l’ISS et son équipage durant les mois au cours desquels l’ATV fera partie intégrante de la Station.

Les équipes du Centre de Contrôle toulousain prennent en charge l’ATV dès son injection en orbite par Ariane 5, soit environ 60 minutes après le lancement. Leur mission ne se terminera qu’avec la destruction du vaisseau-cargo, lors de sa rentrée atmosphérique, un peu plus de cinq mois plus tard. Entretemps, le Centre de Toulouse est chargé des opérations de stabilisation et de transfert d’orbite de l’ATV, de son approche de la Station, de son arrimage, de son maintien en condition opérationnelle lorsqu’il est arrimé à la station et commandé par elle pour son contrôle d’orbite ou le transfert d’ergols, puis, à la fin de la mission, du désamarrage et de la désorbitation du véhicule.

Durant toutes ces opérations, le Centre de Toulouse travaille constamment en étroite relation avec :

Le Centre de Contrôle de la NASA, à Houston, autorité suprême pour toutes les opérations relatives à l’ISS et qui contrôle aussi les satellites-relais TDRS utilisés par l’ATV  (© NASA). le Centre de Contrôle de la NASA, à Houston, autorité suprême pour toutes les opérations relatives à l’ISS et qui contrôle aussi les satellites-relais TDRS utilisés par l’ATV
Le Centre de Contrôle de Korolev près de Moscou, responsable de la partie russe de l’ISS, à laquelle est arrimé l’ATV (© NASA) le Centre de Contrôle de Korolev près de Moscou, responsable de la partie russe de l’ISS, à laquelle est arrimé l’ATV

L’équipage de la station, qui décharge le fret acheminé par l’ATV © ESA/NASA

l’équipage de la station, qui décharge le fret acheminé par l’ATV
View of the Columbus Control Center © DLR le Centre de Contrôle Columbus (COL-CC) d’Oberpfaffenofen, en Allemagne, qui pilote le réseau sol ESA, interconnecté avec celui de l’ISS
Le Centre de Contrôle de Redu en Belgique, qui pilote le satellite-relais Artemis (© ESA le Centre de Contrôle de Redu en Belgique, qui pilote le satellite-relais Artemis

Une fois arrimé à la Station, l’ATV est placé en « mode dormant », ce qui ne signifie pas que l’ATV est désactivé, mais plutôt qu’il est en mode automatique, ses systèmes étant tous actifs. Au cours de cette période, l’ATV-CC surveille en permanence le véhicule et adapte la configuration de ses panneaux solaires et sa puissance aux contraintes ou impératifs imposés par l’ISS. 

Le Centre de Contrôle de l’ATV (ATV-CC), basé à Toulouse © CNESSur demande de l’équipage, l’ATV est régulièrement sollicité, notamment pour accéder à la « cargaison sèche » dans son module pressurisé et pour décharger l’eau et le gaz destinés à réapprovisionner l’atmosphère interne de l’ISS. Cette activation par l’équipage reste limitée, mais est toujours coordonnée et surveillée depuis le sol, c’est-à-dire depuis le Centre de Toulouse pour les aspects relatifs à l’ATV, et ceux de Houston et Moscou, pour tout ce qui a trait à l’ISS et à l’équipage à bord. Les opérateurs de l’ATV-CC doivent donc « réveiller » l’ATV, contrôler son état, activer les servitudes nécessaires et transmettre à la Station l’autorisation d’engager les opérations. De même, l’ATV effectue des manœuvres destinées à « rehausser » l’orbite ou à ajuster l’attitude de l’ISS. Dans ce cas, après avoir activé les systèmes propulsifs, les équipes de l’ATV-CC passent la main à la Station, qui utilise le véhicule comme son propre module propulsif. Durant toute la phase arrimée, l’équipage de la Station transfère l’eau et l’oxygène contenus dans l’ATV, et y entrepose progressivement les déchets du complexe orbital. L’une des dernières fonctions de l’ATV concerne le ravitaillement en ergols de l’ISS, une opération classique combinée qui implique l’ATV-CC, les systèmes propulsifs de l’ISS et le Centre de Moscou, et intervient généralement au terme du séjour de l’ATV arrimé à la Station, juste avant son désarrimage et son retour.

De son lancement par Ariane 5 jusqu’à sa procédure de désorbitation, l’ATV enchaîne des phases de vol orbital libre, des phases de vol coordonnées avec la Station spatiale internationale (ISS) – rendez-vous, arrimage, désarrimage et départ –, mais aussi des phases intégrées à la Station pendant lesquelles il est exploité comme l’un de ses modules. © ESAPuis viendra l’heure du départ. Cette fois, le Centre de Contrôle réveille complètement l’ATV : l’ensemble de ses servitudes, mais surtout toute son « intelligence propre » seront à nouveau réactivées pour assurer sa séparation en douceur de la Station. Il fonctionnera à nouveau en mode orbital autonome pour s’éloigner de l’ISS, puis, sur commande du Centre de Contrôle, il prendra le chemin de sa rentrée dans l’atmosphère et de sa désintégration.

Tous ces échanges d’informations en temps réel, tout au long de la mission, impliquent le transfert immédiat de télémétrie et un réseau de communications performant, qui repose sur les satellites américains TDRS, le satellite européen Artemis et sur une liaison de communication hertzienne directe entre l’ATV et la Station (« proximity link »). Chose surprenante pour une mission d’une telle complexité, la « partition » se limite vraiment à l’essentiel : en tant que véhicule spatial totalement autonome, l’ATV doit être capable de voler uniquement avec un débit de données limité, en liaison montante et descendante avec le sol. C’est là que réside toute la beauté de ce poème symphonique : il est composé de peu de notes, mais toutes parfaitement harmonisées.

Les équipes du Centre de Contrôle toulousain prennent en charge l’ATV dès son injection en orbite par Ariane 5, soit une centaine de minutes après le lancement. Leur mission ne se terminera qu’avec la destruction © CNES

Les équipes du Centre de Contrôle toulousain prennent en charge l’ATV dès son injection en orbite par Ariane 5, soit une centaine de minutes après le lancement. Leur mission ne se terminera qu’avec la destruction © CNES

De nombreux acteurs en étroite harmonie

Nous pouvons donc voir que, parallèlement à la conception et à la qualification du véhicule, c’est cette partition finement écrite, qui englobe l’ATV, les système de communication par satellite, les Centres de Contrôle de l’ATV et de l’ISS, la station orbitale et son équipage, ainsi que l’ensemble de la mission, composée d’une multitude d’événements précis, mais aussi de pannes ou d’aléas, qu’Airbus Defence and Space a dû définir et simuler dans ses moindres détails pour le compte des opérateurs au sol et de l’équipage.

En collaboration avec l’ESA et tous les partenaires du programme, qu’ils soient russes, américains ou européens, Airbus Defence and Space a dû définir le mode d’exploitation de l’ATV, comment le surveiller et réagir à tous les cas de figure. L’entreprise a dû également définir le partage des tâches entre l’ATV, les différents Centres de Contrôle et l’équipage de l’ISS pour chaque phase de mission. Tout ceci sur fond d’expériences et de cultures différentes, et donc de méthodes.

L’ATV a été conçu pour s’intégrer dans un vaste système aux multiples composantes, qu’elles proviennent de l’ESA (segments vol et sol de l’ATV, Ariane 5, Artemis), de la NASA ou de RSC-Energia (segments vol et sol de l’ISS, équipage de l’ISS, TDRS). Les équipes d’Airbus Defence and Space ont donc dû non seulement définir le partage des rôles, mais aussi fournir les plans opérationnels des Centres de Contrôle de l’ATV (Toulouse), de l’ISS (Houston et Moscou) et de l’équipage de la Station, tout au long de la mission. Cette « référence opérationnelle » (ATV System Operations Reference) représente une « composition » couvrant chaque phase de la mission.

S’agissant de l’ATV lui-même, les équipes d’Airbus Defence and Space ont décrit en détail l’ensemble des procédures et instructions opérationnelles qui permettront à chaque opérateur du Centre de Contrôle toulousain de savoir exactement ce qu’il doit surveiller et comment il doit commander le véhicule au cours de sa mission. Ces instructions constituent le Manuel d’exploitation, véritable encyclopédie électronique de plusieurs giga-octets, dont le cœur est constitué de 19 volumes principaux dédiés aux sous-systèmes (comme le système propulsif) et de neuf volumes dédiés à la mise en œuvre générale du véhicule (comme la gestion de l’énergie et de la puissance à bord).

L’une des dernières fonctions de l’ATV concerne le ravitaillement en ergols de l’ISS, une opération classique combinée qui implique l’ATV-CC, les systèmes propulsifs de l’ISS et le Centre de Moscou, et intervient généralement au terme du séjour de l’ATV arrimé à la Station, juste avant son désarrimage et son retour. © Airbus Defence and Space

L’une des dernières fonctions de l’ATV concerne le ravitaillement en ergols de l’ISS, une opération classique combinée qui implique l’ATV-CC, les systèmes propulsifs de l’ISS et le Centre de Moscou, et intervient généralement au terme du séjour de l’ATV arrimé à la Station, juste avant son désarrimage et son retour. © Airbus Defence and Space

Par ailleurs, les équipes ont également transcrit et fourni toutes ces instructions, relatives à la transmission des ordres de commandes du Centre à l’ATV, sous forme de procédures électroniques informatisées directement exploitables par les opérateurs du Centre. Plus de 1 000 procédures et une centaine de plans séquentiels de commande ont ainsi été transmis. Enfin, Airbus Defence and Space a produit 1 300 micro-logiciels de calcul et 1 400 signaux d’alarme destinés à la surveillance du véhicule par les opérateurs de l’ATV-CC, ainsi que des dizaines de milliers de données sur les caractéristiques de l’ATV (nécessaires à l’exploitation du véhicule, notamment les milliers de points de contrôle thermiques à bord de l’ATV). Un travail de Titan régulièrement actualisé et progressivement fourni au Centre de Contrôle toulousain depuis 2002.

Musique, maestro !

La grande « partition », maintes fois répétée, se joue de nouveau avec la mission de l’ATV-3 ‘Edoardo Amaldi’. Pendant toute la mission, les experts d’Airbus Defence and Space resteront en première ligne, prêts à assister les opérateurs du Centre de Contrôle de Toulouse, avec l’aide de la base arrière combinée, installée à Brême, dans le nord de l’Allemagne, et aux Mureaux, près de Paris, qui pourra s’appuyer, si nécessaire, sur l’expertise et les moyens de l’équipe industrielle de l’ATV. A leur façon, toutes ces personnes seront les instruments de l’une des symphonies spatiales les plus fantastiques de tous les temps.

Artemis relay satellite Control Centre in Belgium (© ESA

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