Airbus Defence and Space

Vol en solo

L’ATV à la poursuite de l’ISS Gilles Debas, Directeur adjoint du Programme ATV chez Airbus Defence and Space, décrit le périple de l'ATV jusqu'à l'ISS

Haute de 50 mètres et spécialement adaptée à son passager aussi précieux qu’imposant, l’immense Ariane 5 ES prend son envol en direction nord-est, depuis son pas de tir du port spatial de Kourou, sur l’équateur amazonien. Le lanceur traverse l’océan Atlantique avant de survoler la France, le Luxembourg, l’Allemagne, la Pologne, puis l’Ukraine et la Russie.

ATV vu dans l'étage supérieur d'Ariane 5 ES construit par Airbus Defence and SpaceEnviron trois minutes après le décollage, la coiffe est larguée, suivie de l’étage principal cryotechnique (EPC). L’ATV reste asservi à l’étage supérieur (EPS), qui l’achemine jusqu’à une orbite circulaire à 260 kilomètres d’altitude, alignée avec le plan orbital de l’ISS, lui-même incliné à 51,6° par rapport à l’équateur. Une heure après le lancement, l’ATV se détache de l’étage supérieur du lanceur et poursuit son trajet en toute autonomie. Le véritable voyage commence.

Toujours en mode de pointage vers la Terre, l’ATV s’apprête à adopter sa configuration orbitale. Il doit dans un premier temps établir une liaison de communication avec le système américain de suivi et de relais de données TDRSS (Tracking & Data Relay Satellite System) en orbite géostationnaire. Ensuite, il déploie ses panneaux solaires et l’antenne de communication avec l’ISS, puis contrôle ses systèmes, à commencer par l’amorçage de son sous-système de propulsion. Gérant sa propre attitude, l’ATV maintient l’orientation de ses panneaux solaires en direction du Soleil afin de fournir la puissance électrique nécessaire aux équipements de bord, et son antenne pointée vers les satellites relais pour communiquer avec le sol, et vers la constellation GPS.

Se mettre au pas avec l'ISS

L’ATV entreprend alors une série de manœuvres de « phasage » destinées à aligner son orbite avec celle de l’ISS, alternant des mouvements de dérive orbitale naturelle et propulsés. Ces manœuvres doivent amener l’ATV à un point situé à environ cinq kilomètres en deçà de l’orbite de l'ISS et à 30 kilomètres derrière la station elle-même.

L’ATV est en phase d’approche d’un point situé sur l’orbite de l’ISS à une distance de 3,5 km derrière la station

A partir de ce point, une ligne de communication directe est établie entre l’ATV et l’ISS. Le vaisseau-cargo navigue en corrélant les données GPS fournies par ses propres récepteurs de bord et ceux de l’ISS. Il se dirige alors de manière autonome, sur autorisation du Centre de contrôle de Toulouse (ATV-CC) et sous la supervision des Centres de contrôle de mission de Moscou et Houston. En moins d’une révolution, l’ATV s’approche d’un point situé sur l’orbite de l’ISS, à une distance de 3,5 kilomètres derrière la station, puis 40 minutes plus tard, d’un autre point, à 249 mètres derrière l’ISS. C’est alors qu’il change d’attitude afin de pointer ses capteurs de rendez-vous optiques vers les rétro-réflecteurs laser installés sur la face arrière du module russe Zvezda, auquel il doit s’arrimer. A quelques centaines de mètres, une impulsion laser est envoyée aux rétro-réflecteurs de l’ISS, et le temps de transmission du faisceau est mesuré pour calculer la distance entre l’ATV et le point d’arrimage.

Approche et contact en douceur

Compte tenu de la masse de l’ATV, trois fois supérieure à celle des cargos russes Progress, le contact avec l’ISS doit être réalisé avec extrême précision et tout en douceur (à une vitesse relative inférieure à 7 cm/s).

L’approche finale se déroule donc en trois étapes : rapprochement de 249 mètres à 19 mètres de la station ; rapprochement à 11 mètres ; phase finale… et arrimage !

Phase d'arrimage de l'ATV à l'ISSDes pauses sont marquées à 19 mètres, où l’ATV contrôle son attitude relative par rapport au port d’arrimage de l’ISS, et à presque 11 mètres pour vérifier que l’équipage de l’ISS dispose d’une bonne visibilité pour surveiller la phase finale. Toutes ces manœuvres sont réalisées automatiquement par l’ATV sous la supervision conjointe de l’équipage de l’ISS, de l’ATV-CC et d’un système indépendant à bord de l’ATV, qui vérifie par ses propres moyens de mesure que le système principal (lui-même à tolérance de pannes) ne compromet pas la mission.

Dans le cas improbable d’une anomalie

Bien sûr, même l’inattendu est envisagé. Dans le cas d’une anomalie simple, le logiciel du système de gestion MVM (Mission & Vehicle Management) de l’ATV détecte et isole l’anomalie, puis reconfigure les systèmes pour poursuivre la mission. Dans le cas improbable d’anomalies plus importantes, le logiciel du MVM bascule en mode « Escape », qui ordonne à l’ATV d’accélérer de 5 m/s dans la direction opposée à l’ISS, de façon à s’éloigner de la station.

Si des anomalies extrêmes venaient à se produire, au-delà des capacités de gestion de panne du MVM, une ultime manœuvre d’urgence d’évitement de collision (CAM, « Collision Avoidance Manoeuvre ») peut également être déclenchée par l’ATV lui-même, par l’équipage de l’ISS ou par le Centre de contrôle de Toulouse, prévoyant un transfert de l’ATV sur une orbite inférieure, à distance de sécurité. La manœuvre d’évitement de collision utilise des capteurs et propulseurs dédiés, indépendants du système principal de guidage et de navigation.

 

L’ATV incarne véritablement le robot de l’espace le plus intelligent actuellement en service.

 

Haute de 50 mètres et spécialement adaptée à son passager aussi précieux qu’imposant, l’immense Ariane 5 ES prend son envol en direction nord-est, depuis son pas de tir du port spatial de Kourou, sur l’équateur amazonien. Le lanceur traverse l’océan Atlantique avant de survoler la France, le Luxembourg, l’Allemagne, la Pologne, puis l’Ukraine et la Russie.

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