Station Spatiale - Partie 1
Station spatiale internationale
| Station spatiale internationale | |
|---|---|
 | |
| Assemblage | 1998-2012 |
| Organisation | NASA, Roscosmos, JAXA, ESA, ... |
| Masse | ~400 tonnes |
| Volume pressurisé | ~900 m 3 |
| Équipage permanent | 6 |
| Orbite | orbite basse |
| Altitude | entre 330 et 410 km |
| Inclinaison | 51,63° |
La Station spatiale internationale (en anglais International Space Station ou ISS) est un habitat placé en orbite terrestre basse, occupé en permanence par un équipage international qui se consacre à la recherche scientifique dans l'environnement spatial. Ce programme fut lancé et piloté par la NASA, et développé conjointement avec l'agence spatiale fédérale russe (FKA), avec la participation des agences spatiales européenne, japonaise et canadienne. Sa construction, entamée en 1998, doit s'achever en 2012. Elle devrait être opérationnelle au moins jusqu’en 2020, et potentiellement jusqu’en 2028. La station spatiale est occupée en permanence depuis 2000. La fin de l'assemblage des composants développés sous la supervision de la NASA s'accompagne du retrait de la navette spatiale américaine maintenu en vol uniquement à cette fin.
La station spatiale internationale est, en 2011, le plus grand des objets artificiels placés en orbite terrestre. Elle s'étend sur 110 m de largeur, 74 m de longueur et 30 m de hauteur et a une masse d'environ 400 tonnes. La station comporte une quinzaine de modules pressurisés, dont quatre dédiés aux expériences scientifiques, représentant un volume d'espace pressurisé d'environ 900 m³ dont 400 m³ habitable. Les panneaux solaires, d'une superficie de 2 500 m2, fournissent 110 kW d'électricité. La station spatiale se déplace en orbite autour de la Terre à une altitude d'environ 350 kilomètres et à une vitesse de 27 700 km/h (7,7 km/s), en faisant le tour de la planète 15 fois par jour. Depuis novembre 2009, la station a un équipage permanent de 6 personnes : chaque astronaute, au cours de son séjour d'une durée de 3 à 6 mois, partage son temps de travail entre les opérations d'assemblage, de maintenance, et les tâches scientifiques.
Plusieurs vaisseaux spatiaux se sont relayés pour placer en orbite les composants de la station, réaliser le transfert des équipages, assurer le ravitaillement et rehausser l'orbite régulièrement dégradée par la traînée atmosphérique. Les cargos Progress russes, ATV européens, le HTV japonais assurent le ravitaillement tandis que le vaisseau russe Soyouz prend en charge la relève des équipages. La navette spatiale américaine joue un rôle majeur par sa capacité d'emport et son retrait en 2011 pour des raisons d'obsolescence et de sécurité, crée des contraintes logistiques mal résolues en 2011, en l'absence de vaisseaux capables de la remplacer complètement.
Le projet de la station spatiale est lancé en 1983 par le président américain Ronald Reagan mais un coût toujours croissant et un contexte politique peu favorable aux grands programmes spatiaux civils retardent sa mise en œuvre jusqu'en 1998. En 1993, la Russie est invitée, pour des raisons géopolitiques, à devenir un acteur majeur du programme. L'assemblage en orbite débute en 1998 mais l'accident de la navette Columbia, en 2003, retarde sensiblement son avancement. Les ambitions du programme sont à plusieurs reprises revues à la baisse, faute de disposer de budgets suffisants, tant du côté russe que du côté américain : plusieurs modules, dont certains consacrés à la recherche, sont supprimés. Les travaux scientifiques réalisés dans la station portent principalement sur la biologie, en particulier l'adaptation de l'homme à l'absence de gravité, la science des matériaux et l'astronomie.
La station a de nombreux détracteurs, qui lui reprochent son coût, estimé à près de 115 milliards de dollars, que ne justifient pas, selon ceux-ci, les résultats scientifiques obtenus ou potentiels. Les partisans de la station spatiale mettent en avant l'expérience acquise dans le domaine des séjours longs en orbite et l'importance symbolique d'une présence permanente de l'homme dans l'espace. La station spatiale doit être utilisée au moins jusqu'en 2020 à la suite des orientations retenues pour le programme spatial par le président Obama qui ont par ailleurs mis fin au programme Constellation qui devait permettre à l'homme de revenir sur la Lune.
Historique[modifier]
La station spatiale Skylab (1973-1979)[modifier]
La NASA amorce les premières réflexions sur un projet de station spatiale placée en orbite terrestre au début des années 1960. À cette époque elle prévoit la présence permanente d'un équipage de dix à vingt astronautes. Les utilisations envisagées sont multiples : laboratoire scientifique, observatoire astronomique, assemblage d'engins spatiaux, dépôts de pièces détachées et de matériel, station de ravitaillement en carburant, nœud et relais de transport.
De 1963 à 1966 le projet de station spatiale commence à se préciser : celle-ci doit utiliser le matériel développé pour le Programme Apollo. La NASA considère qu'une station spatiale occupée de manière permanente est la suite logique du programme Apollo au même titre que la navette spatiale et les missions habitées vers Mars. Mais la décrue des moyens financiers alloués à la NASA ne permet pas de financer ces trois projets. Le président américain Richard Nixon choisit de privilégier le développement de la navette spatiale[1]. Néanmoins, le 14 mai 1973, une station spatiale aux objectifs limités, Skylab, est lancée par une fusée Saturn INT-21, une Saturn V dont seuls les deux premiers étages sont actifs, le troisième constituant le corps de la station. La station n'est occupée que 6 mois. Le retard pris par le programme de la navette spatiale américaine, qui aurait pu permettre sa maintenance et la relève des équipages, ne permet pas de rehausser à temps l'orbite de la station : en 1979 la station inoccupée depuis plusieurs années, parvenue à une altitude trop basse, entame sa rentrée dans l'atmosphère terrestre et est détruite.
Naissance du projet (1985)[modifier]
Au début des années 1970, l'URSS prend de l'avance dans le domaine des stations spatiales avec le programme Saliout (1971-1991) aux objectifs tout à la fois civil et militaire qui sera suivi par le développement de la station Mir (1986-2001) plus ambitieuse. Dans le contexte de compétition spatiale et de guerre froide caractérisant les relations entre les États-Unis et l'URSS de l'époque[2], le Président Ronald Reagan demande en avril 1983 à la NASA de lancer un projet de station spatiale dédiée à la recherche scientifique et occupée en permanence, puis annonce le 25 janvier 1984, au cours de son discours annuel sur l'état de l'Union, la volonté des États-Unis d'entreprendre sa construction en coopération avec d'autres pays[3]. Le coût du projet est alors estimé à huit milliards de dollars.
La NASA identifie à l'époque 8 fonctions pouvant être remplies par la station spatiale[4] :
- laboratoire spatial,
- observatoire permanent de la Terre et de l'espace,
- nœud de transport assurant le stationnement de charges utiles et de vaisseaux de transport et le lancement de ceux-ci vers leur destination finale,
- station service prenant en charge le ravitaillement en carburant et de maintenance d'engins spatiaux,
- chantier d'assemblage de structures de grande taille,
- usine permettant grâce à la présence de l'homme de développer l'utilisation commerciale de l'espace,
- lieu de stockage de charges utiles et de pièces de rechange,
- base de départ pour des missions lointaines.
Le 31 janvier 1985, l'Agence spatiale européenne (ESA) accepte de s'associer au projet, suivie par l'agence spatiale canadienne le 16 avril et le agence spatiale japonaise le 9 mai de la même année.
Blocages budgétaires (1986-1997)[modifier]
Le 28 janvier 1986, la navette spatiale Challenger explose en vol. Tous les projets de vols habités de la NASA, dont celui de la station spatiale, sont gelés. En 1987, plusieurs études successives, menées par la NASA et le Conseil de la recherche américain, portent l'estimation du coût de la station à 13 milliards de dollars puis à 24,5 milliards de dollars. Le 16 juillet 1988, le Président Ronald Reagan baptise la station Freedom (« Liberté »). Au cours des années suivantes les études se suivent pour tenter de franchir l'opposition d'un Congrès peu convaincu par le projet, mais la station n'obtient pas le feu vert des décideurs. En 1993, 11,4 milliards de $ avaient été dépensés en études et pas le moindre composant n'avait été produit[5]. Le Président Bill Clinton, qui vient d'être élu dans un contexte budgétaire national difficile, demande à la NASA, en février, de revoir à nouveau sa copie. La nouvelle épure, baptisée Alpha, abandonne un grand nombre de fonctionnalités (régénération de l'environnement, modules servant de liaison, poutre raccourcie, sas simplifié) sans parvenir à respecter le budget butoir fixé par le président[6].
La Russie entre dans le programme (1993)[modifier]
Au début des années 1990, l'éclatement de l'URSS, puis l'effondrement économique de la Russie modifient le contexte qui avait vu naitre le projet Freedom. Les dirigeants américains craignent alors que les compétences des techniciens très qualifiés mais désormais désœuvrés de l'industrie spatiale des pays de la CEI (le budget spatial russe 1993 est égal à 10% de celui de 1989) contribuent à la prolifération de missiles balistiques nucléaires dans des pays hostiles. Clinton veut faire de la coopération dans le domaine spatial le symbole de la nouvelle relation qui s'est établi entre les États-Unis et une Russie pacifiée. En quelques mois un accord est mis au point : fin 1993 la Russie devient un acteur majeur du programme. L'agence spatiale russe va fournir quatre modules pressurisés tandis que ses vaisseaux participeront au ravitaillement et à la relève des équipages. La nouvelle mouture de la station spatiale comporte deux sous-ensembles : la partie américaine héritée du projet Freedom et la partie russe basée sur Mir-2 successeur prévu de Mir[7].
Un accord de coopération spatial entre les États-Unis et la Russie avait été signé fin 1992 par les présidents George Bush et Boris Eltsine : des astronautes américains pourraient effectuer des séjours de longue durée dans la station Mir. La NASA, qui met en application l'accord comme une répétition des vols vers la future station spatiale, règle 400 millions de dollars de coût de séjour à l'agence spatiale russe. Plusieurs missions se succèdent entre 1995 et 1998 au cours desquelles onze astronautes américains passent 975 jours à bord de la station Mir vieillissante. À neuf reprises, les navettes spatiales américaines ravitaillent la station Mir et assurent la relève des équipages. Le 13 juin 1995 le coût d'exploitation de la station Alpha est réévalué à 93,9 milliards de dollars, dont 50,5 milliards de dollars pour les vols de navettes[8].
Lancement de la construction (1998)[modifier]
Finalement en 1998 la construction de la station est décidée au cours d'une réunion qui se tient à Washington. Désormais seize nations y participent : les États-Unis, onze États européens, le Canada, le Japon, le Brésil, la Russie.
Pour permettre l'intégration de la Russie dans le programme, la NASA décide que la station sera placée sur une orbite d'inclinaison 51,6 ° permettant aux vaisseaux Soyouz et Progress, aux capacités de manœuvre limitées, de desservir la station spatiale sans changer de plan d'orbite. Les navettes spatiales qui partent du centre spatial Kennedy (inclinaison 28,5 °) doivent par contre changer de plan d'orbite ce qui réduit leur capacité d'emport de 6 tonnes[9],[10]. L'inclinaison élevée présente un avantage pour les travaux relevant de l'observation de la Terre : la superficie de la Terre survolée est augmentée de 75% par rapport à l'inclinaison optimale pour les navettes[11] et couvre 95% des zones habitées. La Russie considérant Mir comme la première vraie station spatiale, la dénomination Alpha est progressivement abandonnée fin 2001 pour celui plus consensuel pour les 16 pays participant d'International Space Station (ISS - ou en français « Station spatiale internationale »)[12].
L'assemblage de la station (1998-2012)[modifier]
L'assemblage en orbite de la station spatiale internationale est un processus long car le lancement des 400 tonnes de la station va nécessiter une quarantaine de vols de la navette spatiale américaine et quelques vols des lanceurs russes qui seront interrompus longuement à deux reprises à la suite de défaillances techniques. En novembre 1998 le lancement du module russe Zarya par une fusée Proton inaugure l'assemblage de la station[13]. Le mois suivant, la navette spatiale américaine lance à son tour le module Unity de la NASA. Mais, quelques mois plus tard, un échec de la fusée Proton, chargé de lancer le module russe Zvezda, gèle les opérations durant un an et demi. Ce module, qui permet l'hébergement du premier équipage permanent, l'expédition 1, est finalement lancé en juillet 2000. La station sera désormais occupée de manière ininterrompue par un équipage mixte américano-russe de trois personnes avec ponctuellement des membres des autres pays participants. Russes et américains prennent le commandement à tour de rôle. L'accident de la navette spatiale Columbia en 2003 cloue les navettes au sol et interrompt de nouveau l'assemblage de la station de février 2003 à juillet 2005. Durant cette période, la station spatiale, qui ne reçoit plus assez de ravitaillement, est placée en mode « survie » avec un équipage ramené à 2 personnes, une orbite dégradée et une maintenance différée. Les vols de la navette reprennent en juillet 2005 (mission STS-114) mais en octobre 2005 la NASA annonce qu'elle compte retirer du service la navette spatiale en 2011. La NASA doit achever le montage de la station avec les dix-huit vols disponibles. Cette décision soulève un redoutable problème logistique pour le futur car les moyens de transport restants ne suffiront pas à transporter le tonnage de fret nécessaire. La NASA lance en 2006 le programme COTS qui confie à des entrepreneurs privés le soin d'assurer le ravitaillement manquant. En juillet 2006 l'équipage permanent repasse à 3 personnes avec l'arrivée de Thomas Reiter premier astronaute européen. L'installation des nouveaux modules et d'équipements comme le système de support de vie américain permet à l'équipage permanent de passer à 6 personnes en juillet 2009 avec l'expédition 20.
| Date prévue | Vaisseau | Élément |
|---|---|---|
| mai 2012 | Proton | Nauka (MPM) Bras Télémanipulateur Européen |
Au cours des années 2000, les problèmes budgétaires vont entraîner l'abandon de composants importants. La Russie, mal relevée de la crise économique, renonce à un vrai laboratoire spatial (2007) alors que la conception initiale en prévoyait trois [15], puis deux de ces modules[16], qui devaient être amarrés au Module d'amarrage universel (UDM) qui lui-même ne sera pas lancé[17]. Elle abandonne également la réalisation d'un module de production d'électricité (le Science Power Platform (SPP)) qui aurait permis de rendre la partie russe autonome sur le plan énergétique. Du côté de la NASA, c'est l'explosion des budgets prévisionnels qui entraîne des arbitrages sévères : le CRV, un véhicule permettant d'évacuer l'équipage en cas de sinistre, trop coûteux (3 milliards de $), est abandonné en 2002. Il sera remplacé par des vaisseaux Soyouz amarrés en permanence à la station[18]. La construction du module d'habitation, qui devait fournir un espace dédié à l'équipage, comportant douche, salle de repas et de détente ainsi que compartiments individuels, est arrêté alors que la coque pressurisée était achevée (2006) ; un module scientifique construit par le Japon qui devait héberger une centrifugeuse de 2,5 mètres de diamètre, nommé Centrifuge Accommodations Module, équipement jugé pourtant essentiel par la communauté scientifique, est annulé en 2005[19]. Les États-Unis renoncent également au développement du Module de propulsion qui devait permettre de rehausser périodiquement l'orbite de la station.
En juillet 2011 la station spatiale comporte 13 modules pressurisés et l'assemblage des composants non pressurisés est pratiquement achevé : la dernière livraison doit être effectuée par un lanceur russe Proton qui doit délivrer en 2012 le module pressurisé Nauka et le Bras télémanipulateur européen[14].
Objectifs[modifier]
Selon la NASA la station spatiale internationale est conçue d'abord comme un laboratoire de recherche dédié à l'étude de son environnement atypique caractérisé par l'absence de pesanteur, le bombardement par des rayonnements absents au sol car interceptés par l'atmosphère, et sa position qui en fait un poste d'observation privilégié de la Terre mais également de l'espace. Par rapport à la navette spatiale américaine, elle présente l'avantage de constituer une plateforme stationnée pour de longues durées [20],[21]. Contrairement aux satellites porteurs d'expériences scientifiques, la présence d'un équipage permanent offre l'avantage de permettre d'effectuer, à la demande, de nombreuses manipulations sur les expériences : surveillance, ajout d'intrants, réparations ou remplacements de composants. Les scientifiques au sol ont, grâce à l'équipage, la possibilité d'accéder facilement aux résultats de leurs expériences, d'en modifier les paramètres ou d'en lancer de nouvelles[21].
Par ailleurs la station spatiale, par sa position en orbite terrestre basse, fournit un endroit relativement sûr pour mettre au point les systèmes spatiaux qui seront nécessaires pour les missions de longue durée vers la Lune ou sur Mars. Elle permet d'acquérir de l'expérience dans le domaine de la maintenance, de la réparation et du remplacement de systèmes en orbite : toutes ces techniques sont vitales pour la mise en œuvre de vaisseaux qui devront s'éloigner de la Terre et s'affranchir de toute possibilité de dépannage depuis la Terre. Ce type de recherche permet à terme de réduire les risques courus par ces missions et d'optimiser la capacité des vaisseaux interplanétaires[22].
Le rôle de l'équipage porte également sur l'éducation et la coopération internationale. L'équipage de la station spatiale permet à des étudiants sur Terre de participer, y compris par le biais d'expériences développées par eux, à des travaux pratiques. Le programme de la station spatiale lui-même et la coopération internationale qu'il suscite, permet à 13 nations d'apprendre à vivre et travailler ensemble dans l'espace, préparant le terrain pour de futures missions internationales[23],[24].
Recherche scientifique[modifier]
La station spatiale fournit une plateforme pour réaliser des expériences qui nécessitent qu'une des conditions inhabituelles rencontrées dans l'espace soit présente. Les domaines de recherche principaux comprennent la biologie, la physique, l'astronomie et la météorologie[25],[26]. Selon les directives adressées par le Congrès à la NASA en 2005, le laboratoire américain Destiny est officiellement considéré comme un laboratoire public national dans le but d'accroitre son utilisation par l'ensemble des agences fédérales et du secteur privé[27].
La recherche effectuée à bord de la station spatiale accroit la compréhension des effets du séjour dans l'espace sur le corps humain. Les thèmes de recherche actuels portent sur l'atrophie musculaire, l'ostéoporose et la redistribution des liquides biologiques (sang,...) qui constituent certains des problèmes les plus handicapants pour le séjours longs de l'homme dans l'espace. Les données recueillies doivent permettre de déterminer si l'homme peut effectuer des vols de longue durée et à terme coloniser l'espace. Les résultats concernant la perte osseuse et l'atrophie musculaire suggèrent que les astronautes risquent d'être victimes de fractures au moment de l'atterrissage sur une planète après un séjour prolongé dans l'espace[28]
Des études médicales à grande échelle sont menées à bord de la station spatiale par l'Institut de recherche de médecine spatiale américain. Parmi les travaux notables figure l'étude sur un système de diagnostic par ultrasons en microgravité dans le cadre duquel plusieurs astronautes (dont les commandants Leroy Chiao et Gennady Padalka) se sont soumis à des examens par ultrasons en étant guidés par des spécialistes. Le thème de l'étude porte sur les techniques de diagnostic et le traitement des problèmes médicaux dans l'espace. Il n'y a généralement pas de médecins dans la station spatiale et la réalisation de diagnostics peut par conséquent être difficile. Les techniques testées dans le cadre de cette étude ont été mises en œuvre par la suite pour diagnostiquer des accidents du travail ou dans le domaine des sports olympiques ; elles ont également été mises en œuvre par des opérateurs sans expérience sur des populations comme celles des étudiants. Il est prévu que ces techniques de diagnostic à distance par ultrasons aient des applications sur Terre dans les situations d'urgence et dans les milieux ruraux où l'accès à un médecin expérimenté est difficile[29],[30],[31].
Des chercheurs étudient les effets de l'absence de gravité sur l'évolution, le développement, la croissance et les processus internes des plantes et des animaux. À partir de certaines des données collectées, la NASA souhaite analyser les effets de la micro-gravité sur la croissance tridimensionnelle des tissus similaires à ceux de l'homme et sur les cristaux de protéines qui se forment dans l'espace[25].
La physique des fluides en microgravité est également étudiée, afin de permettre aux chercheurs de mieux modéliser leur comportement. Étant donné que dans cet environnement tous les fluides peuvent être mélangés, les physiciens tentent de combiner des fluides qui se mélangent mal sur Terre. De plus, en examinant les réactions chimiques qui sont ralenties par la faible gravité et les températures, les scientifiques espèrent effectuer de nouvelles percées dans le domaine de la supraconductivité[25].
La science des matériaux est un secteur important de la recherche effectuée dans la station spatiale : ses objectifs sont d'améliorer les techniques de fabrication utilisées sur Terre[32].
Parmi les autres centres d'intérêt figure l'incidence de la microgravité sur la combustion : efficacité de la combustion et contrôle des émissions et des polluants. Les découvertes dans ce domaine pourraient permettre d'améliorer notre compréhension des mécanismes mis en œuvre pour la production d'énergie et bénéficier en retour à l'économie et à l'environnement. On envisage également d'utiliser la station spatiale pour étudier les aérosols, l'ozone, la vapeur d'eau et les oxydants présents dans l'atmosphère terrestre[25]. En mai 2011 une expérience de physique fondamentale, le spectromètre magnétique Alpha, est installée sur la poutre de la station : cet instrument pourrait apporter des informations précieuses sur la présence ou la nature de l'antimatière et de la matière noire en analysant les rayons cosmiques qui ne peuvent être observés depuis le sol à cause du filtrage de l'atmosphère terrestre.
Anatomie de la station spatiale[modifier]
Lorsqu'elle sera achevée, la station spatiale internationale mesurera 108 mètres de longueur sur 74 mètres de large, pour une masse approchant les 400 tonnes. Avec un volume pressurisé d'environ de 900 m³ dont près de 400 m³ habitable[33],[34],[N 1] elle peut accueillir six astronautes en permanence, qui se succèderont et se relaieront selon les exigences des missions.
La station spatiale est composée d'une part des modules pressurisés dans lesquels les astronautes vivent (laboratoires, modules d'amarrage, modules d'interconnexions, sas, modules polyvalents), d'autre part d'éléments non pressurisés qui assurent différentes fonctions comme la fourniture d'énergie, la régulation thermique, la maintenance (bras robotiques) et le stockage d'expériences scientifiques et de pièces détachées.
L'évolution du concept[modifier]
L'architecture et l'aménagement intérieur de la partie américaine de la station spatiale sont l'aboutissement de longues études démarrées au début des années 1970 qui ont abouti au cours des années 1980.
L'expérience de la station Skylab[modifier]
La station Skylab (1973-1974) avait été réalisée en aménageant le troisième étage d'une fusée Saturn V, haut de 39 mètres et de 7 mètres de diamètre, qui avait été divisé dans le sens de la longueur en deux étages, fournissant ainsi un volume intérieur de 480 m3. Bien que la station n'ait été habitée que brièvement (6 mois en temps cumulé), ses occupants font des observations intéressantes qui seront prises en compte dans la conception de la future station à laquelle certains d'entre eux vont d'ailleurs participer. La NASA étudie au début des années 1970, sans avoir de vrai financement, une station susceptible de succéder à Skylab. Après l'arrêt de la fabrication de la fusée Saturn et le lancement du projet de navette spatiale, le concept de station monolithique (un cylindre unique), à la manière de Skylab, est abandonné au profit d'un ensemble de modules dont le diamètre est compatible avec la taille de la soute de la navette (moins de 5 mètres). Le regroupement des modules autour d'un module central servant de nœud est écarté car trop risqué. La NASA identifie à cette époque la nécessité de disposer d'un vaisseau permettant d'évacuer à tout moment la station[35].
La configuration Tour à énergie[modifier]
En 1982-1983 un groupe de travail de la NASA chargé de réfléchir au développement d'une station spatiale, le Concept Development Group (CDG), met au point le concept de « Tour à énergie » (Power tower) : une poutre verticale de près de 100 mètres de haut supporte à son sommet une poutre perpendiculaire de 75 mètres de long sur laquelle sont répartis les panneaux solaires. Tous les autres composants sont attachés à l'extrémité inférieure de la poutre et l'ensemble est stabilisé par gradient de gravité[N 2] ce qui permet de réduire le besoin de carburant pour contrôler l'orientation de la station. La partie pressurisée, est constituée de quatre modules - deux laboratoires, un habitat et un module de commandement - partageant la même architecture : un cylindre doté d'un port d'amarrage à chaque extrémité et de 4 autres ports à sa périphérie permettant de multiples arrangements. Pour l'aménagement intérieur, deux configurations sont étudiées : un cloisonnement du cylindre en tranches à la manière de Skylab et un aménagement longitudinal avec un plancher parallèle à la paroi du cylindre. Le cloisonnement vertical génère des espaces confinés et peut créer des problèmes de désorientation mais utilise mieux l'espace et fournit un bon accès au système de support de vie[36].
La configuration Catamaran[modifier]
En 1985 la NASA entame, avec la participation de plusieurs industriels, la phase B de son étude destinée à détailler les concepts déjà définis. Une étude plus fine des besoins scientifiques - microgravité, observatoires céleste et terrestre - aboutit à la disqualification du concept de « Tour à énergie » mal adapté. Une nouvelle architecture dite Catamaran (Dual Keel) est mise au point : deux poutres verticales parallèles supportent à leurs extrémités les télescopes spatiaux. Elles sont jointes en leur centre par une longue poutre horizontale qui supporte en son milieu les modules pressurisés et à ses extrémités les panneaux solaires[37].
Aménagement intérieur[modifier]
Parallèlement un groupe créé en 1983 au centre spatial Johnson se penche plus particulièrement sur l'aménagement intérieur. Il s'agit à la fois de favoriser la productivité de l'équipage par une optimisation de l'ergonomie et de permettre la mise à niveau de la station et sa maintenance tout au long de sa durée de vie estimée à l'époque à 30 ans. Pour parvenir à ce résultat les équipements intérieurs doivent être modulaires ; la taille de chaque « meuble » doit être à la fois standardisée et suffisamment réduite pour pouvoir passer par les écoutilles. Il est établi que la taille minimale compatible avec la dimension des équipements usuels est celle d'un réfrigérateur. Par ailleurs la disposition retenue doit permettre d'accéder facilement à la coque pressurisée en cas de perforation. Plusieurs scénarios d'aménagement sont évalués : équipements rassemblés autour de l'axe du module laissant un espace habitable entre ce noyau et la coque (Service Core A sur le schéma ci contre). Mais pour une coque de 4,5 mètres de diamètre, cette configuration laissait beaucoup moins d'espace vital que celle consistant à rejeter les équipements le long de la coque. Cette dernière disposition est donc retenue pour la suite de l'étude et à son tour déclinée en plusieurs versions : une disposition avec les équipements placés aux quatre angles laissant un volume libre en forme de croix (B) est éliminée car laissant peu de place pour les équipements ; on écarte également un aménagement qui superpose deux formats d'équipement de chaque côté de l'espace laissé libre avec des gaines techniques courant au niveau du plancher et du plafond (C). La solution finalement retenue consiste à placer des équipements au format parfaitement identique sur les quatre côtés de l'espace central (D). Les espaces libres de forme triangulaire situés entre les équipements et la coque sont utilisés pour faire passer les gaines techniques[38].
Du module universel au module spécialisé[modifier]
Pour réduire les coûts, la NASA était partie du principe que tous les modules de la station seraient identiques (configuration K sur le schéma ci-contre) ; l'ajout d'équipements intérieurs dédiés devait permettre de répondre aux besoins couverts spécifiquement par chaque module. Mais les études plus détaillées montrèrent que, compte tenu du nombre réduit de modules à produire, le gain financier espéré ne compensait pas le surcroit de complexité et de masse d'un module « universel ». En particulier un tiers du volume de chaque module devait être consacré aux six ports d'amarrage radiaux et axiaux particulièrement volumineux et lourds compte tenu de leur gabarit généreux. Aussi fut-il décidé que le module commun ne prendrait pas en charge les fonctions de sas et de nœuds qui donneraient lieu au développement de modules dédiés. Dans cette nouvelle configuration le module commun, nettement allégé car ne comportant plus que deux ouvertures aux extrémités du cylindre, pouvait être allongé ce qui permettait de réduire le nombre de modules nécessaires ; les modules, qui dans les configurations de l'époque assuraient des liaisons perpendiculaires pour des raisons de sécurité (configuration « en carré »), pouvaient être abandonnés au profit de simples tunnels pratiquement dépourvus d'équipements intérieurs et donc très légers (L). Finalement il fut décidé d'allonger les modules de type nœud pour qu'ils prennent en charge également la fonction des modules de liaison (configuration M puis N)[39]. Le concept de module de liaison fut abandonné par la suite.
La coupole d'observation[modifier]
Pour pouvoir travailler, il était nécessaire que l'équipage dispose d'une vue sur l'extérieur : manœuvres d'arrimage et désarrimage des vaisseaux chargés du ravitaillement et de la relève, intervention à distance sur la partie extérieure de la station grâces aux bras robotisés, surveillance et maintenance. La réponse à ce besoin opposa d'une part les partisans d'une vue « virtuelle » reconstituée sur les écrans d'un poste de travail à partir d'images obtenues grâce à des caméras et d'autre part ceux qui, au nom de la sécurité, exigeaient de disposer de hublots dans chaque module permettant d'avoir une vue directe sur les composants de la station. Les détracteurs de cette dernière solution soulignèrent que la présence de hublots fragilisait et alourdissait la structure sans pour autant fournir une vue directe sur toutes les parties de la station. La création de coupoles d'observation donnant une vision à 180 ° fut décidé à l'issue de ces débats[40].
Intégration des modules russes et configuration finale[modifier]
À l'issue de la phase de conception, la configuration de la station spatiale retenue comporte quatre modules laboratoires, un module d'habitation, deux coupoles d'observation, deux sas et un module logistique (pour le stockage) construit par les européens. Les arbitrages budgétaires qui affectent le projet entraînent par la suite la suppression de deux nœuds, d'une coupole du module dédié à la centrifugeuse et de celui dédié à la logistique. À cet ensemble vient se greffer la partie russe qui réemploie les modules développés pour la station Mir : leur conception plus classique est très différente de ce qui a été développé par la NASA. Les nœuds sont intégrés dans des modules qui ne se cantonnent pas à cette spécialité. Les aménagements ne sont généralement pas amovibles.
Les modules pressurisés, qui sont de forme cylindrique, sont pourvus d'une ouverture à chaque extrémité. La station est composée d'une colonne vertébrale formée par une enfilade de 5 modules (de Zvezda à Harmony), connectés bout à bout, longue de près de 50 mètres. Les autres modules viennent se greffer sur cet axe : certains modules sont connectés sur la gauche ou la droite du corps principal (Colombus, Quest, Tranquility et Kibo) tandis que d'autres sont connectés au-dessus ou au-dessous (Pirs, Poisk, poutre S0, Rassvet, Nauka, Leonardo).
De la conception initiale subsiste également une longue poutre, fournie par la NASA et perpendiculaire à l'axe principal des modules pressurisés. Cette poutre porte principalement les panneaux solaires et les radiateurs du système de régulation thermique. Elle est rattachée à peu près à l'enfilade de modules à peu près en son milieu au niveau du module Unity. La grande longueur de la poutre permet aux panneaux solaires placés à ses deux extrémités, de s'orienter à tout moment de manière optimale (ils disposent de deux axes de liberté), sans être gênés par les modules pressurisés.
Les modules russes forment un ensemble bien distinct, relié au reste de la station uniquement par le nœud Unity. Dans sa littérature, la NASA divise la station spatiale en un segment américain (USOS) et un segment russe (ROS).