Navette spatiale américaine — Wikipédia

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Navette spatiale américaine
Lancement de la navette spatiale
Discovery
lors de la mission
STS-120
le
23 octobre 2007
Fiche d'identité
Organisation
NASA
Constructeur
Rockwell
Martin Marietta
Thiokol
Rocketdyne
(initialement)
Type de vaisseau
Lanceur spatial
lourd
réutilisable
Véhicule spatial
habité
Avion spatial
Base de lancement
Centre spatial Kennedy
Premier vol
12 avril 1981
Dernier vol
8 juillet 2011
Nombre de vols
135 (dont 2 échecs)
Statut
Retiré du service
Caractéristiques
Hauteur
56 mètres (au décollage)
Diamètre
8,4 mètres (réservoir externe)
3,7 mètres (propulseurs d'appoint)
Masse à sec
78 tonnes (orbiteur)
Masse totale
2 000 tonnes (au décollage)
dont 110 tonnes (orbiteur)
Ergols
Hydrogène
Oxygène
(SSME)
MMH
MON-3
(OMS et RCS)
Propulsion
3x 1,8-2,2
MN
RS-25
(SSME)
2x 26,7
kN
AJ10-190
(OMS)
38x 3,9
kN
R-40A
RCS
6x 110
R-1E-3
(VRCS)
Atterrissage
Tel un planeur, sur une piste
Performances
Destination
Orbite terrestre basse
Station spatiale
Mir
Station spatiale internationale
Équipage
2-8 astronautes
jusqu'à 11 en cas d'urgence
Fret total
29,5 tonnes (orbite optimale)
16,4 tonnes (orbite de l'ISS)
Retour de fret
14,4 tonnes
Volume pressurisé
74,3
Delta-V
300
m/s
Autonomie
>10 jours (vol libre)
>17 jours (avec
EDO
(en)
Puissance électrique
21
kW
Type d'écoutille
APAS
Rendez-vous
Manuel
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La
navette spatiale américaine
(en
anglais
Space shuttle
; officiellement
Space Transportation System
ou STS) est un
lanceur
et un
véhicule spatial
conçu et opéré par l'
agence spatiale
américaine
la
NASA
de 1981 à 2011 pour envoyer des
astronautes
et des
charges utiles
en
orbite basse terrestre
, puis les ramener sur Terre. D'une conception exceptionnelle dans l'
histoire du vol spatial
, la navette a été pensée pour être
réutilisée
et ainsi diminuer les coûts d'accès à l'espace, mais dans les faits sa complexité, son coût, et son manque de fiabilité ne lui ont pas permis de remplir ses objectifs initiaux et le programme se conclut après
135 vols
La navette est d'abord imaginée dans les années 1960 pour être entièrement réutilisable afin de remplacer les lanceurs à usage unique tels ceux du
programme
Apollo
et offrir un accès routinier à l'espace, d'où son nom. Les limites techniques et financières, ainsi que les exigences de l'
armée américaine
, conduisent à un véhicule partiellement réutilisable ; le projet est enfin approuvé en 1972 mais le développement rencontre des retards et des difficultés importantes. La construction de l'orbiteur est confiée à
Rockwell
, les propulseurs d'appoints à
Thiokol
, le réservoir externe à
Martin Marietta
et les moteurs principaux à
Rocketdyne
Afin d'être compétitive la navette doit effectuer un grand nombre de lancements par an et progressivement remplacer tous les lanceurs à usage unique du pays, mais après son premier vol en 1981 il apparaît vite que la cadence ne peut être tenue. L'
accident de
Challenger
en 1986 entraîne la perte d'un véhicule et de son équipage, marquant un tournant à partir duquel la navette n'est plus utilisée que par la NASA. Elle lance des sondes (
Galileo
) et des observatoires (
Hubble
), réalise des expériences scientifiques (
Spacelab
), visite la
station spatiale
russe
Mir
Shuttle-Mir
), et commence la construction de la
station spatiale internationale
(ISS), mais l'
accident de
Columbia
en 2003 conduit à sa fin prématurée en 2011 après avoir complété l'assemblage de la station.
Lancée depuis le
centre spatial Kennedy
en Floride, la navette est composée de trois sous-ensembles : l'orbiteur, ou la navette proprement dite, un
avion spatial
qui seul est placé en orbite ; le
réservoir externe
jetable contenant l'
hydrogène
et l'
oxygène
alimentant les moteurs
cryogéniques
de l'orbiteur (
SSME
) ; et deux
propulseurs d'appoint
poudre
qui fournissent l'essentiel des 3 000 tonnes de poussée au décollage, ils sont récupérés sous parachutes et réutilisés. La navette peut emporter jusqu'à 8 astronautes et 29,5 tonnes de charge utile dans la baie de l'orbiteur ; un engin spatial d'une polyvalence inégalée pouvant disposer d'un
bras robotique
, d'un
port d'amarrage
, et d'un sas pour les
sorties extravéhiculaires
, avec une autonomie en vol de deux semaines. À la fin de sa mission, l'orbiteur effectue une
rentrée atmosphérique
et revient se poser comme un
planeur
sur une piste d'atterrissage à la
base d'Edwards
en Californie ou au centre spatial Kennedy, puis est préparé pour son prochain vol.
Véhicule emblématique de la NASA pendant
30 ans
et liée à plusieurs de ses plus grandes réalisations, la navette spatiale laisse un bilan très contrasté, assombri par son lourd tribut de
14 morts
, son coût prohibitif, et plus généralement l'échec du concept de l'avion spatial face aux
capsules
. Sa mise à la retraite précipitée conduit à une dépendance au véhicule russe
Soyouz
pendant
9 ans
jusqu'à l'entrée en service du
Crew Dragon
de
SpaceX
en 2020. De la flotte de navettes,
Atlantis
Discovery
et
Endeavour
, ainsi que le prototype
Enterprise
sont aujourd'hui dans des musées, tandis que
Challenger
et
Columbia
ont été détruites.
Historique
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Premières études
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Du
Silbervogel
au X-15
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La première évocation d'une fusée ailée capable de quitter la basse atmosphère est le fait de l'ingénieur austro-allemand
Eugen Sänger
en
1933
. Celui-ci développe son concept à la fin de la
Seconde Guerre mondiale
et décrit une fusée ailée, le
Silbervogel
l'oiseau d'argent
, en allemand), capable d'aller bombarder les États-Unis à l'issue d'un
vol suborbital
après avoir rebondi plusieurs fois sur les couches les plus denses de l'atmosphère, grâce à un rapport
portance
traînée
élevé. Après-guerre, l'
Armée de l'Air américaine
fait travailler
North American Aviation
sur un projet de missile ailé, le
Navaho
. Celui-ci effectue quelques vols mais est abandonné en 1957 au profit des
missiles balistiques
(sans aile)
Atlas
Titan
et
Thor
, qui relèvent d'une solution technique beaucoup plus efficace.
À l'époque, le centre de recherches aéronautiques américain, le
NACA
— qui deviendra plus tard la
NASA
—, s'implique fortement dans les recherches sur les avions propulsés par fusée. Le
Bell X-1
franchit le
mur du son
en 1947. En étudiant la conception d'engins beaucoup plus rapides et volant à haute altitude, les ingénieurs identifient rapidement les deux principales difficultés auxquelles un tel avion va être confronté : l'instabilité en vol atmosphérique et la dissipation de la chaleur au cours de la
rentrée atmosphérique
. Ce dernier point les conduit à imaginer différents types de
boucliers thermiques
. La construction de l'avion-fusée
X-15
N 1
est lancée en 1954 pour permettre de tester ces solutions. L'engin expérimental permet d'atteindre au cours des années 1960 un nouveau record de vitesse (
Mach
6,8
) et d'altitude (108
km
). Le X-15 permet d'explorer les domaines physiques d'une grande partie des phases de vol effectuées par la navette spatiale, en particulier la
rentrée atmosphérique
, avec la transition entre l'utilisation des moteurs-fusées et celle des
gouvernes
aérodynamiques
Corps portants (1957-1970)
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Les corps portants
X-24A
M2-F3
et
HL-10
Prototype du Dyna-Soar.
Pour réduire les contraintes thermiques et mécaniques subies par un avion volant à très grande vitesse, une des solutions est de supprimer les
ailes
et de produire la
portance
à l'aide du corps de l'engin, qui est élargi et profilé à cet effet. Les avions de ce type, désigné par le terme de
corps portants
(ou « fuselages porteurs », en
anglais
lifting body
), sont étudiés à compter de 1957 par la NASA. Plusieurs démonstrateurs (M1, M2) vont prouver leur capacité à effectuer une
rentrée atmosphérique
, s'écarter de leur trajectoire grâce à leur portance et à planer ; par la suite d'autres engins (
M2-F1
M2-F2
M2-F3
HL-10
X-24
), parfois motorisés, sont chargés de valider jusqu'en 1970 leur capacité à se poser avec un pilote à bord. Les formes très lourdes du corps portant, qui lui valent le qualificatif de brique ou de baignoire volante (en
anglais
Flying Bathtub
), rendent toutefois cet exercice difficile et périlleux pour les pilotes. À la même époque, l'
Armée de l'Air américaine
commande en 1957 un prototype d'avion spatial, le
Dyna-Soar
, monoplace s'apparentant à un corps portant doté d'embryons d'aile delta. Lancé par une fusée, le Dyna-Soar devait être capable de se poser comme un avion. Le projet, bien avancé, est arrêté pour des raisons budgétaires en 1963 car l'Armée de l'Air n'a pu le justifier par une mission clairement identifiée
Projet de navette en phase exploratoire (1968-1979)
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Les premières esquisses de la navette spatiale.
Navette entièrement réutilisable dessinée en 1969 par North American.
Conception de la navette selon Maxime Faget : ailes droites et orbiteur de petite taille.
Alors que la NASA réfléchit à la suite à donner au
programme
Apollo
, dont la phase de développement est achevée, l'agence spatiale lance le
30 octobre 1968
une consultation exploratoire (
phase A
) pour le développement d'un système de lancement capable de revenir sur Terre (
Integral launch and reentry vehicle
, ILRV) : celui-ci doit pouvoir placer en orbite basse une charge utile comprise entre 2,3 et 23 tonnes, ramener sur Terre au moins une tonne de fret, avoir une capacité de déport latéral
N 2
de 833
km
et la soute doit avoir un volume de 85
. En
février 1969
, sur la base de leurs premiers travaux, quatre sociétés — North American Rockwell, Lockheed, General Dynamics et McDonnell Douglas — sont sélectionnées pour répondre à cette pré-étude
. Deux motoristes,
Rocketdyne
et
Pratt & Whitney
, sont de leur côté sélectionnés pour concevoir les moteurs de 270 tonnes de poussée (dans le vide), qui doivent être communs aux deux
étages
de la navette. Ces moteurs ont une poussée modulable entre 73 et 100 % et utilisent une tuyère déployable avec un ratio de détente de 58 à basse altitude et de 120 dans le vide
Les différents centres de recherche de la NASA ont des avis divergents sur la manière de concevoir la navette.
Maxime Faget
, représentant le
centre de vol spatial Marshall
est en faveur d'une navette de petite taille dotée d'
ailes
droites, disposant de peu de capacité de déport mais théoriquement plus légère et meilleur
planeur
aux vitesses
subsoniques
: c'est le Shuttle DC-3, dont une maquette au 1/
10
sera larguée d'avion en
mai 1970
pour valider l'
aérodynamisme
à basse vitesse. Les centres de
Langley
et de
Dryden
appuient la solution du
corps portant
et plus particulièrement du HL-10, qu'ils ont contribué à développer. Une navette de ce type dispose d'une capacité de déport intermédiaire entre l'aile droite et l'
aile delta
, tout en étant théoriquement moins lourde que cette dernière. L'armée de l'Air et les laboratoires Draper sont en faveur d'une aile delta, qui fournit une capacité de déport maximale. Les travaux issus de la
phase A
, achevés en
juin 1970
, permettent à la NASA d'éliminer le concept du corps portant, dont la forme n'est pas compatible avec l'emport des réservoirs et des équipements, et le recours à une voilure à
géométrie variable
également étudiée, qui aboutit à une navette trop lourde
. Dans les esquisses produites par les quatre sociétés, la navette comporte deux composants distincts, tous deux réutilisables. Le premier étage, piloté, revient se poser en utilisant des
turboréacteurs
classiques. Le deuxième étage continue de se propulser pour se placer en orbite, puis effectue une rentrée atmosphérique une fois la mission accomplie, avec un angle de
cabrage
très élevé avant de se poser comme un avion
Lancement du projet (1969-1972)
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Peu avant la décennie 1970, le
programme
Apollo
est sur le point d'aboutir, avec le premier atterrissage sur la Lune. Les ingénieurs et beaucoup de décideurs de la NASA sont persuadés que le succès de leur projet phare va convaincre les responsables politiques de pérenniser la part de budget consacrée à l'Espace, et plus particulièrement au vol habité. Après avoir réalisé en quelques années des progrès qui auraient semblé inespérés en 1960, ils considèrent que le vol humain vers Mars et l'installation de colonies sur la Lune sont désormais à portée de l'agence spatiale. Mais les décideurs politiques n'ont plus ni les moyens ni la volonté de financer un programme ambitieux. La navette spatiale, telle qu'elle sera conçue et construite, sera le résultat d'un compromis, entre le désir de la NASA de disposer d'un engin innovant et les ressources limitées que les dirigeants politiques du pays vont accepter de lui accorder.
Quelle suite donner au programme
Apollo
? (1969)
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Début 1969, la NASA étudie la suite à donner au
programme
Apollo
. Plusieurs propositions sont élaborées en interne, dans l'euphorie de la réussite du programme lunaire :
station spatiale
, base lunaire,
expédition vers Mars
, navette spatiale
. Le comité «
Space Task Group
» est créé en
février 1969
, à la demande du président américain
Richard Nixon
, pour élaborer les futurs programmes spatiaux habités de la NASA. À l'issue de ses réflexions, le groupe de travail, présidé par le vice-président
Spiro Agnew
, propose trois scénarios dont le budget annuel s'échelonne entre 5 et 10 milliards de dollars, soit un montant égal ou supérieur au budget annuel du programme
Apollo
à son plus haut. La proposition la moins ambitieuse prévoit le développement simultané d'une navette spatiale et d'une station spatiale. Le président Nixon ne retient aucun des scénarios proposés, qu'il juge tous trop coûteux.
La NASA décide alors de concentrer ses demandes budgétaires sur le projet de navette spatiale, car la disponibilité de celle-ci est un prérequis pour l'exploitation d'une station spatiale. Les dirigeants de la NASA estiment également que la navette peut permettre de remplacer les dix types de
lanceurs
américains alors existants — en comptant ceux mis en œuvre par l'Armée — pour placer en orbite ses
satellites
Mais la fin de la
guerre froide
et l'effondrement du
programme spatial soviétique
ont privé le programme spatial habité américain, aux yeux des dirigeants politiques américains, d'une grande partie de ses justifications. Le président Nixon, qui est confronté à une situation budgétaire très tendue, ne désire pas lancer de projet de prestige de l'envergure du programme
Apollo
car cette fois aucune retombée politique n'est attendue. Le président place donc le projet de la NASA sous le contrôle du Budget fédéral (BoB, qui deviendra l'OMB,
Office of Management and Budget
à partir de 1970), qui va exiger de l'agence spatiale des justifications précises. Une fois la configuration de la navette spatiale figée, l'OMB impose ses conditions à la NASA jusqu'au feu vert budgétaire en 1972, exigeant éléments financiers, justifications et comparaisons avec des solutions techniques alternatives.
James C. Fletcher
, directeur de la NASA, dira « qu'il n'en voulait pas au responsable de l'OMB de maintenir le budget au minimum, ce qui était une partie de son travail, mais qu'il lui reprochait d'essayer de concevoir la navette à sa place »
. Pour combattre le scepticisme de l'OMB vis-à-vis des éléments fournis par la NASA, celle-ci commande en
juin 1970
un rapport à une société indépendante, Mathematica. Les conclusions de celle-ci sont très favorables au projet parce qu'elles font l'hypothèse de cadences de lancement de la navette élevées : le coût du kilogramme placé en orbite est ainsi abaissé à un tarif compétitif par rapport à celui d'un tir par un lanceur classique. Le rapport sera utilisé par la NASA, notamment auprès du
Sénat américain
, pour défendre la rentabilité de son projet.
Phase B de la conception (1970-1971)
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À l'issue de la
phase A
, la NASA rédige en
juin 1970
un nouveau cahier des charges pour une phase de conception plus approfondie, dite «
phase B
». Celui-ci spécifie que la navette doit comporter deux
étages
, qui décollent verticalement et atterrissent à l'horizontale. L'engin doit pouvoir placer sur une orbite de 500
km
une charge utile de 6,8 tonnes au départ de la
base de lancement de Cap Canaveral
pour une
inclinaison
de
55
. La charge utile est portée à 11,5 tonnes quelques mois plus tard pour se rapprocher des demandes de l'armée, qui veut pouvoir placer 30 tonnes en orbite basse. On demande aux compétiteurs de concevoir deux engins différents : l'un avec une capacité de déport de 370
km
, correspondant aux besoins de la NASA, l'autre avec une capacité de déport de 2 784
km
, plus proche des attentes de l'Armée de l'Air. La deuxième version devra, d'après les calculs, dissiper cinq à sept fois plus d'énergie thermique que l'autre version. Les navettes doivent pouvoir effectuer une deuxième tentative d'atterrissage en cas d'approche ratée, ce qui impose la présence de turboréacteurs. Elles doivent pouvoir être remises en état en deux semaines entre deux vols et permettre une fréquence comprise entre 25 et 70 vols par an. Chaque navette emporte un équipage de deux astronautes. Deux équipes sont retenues pour la
phase B
, qui est lancée en
juillet 1970
McDonnell Douglas
, associé à Martin Marietta, et North American Rockwell, associé à
General Dynamics
. Une version préliminaire de l'étude est fournie par les compétiteurs début
décembre 1970
à la NASA, qui effectue ses premières remarques ; le dossier final est rendu par les constructeurs en
mars 1971
. Les orbiteurs des deux propositions ont des caractéristiques très proches car la NASA a fourni un cahier des charges très contraignant. Par contre, il y a de grandes divergences dans la conception du premier étage. Un des points communs est le recours à l'
aluminium
pour la réalisation de la structure, car l'Armée de l'Air a exclu l'utilisation du
titane
, plus performant mais dont l'approvisionnement est jugé trop incertain
Abandon du projet de navette complètement réutilisable (1971)
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James C. Fletcher
prend en
avril 1971
la tête de la NASA et décide de promouvoir auprès du Sénat le dossier de la navette spatiale, qui est bloqué. Il constate que le seul moyen d'obtenir un accord sur le sujet est d'intégrer dans le cahier des charges de la navette les besoins très spécifiques des militaires, afin d'obtenir l'appui de ceux-ci. Des tentatives de coopération internationale sont également lancées avec des succès modestes : l'Europe (surtout l'
Allemagne de l'Ouest
) s'engage à construire le laboratoire spatial
Spacelab
, qui sera embarqué dans la soute de l'orbiteur, et le
Canada
à construire le bras
Canadarm
utilisé pour manipuler les charges en orbite. En
mai 1971
, le Bureau du Budget (OMB) annonce que la NASA devra se contenter pour les années à venir d'un budget total annuel de 3,2 milliards de dollars, ce qui, compte tenu des autres projets spatiaux en cours, réduit à un milliard de dollars par an l'enveloppe qui peut être consacrée à la navette. Avec cette contrainte financière, la NASA est obligée de renoncer à son projet de navette entièrement réutilisable, dont le coût de développement annuel culminerait à deux milliards de dollars. En automne, une configuration dotée d'une aile delta est retenue pour prendre en compte les exigences des militaires
La NASA avait commandé en
décembre 1970
aux sociétés Boeing et Grumman une étude pour comparer des navettes ayant recours à un réservoir d'
hydrogène
externe et interne : les conclusions sont très favorables au réservoir externe, moins coûteux et plus sûr. Pour tenir compte des nouvelles contraintes financières, la NASA décide en
juin 1971
d'opter pour un réservoir externe non réutilisable. Elle demande en
septembre 1971
aux sociétés à l'origine du rapport, ainsi qu'à celles qui avaient participé à la
phase B
, d'étudier une navette incluant cette spécification
Pour réduire encore les coûts, la NASA lance début
novembre 1971
une dernière étude portant cette fois sur le premier étage, à laquelle concourent Grumman/Boeing, Lockheed, McDonnell-Douglas/Martin Marrietta, et North American Rockwell. Les industriels doivent étudier trois possibilités : l'utilisation d'un étage de
Saturn
-C
, le recours à un étage propulsé par un nouveau
moteur-fusée à ergols liquides
ou l'utilisation de
propulseurs d'appoint
propergol solide
. À l'issue de cette étude, la NASA choisit d'utiliser des propulseurs d'appoint à propergol solide, qui permettent d'économiser 500 millions de dollars sur le coût de développement par rapport à des propulseurs à ergols liquides, mais qui augmentent le coût d'exploitation qui est presque le double de la solution alternative :
500 dollars
par kilogramme de charge utile contre 275 dollars par kilogramme. Fin 1971, la NASA impose un dernier changement : les moteurs du premier et du deuxième étage (les moteurs de l'orbiteur) devront être allumés au sol
Décision du lancement (1972)
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Le président
Richard Nixon
ne veut pas être celui qui a arrêté les missions habitées américaines, auxquelles se rattache encore malgré tout une part de prestige. Par ailleurs, si l'opinion publique et la
communauté scientifique
s'accordent sur la nécessité de réduire le budget spatial consacré aux vols habités, le président n'est pas insensible au
lobbying
de l'industrie et aux considérations électorales. Le retrait des États-Unis du
Vietnam
qui entraîne un effondrement des commandes militaires, la basse conjoncture cyclique que traverse l'industrie aéronautique civile et la décrue du programme
Apollo
se conjuguent pour entraîner une récession comme le secteur aérospatial américain n'en avait jamais connu : la moitié des ingénieurs et des salariés travaillant dans le domaine sont licenciés. Or, la
Californie
, qui concentre une grande partie des emplois de l'astronautique avec 370 000 personnes en 1970, est un enjeu important pour les élections à venir
Estimation par la NASA des coûts de la navette en fonction de sa capacité (
décembre 1971
Scénario
2A
Diamètre et longueur de la soute
3,1 × 9,1
3,7 × 12,2
4,3 × 13,7
4,3 × 15,2
4,6 × 18,3
Masse charge utile maximum
13,6
13,6
20,4
29,5
29,5
Coût de développement (Milliards de $)
4,7
4,9
5,2
5,5
Coût d'une mission (Millions de $)
6,6
7,5
7,6
7,7
Coût du lancement de 1
kg
( $)
485
492
368
254
260
La NASA défend son projet de navette spatiale en mettant en avant la réduction du prix du kilogramme de charge utile placé en orbite, par rapport aux lanceurs non réutilisables. Fin 1971, l'agence spatiale transmet à la présidence l'évaluation des coûts de développement et d'exploitation de la navette pour des capacités allant de 14 à 30 tonnes ; la préférence de l'agence va à la version la plus lourde qui est, selon elle, la seule à répondre aux besoins de l'Armée de l'Air et à permettre l'assemblage d'une station spatiale. Finalement, le président Nixon donne son feu vert pour la version la plus ambitieuse de la navette le
5 janvier 1972
. Mais le développement de celle-ci devra s'inscrire par la suite dans un cadre budgétaire spatial civil en décroissance constante : les sommes allouées à la NASA passent progressivement de 1,7 % du budget total de l'état fédéral, en 1970, à 0,7 % en 1986, son point le plus bas
. Pour parvenir à financer le développement de la navette, la NASA doit renoncer au lancement d'une deuxième station
Skylab
qui avait été projeté. Les missions habitées américaines sont interrompues jusqu'au premier vol de la navette, qui n'interviendra qu'en 1981
La sélection des constructeurs
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Un appel d'offres est lancé en
mars 1972
par la NASA pour la conception et la construction de l'orbiteur. Les deux propositions qui arrivent en tête sont, d'une part, celle de
North American Rockwell
, constructeur du
module de commande et de service
Apollo
implanté en
Californie
, d'autre part, celle de
Grumman
constructeur du
module lunaire
Apollo
implanté dans l'
État de New York
. Pour le comité de sélection de la NASA, la proposition du premier se distingue par son coût plus faible, le poids réduit de l'orbiteur et un bon dispositif de gestion de projet, tandis que celle de Grumman est la plus pertinente et détaillée sur le plan technique. North American Rockwell — renommé
Rockwell
en
1973
N 3
— est finalement retenu le
26 juillet 1972
, pour un montant de 2,6 milliards de dollars : pour ce prix, la société doit construire deux orbiteurs opérationnels et un modèle de test, ainsi que jouer le rôle d'intégrateur pour l'ensemble de la navette. Deux orbiteurs supplémentaires sont commandés par la suite. L'orbiteur retenu peut placer 29,5 tonnes en orbite basse, dispose d'une soute de 18,3 × 4,57 mètres, et peut se poser à 2 350
km
de part et d'autre de sa trajectoire orbitale. Il doit être construit à
Palmdale
, en
Californie
. En 1973, la société
Thiokol
est retenue pour la construction des propulseurs d'appoint et
Martin Marietta
pour celle du réservoir externe, qui doit être construit dans l'usine de
Michoud
détenue par la NASA.
Rocketdyne
est choisi fin
mars 1972
pour la construction des moteurs principaux (
SSME
) de l'orbiteur
10
11
Développement (1972-1981)
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Durant les deux premières années qui suivent la signature du contrat, de nombreux changements sont apportés aux caractéristiques de la navette, essentiellement pour réduire les coûts de développement. L'aile en double delta est introduite à ce stade car elle améliore les capacités de vol à basse vitesse ; de plus elle permet, par des interventions limitées sur le dessin de sa partie avant, de compenser des problèmes de position de centre de gravité qui pourraient apparaître à un stade avancé du développement.
L'une des modifications les plus importantes est l'abandon des turboréacteurs qui devaient propulser l'orbiteur avant l'atterrissage. Pour pouvoir déplacer la navette — désormais non motorisée — entre deux sites, la NASA fait l'acquisition en 1974 d'un
Boeing 747
d'occasion, qui est aménagé pour pouvoir transporter sur son dos le véhicule spatial. Le premier test du moteur de l'orbiteur, le
SSME
, a lieu le
17
octobre
1975
. Le réservoir externe est progressivement allégé au fur et à mesure de son développement, ce qui permet un gain de poids de 4,5 tonnes.
Installation de la navette sur le Boeing 747 aménagé.
La construction de la première navette,
Enterprise
, est achevée en
mars 1976
, mais celle-ci ne sera pas utilisée en phase d'exploitation car trop lourde. Le premier vol captif sur le dos d'un
Boeing 747
aménagé a lieu le
18
février
1977
. D'autres vols captifs, sans, puis avec équipage, ont lieu en 1977. Le premier vol non propulsé de la navette a lieu le
12 août 1977
: la navette est larguée du dos du 747 et effectue un vol plané de cinq minutes avant de se poser sur une piste de la
base Edwards
. Progressivement, la durée des vols s'allonge pour permettre de tester complètement la phase d'approche et d'atterrissage. La livraison des SSME opérationnels est repoussée de deux ans (1981 au lieu de 1979) à la suite de différents incidents qui nécessitent de modifier la conception des moteurs. En
février 1980
, le septième et dernier test de qualification des propulseurs d'appoint est effectué
12
Deuxième vol libre d'
Enterprise
Enterprise
quitte son Boeing porteur pour son quatrième vol libre.
Le premier vol de la navette spatiale a lieu le
12 avril 1981
: la navette
Columbia
, affectée à la mission
STS-1
, est pilotée par
John W. Young
, qui tient lieu de
commandant de bord
, et
Robert L. Crippen
qui officie comme pilote. La navette boucle 37 orbites en un peu plus de deux jours avant de se poser sans encombre. Le vol se déroule de manière optimale, malgré la perte de 16 tuiles du bouclier thermique. Trois autres vols, destinés à tester tous les composants de la navette et son comportement en vol, ont lieu en 1981 et 1982 avant le premier vol opérationnel. Le coût de développement de la navette, chiffré initialement en 1971 à 5,15 milliards de dollars, est finalement de 6,744 milliards de dollars (de 1971), soit un dépassement relativement faible pour ce type de projet. Cette somme représente un quart du coût du
programme
Apollo
Au début des vols de la navette spatiale, la
liaison montante
des messages tels que les procédures et les mises à jour du calendrier était effectuée à l'aide d'un
téléscripteur
13
Navette en phase opérationnelle
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Navette à la conquête du marché des lancements commerciaux (1982-1985)
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Le
11 novembre 1982
, la navette
Columbia
entame la phase opérationnelle du programme avec la mission
STS-5
. Celle-ci place en orbite deux
satellites de télécommunications
privés. À l'époque, la navette dispose par décret d'un monopole sur le marché américain des lancements des satellites publics, civils et militaires, ainsi que des satellites privés. La NASA espère pouvoir atteindre une cadence d'un lancement par semaine. Pour attirer des clients à l'international, les prix des lancements sont largement sous-évalués dans l'espoir de créer une clientèle captive. La NASA pratique également des rabais pour les lancements des satellites militaires américains. Neuf opérateurs de télécommunications internationaux acceptent d'emblée l'offre de la NASA. Au cours des trois premières années d'exploitation, 24 satellites commerciaux sont ainsi lancés. Le nombre maximum de satellites de télécommunications placés en orbite au cours d'une seule mission est limité à trois, bien que l'orbiteur puisse théoriquement en emporter cinq ; mais la NASA, ne maîtrisant pas parfaitement les conséquences d'une telle charge en cas d'atterrissage d'urgence, préfère limiter le nombre de satellites embarqués. La navette place également en orbite le premier satellite de télécommunications de la série
TDRS
, qui doit remplacer les stations au sol de la NASA. Deux
sondes spatiales
sont également lancées durant ces premières années d'exploitation, le laboratoire spatial
Spacelab
est amené en orbite à quatre reprises et deux satellites militaires sont placés en orbite
14
Le public suit avec intérêt les premiers vols de cet engin spatial aux caractéristiques nouvelles. Sur le plan commercial, la navette remporte également un grand succès apparent, puisque durant cette période la moitié des satellites sont lancés pour le compte d'autres pays. Mais les rabais consentis masquent une réalité financière particulièrement noire. Dès 1985, il devient clair que la NASA aura du mal à effectuer plus d'un lancement par mois : c'est cinq fois moins que la cadence espérée qui conditionnait le prix de chaque lancement. De plus, le coût opérationnel va en s'accroissant, car les opérations d'entretien s'avèrent beaucoup plus lourdes que prévu (en particulier l'inspection et la remise en état du bouclier thermique à chaque retour sur Terre). La NASA n'a pas la possibilité de répercuter ces surcoûts sur les tarifs pratiqués, car ceux-ci sont figés contractuellement jusqu'en 1988
15
Accident de la navette
Challenger
et ses conséquences (1986)
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Désintégration de l'orbiteur
Challenger
et de son réservoir externe.
Article détaillé :
Accident de la navette spatiale
Challenger
Le
28 janvier 1986
, la navette
Challenger
est détruite en tuant son équipage 73 secondes après son décollage, à la suite de la rupture du
joint torique
entre deux segments d'un des deux propulseurs d'appoint à poudre (
boosters
16
. C'est la vingt cinquième mission du programme et la dixième de l'orbiteur
Challenger
. L'enquête de la
Commission Rogers
met en cause la mauvaise gestion du programme par la
NASA
: le problème à l'origine de l'accident était récurrent et identifié mais avait été sous-estimé, faute de dialogue et par aveuglement du management
17
. Le rapport révèle également que le risque couru par les équipages est beaucoup plus important que prévu au décollage et dans la phase de retour à Terre. D'importants travaux sont entrepris, en particulier sur les
boosters
, mais également sur les moteurs de l'orbiteur pour réduire celui-ci.
Le calendrier de lancement, très optimiste, est également critiqué par la Commission Rogers comme un facteur ayant pu contribuer à l'accident. La NASA a tenté par la suite d'adopter un rythme plus réaliste pour la fréquence de ses vols. Une nouvelle navette,
Endeavour
, est commandée pour remplacer
Challenger
18
. La loi qui imposait le lancement par la navette de tous les satellites américains est radicalement modifiée : désormais, seuls seront confiés à la navette les engins nécessitant la présence d'un équipage ou utilisant les capacités spécifiques de la navette. La commission préconise que les États-Unis disposent d'une alternative à la navette, mais les lanceurs classiques américains, dont la production a été arrêtée du fait du monopole de la navette, ne sont pas prêts à prendre en charge les satellites commerciaux et la situation va contribuer au succès du lanceur européen
Ariane
. L'accident de la navette met fin à la carrière de lanceur commercial de la navette spatiale
15
Carrière de la navette après
Challenger
(1988-2003)
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Après trente-deux mois d'interruption, la première mission depuis l'accident, la mission
STS-26
est lancée le
29 septembre 1988
. À la suite de l'accident de
Challenger
, le
département de la Défense
a renoncé à l'utilisation de la navette spatiale, mais six satellites dont le lancement était déjà programmé vont être lancés par celle-ci. Une base de lancement de la navette destinée aux besoins militaires construite à grand frais (2 milliards de dollars) à
Vandenberg
était sur le point d'être inaugurée au moment de l'accident de
Challenger
: elle ne sera jamais utilisée. Malgré la nouvelle doctrine d'emploi de la navette, plusieurs satellites (TDRS, satellite de télécommunications) et sondes (
Galileo
et
Ulysses
) sont lancés par celle-ci, car leur conception ne leur permet pas une mise en orbite par des lanceurs classiques. Dans le cas des sondes spatiales, le lancement est particulièrement complexe : en effet, celles-ci, après avoir été larguées par la navette, devaient être propulsées par un étage cryogénique
Centaur
modifié pour pouvoir être transporté par la navette. Mais dans le nouveau contexte qui suit l'accident de
Challenger
, il n'est plus question de transporter un
étage de fusée
contenant des
ergols
cryogéniques dans la soute de la navette. Des expédients complexes doivent être trouvés pour permettre malgré tout de lancer les sondes
19
Accident de la navette
Columbia
et la décision de retrait des navettes spatiales (2003-2010)
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Article détaillé :
Accident de la navette spatiale
Columbia
Résultat d'un test simulant l'impact d'un morceau de mousse isolante sur une tuile du bouclier thermique.
Le
er
février 2003
, l'orbiteur
Columbia
, dont le
bouclier thermique
a été endommagé par le choc à grande vitesse durant le décollage d'un morceau de mousse de protection thermique du réservoir externe, est détruit durant la rentrée atmosphérique, entraînant la perte de son équipage
20
. Une enquête est menée par un comité d'experts créé pour découvrir les causes de l'accident, le
Columbia Accident Investigation Board
(CAIB)
21
22
. Une fois de plus, la gestion des missions par la NASA est remise en cause : l'anomalie qui a conduit à la catastrophe est connue et n'a jamais été traitée sur le fond
23
. De plus, le calendrier très serré de l'assemblage de la station spatiale internationale, qui résulte de la réduction de budget imposé à la NASA depuis 2001, a conduit à une pression très forte sur l'ensemble du personnel de la NASA, poussant à sous-estimer les risques encourus. Lorsque les vols reprennent en
juillet 2005
, après dix-huit mois d'interruption, plusieurs mesures ont été décidées pour limiter le risque. À chaque mission, une inspection détaillée du bouclier thermique est effectuée par l'équipage de l'orbiteur et de la station spatiale lorsqu'il est en orbite. Pour chaque mission, une deuxième navette est prête à être lancée, pour effectuer une mission de secours consistant à ramener l'équipage en orbite au cas où serait découverte une brèche dans le bouclier thermique.
Le
15 janvier 2004
, le
président des États-Unis
George W. Bush
rend publics les objectifs à long terme assignés au
programme spatial américain
dans le domaine de l'exploration du
système solaire
et des missions habitées : ceux-ci sont formalisés dans le programme
Vision for Space Exploration
. La définition de cette stratégie est dictée par deux motivations :
la NASA doit remplacer la flotte des navettes spatiales, vieilles de près de trois décennies, qui ont, à deux reprises, explosé en vol en tuant leur équipage et dont le coût d'exploitation ponctionne le budget de l'agence. Mais la
station spatiale internationale
doit être desservie en hommes et en matériel dans la phase actuelle de construction et lorsqu'elle sera pleinement opérationnelle ;
le président veut renouer avec le succès du programme
Apollo
, en fixant des objectifs ambitieux à long terme et en engageant immédiatement les moyens de les atteindre. Il souhaite remettre l'exploration spatiale par l'homme au premier plan.
Dernières missions
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Reprenant la démarche du président
Kennedy
, le président Bush demande à la NASA d'élaborer un programme qui permette de réaliser des séjours de longue durée sur la
Lune
d'ici 2020. Ce sera le
programme
Constellation
. Par ailleurs, les vols des navettes spatiales doivent s'arrêter en 2011, date à laquelle l'assemblage de la station spatiale internationale doit être achevé. Le budget économisé par l'arrêt de la navette doit permettre de financer le nouveau projet. Le transport du fret et des astronautes est confié à des lanceurs classiques. Malgré le retard pris par la mise au point des moyens de remplacement et l'annulation du programme Constellation, cette décision est confirmée en 2010 par le président
Barack Obama
, nouvellement élu. La navette
Atlantis
a accompli le dernier vol de la flotte en
juillet 2011
pour ravitailler la
station spatiale internationale
(mission
STS-135
).
Les trois navettes spatiales encore en opération, désormais sans emploi, ont été cédées gratuitement par la NASA à différents musées situés aux États-Unis.
Discovery
, qui effectue sa dernière mission
STS-133
en atterrissant au
Centre spatial Kennedy
le
9 mars 2011
, doit ensuite être exposée au
Centre Steven F. Udvar-Hazy
, annexe du
National Air and Space Museum
de
Washington
. En
avril 2011
, le responsable de la NASA
Charles Bolden
annonce que la navette
Atlantis
sera exposée au
Kennedy Space Center Visitor Complex
, qui jouxte le centre spatial d'où se sont envolées toutes les navettes et où sont déjà présentés les principaux lanceurs américains. La navette
Endeavour
(dernier vol dans le cadre de la mission
STS-134
, en
mai 2011
) est cédée au
California Science Center
de
Los Angeles
. Le prototype
Enterprise
est exposé à l'
Intrepid Sea-Air-Space Museum
de
New York
24
25
26
Caractéristiques générales
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La navette spatiale comporte trois composants distincts :
l'
orbiteur
, doté d'ailes et d'un
empennage
qui lui permet de revenir au sol comme un
planeur
et est recouvert d'un bouclier thermique lui permettant de résister aux températures rencontrées durant la
rentrée atmosphérique
. Son rôle est de transporter l'équipage et la charge utile en orbite, puis de revenir sur le sol avec son équipage et éventuellement avec un fret au retour. C'est l'élément central de la navette spatiale et on y trouve les trois moteurs
SSME
permettant de placer la navette en orbite ;
le
réservoir externe
contient l'
oxygène
et l'
hydrogène
, stockés sous forme liquide, consommés par les moteurs SSME de l'orbiteur. Il n'est pas récupérable et est perdu après chaque mission ;
les deux
propulseurs d'appoint
à propergol solide fournissent l'essentiel de la poussée durant les deux premières minutes du vol avant d'être largués. Ils sont récupérables et réutilisables.
Orbiteur
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Spécifications
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(pour
Endeavour
, OV-105)
longueur : 37,24
envergure : 23,79
hauteur : 17,25
masse à vide : 68 586,6
kg
masse totale au décollage : 109 000
kg
masse maximum à l'atterrissage : 104 000
kg
moteurs-fusées
principaux : trois Rocketdyne Block 2 A SSME, exerçant chacun une poussée au niveau de la mer de 1,75
MN
moteurs-fusées de
manœuvre orbitale
Orbital Maneuvering System
, ou OMS) : deux
Aerojet
AJ10-190
, délivrant chacun une poussée de 26,7
kN
au niveau de la mer.
charge utile maximum : 25 000
kg
(~ 30
pour d'autres navettes)
habitacle pressurisé : 71
dimensions de la soute : 4,6
par 18,3
, pour un volume de 300
bouclier thermique : quelque 24 000 tuiles isolantes en carbone composite ou en silice
altitude opérationnelle : 185 à 1 000
km
vitesse typique :
7 800
m/s
28 000
km/h
(vitesse de
satellisation
portée transversale (déport latéral possible de part et d'autre de sa trajectoire de rentrée pour aller se poser) : 2 000
km
équipage : huit (commandant, pilote, trois spécialistes de mission, et trois spécialistes de la charge utile), deux au minimum. Possibilité de monter à onze personnes pour une mission d'urgence.
1 et 16 moteurs de commande d'orientation (RCS) - 2 Portes du train d'atterrissage avant - 3 Train d'atterrissage avant - 4 Hublots - 5 Poste de travail - 6 Commandant - 7 Pilote - 8 Écoutille d'accès - 9 Trappe d'accès au compartiment intermédiaire - 10 Portes de la soute - 11 Soute - 12 Télémanipulateur - 13 Radiateurs - 14 Moteurs principaux (SSME) - 15 Moteurs de manœuvre orbitale (OMS) - 17 Réservoirs d'hydrogène et d'oxygène liquide - 18 Réservoirs d'hélium - 19 Dérive - 20 Gouverne de direction - 21 Ailes - 22 Élevon - 23 Train d'atterrissage principal - 24 Connecteurs liaisons au sol
Superstructure
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L'orbiteur est construit selon les mêmes principes qu'un
avion
, à partir de tôles d'alliage d'
aluminium
rivetées sur une superstructure constituée de
longerons
. La structure de poussée des moteurs est réalisée en alliage de
titane
principalement pour supporter les fortes contraintes et la chaleur produite au lancement. Sur les orbiteurs plus récents (
Discovery
Atlantis
et
Endeavour
), pour certains éléments, le graphite-époxy remplace l'aluminium afin d'alléger la masse. Les vitrages étaient faits en verre aluminosilicate et en silice fondue et comprenaient trois couches différentes :
un volet de pression interne, qui permettait aux vitres de supporter la pression interne de la navette, bien plus élevée que celle du vide spatial (qui est nulle par définition) ;
une épaisseur optique de 33
mm
d'épaisseur ;
une couche de protection thermique externe, afin de supporter les échauffements pendant les décollages et les phases de
rentrée atmosphérique
27
Le
fuselage
comporte quatre sous-ensembles : le fuselage avant, la soute, les
ailes
et le fuselage arrière. La partie avant du fuselage reprend les formes d'un
avion
. La pointe contient le
train d'atterrissage
avant, une partie des moteurs d'orientation utilisés en orbite et des instruments utilisés pour le guidage lorsque la navette est dans l'espace. Le poste de pilotage dans laquelle séjournent les astronautes est une structure
pressurisée
indépendante, qui est accrochée à la superstructure de l'orbiteur en seulement quatre points, afin de limiter les échanges thermiques. Le fuselage intermédiaire contient la soute et relie la partie avant de l'orbiteur, la partie arrière et les ailes. C'est une structure en U, ouverte à chaque extrémité, longue de 18 mètres, large de 5,2 mètres et haute de 4 mètres pesant 13,5 tonnes. Sur ses flancs viennent se loger les deux trains d'atterrissage centraux. Deux portes, réalisées en
graphite
-epoxy plus léger que l'aluminium, viennent fermer la soute et servent de support au système de
radiateurs
qui évacue la chaleur excédentaire de la navette lorsque celle-ci est en orbite. Les portes sont de construction tellement légères qu'au sol elles ne supportent pas leur propre poids. Leur fermeture est essentielle avant la
rentrée atmosphérique
, car dans cette position elles contribuent à la rigidité de la navette
28
Ensembles de propulsion
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Une caméra télécommandée capture la mise à feu d'un SSME (
Space Shuttle Main Engine
) pour tests, dans le
John C. Stennis Space Center
, Mississippi.
L'orbiteur comprend trois ensembles de propulsion distincts. La propulsion principale est constituée de trois
moteurs-fusées cryotechniques
SSME
Space Shuttle Main Engine
), qui sont utilisés uniquement pour placer la navette en orbite et puisent leur carburant dans le réservoir externe, contrairement aux autres ensembles de propulsion. Les deux moteurs du système de manœuvre orbitale (OMS) complètent l'action des SSME après l'extinction de ceux-ci, puis sont utilisés pour les changements d'orbite au cours de la mission, puis pour déclencher la rentrée atmosphérique. Les petits moteurs de contrôle d'orientation (RCS) permettent d'orienter la navette dans l'espace et d'effectuer des corrections orbitales de faible amplitude.
Propulsion principale : les SSME
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Article détaillé :
Space Shuttle Main Engine
Les trois moteurs-fusées dits SSME (
Space Shuttle Main Engines
), situés à l'arrière de l'orbiteur, sont chargés avec les propulseurs d'appoint à poudre de produire la
poussée
qui permet de placer la navette en orbite. Ces
moteurs-fusées
ergols liquides
et combustion étagée sont non seulement réutilisables mais ont des performances qui dépassent toutes les productions équivalentes passées et actuelles : pour obtenir une
impulsion spécifique
très élevée, les ergols sont introduits dans la chambre de combustion avec une pression de
423
bars
. Chaque moteur produit ainsi 179 tonnes de poussée au niveau de la mer et 221 tonnes dans le vide lorsque le moteur est à 104 % de sa puissance nominale. La poussée est modulable entre 67 et 104 % de la poussée nominale. Le moteur est monté sur cardan et l'axe de la poussée peut être orienté de ±
10.5
en
tangage
et de ±
8.5
en
lacet
. Chaque moteur brûle environ 423
kg
d'
oxygène liquide
(LOX) et 70
kg
d'
hydrogène liquide
(LH2) par seconde lorsque le moteur est à pleine puissance. L'
impulsion spécifique
est de 453 secondes dans le vide et de 363 secondes au niveau de la mer (
vitesses d'éjection
de
4 440
m/s
et de
3 560
m/s
respectivement). La
tuyère
, qui a un rapport de détente fixe de 69, est refroidie par de l'hydrogène gazeux qui circule dans 1 080 conduits de refroidissement. Chaque moteur est long de 4,24 mètres, a un diamètre maximal de 2,38
; le moteur pèse à vide 3,4 tonnes et un peu moins de 5 tonnes en incluant les systèmes auxiliaires et la tuyauterie. Pour répondre à une situation exceptionnelle, le moteur peut être poussé à 109 % de sa puissance nominale.
Les SSME sont conçus pour pouvoir cumuler un temps de fonctionnement de 27 000 secondes, équivalent à 55 lancements avec à chaque fois huit minutes de fonctionnement continu, mais on estime que leur durée de vie opérationnelle est plutôt de 15 000 secondes de fonctionnement et 30 lancements. Ces moteurs puisent leur carburant dans le
réservoir externe
et ne jouent plus aucun rôle dans la suite de la mission, une fois le réservoir externe largué à la fin de la phase ascensionnelle. Si la poussée cumulée a été insuffisante pour placer l'orbiteur en orbite, les deux moteurs du système de manœuvre orbitale peuvent éventuellement prendre le relais
29
Particulièrement fiables, les SSME n'ont connu qu'une seule défaillance au cours de la carrière de la navette spatiale, lors de la mission
STS-51-F
Système de manœuvre orbitale (OMS)
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Schéma des nacelles OMS.
Les deux moteurs
Aerojet
AJ10-190
du système de manœuvre orbitale (
Orbital Maneuvering System
, OMS) sont utilisés, d'une part pour placer la navette sur l'orbite visée à l'issue de la phase ascensionnelle et d'autre part, en fin de mission, pour amorcer la
rentrée atmosphérique
en réduisant la vitesse de l'orbiteur. Durant le séjour dans l'espace, ils permettent également d'effectuer de petites corrections d'orbite. Dérivés du moteur SPS du
module de service
Apollo
, ils délivrent chacun une poussée de 26,7
kN
au niveau de la mer, qui peut être orientée de ±
en
tangage
et de ±
en lacet. Avec une
impulsion spécifique
dans le vide de 313 secondes, ils sont nettement moins performants que les SSME (453 secondes) mais bien adaptés à leur rôle, qui nécessite qu'ils soient allumés puis éteints à de nombreuses reprises, éventuellement pour des durées très courtes (deux secondes) au cours d'une même mission.
Les moteurs sont placés chacun dans une nacelle amovible, située à l'arrière de l'orbiteur, de part et d'autre de la
dérive
et au-dessus des
SSME
. Elles contiennent chacune deux réservoirs contenant les
ergols
utilisés par les moteurs, deux réservoirs d'
hélium
pour les mettre sous pression, ainsi qu'une partie des moteurs de contrôle d'orientation de l'orbiteur (RCS). Chaque nacelle contient 8 174
kg
de
monométhylhydrazine
(MMH) et 13 486
kg
de
peroxyde d'azote
(N
). Ces
ergols
ont l'avantage de pouvoir être stockés facilement aux températures rencontrées et d'être
hypergoliques
, c'est-à-dire de pouvoir s'enflammer spontanément lorsqu'ils sont mis en contact l'un avec l'autre. Le système de pressurisation, qui utilise de l'hélium sous pression, est simple et donc fiable, ce qui est essentiel pour garantir un retour de l'orbiteur sur Terre.
Avec environ 10,4 tonnes d'ergols dans chaque nacelle et une charge utile de 29 500
kg
, les deux moteurs peuvent fournir à la navette un
delta-v
total d'environ
300
m/s
, dont environ la moitié est utilisée pour placer la navette en orbite
30
. Chaque moteur pouvait être utilisé pour 100 missions et pouvait effectuer 1 000 allumages et 15 heures de combustions cumulées.
Moteurs de contrôle d'orientation (RCS)
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Tuyères des moteurs de contrôle d'orientation avant.
Les moteurs de contrôle d'orientation ou d'
attitude
Reaction Control System
, RCS) sont utilisés pour modifier l'orientation de la navette lorsque l'atmosphère est trop ténue pour que les
empennages
de l'orbiteur puissent être efficaces. On a également recours à eux en orbite lorsque la vitesse de l'orbiteur doit être corrigée d'une valeur inférieure à
m/s
. Contrôlés par un système numérique très évolué assez semblable aux systèmes de
commandes de vol électriques
des
avions de chasse
actuels, les moteurs sont répartis entre les deux nacelles OMS et l'avant de l'orbiteur. Il existe deux types de moteurs : 38 moteurs R-40A (PRCS, ou
Primary RCS
) avec 3,87
kN
de poussée et une impulsion spécifique de 289 secondes ; et 6
moteurs verniers
R-1E-3 (VRCS, ou
Vernier RCS
), avec une impulsion spécifique de 228 secondes, sont utilisés pour les corrections très fines : d'une poussée de 107,87
, ils peuvent fournir une impulsion d'une durée comprise entre 0,08 et 125 secondes. Sur l'avant de l'orbiteur se trouvent deux moteurs-vernier et 14 moteurs plus puissants, tandis que dans chaque nacelle OMS on trouve deux moteurs-verniers et 12 moteurs de 3,87
kN
de poussée. Tous ces moteurs utilisent les mêmes ergols que les moteurs de manœuvre orbitale, mais avec des réservoirs qui leur sont propres, répartis entre les trois emplacements
31
Initialement, il avait été prévu que les propulseurs RCS situés à l'avant de l'orbiteur soient installés à l'abri de petites portes rétractables, qui se seraient ouvertes une fois la navette ayant atteint l'espace. Ils ont finalement été montés affleurants, car les concepteurs avaient eu peur que les portes les abritant restent coincées ouvertes pendant la rentrée atmosphérique, et que cela mette en danger les astronautes pendant leur retour sur Terre
32
Protection thermique
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Article détaillé :
Système de protection thermique de la navette spatiale américaine
Répartition des différents types de tuiles.
Tuiles de type HRSI et pièce en carbone-carbone peuvent être distinguées sous la pointe avant de la navette
Discovery
Simulation des contraintes thermiques subies par la navette durant la rentrée atmosphérique : les parties les plus brillantes sont les plus chaudes.
La navette, qui se déplace à plus de
km/s
, est, durant la
rentrée atmosphérique
, ralentie progressivement par les couches de plus en plus denses de l'atmosphère qu'elle traverse. L'onde de compression à l'avant de la navette, ainsi que plus tard les forces de friction, portent pendant cette phase du vol les parties extérieures de la navette à des températures atteignant jusqu'à
1 650
°C
au niveau des parties les plus exposées, c'est-à-dire la pointe avant et les bords d'attaque des ailes. Pour ne pas endommager la structure en
aluminium
, qui doit être maintenue en dessous de
180
°C
, une
protection thermique
recouvre complètement la navette. Sur les vaisseaux spatiaux comme les capsules
Soyouz
ou
Apollo
, cette protection thermique est constituée d'un matériau
ablatif
, qui élimine la chaleur en se décomposant couche après couche. Pour un engin réutilisable, cette solution ne peut être retenue. Le choix s'est porté sur un matériau au fort pouvoir
isolant
, qui renvoie vers l'extérieur la majeure partie de la chaleur qu'il absorbe
33
Le
bouclier thermique
de la navette est en grande partie constitué de
tuiles
en
céramique
collées sur la structure en aluminium. Le matériau utilisé, mis au point au cours des années 1960 par la société
Lockheed
, a été retenu car il est à la fois un excellent isolant thermique et est d'une grande légèreté (
densité
de 0,144 pour les tuiles HRSI-9), car constitué à 90 % d'air. Mais le
coefficient de dilatation
thermique de ce revêtement est très faible par rapport à celui de l'aluminium : pour que le revêtement ne se brise pas lorsque la superstructure en aluminium se contracte ou se dilate, il a fallu le diviser en tuiles carrées, d'une taille moyenne de 15
cm
de côté, séparées par des interstices de 0,3
mm
qui donnent suffisamment de jeu. Les tuiles sont un matériau relativement rigide mais fragile, qui peut facilement casser sous l'effet des déformations subies par la structure de la navette durant la traversée des couches denses de l'atmosphère : pour éviter une rupture, une couche de feutre est interposée entre chaque tuile et la coque en aluminium
34
Selon l'emplacement, la température et les contraintes mécaniques subies sont très différentes. La taille, l'épaisseur et la densité des tuiles peut varier pour s'adapter à la forme de la coque et à la contrainte thermique locale. Chaque tuile est unique et porte un numéro indélébile qui la situe sur la coque. Différents types de matériaux sont utilisés en fonction de la température à laquelle ils sont exposés, certains datant de l'époque de la construction des navettes, et d'autres ayant été mis au point après et qui sont utilisés ponctuellement lorsque les tuiles d'origine doivent être remplacées
33
les parties de la navette qui subissent des températures inférieures à
370
°C
sont couvertes de
FRSI
Felt Reusable Surface Insulation
), un revêtement en fibres à base de
Nomex
. Les pièces en FRSI ont en général une taille de 0,8 × 1,2 mètre et une épaisseur comprise entre 0,4 et 1
cm
une partie des parois de l'habitacle, ainsi que la surface supérieure des ailes situées juste après le bord d'attaque, et qui subissent des températures comprises entre
370
°C
et
650
°C
, sont protégés à l'origine par des tuiles en céramique blanches de type
LRSI
Low Temperature Reusable Surface Isolation
). Leur épaisseur est comprise entre 1,3 et 7
cm
et leur densité est de 0,144. De conception plus récente, les tuiles
AFRSI
Advanced Flexible Reusable Surface Insulation
), de couleur blanche, remplacent les tuiles LRSI : elles sont moins coûteuses à produire, moins lourdes et sont plus faciles à mettre en place ;
le dessous de la navette et le
bord d'attaque
de la
dérive
, qui subissent des températures comprises entre
650
°C
et
1 260
°C
, sont protégés à l'origine par des tuiles en céramique noires de type
HRSI
High Temperature Reusable Surface Isolation
). Leur épaisseur est comprise entre 1,3 et 13
cm
et leur densité peut être égale à 0,144 ou 0,35. Deux autres types de tuiles comparables ont été mis au point ultérieurement : les tuiles de type
FRCI
Fibrous Refractory Composite Insulation
), utilisées pour remplacer les tuiles HRSI lorsqu'elles sont endommagées car elles sont plus résistantes, et qui ont une densité de 0,19 et une épaisseur comprise entre 2,5 et 13
cm
; et les tuiles de type
TUFI
Toughened uni-piece fibrous insulation
), qui sont utilisées à la place des tuiles HRSI là où leur résistance aux dommages présente un avantage, en particulier près des moteurs SSME ;
le nez de la navette et le
bord d'attaque
des
ailes
sont les parties les plus exposées : elles subissent des températures supérieures à
1 260
°C
. Elles ne sont pas recouvertes d'un matériau isolant mais de pièces en
RCC
Reinforced carbon carbon
carbone carbone renforcé
), qui supportent ces températures extrêmes. L'utilisation de ce matériau n'a pu être généralisée car il est beaucoup plus lourd que les tuiles en céramique. Contrairement à celles-ci, les pièces en RCC jouent un rôle structurel et doivent être séparées de la structure par une couche d'isolant, car le carbone est un bon conducteur thermique. L'épaisseur des pièces en RCC est comprise entre 0,64 et 1,27
cm
. Le nez est recouvert par une pièce d'un seul tenant, tandis que les
bords d'attaque
sont recouverts par plusieurs tuiles. L'origine de l'
accident de la navette spatiale Columbia
est liée à la perforation d'une de ces tuiles par un morceau de mousse isolante détachée du réservoir externe lors du lancement, et qui a provoqué la destruction de la navette durant la rentrée atmosphérique.
Chaque navette, du fait de sa date d'entrée en service ainsi que des opérations d'entretien effectuées, a une protection thermique qui diffère légèrement. En 1999, la protection thermique de la navette
Atlantis
était constituée de
501 tuiles
de type HRSI-22 (densité de 22 pouces par pied carré soit 0,35), 19 725 de type HRSI-9 , 2 945 de type FRCI-12, 322 de type TUFI-8, 77 de type LRSI-12, 725 de type LRSI-9, 2 277 de type revêtement AFRSI et 977 de type revêtement FRSI. Environ
20 tuiles
sont endommagées à chaque vol et 70 doivent être remplacées pour différentes raisons
35
. Cet entretien est d'ailleurs l'une des principales causes de l'impossibilité par la NASA de tenir le calendrier initialement prévu d'un lancement par semaine. Ces opérations prennent beaucoup de temps, et leur coût en main d'œuvre explique aussi en partie pourquoi chaque vol de la navette était excessivement cher.
Train d'atterrissage
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L'orbiteur est doté d'un
train d'atterrissage tricycle
classique dont les trois jambes se replient dans des logements masqués par des trappes mobiles faisant partie intégrante du bouclier thermique. Le train d'atterrissage avant est installé dans le nez de la navette, tandis que les deux trains d'atterrissage principaux sont logés à l'arrière des ailes, de part et d'autre du fuselage. Chaque jambe comporte deux roues et un amortisseur oléopneumatique conventionnel (
azote
+ huile) et est réalisé en
acier
hautement résistant aux contraintes mécaniques et à la corrosion, en alliages d'
aluminium
et en
acier inoxydable
. L'amortisseur du train avant a un débattement de seulement 56
cm
et peut absorber une vitesse verticale de
3,4
m/s
. Les amortisseurs des trains arrière ont un débattement de 41
cm
Les pneumatiques du train avant mesurent 81 × 22
cm
et sont remplis d'azote à
20,68
bars et leur charge maximale admissible est de 18 000
kg
par roue à la vitesse de
464
km/h
. Les
pneumatiques
du train principal mesurent 113 × 40 × 53
cm
contiennent également de l'azote, sous une pression de
21,72
bars. Leur charge maximale admissible est de 49 200
kg
464
km/h
. Les pneus de la navette, bien que n'étant pas plus larges que ceux d'un camion, peuvent supporter des contraintes trois fois supérieures à ceux d'un
Boeing 747
. Afin de s'assurer qu'ils supporteront le poids de la navette à
450
km/h
, ils subissent des tests intensifs chez le fabricant, avant d'être inspectés aux
rayons X
et de subir d'autres tests complets à la NASA.
Initialement, chaque train d'atterrissage principal disposait de freins comportant quatre
disques
avec une âme en
béryllium
recouverte de
carbone
et capables d'absorber 75 millions de
joules
en freinage d'urgence. À la suite de plusieurs atterrissages ayant entraîné des dommages importants au système de freinage et imposant le recours à la seule piste de la base d'Edwards, le système de freinage est modifié. Cinq disques en carbone, capables de monter à des températures plus élevées (
1 149
°C
au lieu de
954
°C
), sont utilisés : ils permettent de dissiper jusqu'à 135 millions de joules et le freinage peut désormais s'effectuer à une vitesse de
418
km/h
(contre
330
km/h
), permettant d'accroître la marge en cas d'atterrissage d'urgence.
Le premier vol utilisant les nouveaux freins est la mission
STS-31
36
. Les pneus sont fournis par la firme américaine
Goodrich
depuis les premiers vols en 1981 jusqu'en 1989, date à laquelle la firme française
Michelin
rachète
Goodrich
et fournit ainsi les pneus des orbiteurs
37
Le train d'atterrissage est déployé à environ 90
du sol, à une vitesse ne devant pas excéder
580
km/h
. Les roues sortent en descendant vers l'arrière. Afin d'économiser un maximum de poids, aucun dispositif ne permet de rentrer le train d'atterrissage une fois celui-ci déployé. Pour éviter tout déploiement prématuré qui aurait des conséquences catastrophiques (par exemple, l'ouverture des portes durant la phase de rentrée atmosphérique créerait une brèche dans le bouclier thermique, entraînant la destruction de la navette), celui-ci est obligatoirement déclenché manuellement par l'équipage.
Comme la navette atterrit à haute vitesse et n'a droit qu'à une seule tentative, les roues doivent être déployées au bon moment du premier coup. Les trains sont déverrouillés et déployés par un système hydraulique à triple redondance, les portes étant reliées mécaniquement aux jambes de force de chacune des roues. Si le système hydraulique est défaillant, dans la seconde suivant le lancement de la commande de déploiement, des charges pyrotechniques déclenchent l'ouverture des trappes et un jeu de ressorts déploie en force le train d'atterrissage.
À chaque atterrissage, un système pyrotechnique est déclenché pour assister le déploiement du train d'atterrissage avant, qui doit faire face à la pression aérodynamique du vent relatif. Les pistons hydrauliques exercent une force d'environ une tonne pour ouvrir les trappes avant, tandis que cette force est de 2,5 tonnes pour les cinq premiers centimètres d'ouverture de chacune des deux portes arrière. Dans des conditions normales, le train met environ dix secondes à se déployer, aidé par son poids et le vent relatif qui lui permettent de se verrouiller en position basse
36
Postes de l'équipage
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La navette spatiale peut accueillir jusqu'à huit astronautes répartis sur deux ponts : l'habitacle (
flight deck
) et le compartiment intermédiaire (
mid-deck
). À ces deux niveaux s'ajoutent une soute (
lower-deck
). 72
sont ainsi disponibles, contre 8,5
sur un vaisseau russe
Soyouz
, capable de transporter trois cosmonautes.
Habitacle
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Disposition des postes en configuration de lancement.
Vue sur l'avant du cockpit.
L'habitacle peut accueillir quatre personnes. En configuration de lancement, le commandant et le pilote s'installent en face du tableau de bord respectivement à gauche et à droite. Derrière le pilote s'installent deux spécialistes de mission. En orbite, les sièges sont démontés
38
; seul le commandant garde sa place. À l'arrière de l'habitacle se trouve un poste de travail, équipé de cale-pieds au plancher, permettant à l'astronaute de se maintenir en position fixe tout en travaillant ; ce poste est utilisé pour commander les mouvements du télémanipulateur de la navette, qui manipule les charges utiles situées dans la soute de la navette. L'opérateur dispose de plusieurs hublots donnant sur la soute. Sur le côté, deux postes latéraux sont destinés au contrôle des charges utiles et de la navette.
À l'avant, la zone située au-dessus du pare-brise regroupe les différents moyens de propulsion ; il permet de sélectionner les ordinateurs GPC (
General Purpose Computer
). À gauche, le commandant a accès aux systèmes de
contrôle thermique
, de pressurisation et de conditionnement de l'air, de détection d'incendie et d'allumage des extincteurs. Face au pilote et au commandant sont placés deux indicateurs, l'ADI (
Altitude Direction Indicator
: indicateur de direction et d'altitude) et le HSI (
Horizontal Situation Indicator
: indication de situation horizontale), qui donnent des informations sur le pilotage, la vitesse, l'accélération et la position dans l'espace, mais également des commandes relatives au train d'atterrissage, entre autres. Sur sa droite, le commandant contrôle les circuits hydrauliques et l'alimentation électrique.
Au centre, plusieurs écrans fournissent aux pilotes des informations sur le remplissage du réservoir externe et le temps écoulé depuis le décollage. Entre les deux sièges, le « pylône central » comprend un clavier et des chronomètres, la sélection des antennes et des liaisons radio, ainsi que des indicateurs sur le fonctionnement du
contrôle d'attitude
(RCS). Face aux pilotes, un manche RHC (
Rotation Hand Controler
) permet d'utiliser les moteurs pour mettre en rotation la navette sur trois axes. Un second manche, le THC (
Translator Hand Controler
), situé sur la gauche du RHC, permet les mouvements de translation.
Au plafond, les astronautes disposent d'un large panneau avec de nombreux interrupteurs coupe-circuits. Au sol, des pédales de
palonnier
permettent aux pilotes, comme dans un avion, de braquer la
gouverne de direction de queue
et de freiner la navette à l'atterrissage.
Pont intermédiaire
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Les compartiments de repos peuvent se refermer comme des placards.
Le compartiment intermédiaire, sous l'habitacle, constitue le lieu de vie de l'équipage. Trois sièges y sont installés lors du décollage et de l'atterrissage pour les spécialistes de charge utile. On y accède soit par une écoutille latérale donnant sur l'extérieur, soit par les deux trappes situées au plafond et communiquant avec le niveau supérieur.
À droite de l'écoutille se trouvent les toilettes ; sur la gauche, un coin cuisine permet à l'équipage de préparer ses repas. En face sont installés à l'horizontale des compartiments de repos individuels pouvant être refermés ou ouverts comme des placards, sur lesquels les astronautes ont l'habitude d'accrocher le fanion de leur université
39
. L'équipage dispose d'un tapis roulant, afin de maintenir sa condition physique en
impesanteur
40
Sas
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L'orbiteur dispose d'un
sas
, qui permet à des membres de l'équipage d'intervenir à l'extérieur lorsque la navette est en orbite. Lorsque les orbiteurs ont été construits, le sas empiétait sur le pont intermédiaire afin de laisser la soute entièrement libre pour une charge utile. Le sas comportait à l'époque deux
écoutilles
, d'un diamètre de 91
cm
, dont l'une donnait dans la partie pressurisée de l'orbiteur et l'autre sur la soute, pour permettre aux astronautes d'intervenir sur les charges utiles au cours de
sorties extra-véhiculaires
. À la suite de la décision des États-Unis de participer au programme de la
station spatiale
russe
Mir
et d'envoyer les navettes afin d'assurer la relève des équipages, le sas a été modifié pour permettre à l'orbiteur de s'amarrer à la station spatiale. Il est désormais placé dans la soute. Le sas se présente sous la forme d'un cylindre vertical en sandwich d'aluminium. À l'intérieur la hauteur totale est de 2,11 mètres et le diamètre de 1,6 mètre, soit un volume un peu supérieur à 5
, qui permet à deux astronautes équipés d'une
combinaison spatiale
d'effectuer une sortie. Les deux écoutilles d'origines sont conservées mais une troisième écoutille est ajoutée au sommet du cylindre ; celui-ci est par ailleurs coiffé d'un
système d'amarrage périphérique androgyne
(APAS), mis au point par les ingénieurs russes pour permettre à l'orbiteur de s'amarrer à la station spatiale, ce qui offre la possibilité aux astronautes de passer en bras de chemise dans la station. Cette méthode d'amarrage est également celle utilisée pour la
Station spatiale internationale
Atlantis
est le premier orbiteur équipé, à compter de
1992
; les autres orbiteurs reçoivent à partir de
1998
une version légèrement différente, sauf
Columbia
qui conservera son installation d'origine jusqu'à sa destruction en
2003
41
Le système médical des navettes spatiales (SOMS,
Shuttle Orbiter Medical System
) permet aux astronautes de se soigner en cas de maladie ou de petites blessures. Il est composé d'une boîte bleue (MBK,
Medication and Bandage Kit
) contenant des médicaments (suppositoires, aspirines), des pansements ainsi qu'une boîte bleue à bandes rouges (EMK,
Emergency Medical Kit
) contenant un kit de premiers secours et des instruments médicaux ; ces deux boîtes sont stockées sur le
mid-deck
(le niveau intermédiaire)
42
. Les informations collectées par le SOMS sont envoyées au
centre de contrôle de mission
Houston
, où des médecins peuvent conseiller les astronautes, ou demander l'annulation de la mission.
Informatique embarquée
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L'informatique des navettes spatiales est composée de 1 753
enregistreurs de vol
200 calculateurs
assignés à chaque système. Les calculateurs sont reliés à 5 ordinateurs
IBM AP-101
, programmés par
Rockwell
et
IBM
en
Fortran
. D'une mémoire de 3 833 856
bits
(soit 468
Ko
), ils peuvent interroger une
base de données
contenant le programme de vol (environ 15
Mbit
), stockée sur une
bande magnétique
de 34
Mbit
. L'espace mémoire restant contient des programmes de réserve et d'autres données. Ce programme de vol est actualisé au fur et à mesure de l'avancement de la mission en
9 groupes
: par exemple le premier correspond à la phase de vol propulsé. Tant que la navette est sur son pas de tir, elle est en partie contrôlée par le
Launch Processing System
(LPS)
43
Pendant les phases « critiques » (lancement, atterrissage), 4 des
5 ordinateurs
fonctionnent en parallèle en effectuant les mêmes calculs : ils reçoivent les mêmes informations et sont synchronisés
440 fois
par seconde. Ils sont chacun programmés d'une manière différente par des équipes différentes, afin qu'une erreur qui pourrait en faire diverger un n'affecte théoriquement pas les autres. Pour pallier les erreurs de
logiciel
, les décisions sont prises à la majorité lorsqu'il y a divergence dans les résultats obtenus. Le
ordinateur est là pour veiller à ce que tout se passe bien entre les quatre autres : S'ils sont tous mis en défaut, il peut assurer le fonctionnement de la navette à lui-seul. Pour les phases plus « calmes », comme les périodes en orbite, un seul ordinateur veille sur la navette, les autres étant désactivés
44
. Pour leur époque de conception, ces ordinateurs étaient très rapides et très flexibles, étant capables de réaliser une opération en moins de
3 microsecondes
et pouvant répondre directement à un millier de questions venant de l'équipage. Les réponses étaient affichées sur les multiples écrans du tableau de bord, combinant des données alphanumériques, des graphiques ou un mélange des deux possibilités.
Alimentation électrique
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Une pile à combustible utilisée sur les navettes spatiales.
Les navettes spatiales sont alimentées en énergie électrique par trois
piles à combustible
Hydrox, fabriquées par
Power System
45
. Elles fournissent l'énergie électrique à la totalité de la navette spatiale (incluant aussi les boosters et le réservoir externe), de
min
30
avant le lancement jusqu'à la fin de la mission. 2 832
kg
d'
oxygène
sont répartis dans huit réservoirs de 95,3
cm
de diamètre et 1 584
kg
d'
hydrogène
dans quatre réservoirs de 115,6
cm
de diamètre. Ils sont répartis par paires dans le milieu du fuselage, sous le plancher de la soute, et des réservoirs supplémentaires peuvent être installés en fonction de la mission prévue (jusqu'à cinq de plus). Ces trois piles fournissent une
tension
de 28
pour une
intensité
variant entre 61
et 436
. Il faut près d'un quart d'heure pour allumer une pile, aussi, deux sont toujours actives pour éviter une coupure ; elles alimentent continuellement un convertisseur produisant de l'électricité en 115
/ 400
Hz
triphasé pour les appareils utilisant du courant alternatif. Les trois piles produisent en continu un maximum de 21
kW
, avec la possibilité de supporter un pic de puissance de 36
kW
pendant un quart d'heure. L'orbiteur consommant en moyenne 14
kW
de courant, cela laisse environ 7
kW
de disponibles pour la charge utile
45
Les piles à combustible produisent de l'
eau
qui, une fois filtrée, peut être consommée par les astronautes. Elles sont un élément à la fois sensible et critique de l'orbiteur. À plusieurs reprises une mission a dû être abrégée à la suite d'une défaillance de l'un de ces éléments.
Systèmes hydrauliques
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Le
système hydraulique
des navettes spatiales est utilisé pour orienter les tuyères des moteurs SSME et déployer le train d'atterrissage. L'énergie est fournie par des
groupes auxiliaires de puissance
(APU,
Auxiliary Power Units
), au nombre de trois et positionnés à l'arrière de l'orbiteur. Ils pèsent près de 39
kg
chacun et fournissent une puissance de
138
ch
, grâce à une
turbine
alimentée par les gaz libérés lors de la décomposition catalytique de l'
hydrazine
930
°C
; cette turbine entraîne une pompe d'un débit de quatre litres par seconde. Un réservoir de 134
kg
contient l'hydrazine, pressurisée à
27
bars par de l'hélium.
Réservoir externe
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Réservoir externe de la navette spatiale américaine.
Article détaillé :
Réservoir externe de la navette spatiale américaine
Le réservoir externe (en
anglais
External Tank
, abrégé en ET) contient l'hydrogène et l'oxygène stockés sous forme liquide utilisés par les moteurs
SSME
de l'orbiteur. Le réservoir a la forme d'un cylindre long de 46,9 mètres et d'un diamètre de 8,4 mètres, qui se termine par une pointe conique pour des raisons aérodynamiques. Il contient
543 000
litres (environ 631
) d'
oxygène liquide
et 1,465 million de litres (environ 108
) d'
hydrogène liquide
. Le réservoir, qui est construit par
Lockheed
dans l'
usine de Michoud
en
Louisiane
, est réalisé en alliage
lithium
aluminium
, qui combine résistance et légèreté. Le réservoir d'hydrogène occupe les deux tiers inférieurs du cylindre, tandis que le réservoir d'oxygène est situé au sommet. Le réservoir d'oxygène, qui pèse 5,4 tonnes à vide, comporte des anti-ballotants et des dispositifs anti-tourbillons destinés à limiter les mouvements du liquide et à prévenir l'arrêt des moteurs avant l'épuisement total de l'ergol. Un évent situé au sommet du réservoir permet de libérer l'oxygène gazeux en cas de surpression. Entre les deux réservoirs se trouve une zone de liaison, car les fonds des deux réservoirs, qui sont de forme hémisphérique, ne sont pas jointifs. Le réservoir d'hydrogène ne comporte que des dispositifs anti-tourbillons car les mouvements de l'hydrogène liquide, très peu dense, ont peu d'influence sur le comportement de la navette. Il dispose, comme le réservoir d'oxygène, d'un évent pour réduire si nécessaire la pression engendrée par l'évaporation constante de l'hydrogène
46
Le réservoir externe est attaché à la navette par trois points : l'un est situé au sommet du réservoir d'hydrogène, les deux autres sont situés au bas de ce réservoir au même niveau. Les propulseurs d'appoint sont attachés par deux fixations au réservoir externe, l'une située au niveau de la zone de liaison entre les réservoirs, l'autre située sur le réservoir d'hydrogène. Une canalisation de 43
cm
de diamètre transporte l'oxygène liquide sous pression avec un débit de 1,3 tonne par seconde (pour un SSME à 104 % de puissance) et court à l'extérieur du réservoir d'hydrogène pour alimenter les moteurs de la navette. L'hydrogène est transféré par une canalisation de même diamètre avec un débit de 211 kilogrammes par seconde. Le réservoir est recouvert d'une épaisse couche d'isolant qui limite le réchauffement des ergols qui doivent être maintenus à des températures très basses (
−253
°C
pour l'hydrogène). Le matériau utilisé a été modifié à plusieurs reprises pour réduire la masse du revêtement ou satisfaire des contraintes environnementales. Des problèmes d'adhérence récurrents sont à l'origine du deuxième accident de la navette
46
Le réservoir externe a subi depuis la sortie des premiers exemplaires plusieurs modifications : sa masse à vide initiale de 35 tonnes a été abaissée une première fois à 30 tonnes pour la mission
STS-6
, essentiellement en amincissant la structure. En 1998, l'aluminium-lithium a remplacé l'aluminium, ce qui permet d'atteindre une masse à vide de 26 tonnes. Avec le plein d'ergols, il pèse 760 tonnes
47
Propulseurs d'appoint (boosters)
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Deux segments en cours d'assemblage.
Article détaillé :
Propulseur d'appoint à poudre de la navette spatiale américaine
Les deux propulseurs d'appoint (
Solid Rocket Booster
ou SRB) de la navette fournissent plus de 71,4 % de la
poussée
totale des moteurs de la navette durant les deux premières minutes du vol avant d'être largués lorsque celle-ci a atteint une altitude de 46
km
. Par ailleurs avant le décollage, les 2 000 tonnes de l'ensemble composé par la navette, le réservoir et les propulseurs reposent entièrement sur les propulseurs.
Chaque
propulseur à poudre
est composé principalement d'une enveloppe cylindrique en
acier
longue de 45,6 mètres (avec la
tuyère
) et d'un diamètre de 3,71 mètres, d'un cône avant dans lequel se trouvent les parachutes et d'une tuyère orientable. Le
propergol
, moulé dans l'enveloppe, se présente sous la forme d'un bloc de poudre de 469 tonnes qui contient, intimement mélangés, le
comburant
(du
perchlorate d'ammonium
), le
carburant
(de la poudre d'
aluminium
) ainsi que d'autres composants sous forme de trace. Le bloc est percé d'un canal longitudinal qui sert de
chambre de combustion
. Lorsque le propulseur est allumé, la surface interne du bloc de poudre côté canal se met à brûler et produit des gaz chauds qui sont expulsés à grand vitesse par la
tuyère
en générant une
poussée
de 1 246 tonnes. Pour pouvoir couler le propergol, le cylindre est divisé en 5 segments qui sont solidarisés une fois qu'ils ont reçu leur charge. La géométrie du canal au centre du bloc est définie pour fournir une poussée maximale au décollage qui tombe à 70 % 55 secondes plus tard puis reste par la suite à peu près constante. À cet effet, la section du canal du segment avant (haut) a la forme d'une étoile à
11 branches
N 4
, tandis que le canal des quatre autres segments a la forme d'un double cône tronqué. Une fois allumé, le propulseur à poudre fonctionne jusqu'à épuisement du propergol et ne peut être éteint contrairement aux moteurs de l'orbiteur. La masse à vide est de 63 tonnes
48
Les segments s'emboîtent entre eux et sont solidarisés par 177 chevilles répartis sur la circonférence. Pour pouvoir résister aux très fortes pressions et températures, trois joints assurent l'étanchéité entre les segments. En 1986, la défaillance de ces joints créa une ouverture à travers laquelle une flamme vint perforer le réservoir externe entraînant la
destruction de la navette Challenger
et la mort de son équipage. Depuis, les joints et la manière dont les segments sont solidarisés ont été revus. La tuyère peut être inclinée de
7°
par rapport à l'axe du propulseur pour orienter la poussée et corriger la trajectoire de la navette. La force motrice utilisée pour orienter les tuyères est fournie par deux
systèmes hydrauliques
redondants dont la source d'énergie est un moteur consommant de l'
hydrazine
. L'extrémité supérieure du propulseur, en forme de cône, contient un parachute extracteur et trois parachutes principaux de
40 mètres
de diamètre qui sont déployés après le largage des propulseurs pour permettre leur récupération par bateau. Huit petits propulseurs à poudre répartis en deux groupes de quatre sont utilisés pour écarter le propulseur d'appoint de la navette après la séparation
48
Déroulement d'une mission
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Préparation
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La navette
Atlantis
dans le VAB.
L'orbiteur, après avoir subi une révision dans le hall de préparation (
Orbiter Processing Facility
, OPF) au
Centre spatial Kennedy
en
Floride
, y reçoit une partie de la charge utile de la mission à venir ; les consommables sont également chargés. L'orbiteur est pesé et son centre de gravité est déterminé pour une prise en compte dans les paramètres de vol. L'orbiteur est ensuite déplacé jusqu'à l'immense
bâtiment d'assemblage
construit pour les fusées
Saturn
du
programme
Apollo
et dont deux baies sont destinées à la préparation en parallèle des navettes. Deux autres baies sont utilisées pour garer les orbiteurs et stocker du matériel. Le réservoir externe et les deux propulseurs d'appoint sont installés en position verticale sur la table de lancement mobile (
Mobile launcher platform
ou MLP
) qui va être utilisée pour déplacer la navette jusqu'à l'aire de lancement et servira de support au moment du tir. L'orbiteur est hissé à la verticale à près de
100 mètres
de hauteur à l'aide de deux
ponts roulants de 200 tonnes
puis abaissé pour être boulonné au réservoir externe. Des plateformes mobiles sont alors mises en place pour permettre de travailler sur la navette. Les liaisons mécaniques et électriques entre les trois composants de la navette sont vérifiées et testées. Les liaisons avec les installations au sol sont également contrôlées. L'ensemble de ces vérifications prend théoriquement 6 jours
49
La navette
Atlantis
est transportée sur le véhicule à chenilles jusqu'au pas de tir.
Les deux pas de tir avec
Atlantis
et
Endeavour.
Le
véhicule sur chenilles
chargé de transporter la navette jusqu'au lieu du lancement est alors glissé sous la plateforme de lancement mobile puis l'ensemble franchit les portes du VAB et se met en route à petite vitesse (moins de
km h
−1
) jusqu'à l'un des deux pas de tir aménagés pour la navette. Le véhicule, qui est également un héritage du programme
Apollo
, est équipé d'un système de vérins qui maintient la navette à la verticale lorsque l'ensemble doit gravir la rampe de 5 % qui mène au pas de tir. La destination est atteinte au bout de
6 heures
; la plateforme mobile est alors abaissée sur des trépieds et le véhicule sur chenilles est retiré. Chacun des deux pas de tir (39A et 39B) comporte une structure qui permet d'achever la préparation de la navette : celle-ci est composée d'une tour métallique fixe (
Fixed service structure
ou FSS) et d'une partie mobile (
Rotating service structure
) qui y est attachée et pivote de
120°
pour venir se plaquer contre la soute de l'orbiteur. La partie fixe comporte des lignes d'alimentation en ergols et fluides divers ainsi qu'une passerelle qui permet à l'équipage de pénétrer dans la navette. La partie mobile comporte 5 niveaux de plateforme qui permettent de travailler sur la soute dans un environnement contrôlé. Elle permet également d'accéder aux nacelles des moteurs
49
La charge utile d'une navette comprend souvent un grand nombre de composants, dont certains sont destinés à rester en orbite comme les composants de la station spatiale internationale ou le ravitaillement de son équipage permanent, et d'autres qui reviennent à Terre comme les conteneurs ou structures destinées à transporter le fret. Tous les éléments de la charge utile sont vérifiés, conditionnés et installés au
centre spatial Kennedy
. Une partie est installée lorsque l'orbiteur est à l'horizontale dans l'OPF, le reste l'est sur le pas de tir. Le chargement des carburants est préparé. Les portes de la soute sont refermées. La dernière tâche est une répétition du lancement qui est effectuée avec les astronautes installés dans l'orbiteur et équipés de leur combinaison spatiale. Le compte à rebours commence
47 heures
avant le lancement par une vérification générale des systèmes et des logiciels de vol par les opérateurs installés dans l'une des salles de lancement. À T-
11 heures
(T = instant du décollage) la structure mobile (RSS) est écartée, l'aire de lancement est évacuée et le chargement de l'hydrogène et de l'oxygène liquide dans le réservoir externe commence
49
Lancement
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Déroulement normal d'un vol de navette spatiale et scénarios d'interruption.
Trois heures avant le lancement les astronautes s'installent dans la navette spatiale. Entre T-3 minutes et T-2 minutes (T = instant du décollage) les réservoirs d'hydrogène et d'oxygène sont mis sous pression puis les SSME sont mis à la température des ergols. Si aucun problème n'est détecté durant le compte à rebours, les
SSME
sont allumés à T-3 secondes. Sous la poussée des moteurs, les boosters qui solidarisent la navette avec la plateforme ploient légèrement et la navette s'incline de 2 mètres au niveau du poste de pilotage avant de revenir à la verticale. Si après allumage l'un des moteurs SSME n'a pas atteint 90 % de sa puissance nominale, le lancement est interrompu
N 5
. Lorsque le fonctionnement des moteurs-fusées est normal les propulseurs à poudre sont allumés au moment précis où la navette est revenue à la verticale (instant T). La navette spatiale s'élève en prenant rapidement de la vitesse (accélération d'1,5
) car le rapport
poussée
/ masse totale (3 000 tonnes pour 2 000 tonnes) est d'1.5, contrairement par exemple à la fusée
Saturn
. Dès que la vitesse a dépassé
39
m s
−1
, au bout d'environ 7 secondes, la navette prend une orientation correspondant au
plan orbital
visé (
57°
par exemple pour une mission vers la
station spatiale internationale
). La navette effectue un
tonneau
pour présenter le ventre de l'orbiteur vers le ciel : dans cette position les moteurs peuvent maintenir une
incidence
négative en limitant la pression aérodynamique sur les ailes de l'orbiteur. La poussée des SSME est réduite jusqu'à 67 % au fur et à mesure que la pression aérodynamique s'accroît. La pression aérodynamique maximale
Max Q
, est atteinte 60 secondes après le décollage. À T+65 secondes, la poussée des SSME est progressivement augmentée jusqu'à atteindre 104 % de la poussée nominale
50
51
Environ 120 secondes après le décollage, les deux propulseurs d'appoint sont largués : les liaisons sont coupées par des charges
pyrotechniques
et huit petits moteurs-fusées écartent les boosters du réservoir externe. L'équipage qui était jusque-là soumis à de fortes vibrations de basse fréquence et d'amplitude de l'ordre de 1 à 2
cm
, est dans un silence total tandis que l'accélération retombe à 1
. Chaque propulseur d'appoint continue à monter durant 75 secondes sur sa lancée jusqu'à atteindre son apogée puis retombe, refaisant remonter l'accélération à 3
puisque la poussée reste constante mais la masse diminue ; parvenu à une altitude de 48
km
, 225 secondes après la séparation, la pointe supérieure est éjectée puis un parachute pilote se déploie pour stabiliser le propulseur et enfin trois parachutes principaux s'ouvrent réduisant la vitesse à 25 mètres par seconde au moment de l'amerrissage. Celui-ci se produit dans l'
Océan Atlantique
à environ 261
km
de la base de lancement. Les propulseurs sont récupérés par deux navires de la NASA et remis en condition pour un vol suivant. L'orbiteur continue à prendre de la vitesse en utilisant uniquement les SSME. Désormais l'orbiteur a traversé la partie la plus dense de l'atmosphère. Il effectue un nouveau tonneau environ 6 minutes après le décollage pour présenter ses antennes de télécommunications vers le zénith ce qui permet à l'équipage de communiquer avec le centre de contrôle par l'intermédiaire des satellites
TDRS
en orbite géostationnaire. Sa vitesse est alors de
3,7
km s
−1
Les installations fixes sur le pas de tir.
Sept minutes après le décollage, la poussée des SSME est réduite pour ne pas dépasser 3
d'accélération. Huit minutes et 20 secondes après le décollage les SSME sont arrêtés (MECO : Main engine Cutoff) : l'arrêt est normalement déclenché par l'arrivée à un point préfixé de la trajectoire mais ce point peut ne pas avoir été atteint auquel cas c'est l'épuisement des ergols qui déclenche l'arrêt des moteurs. Le réservoir externe est largué : les moteurs de correction orbitale sont utilisés pour écarter la navette de la trajectoire du réservoir
52
La navette a alors une vitesse de
7,6
km s
−1
mais sa vitesse est encore trop faible par rapport à sa basse altitude pour lui permettre de rester en orbite. Le réservoir d'ailleurs suit une trajectoire balistique et effectue bientôt une
rentrée atmosphérique
durant laquelle il est détruit. Ses débris tombent dans le sud de l'
océan Pacifique
lorsque la navette effectue une mission à destination de la station spatiale internationale (inclinaison de
57°
). La navette utilise ses moteurs de correction orbitale (OMS) pour ne pas subir le même sort et se placer sur l'orbite visée. Celle-ci est comprise, selon les missions, entre 250 et 650
km
51
. La navette peut effectuer une ou deux corrections selon sa mission pour se placer en orbite : la première effectuée typiquement 2 minutes après l'extinction des moteurs principaux, permet à la navette de gagner son apogée cible, la seconde circularise l'orbite. Si la deuxième manœuvre n'est pas effectuée, la trajectoire est dite avec « insertion directe »
53
Scénarios d'interruption de la mission durant le lancement
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La navette en position de lancement.
Lorsque la navette est au sol, le lancement peut être interrompu tant que les propulseurs d'appoint n'ont pas été mis à feu. Si les SSME sont allumés puis éteints après la détection d'une défaillance, le problème le plus grave est la présence potentielle d'hydrogène gazeux à l'extérieur des tuyères des moteurs, qui peut brûler sans que la flamme soit visible. Des caméras spéciales permettent de détecter ce type de situation. Il existe quatre procédures différentes d'évacuation des astronautes pour couvrir tous les cas de figure. Les astronautes sont entraînés à évacuer la navette et à descendre rapidement à l'aide d'une nacelle jusqu'à un blockhaus situé à proximité
54
Une fois les propulseurs d'appoint allumés, le décollage ne peut plus être interrompu. Si à la suite d'un dysfonctionnement, la trajectoire de la navette sort de l'enveloppe de vol normale et menace une zone d'habitation, des charges explosives placées dans les propulseurs d'appoint et le réservoir externe dont le déclenchement est confié à l'
armée de l'Air américaine
permettent de faire exploser ceux-ci avant qu'ils ne touchent le sol. Dans tous les cas, la séparation de l'orbiteur sera tentée avant d'enclencher les explosifs.
À partir du moment où les propulseurs d'appoint ont été largués (T+120 secondes T=lancement), il existe plusieurs scénarios d'interruption de mission :
Retour au site de lancement (
Return to launch site
ou RTLS)
En cas de perte partielle de propulsion entre le moment où les propulseurs d'appoint sont largués et T+260 secondes, le scénario d'abandon consiste à regagner la piste d'atterrissage du centre de lancement Kennedy. La navette poursuit sa trajectoire initiale avec les moteurs qui sont encore opérationnels puis réalise un demi-tour et effectue un vol propulsé avec une
assiette négative
de manière à se rapprocher du terrain d'atterrissage. L'objectif est de vider le réservoir extérieur et d'être positionné au point idéal permettant d'atteindre la piste en vol plané
54
Interruption avec vol transatlantique (
Transoceanic Abort Landing
TAL)
Ce scénario s'applique au-delà de T+260 secondes et si le carburant restant ne permet pas d'atteindre une orbite minimale. Il ne reste pas assez de carburant pour effectuer un demi-tour et revenir au point de départ. Dans ce cas de figure la navette effectue un
vol suborbital
, qui permet à l'orbiteur d'aller se poser sur une piste située de l'autre côté de l'Atlantique environ 45 minutes après son lancement. Pour une mission avec une
inclinaison
de
57
à destination de la
station spatiale internationale
deux aéroports situés en Europe ont été sélectionnés : la
base aérienne américaine de Moron
près de
Séville
en
Espagne
et la
base aérienne d'Istres
dans le sud de la
France
. Sur ces deux bases, des équipements destinés à guider la navette à son atterrissage sont installés en permanence et des équipes de la NASA sont prépositionnées environ 8 jours avant chaque lancement
55
Décollage (
STS-114
) – vue en
fish-eye
Interruption avec une orbite bouclée (
Abort Once Around
AOA)
Ce scénario s'applique lorsque l'orbiteur est capable d'atteindre une orbite mais ne pourra s'y maintenir par la suite, car celle-ci est trop basse. Dans ce cas de figure, la navette boucle une orbite complète puis entame la
rentrée atmosphérique
en appliquant la procédure normale
54
Interruption avec mise en orbite (
Abort to Orbit
ATO)
Ce scénario s'applique au cas où l'orbiteur perd une partie de sa propulsion mais qu'il a suffisamment de vitesse pour se mettre sur une orbite viable, mais qui n'est pas celle visée. L'orbiteur peut toutefois utiliser ses moteurs de correction d'orbite pour atteindre la bonne orbite. Selon le cas de figure la mission est poursuivie ou du fait de marges d'ergols insuffisantes, elle est interrompue et la rentrée atmosphérique est déclenchée normalement au cours d'une orbite suivante
54
Abandon de l'orbiteur (
Contingency abort
CA)
Si plus d'un SSME est en panne ou qu'un autre composant jouant un rôle essentiel a une défaillance, la navette ne peut choisir une nouvelle trajectoire lui permettant de se poser sur une piste, ni se mettre en orbite : un plan de secours (
Emergency abort
) est mis en œuvre et l'équipage doit évacuer l'orbiteur. Pour les quatre premières missions de la navette, les deux pilotes disposaient d'un
siège éjectable
utilisable en dessous de
Mach
2,7
et de 24
km
, mais ceux-ci ont été retirés par la suite, et de toute façon les autres membres de l'équipage n'auraient pu disposer du même équipement. La décision d'évacuer doit être prise alors que l'orbiteur est à 20
km
d'altitude. Le
pilote automatique
est branché et un programme de navigation dédié est activé. L'évacuation se fait par l'écoutille d'entrée située au niveau du pont intermédiaire. L'évacuation n'est possible que si la vitesse de l'orbiteur est inférieure à
426
km/h
et l'altitude inférieure à 10
km
. Un système pyrotechnique est mis à feu pour faire sauter l'écoutille et une perche télescopique de 3 mètres de long s'incurvant fortement vers le bas est déployée. Chaque membre de l'équipage, équipé de son parachute, accroche à son équipement une ligne qui coulisse sur la perche terminée par un mousqueton avant de sauter dans le vide. La perche doit le guider au début de son saut et lui permettre d'éviter d'être happé par l'aile de l'orbiteur. Il a été calculé qu'un équipage de 8 personnes pouvait être évacué en 90 secondes à raison de 12 secondes par astronaute, l'orbiteur se trouvant à 3
km
d'altitude à la fin de l'évacuation
56
57
58
À cinq reprises (STS-41-D, STS-51-F, STS-55, STS-51, STS-68), le lancement d'une mission a dû être interrompu à la suite de la détection d'une défaillance d'un moteur quelques secondes avant le décollage, alors que les moteurs de la navette avaient été allumés. La seule procédure d'abandon en vol durant toute la carrière de la navette a été déclenchée par la mission STS-51-F à la suite de l'arrêt du moteur central de l'orbiteur après 5 minutes 45 s de vol : la navette a suivi la procédure relativement bénigne d'interruption avec mise en orbite (
Abort to Orbit
) et la mission put finalement être accomplie
59
Retour sur Terre
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La
navette spatiale
Discovery
transportée par un
Boeing 747
Shuttle Carrier Aircraft
Pour son retour sur la terre, l'équipage de l'orbiteur privilégie un atterrissage au centre spatial Kennedy où se trouvent la base de lancement et les installations d'entretien. Pour pouvoir se poser un certain nombre de conditions météorologiques doivent être réunies : la couverture nuageuse sous 2 500 mètres doit être inférieure à 50 %, la visibilité doit être supérieure à 8
km
, les vents traversiers sur une des deux pistes doivent être inférieurs à
28
km h
−1
si l'orbiteur atterrit de jour et
14
km h
−1
si l'atterrissage a lieu de nuit. Il ne doit pas y avoir d'orage ou de pluie dans un rayon de 50
km
autour du lieu d'atterrissage. Si ces conditions ne sont pas réunies le séjour en orbite peut être prolongé, selon la mission, de un à quelques jours. Si les conditions météorologiques défavorables persistent, l'atterrissage a lieu à la
base aérienne d'Edwards
en Californie où la météorologie est souvent plus clémente et le nombre de pistes de grande taille fournissent plus d'options. Mais cette solution nécessite de rapatrier ensuite l'orbiteur à l'aide d'un des deux
Boeing 747
Shuttle Carrier Aircraft
ce qui engendre un certain risque, un surcoût important et de plus accroît le délai de remise en condition de l'orbiteur. Les premiers atterrissages s'effectuaient à Edwards. Le premier atterrissage à Kennedy, qui a été effectué dans le cadre de la mission
STS-41B
en 1984, s'est traduit par un pneu éclaté et des freins endommagés. Les atterrissages n'ont repris à Kennedy qu'en 1991 après des travaux d'aménagement de la piste (allongement, reprise du revêtement) et des modifications au niveau du train d'atterrissage, des pneus et des freins des orbiteurs. Un parachute destiné à réduire la distance d'arrêt a été installé dans la queue des navettes. Depuis les atterrissages au centre spatial Kennedy sont la règle
60
Déploiement du parachute pour réduire la distance d'arrêt (ici Atlantis).
Pour déclencher le retour sur Terre, la navette doit réduire sa vitesse en utilisant ses moteurs-fusées : cette réduction entraîne à son tour la diminution de son altitude jusqu'à ce que la navette pénètre les couches plus denses de l'atmosphère qui vont à leur tour freiner la navette et lui faire entamer la
rentrée atmosphérique
. L'énorme quantité d'
énergie cinétique
accumulée par l'orbiteur durant sa mise en orbite est dissipée sous forme de chaleur pendant cette phase. Le moment du déclenchement est fixé de manière que la trajectoire amène la navette avec la bonne vitesse jusqu'à la piste d'atterrissage choisie.
La manœuvre qui déclenche la rentrée atmosphérique de la navette est réalisée à un point de l'orbite qui se trouve à l'opposé de la piste d'atterrissage. L'orbiteur va progressivement ralentir jusqu'à atteindre le point où la pression atmosphérique combinée à sa vitesse permettent à ses gouvernes de le diriger. Désormais l'orbiteur, qui ne dispose d'aucun système de propulsion, se comporte comme un planeur que le pilote doit ramener, dans le cas normal, sur la piste d'atterrissage située au centre spatial Kennedy
61
60
Pour amorcer ce processus l'orbiteur est orienté de manière que ses moteurs de correction orbitale soient tournés vers l'avant puis ceux-ci sont allumés de manière à réduire la vitesse de 60 à 150 mètres par seconde selon l'orbite de départ. L'orbiteur est ensuite replacé le nez tourné vers l'avant dans une position
cabrée
avec une
assiette
d'environ
40°
. Cet angle est maintenu entre 37 et
43 degrés
en utilisant si nécessaire les moteurs de contrôle d'orientation arrière car les
gouvernes
, en particulier celles de profondeur, n'ont aucune efficacité dans l'atmosphère ténue. Au-delà de
43°
, l'échauffement serait trop important et le bouclier thermique ne pourrait pas résister. Le pilote adopte des angles de
roulis
plus ou moins accentués : le pilote peut ainsi à la fois ajuster la longueur de la trajectoire restante en ralentissant (en effectuant des S) ou accélérant (route rectiligne) et déporter la trajectoire vers la droite ou la gauche lorsque la piste ne se trouve pas dans le prolongement de l'orbite. Grâce à ses ailes, l'orbiteur peut ainsi se poser sur une piste située à 1 800
km
sur la droite ou la gauche d'une trajectoire rectiligne
62
63
Lorsque la pression
aérodynamique
dépasse 10
kg m
−2
, la gouverne de profondeur peut être utilisée et à
Mach
5 c'est au tour de la gouverne de direction. À Mach 1, les moteurs de contrôle d'orientation sont désactivés. La pente de la descente est diminuée progressivement jusqu'à ce qu'elle soit ramenée à
1.4°
lorsque l'orbiteur est parvenu à l'altitude de 25
km
. La navette a alors une vitesse de
3 148
km h
−1
et se trouve à 128
km
de son point d'atterrissage. L'orbiteur entame une phase (
Terminal Aera Energy Management
, TEAM) durant laquelle il va réduire, si c'est nécessaire, sa vitesse en décrivant des S d'un rayon d'environ 5,5
km
tout en suivant une trajectoire dont l'axe est tangent à l'un des deux côtés de la piste d'atterrissage. La vitesse de l'orbiteur devient subsonique alors qu'il se trouve à une altitude de 15
km
et est éloigné de 56
km
de la piste d'atterrissage. À environ 10
km
de la piste, l'orbiteur entame la descente finale en utilisant l'autopilote avec une pente d'environ
20°
(trois fois plus accentuée que celle d'un avion commercial) et en ayant recours aux
aérofreins
pour contrôler sa vitesse. À 500 mètres d'altitude, l'orbiteur redresse pour réduire la pente à
1.5°
et le train d'atterrissage est sorti à une altitude de 100 mètres. La piste d'atterrissage de Kennedy a une longueur de 4,5
km
et une largeur de 91 mètres.
L'orbiteur touche la piste avec son train d'atterrissage principal en position fortement cabrée sa vitesse est de
472
km h
−1
, l'avant commence à s'abaisser lorsque la vitesse tombe sous
343
km h
−1
. Un parachute de 12 mètres de diamètre est alors déployé sur l'arrière de l'empennage pour réduire la distance parcourue avant son arrêt complet. Le train d'atterrissage avant touche à son tour le sol lorsque la vitesse est tombée sous
296
km h
−1
et le parachute est largué lorsque la vitesse est inférieure à
56
km h
−1
64
60
Environ
25 véhicules
spécialisés et
150 spécialistes
sont présents pour prendre en charge l'orbiteur et son équipage immédiatement après son atterrissage. Lorsque l'orbiteur s'immobilise, des équipes au sol en combinaison étanche vérifient l'absence d'
ergols
toxiques utilisés par les moteurs-fusées, d'hydrogène ou d'ammoniac à l'extérieur de l'orbiteur. Si ce n'est pas le cas, un ventilateur est utilisé pour dissiper les gaz et éviter une explosion éventuelle. Des conduites amenant de l'air conditionné sont branchées à l'arrière de l'orbiteur à la fois pour refroidir les parties de la navette qui ont été fortement échauffées durant la rentrée atmosphérique et pour purger la navette de tout gaz toxique. Ces opérations durent moins d'une heure, puis un véhicule vient se placer contre l'écoutille qui est ouverte pour laisser passer l'équipage ; celui-ci après un court examen médical est évacué pour laisser la place à une équipe chargée de préparer l'orbiteur pour les opérations suivantes. Si l'orbiteur a atterri au centre spatial Kennedy, il est tiré vers le hall de préparation (
Orbiter Processing Facility
, OPF) où s'effectuent les opérations d'entretien. Si l'orbiteur a atterri à la
base aérienne d'Edwards
, il est dirigé vers la grue pour être installé sur le
Boeing 747
équipé pour le ramener jusqu'au centre spatial Kennedy
64
60
Opérations d'entretien
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L'orbiteur
Atlantis
dans le hall de préparation.
L'orbiteur est tiré vers un des trois bâtiments dédiés, soit le hall de préparation (
Orbiter Processing Facility
, OPF), situé au centre spatial Kennedy où se déroulent les opérations d'entretien courant. L'orbiteur y est placé en position surélevée et plusieurs plateformes mobiles sont mises en position pour permettre d'accéder aux différentes parties de la navette. Après ouverture des portes de la soute, la charge utile de la mission qui vient de s'achever est retirée. Différents circuits et réservoirs sont purgés : circuits moteurs, système de support de vie, climatisation, pile à combustible, réservoirs d'eau. Les moteurs SSME sont démontés pour révision dans un bâtiment dédié (
Main Engine Processing Facility
). Si nécessaire, les nacelles des moteurs OMS et le bloc des moteurs d'orientation avant sont démontés pour être révisés. Le bouclier thermique est examiné tuile par tuile et celles qui sont abîmées ou qui donnent des signes de faiblesse sont remplacées. Les incidents détectés au cours de la mission écoulée sont traités. Le train d'atterrissage, certains composants de la structure et d'autres systèmes sont également inspectés. Des mises à niveau, si elles n'immobilisent pas trop longtemps l'orbiteur, peuvent être réalisées durant cette phase. Les opérations d'entretien et de configuration pour la mission suivante réalisées dans l'OPF durent normalement moins de 100 jours
49
Mises à niveau
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Visite d'entretien sur le moteur SSME.
Des opérations d'entretien et de mise à niveau lourdes sont réalisées périodiquement avec pour objectifs majeurs de limiter les risques tout en limitant leurs coûts. En 2000, les mises à niveau en cours avaient pour objectif de réduire le risque de perte de la navette durant la phase ascensionnelle de 50 %, durant le séjour en orbite et le retour au sol de 30 % et enfin d'améliorer les informations mises à disposition de l'équipage dans les situations critiques. Ces améliorations devaient à l'époque ramener le risque de perte de la navette de 1/248 à 1/483. Ce risque estimé à 1/78 en 1988 pour le vol
STS-26
avait été abaissé à 1/248 essentiellement en intervenant sur les SSME
65
Ces opérations sont réalisées au cours de périodes de révision (
Orbiter maintenance down period
, OMDP) d'une durée de 14 mois programmées tous les 8 vols soit environ tous les 3 ans ; elles ont lieu à l'usine
Boeing
(ex
Lockheed
) de
Palmdale
en
Californie
66
. Parmi les modifications effectuées durant ces grandes révisions figurent
67
le renforcement des trains d'atterrissage pour permettre à la navette d'atterrir au centre spatial Kennedy,
l'installation du sas et du système d'amarrage dans la soute pour que la navette puisse s'amarrer à la station spatiale
Mir
la mise en place d'une
planche de bord moderne
utilisant des écrans à la place des indicateurs à aiguille dans le poste de pilotage.
l'augmentation de la puissance maximale des moteurs
SSME
qui est passée après plusieurs modifications à 109 % de la puissance d'origine (mais 104 % utilisable seulement en régime normal).
Différents types de missions de la navette spatiale
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Article détaillé :
Liste des missions de la navette spatiale
La navette spatiale est, par sa conception, un véhicule d'une grande souplesse. C'est le seul qui puisse ramener plusieurs tonnes de matériel sur Terre après un séjour dans l'espace. Sa soute, très vaste, permet de placer en orbite des composants de la station spatiale qu'aucune fusée existante ne peut lancer. Ces caractéristiques uniques ainsi que l'existence de contrats avec d'autres pays partenaires constituent une des raisons de la poursuite du programme de la navette spatiale malgré son coût très élevé. Toutefois le domaine d'intervention de la navette spatiale s'est considérablement réduit, lorsqu'il est devenu évident que les promesses d'économie ne seraient pas tenues.
Nombre de missions par type et par année.
Entretien des satellites en orbite
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Intervention d'entretien sur le télescope spatial
Hubble
au cours de la mission
STS-103
La navette spatiale est le seul engin spatial capable de ramener des satellites sur Terre. La première mission de ce type est effectuée au cours de la mission
STS-51-A
: deux satellites restés en panne en
orbite basse
alors qu'ils devaient gagner l'
orbite géostationnaire
, sont capturés puis ramenés sur Terre dans la soute de la navette. La navette peut également réparer un satellite en panne à condition qu'il soit sur une orbite que la navette puisse atteindre. Ainsi, au cours de la mission
STS-49
, l'étage d'apogée du satellite
Intelsat
IV
est remplacé. Le cas le plus connu est celui du
télescope spatial
Hubble
qui a été conçu pour être entretenu et mis à jour grâce à des visites périodiques réalisées par la navette spatiale américaine. Cinq missions sont consacrées à des travaux d'entretien permettant à chaque fois de prolonger la durée de vie du satellite. La première mission permet de sauver le télescope spatial incapable de fonctionner à la suite d'une erreur de conception. La dernière mission
STS-125
a eu lieu en 2009.
Lancement de satellites
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Au début de la phase opérationnelle du programme de la navette spatiale, la principale mission de celle-ci est de mettre en orbite les
satellites
. La NASA espère ainsi abaisser les coûts de lancement grâce au caractère réutilisable de la navette. Au cours de la première mission
STS-5
qui succède aux vols de qualification,
Columbia
largue sur l'orbite basse les
satellites de télécommunications
Anik C-3
et
SBS-C
qui gagnent ensuite l'
orbite géostationnaire
grâce à leur propre moteur. Les trois missions suivantes seront également destinées au lancement de satellites.
À compter de la catastrophe de
Challenger
en 1986, la navette ne place plus en orbite les satellites commerciaux. Seuls les satellites militaires, scientifiques ou gouvernementaux sont pris en charge. Le lancement de ces derniers très coûteux a été lui-même confié progressivement à des lanceurs classiques et la dernière mission de la navette à avoir lancé un satellite est le vol
STS-93
qui place en orbite le télescope spatial
Chandra
au cours de l'été 1999.
Mise en orbite de satellites
Lancement du satellite SBS-C au cours de la mission
STS-5
Le satellite
LDEF
, qui emporte 50 expériences, sera ramené sur Terre 5 ans après avoir été placé en orbite.
Navette support d'expériences scientifiques
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Le laboratoire
Spacelab
installé dans la soute.
La recherche dans le domaine de la
microgravité
est un autre thème important des missions de la navette. Celle-ci fournit une plateforme flexible qui permet d'effectuer des expériences de tout type. La soute peut accueillir des expériences exposées dans le vide ou bien un module pressurisé dans lequel l'équipage peut réaliser des travaux de recherche « en bras de chemise ». Le premier laboratoire de ce type est
Spacelab
, un laboratoire spatial développé par l'
Agence spatiale européenne
, dont le vol inaugural a eu lieu au cours de la mission
STS-9
en
novembre 1983
Spacelab
a participé à
22 missions
de la navette ; la dernière mission est
STS-90
en 1998.
Le successeur de
Spacela
b est
Spacehab
. Beaucoup plus flexible, ce laboratoire spatial peut également être utilisé pour transporter du fret pour la station spatiale internationale comme ce fut le cas au cours de la mission
STS-105
. La dernière mission consacrée uniquement à la recherche est la mission
STS-107
de la navette Columbia qui explosera au cours de la
rentrée atmosphérique
. Le dernier vol de
Spacehab
en tant que module logistique est réalisé dans le cadre la mission
STS-118
Parmi les autres missions scientifiques marquantes figure
STS-7
qui emportait dans la soute des plateformes destinées à la recherche. Celles-ci après avoir été larguées dans l'espace au début du vol furent récupérées par le
bras
Canadarm
en fin de vol. Par la suite, plusieurs autres plateformes scientifiques sont placées dans l'espace par la navette pour des durées de plusieurs mois ou plusieurs années avant d'être récupérées par une mission ultérieure pour l'analyse des résultats.
Même les missions de la navette qui ne sont pas destinées à la recherche emportent des expériences scientifiques. Il y a souvent dans la soute des expériences scientifiques embarquées qui s'exécutent automatiquement. L'équipage réalise également des expériences sur le pont intermédiaire de la navette au cours du séjour en orbite. C'est le cas en particulier des missions à destination de la station spatiale internationale.
Desserte des stations spatiales
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Mir
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Article détaillé :
Programme
Shuttle-Mir
Dans les années 1990, la navette a effectué plusieurs vols vers la station
russe
Mir
. Entre 1995 et 1998, la navette s'est amarrée à neuf reprises à la station. Il s'agissait à l'époque de la première collaboration entre les deux puissances spatiales depuis le projet
Apollo-Soyouz
en 1975.
Station Spatiale Internationale
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Article détaillé :
Station spatiale internationale
Grâce à sa grande flexibilité, la navette est l'instrument idéal pour assembler une
station spatiale
et la ravitailler. La
Station spatiale internationale
fut très dépendante des vols de la navette. De nombreux composants de la station étaient d'une taille qui ne permettait pas leur lancement par d'autres fusées. D'autre part, le bras
Canadarm
de la navette permet d'assembler directement les nouveaux modules à la station. Les modules non russes ne disposent ni d'une propulsion autonome ni de système de contrôle d'orientation et ne peuvent donc s'amarrer eux-mêmes à la station. La navette permet également d'assurer la relève de l'équipage permanent de la station : elle peut théoriquement transporter 5 passagers par vol.
Du fait du rôle critique joué par la navette dans l'assemblage de la station, l'interdiction de vol de la flotte des navettes à la suite de la catastrophe de
Columbia
en
février 2003
entraîne le report de l'assemblage de la station de plusieurs années. Plusieurs expériences scientifiques qui devaient être installées dans la station sont même annulées.
Opérations d'assemblage et de ravitaillement des stations spatiales
L'orbiteur
Atlantis
en approche de la station russe
Mir
lors de
STS-74
L'orbiteur
Discovery
amarré à la station spatiale internationale.
La poutre P3 de la station spatiale est extraite de la soute.
Orbiteurs
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Flotte
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La NASA a construit cinq orbiteurs opérationnels. Chaque orbiteur présente des caractéristiques différentes.
Columbia
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Article détaillé :
Columbia
Columbia
est le premier orbiteur mis en service opérationnel. Il effectue
28 vols
entre 1981 et 2003 avant d'être détruit durant son retour dans l'atmosphère le
er
février 2003
Columbia
pèse 3,6 tonnes de plus que les orbiteurs suivants
68
: les ailes et le fuselage sont plus lourds ;
Columbia
est équipé d'une instrumentation utilisée pour contrôler le comportement de la navette durant ses premiers vols et elle conserve le sas interne plus lourd qui, sur les autres orbiteurs, a été abandonné pour un sas externe rendu nécessaire pour la desserte des stations spatiales
69
Challenger
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Article détaillé :
Challenger
Challenger
(1982) est le deuxième orbiteur construit. Il vole pour la première fois en 1983 dans le cadre de la mission
STS-6
avant d'être détruit durant le lancement de son dixième vol
STS-51-L
le
28 janvier 1986
Discovery
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Article détaillé :
Discovery
Discovery
effectue son premier vol en 1984 dans le cadre de la mission
STS-41-D
et aura accompli
39 missions
. Son dernier lancement s'est déroulé le
24 février 2011
. C'est l'orbiteur qui a effectué le plus grand nombre de missions.
Atlantis
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Article détaillé :
Atlantis
Atlantis
effectue son premier vol en 1985 dans le cadre de la mission
STS-51-J
et a accompli
33 vols
. Son dernier lancement a eu lieu le
8 juillet 2011
Endeavour
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Navette
Endeavour
, en 2008.
Article détaillé :
Endeavour
Endeavour
effectue son premier vol en 1992 dans le cadre de la mission
STS-49
. Il est construit après la destruction de
Challenger
et aura effectué
25 vols
. Son dernier vol s'est achevé le
er
juin 2011
STS-134
).
Autres exemplaires
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Deux autres exemplaires ont été construits pour la mise au point de la navette :
Enterprise
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Article détaillé :
Enterprise
Enterprise
ou OV-101 (
Orbital Vehicle-101
) livrée à la NASA en 1977 est utilisée d'abord pour valider le transport de la navette sur le dos du
Boeing 747
porteur. Cinq vols sans équipage et trois vols avec équipage sont effectués en 1977. La même année, la navette est lâchée à cinq reprises depuis le dos du 747 en vol et atterrit par ses propres moyens après un vol plané. Au cours des années suivantes,
Entreprise
est utilisée pour des tests de vibration et valider les procédures d'assemblage avant le lancement de la navette au centre spatial Kennedy.
Pathfinder
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Article détaillé :
Pathfinder
Pathfinder
, construite en 1977 par le
centre de vol spatial Marshall
, est une maquette en acier dont le poids, la taille et la forme sont similaires à un orbiteur. Elle est utilisée pour valider les manutentions et le gabarit des bâtiments et des routes empruntées
70
Bilan
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La navette spatiale américaine n'a pas révolutionné le transport spatial en abaissant comme prévu par ses concepteurs les coûts de lancement en orbite. On estimait en 2008, alors que le programme de la navette était sur le point de s'achever, que chaque vol de la navette spatiale américaine revenait à 1,5 milliard de dollars en intégrant les coûts de développement : un prix non concurrentiel par rapport à celui d'un lanceur classique. La souplesse opérationnelle n'a pas non plus été au rendez-vous : la cadence de lancement atteignait 5 % de celle prévue initialement
71
. La navette spatiale devait abaisser le risque couru par les astronautes au même niveau que celui des passagers des avions. C'est en se basant sur cette hypothèse que la navette avait été conçue sans système de sauvetage contrairement aux lanceurs classiques. Mais la navette était un engin beaucoup plus complexe qu'un
lanceur
classique et donc plus susceptible de connaître une défaillance même avec des procédures de contrôle très lourdes. La décision de retrait de la navette a découlé en grande partie de ce constat. Il est acquis que les engins qui remplaceront la navette dans ses différents rôles seront des vaisseaux spatiaux « classiques » comme la capsule
Apollo
: la navette spatiale américaine est aujourd'hui généralement considérée comme une impasse dans le domaine du vol spatial habité
Orbiteurs conservés dans les musées
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L'orbiteur
Endeavour
est désormais exposé au
California Science Center
de
Los Angeles
Les quatre orbiteurs opérationnels ayant survécu jusqu'à l'arrêt du programme sont désormais exposés dans différents musées aux États-Unis :
Discovery
est exposée au
National Air and Space Museum
de
Washington
Atlantis
est présentée dans la partie muséale du
Centre spatial Kennedy
en
Floride
Endeavour
est exposée au
California Science Center
de
Los Angeles
Enterprise
, l'exemplaire qui n'a pas été équipé pour effectuer des missions en orbite, est remise au
National Air and Space Museum
Washington, D.C.
pour y être exposée en 1985
72
. En 2012, elle est transférée à l'
Intrepid Sea-Air-Space Museum
New York
73
Par ailleurs, les deux laboratoires spatiaux
Spacelab
embarqués dans la soute au cours de nombreuses missions de la navette spatiales sont visibles respectivement à l'
aéroport de Brême
en
Allemagne
et au National Air and Space Museum à Washington.
Une réplique de la navette
Endeavour
se trouve au
Cosmodôme
, et sert à faire des simulations de mission.
Notes et références
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Notes
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Ce modèle semble être une adaptation du Ryan X-13 Vertijet
Capacité d'un véhicule spatial à pouvoir s'écarter de son orbite pour venir se poser sur Terre. Plus le déport latéral est important, plus il est facile pour l'engin de choisir sa zone d'atterrissage.
Rockwell sera lui-même racheté par
Boeing
en décembre
1996
Cette forme (étoile à 11 branches) crée à l'allumage une grande surface de combustion donc une grande poussée, qui diminue très rapidement au fur et à mesure que la section devient cylindrique
Contrairement aux
SSME
les propulseurs d'appoint à poudre ne peuvent pas être arrêtés une fois allumés
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Voir aussi
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Sur les autres projets Wikimedia :
Navette spatiale américaine
, sur
Wikimedia Commons
Navette spatiale américaine
sur
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Articles connexes
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Propulseur d'appoint à poudre de la navette spatiale américaine
Moteur principal de l'orbiteur (SSME)
Réservoir externe de la navette spatiale américaine
Liste des missions de la navette spatiale
Programme de la navette spatiale américaine
Bourane
la navette spatiale russe
Payload Assist Module
et
Inertial Upper Stage
, des modules de propulsion utilisés pour le lancement de
sondes interplanétaires
ou de satellites sur orbite haute à partir de la navette spatiale.
Liens externes
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NASA
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(en)
Index des documents historiques sur la navette spatiale en ligne
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Liens vers les pages consacrées à chaque mission de la navette
(en)
Liens vers les photos, vidéos et enregistrements sonores pris au cours des missions des navettes
(en)
Données techniques sur le déroulement des 93 premières missions
(en)
The Space Shuttle At Work : document rédigé en 1979 sur les perspectives ouvertes par la navette
(en)
Bibliographie d'articles sur la navette rédigée en 1992
Autres
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Site en français entièrement consacré au programme américain des navettes spatiales
(en)
40 heures de cours filmé sur la genèse et le fonctionnement de la navette spatiale
(de)
Plusieurs articles sur le site personnel de Bernd Leitenberger
Navettes spatiales
États-Unis
Navette spatiale américaine
(1972-2011) (
OV-101
Enterprise
(test)
OV-098
Pathfinder
(maquette)
OV-102
Columbia
détruite en 2003
OV-099
Challenger
détruite en 1986
OV-103
Discovery
(retirée en 2011)
OV-104
Atlantis
(retirée en 2011)
OV-105
Endeavour
(retirée en 2011))
VentureStar
(abandonné en 2001)
NASA X-38
(abandonné en 2002)
Crew Return Vehicle
(abandonné en 2002)
Lockheed Martin X-33
(abandonné en 2009)
Boeing X-37
(2010-)
Dream Chaser
(2025-)
Union soviétique
Bourane
(1976-1993) (
OK-GLI
(test)
OK-1.01
Bourane
détruite en 2002
OK-1.02
Bourya
(retirée en 1993)
OK-2.01
(abandonnée en 1993)
OK-2.02
(abandonnée en 1993)
OK-2.03
(démantelée en 1993))
BOR-4
(tests)
BOR-5
(tests)
Système aérospatial MAKS
(abandonné en 1991)
Europe
Hermès
(abandonné en 1992)
Intermediate eXperimental Vehicle
(IXV) (2015)
Space Rider
(2027)
Russie
Kliper
(abandonné en 2008)
Japon
HYFLEX
(1996)
HOPE-X
(abandonné en 2003)
Chine
Avion spatial expérimental réutilisable chinois
(2020-)
Haolong
(2025-)
Missions
de la
navette spatiale américaine
Missions effectuées
ALT
STS-1
STS-2
STS-3
STS-4
STS-5
STS-6
STS-7
STS-8
STS-9
STS-26
STS-27
STS-28
STS-29
STS-30
STS-31
STS-32
STS-33
STS-34
STS-35
STS-36
STS-37
STS-38
STS-39
STS-40
STS-41
STS-41-B
STS-41-C
STS-41-D
STS-41-G
STS-42
STS-43
STS-44
STS-45
STS-46
STS-47
STS-48
STS-49
STS-50
STS-51
STS-51-A
STS-51-B
STS-51-C
STS-51-D
STS-51-F
STS-51-G
STS-51-I
STS-51-J
STS-51-L
STS-52
STS-53
STS-54
STS-55
STS-56
STS-57
STS-58
STS-59
STS-60
STS-61
STS-61-A
STS-61-B
STS-61-C
STS-62
STS-63
STS-64
STS-65
STS-66
STS-67
STS-68
STS-69
STS-70
STS-71
STS-72
STS-73
STS-74
STS-75
STS-76
STS-77
STS-78
STS-79
STS-80
STS-81
STS-82
STS-83
STS-84
STS-85
STS-86
STS-87
STS-88
STS-89
STS-90
STS-91
STS-92
STS-93
STS-94
STS-95
STS-96
STS-97
STS-98
STS-99
STS-100
STS-101
STS-102
STS-103
STS-104
STS-105
STS-106
STS-107
STS-108
STS-109
STS-110
STS-111
STS-112
STS-113
STS-114
STS-115
STS-116
STS-117
STS-118
STS-119
STS-120
STS-121
STS-122
STS-123
STS-124
STS-125
STS-126
STS-127
STS-128
STS-129
STS-130
STS-131
STS-132
STS-133
STS-134
STS-135
Missions annulées
STS-10
STS-12
STS-41-E
STS-41-F
STS-62-A
STS-81-M
STS-71-B
STS-3xx
STS-400
Accidents
Accident de la navette spatiale
Challenger
Accident de la navette spatiale
Columbia
Programme spatial américain
Lanceurs
Ares
(2009)
IV
(abandonné)
(abandonné)
Antares
(2013-)
Athena
(1995-2001)
Atlas
(1990-1997)
II
(1991-2004)
III
(2000-2005)
(2002-)
Conestoga
Delta
II
(1989-2018)
III
(1998-2000)
IV
(2002-2019)
IV
Heavy
(2004-2024)
Falcon
Falcon 1
(2006-2009)
(2010-)
Heavy
(2018-)
Firefly
Alpha
(2021-)
MLV
(2025-)
Juno
(1958-1959)
II
(1958-1961)
LauncherOne
(2020-)
Minotaur
(1994-)
Minotaur-C
(1994-2017)
New Glenn
(2024-)
Pegasus
(1990-)
Rocket 3
(2018-2022)
Rocket Lab
Electron
(2018-)
Neutron
(2024-)
RS1
(2023-)
Saturn
Saturn
(1961-1965)
(1966-1975)
(1967-1973)
INT-21
(1973)
Scout
(1965-1994)
SLS
(2022-)
Starship
(2023-)
Terran
Terran 1
(2023-)
Terran R
(2024-)
Thor
Agena
(1959-1968)
Burner
(1965-1976)
Titan
II
(1964-1966)
III
(1964-1965)
III
(1966-1987)
34D
(1982-1989)
IV
(1989-2005)
Vanguard
(1957-1959)
Vulcan
(2024-)
Programme spatial habité
Programmes
Mercury
(1961–1963)
Gemini
(1965–1966)
Apollo
(1967–1972)
Skylab
(1973–1974)
Apollo-Soyouz
(1975)
Navette spatiale
(1981–2011)
Shuttle-Mir
(1994–1998)
Station spatiale internationale
(depuis 1998)
Constellation
(abandonné)
Artemis
(en cours)
Engins spatiaux
Mercury
(1961-1963)
Gemini
(1964-1966)
Apollo
module de commande et de service
(1966-1975)
module lunaire
(1968-1972)
Cygnus
(2013-)
Dragon
(2010-2020)
(2020-)
Orion
(2014-)
Boeing CST-100 Starliner
(2019-)
Dream Chaser
(2023-)
Starship HLS
Lunar Gateway
Missions
Missions
Mercury
(1958-1963)
Missions
Gemini
(1964-1966)
Missions
Apollo
(1961-1972)
Missions
Skylab
(1973-1979)
Missions de navettes spatiale américaine
(1981-2011)
Expéditions de la Station spatiale internationale
(1998-)
Satellites scientifiques
Exploration du
système solaire
Pioneer
(1958–1965)
Ranger
(1961–1965)
Mariner
(1962–1973)
Lunar Orbiter
(1966–1967)
Surveyor
(1966–1968)
Pioneer 10
11
(1972–1973)
Viking
(1975)
Voyager
(1977)
ICE
(1978)
Pioneer Venus Orbiter
(1978)
Pioneer Venus Multiprobe
(1978)
Galileo
(1989)
Magellan
(1989)
Mars Observer
(1992)
Clementine
(1994)
NEAR Shoemaker
(1996)
Mars Global Surveyor
(1996)
Mars Pathfinder
(1996)
Lunar Prospector
(1996)
Cassini-Huygens
(1997)
Mars Climate Orbiter
(1998)
Deep Space
(1998)
Stardust
(1999)
Mars Polar Lander
(1999)
Genesis
(2001)
2001 Mars Odyssey
(2001)
CONTOUR
(2002)
Mars Exploration Rover
(Spirit) (2003)
Deep Impact
(2004)
MESSENGER
(2004)
Mars Reconnaissance Orbiter
(2005)
New Horizons
(2006)
Phoenix
(2007)
Dawn
(2007)
Lunar Reconnaissance Orbiter
(2009)
LCROSS
(2009)
Mars Science Laboratory
(2011)
Juno
(2011)
GRAIL
(2011)
MAVEN
(2013)
LADEE
(2013)
OSIRIS-REx
(2016)
InSight
(2018)
Mars 2020
Perseverance
Ingenuity
) (2020)
Lucy
(2021)
Psyché
(2023)
Europa Clipper
(2024)
VIPER
(2026)
Dragonfly
(2028)
Space Reactor‑1 Freedom
(2028)
VERITAS
(~2031)
DAVINCI+
(~2031)
Science et technologie
Programme
Explorer
(depuis 1958)
LAGEOS
(1976–1992)
CRRES
(1990)
ST5
(2006)
THEMIS
(2007)
IBEX
(2008)
Astronomie
OAO
(1966–1972)
Uhuru
(1970)
SAS-2
(1972)
Copernicus
(1972)
Ariel
(1974)
HEAO-1
(1977)
IUE
(1978)
Ariel
VI
(1979)
IRAS
(1983)
Hubble
(1990)
GCRO
(1991)
EUVE
(1992)
ALEXIS
(1993)
RXTE
(1995)
BeppoSAX
(1996)
Chandra
(1999)
FUSE
(1999)
WIRE
(1999)
Spitzer
(2003)
GALEX
(2003)
Swift
(2004)
GLAST
(2008)
Kepler
(2009)
WISE
(2009)
NuSTAR
(2012)
IRIS
(2013)
TESS
(2018)
James-Webb
(2021)
IXPE
(2021)
Euclid
(2023)
SPHEREx
(2024)
NEO Surveyor
(2025)
COSI
(2027)
télescope Roman
(2027)
Ultraviolet Explorer
(2030)
HWO
(vers 2040)
Étude du Soleil
OSO
(1962–1975)
Pioneer
6, 7, 8 et 9
(1965–1968)
ICE
(1978)
SolarMax
(1980)
Ulysses
(1990)
GGS WIND
(1994)
SoHO
(1995)
TRACE
(1998)
RHESSI
(2002)
STEREO
(2006)
SDO
(2010)
Parker
(2018)
PUNCH
(2025)
IMAP
(2025)
Cosmologie et physique
fondamentale
COBE
(1989)
Gravity Probe B
(2004)
WMAP
(2001)
Observation de la Terre
Vanguard
(1957–1959)
OGO
(1964–1969)
ISEE
(1977–1978)
Seasat
(1978)
UARS
(1991)
TOPEX/Poseidon
(1992)
GEOTAIL
(1992)
WIND
(1994)
POLAR
(1996)
TRMM
(1997)
Terra
(1999)
ACRIMSAT
(1999)
QuikSCAT
(1999)
TIMED
(2001)
A-train
(2002–2009)
Aqua
(2002)
SORCE
(2003)
ICESat
(2003)
Aura
(2004)
Jason
(2001–2008)
GRACE
(2002)
CloudSat
(2006)
CALIPSO
(2006)
AIM
(2007)
GLORY
(2011)
SAC-D
(2011)
Van Allen Probes
(2012)
GPM
(2014)
SMAP
(2015)
MMS
(2015)
GRACE-FO
(2018)
ICON
(2019)
SWOT
(2022)
PACE
(2024)
NISAR
(2024)
TRACERS
(2025)
GDC
(2027)
GRACE-C
(2028)
MAGIC
voir aussi
Classe Earth Venture
Expériences scientifiques
SPHERES
(2006)
Spectromètre magnétique Alpha
(2011)
CREAM
(2017)
NICER
(2017)
GOLD
(2018)
voir aussi
Classe Earth Venture
Satellites d'application
Télécommunications
Echo
(1960–1964)
Courier 1B
(1960)
Telstar 1
(1962)
Relay
(1962–1964)
Syncom
(1963–1964)
Intelsat
(1965)
Westar 1
(1974)
Marisat
(1976)
Comstar
(1976–1981)
Satcom
(1975–1992)
TDRS
(1983–2013)
Iridium
(depuis 1988)
Orbcomm
(depuis 1995)
Globalstar
(depuis 1998)
OneWeb
(depuis 2018)
LeoSat
(depuis 2019)
Starlink
(depuis 2019)
Météorologie
TIROS
(depuis 1960)
ESSA-1
(1966)
SMS
(1974–1975)
GOES
(depuis 1975)
GeoXO
(2032)
Nimbus
(1964–1978)
NOAA POES
(1998–2009)
Suomi NPP
(2013)
CYGNSS
(2016)
JPSS
(depuis 2017)
Space Weather Follow On-Lagrange 1
(2025)
QuickSounder
(2026)
Observation de la Terre
Landsat
(depuis 1972)
DigitalGlobe
(depuis 1997)
OCO
(2014)
GeoCARB
(2022)
Precipitation Measuring Mission
(2030) avec Japon
AOS-Sky
(2031)
CRISTAL
(2027) avec ESA
Landsat Next
Technologie
SERT-1
(1964–1970)
Applications Technology Satellite
(1966–1974)
EO-1
(2000)
LCRD
(2019)
DART
(2021)
Restore-L
(2021)
Satellites militaires
Reconnaissance
Corona
(KH-1 à KH-4) (1959–1972)
Samos
(1960–1963)
Vela
(1963–1984)
LES
(1965–1976)
Key Hole
(KH-5 à KH-11) (1966–1984)
KH-7
et
KH-8 Gambit
(1963–1984)
KH-9
Hexagon
(1971–1986)
NOSS
(depuis 1971)
KH-11 Kennen/Crystal
(depuis 1976)
Lacrosse
(1988–2005)
FIA Radar Topaz
(depuis 2010)
Écoute électronique
GRAB
(1960–1962)
Samos-F
(1962–1971)
Poppy
(1962–1971)
Canyon
(1968–1977)
Aquacade
(1970–1978)
Jumpseat
(1971–1983)
Naval Ocean Surveillance System
(depuis 1976)
Chalet
(1978–1989)
Magnum
/Orion (1985–1988)
Mercury
(1994–1998)
Mentor
Advanced Orion
(depuis 1995)
Trumpet
(depuis 1994)
Nemesis
(2009–2014)
SHARP
(depuis 2014)
Alerte précoce
MIDAS
(1960–1966)
DSP
(1970–2007)
SBIRS
(depuis 2011)
SBIRS-GEO
STSS
SBIRS HEO
SBIRS-LADS
WFOV
NG-OPIR
(2023-)
Tracking Layer
(2023-)
Transit
(1960–1988)
SECOR
(1962–1969)
Navstar (GPS)
(depuis 1978)
Télécommunications
DSCS
(1970–2009)
SDS
(depuis 1976)
FLTSATCOM
(1978–1989)
Leasat
(1984–1990)
UFO
(depuis 1993)
Milstar
(1994–2003)
WGS
(depuis 2007)
AEHF
(depuis 2010)
MUOS
(depuis 2012)
CBAS
(depuis 2018)
ESS
(depuis 2025)
Transport Layer
(2024-)
Météorologie
DMSP
(1962–2014)
WSF-M
(2024-)
EWS
Technologie
MiTex
(2006)
TacSat
(depuis 2009)
X-37
(depuis 2010)
EAGLE
Surveillance de l'espace
SBSS 1
(2010)
ORS-5
(2017)
Odyssey
(2021)
GSSAP
(2014-)
Silentbarker
(2023)
Bases de lancement
Centre spatial Kennedy
(1962-)
Cap Canaveral
(1949-)
Vandenberg
(1941-)
Wallops Island
(1945-)
Pacific Spaceport Complex – Alaska
(1998-)
Mars
(1995-)
Spaceport America
(2006-)
Site d'essai balistique Ronald-Reagan
(1945-)
Starbase
(2023-)
Établissements
NASA
Lyndon B. Johnson
Langley
Marshall
Neil A. Armstrong Flight Research Center
JPL
Ames
su
Glenn
Goddard
John C. Stennis
Michoud
White Sands Test Facility
Deep Space Network
Programmes
En cours
Artemis
CCDeV
CLPS
COTS
Discovery
Earth Observing System
NASA Earth Science
Explorer
Flagship
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Lunar Precursor Robotic
New Frontiers
NextSTEP
SERT
Passés
Apollo
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(abandonné)
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Grand Tour
Mars Scout
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(1996–2001)
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(1998–2006)
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La première date est celle du lancement du lancement (du premier lancement s'il y a plusieurs exemplaires). Lorsqu'elle existe la deuxième date indique la date de lancement du dernier exemplaire. Si d'autres exemplaires doivent lancés la deuxième date est remplacée par un -. Pour les engins spatiaux autres que les lanceurs les dates de fin de mission ne sont jamais fournies.
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