Columbus (Station spatiale internationale)

Le laboratoire européen Columbus, (ou Columbus Orbital Facility, plus simplement appelé Columbus), est un laboratoire spatial pressurisé construit en Italie et faisant partie de la Station spatiale internationale. Son lancement, initialement prévu fin 2004 est reporté principalement en raison de l'explosion de la navette spatiale Columbia en février 2003 et de l'arrêt des lancements qu'elle entraîne. Le lancement a finalement lieu le par la navette spatiale américaine Atlantis lors de la mission STS-122 et il est amarré à la Station depuis le . Ce module est attaché au module Harmony. (Node 2)

Pour les articles homonymes, voir COF et Columbus.

Columbus
Module de la Station spatiale internationale

Module de l'ISS

Données générales
Agence spatiale ESA
Constructeur

Airbus Defence and Space

Thales Alenia Space
Segment orbital américain
Rôle principal Laboratoire européen
Lancement 7 février 2008
à 19 h 45 min 30 s TU
Lanceur Navette spatiale américaine Atlantis
Caractéristiques techniques
Masse 10,275 tonnes
(21 tonnes maximum)
Volume pressurisé 75 m3
Volume habitable 75 m3
Longueur 6,87 m
Diamètre 4,49 m
Écoutille(s) (disponible) 1 (0)
Type écoutille Common Berthing Mechanism (CBM)
Équipements
Sas Non
Port amarrage vaisseau Non
Autres équipements 16 armoires de rangement
4 supports pour les expériences externes
Amarré à
Harmony Noeud
Le module cylindrique Columbus, en place sur la Station spatiale internationale.

Utilisations

Ses utilisations scientifiques sont multiples et portent sur la science des matériaux, la physique des fluides, les sciences de la vie, la physique fondamentale et de nombreuses autres technologies. Plusieurs centaines d'expériences par an sont réalisées au sein de Columbus. La mise en fonctionnement du laboratoire permet à l'ESA de disposer de la possibilité d'utiliser 6 à 7 % de tous les équipements et des ressources de la Station spatiale internationale. Mais le plus important est le fait que les chercheurs européens peuvent désormais y mener des expériences scientifiques en continu et non plus, au coup par coup, selon les disponibilités des autres copropriétaires.

Historique

Le projet de station autonome Columbus MTFF (1982-1992)

En 1982, Aeritalia (depuis Thales Alenia Space) et MBB-ERNO (anciennement DASA, depuis EADS Astrium), maîtres d'œuvre du Spacelab (qui est décidé en 1973), soumettent un système intégré purement européen, nommé Man Tended Free Flyer (MTFF), et pouvant s'amarrer à la station spatiale Freedom ou à la station Mir pour des missions de 90 jours. Et ceci quelque temps avant que le Président des États-Unis Ronald Reagan ne propose à l'ESA de joindre le projet américain de la station spatiale Freedom qui devient, par la suite, la Station spatiale internationale. Le MTFF est également prévu pour être desservit deux fois par an, pour des durées de 12 à 15 jours. Sept de ces dessertes doivent être effectuées par la navette spatiale européenne Hermès, alors en cours de conception, son étude ayant commencé en 1977.

Le projet Columbus comprend alors :

  • Le laboratoire pressurisé Columbus APM (Attached Pressurized Module) attaché à Freedom.
  • Le Columbus Man Tended Free Flyer (MTFF).
  • La plate-forme européenne polaire PPF (Polar PlatForm).

À l'issue du Conseil des ministres européens de l'espace de novembre 1992 à Grenade, seuls le Columbus APM, modifié en Columbus Orbital Facility (COF) et la plate-forme polaire (donnant naissance à MetOp et ENVISAT) sont maintenus, le MTFF est abandonné en même temps que la navette Hermès qui doit le desservir.

Le laboratoire européen Columbus (1995-2008)
Le module Columbus.

C'est en que le Conseil ministériel de l'ESA approuve la participation de l'Europe à la Station spatiale internationale, à travers notamment la fourniture du laboratoire européen Columbus. L'année suivante un contrat de 658 millions d'euros lié à Columbus est signé avec le principal contractant allemand, DASA, qui par la suite est intégré à EADS Astrium[1].

De 1997 à 1998 la NASA et l'ESA travaillent ensemble pour se mettre d'accord sur les plans de conception de Columbus et son intégration à l'ISS. Le les deux agences signent un accord sur le lancement de Columbus qui est assuré par la NASA à bord de la navette spatiale américaine en échange de la fourniture par l'ESA de plusieurs éléments, à savoir le module Harmony et le Node 3[1]. En 1998, le Centre allemand d'opérations spatiales est choisi pour contrôler le laboratoire européen[1]. Une maquette grandeur nature est conçue et des essais sont réalisés en 2000 avec des astronautes pour voir si les sorties extravéhiculaires pour la manipulation des expériences externes sont possibles. En 2006, Columbus est transféré à la base de lancement en Floride.

Lancement et intégration vers la Station spatiale internationale

Le lancement de Columbus est assuré par la navette spatiale Atlantis lors de sa mission STS-122. Originellement prévu pour le , le lancement est une première fois repoussé au . Finalement le lancement a lieu le et la fixation à la Station est assurée le grâce à la sortie extravéhiculaire de deux astronautes américains (Rex J. Walheim et Stanley G. Love), et grâce à la manœuvre du bras robotisé Canadarm 2 commandé par le français Léopold Eyharts.

  • Le module Columbus
  • L'équipage de l'Expédition 21 dans le module Columbus.
  • Soichi Noguchi effectue une expérience de microgravité.
  • Kōichi Wakata effectue des travaux de maintenance sur un équipement du support vie installé dans le module Columbus.

Caractéristiques techniques

D'une masse de 10,275 tonnes à vide et de 21 tonnes en charge, Columbus se présente sous la forme d'un cylindre de 6,87 mètres de long et 4,49 mètres de diamètre, pour un volume interne de 75 m3 où un maximum de trois personnes peuvent y être hébergées[2]. Tout comme le laboratoire japonais Kibō et le laboratoire américain Destiny, il est fixé au nœud de jonction du laboratoire américain Harmony par une de ses extrémités[2].

Son coût, hors frais de lancement, s'élève à 880 millions d'euros répartis sur les 26 ans qu'a duré ce projet (dont 658 millions d'euros pour la phase de développement proprement dite qui a duré 11 ans). Il est assuré en majorité par l'Allemagne à hauteur de 51 %, viennent ensuite l'Italie (23 %) et la France (18 %)[3].

Dès son raccordement à la Station spatiale internationale, le laboratoire est contrôlé au sol par le Centre de contrôle Columbus, se trouvant dans les locaux du Centre allemand d'opérations spatiales (GSOC), à Oberpfaffenhofen[4]. Il est alimenté en énergie électrique par les torons de puissance transitant par le nœud (« node ») auquel il est relié, qui lui fournit également les fluides nécessaires au support vie.

Charges utiles
Vue intérieure: le cosmonaute allemand Hans Schlegel durant la mise en service de Columbus.

Un volume de 23 m3 est dédié aux charges utiles, le laboratoire peut contenir dix armoires de charges utiles standardisés (ISPR pour International Standard Payload Racks) de type scientifiques d'une masse maximale de 998 kg chacun[2]. Quatre armoires se trouvent à l'avant, quatre à l'arrière et deux en haut. À cela s'ajoutent à l'extérieur du module, dans le vide spatial, quatre palettes scientifiques pour une masse maximale de 370 kg chacune[2]. La mise en place des expériences est assurée par le bras robotisé Canadarm 2[5].

Équipements internes

Cinq équipements internes sont en place :

  • Le Biolab, cette installation comprend des expériences sur des objets vivants : micro-organismes, cultures de cellules, plantes et petits insectes. Par exemple, l'expérience WAICO sur les plantes, est la première à être mise en œuvre. Elle va permettre entre autres, de démontrer l'effet de la pesanteur sur la croissance des racines d'une petite plante : Arabidopsis thaliana[6].
  • L'équipement européen de modules de physiologie, il va permettre d'étudier les effets de l'impesanteur sur le corps humain et sur son système immunitaire.
  • Le laboratoire en science des fluides, il permet d'étudier le comportement des métaux et des liquides légers ainsi que la fusion d'alliages et de semi-conducteurs.
  • Le laboratoire modulaire pluridisciplinaire EDR (European Drawer Rack ou étagère à tiroir européen), des tiroirs vont pouvoir accueillir différentes expériences de disciplines diverses, dans des rangements standardisés.
  • Le transporteur européen, il sert de rangement et de plan de travail.

Expériences externes
Vue d'artiste des expériences externes SOLAR et EuTEF.

Dès l'installation de Columbus, deux charges utiles externes sont installées :

  • SOLAR, qui étudie l'activité solaire et son impact sur le climat grâce à trois instruments :
  • European Technology Exposure Facility (EuTEF), qui comprend 9 dispositifs expérimentaux pour l'étude du comportement de divers matériaux dans l'environnement spatial. Parmi ceux-là, il est prévu une exposition de champignons et de lichen pendant 1 an et demi au rayonnement solaire pour étudier leurs capacités de survivabilité. Une autre expérience, de chimie appliquée à l'exobiologie, est aussi installée à l'extérieur de Columbus. Il s'agit de l'expérience PROCESS (autre lien). En exposant à l'environnement spatial et au rayonnement solaire différents composés organiques, son objectif est l'étude de la chimie organique des comètes, astéroïdes, ou encore de l'atmosphère de Titan (lune de Saturne) ou à la surface de Mars. Mieux comprendre la chimie de ces objets peut nous aider à comprendre comment la vie est apparue sur Terre et si elle peut aussi apparaître ailleurs.

Constructeurs
Réplique du module Columbus en taille réelle à l'Euro Space Center en Belgique.

Le maître d'œuvre est l'Agence spatiale européenne (ESA) et son constructeur est EADS Astrium Space Transportation avec comme sous-contractant principal Thales Alenia Space. Le laboratoire est assemblé sur le site de Brême, en Allemagne.

Selon Jean-Jacques Dordain, le directeur général de l'ESA, « de simples partenaires de l'ISS, les dix-sept pays membres de l'ESA accéderont au statut de copropriétaires aux côtés des Américains, des Russes, des Canadiens et par la suite des Japonais lorsque leur laboratoire Kibō sera arrimé à la station. Ce qui donnera bien entendu des droits mais aussi des devoirs. »[8] L'ESA peut dorénavant y envoyer ses astronautes sans dépendre de l'accord des Américains ou des Russes.

Son coût se monte à 880 millions d'euros, financé à 51 % par l'Allemagne. Les participations aux charges générales de la Station spatiale internationale sont financées en grande partie « non pas en comptant mais en kilos de fret acheminés par le Véhicule automatique de transfert européen (ATV), dont le premier exemplaire, Jules-Verne, est lancé le depuis la base de Kourou par un lanceur Ariane 5, et qui s'amarre automatiquement le . »

Finalement, l'ESA dépense 1,35 milliard d'euros pour le laboratoire Columbus répartis comme suit : 800 millions d'euros pour le développement, 250 millions d'euros pour le lancement, 250 millions d'euros pour les expériences[9].

Notes et références
  1. (en) « Columbus Development History », Agence spatiale européenne, (consulté le )
  2. (fr) « European Columbus laboratory - Feature », Agence spatiale européenne, (consulté le )
  3. (fr) Stéphane Foucart, « Le laboratoire spatial européen Columbus en orbite », Le Monde, (consulté le )
  4. (fr) « Laboratoire Columbus », Belgian User Support and Operation Centre (consulté le )
  5. (en) Steve Feltham et Giacinto Gianfiglio, « ESA's ISS External Payloads », Agence spatiale européenne, (consulté le ), p. 8
  6. (fr) « Les expérimentations ont commencé sur Biolab », Agence spatiale européenne, (consulté le )
  7. (fr) « SOLSPEC - Mesure de l’Irradiance Solaire et de sa Variabilité Hors Atmosphère », Université Pierre-et-Marie-Curie - Service d'aéronomie (consulté le )
  8. Cité par Philippe Jamet, « Ariane V et le vol habité », Lettre interne de NSS France, no 8 (avril 2004) [lire en ligne]
  9. Christian Lardier, « Amarrage nominal pour l'ATV », Air et Cosmos, no 2120,‎ , p. 36-37 (ISSN 1240-3113)

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes
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