Laboratoire spatial

Spacelab était un laboratoire réutilisable développé par l'Agence spatiale européenne (ESA) et utilisé lors de certains vols spatiaux de la navette spatiale . Le laboratoire comprenait plusieurs composants, dont un module pressurisé, un support non pressurisé et d'autres équipements connexes logés dans la soute de la navette. Les composants étaient disposés selon diverses configurations pour répondre aux besoins de chaque vol spatial.

Les composants de Spacelab ont volé sur un total d'environ 32 missions de la navette, selon la manière dont ce matériel et ces missions sont classés. Spacelab a permis aux scientifiques de réaliser des expériences en microgravité en orbite géocentrique . Il y avait une variété de matériel associé à Spacelab, de sorte qu'une distinction peut être faite entre les principales missions du programme Spacelab avec des scientifiques européens effectuant des missions dans le module habitable Spacelab, les missions exécutant d'autres expériences matérielles Spacelab et d'autres missions du système de transport spatial (STS) qui utilisaient certains composants du matériel Spacelab. Il existe une certaine variation dans le nombre de missions Spacelab, en partie parce qu'il y avait différents types de missions Spacelab avec une grande variabilité dans la quantité de matériel Spacelab embarqué et la nature de chaque mission. Il y a eu au moins 22 missions Spacelab majeures entre 1983 et 1998, et le matériel Spacelab a été utilisé sur un certain nombre d'autres missions, certaines des palettes Spacelab ayant volé jusqu'en 2008.

En août 1973, la NASA et l'Organisation européenne de recherche spatiale (ESRO), aujourd'hui Agence spatiale européenne ou ESA, ont signé un protocole d'accord (MOU) pour construire un laboratoire scientifique destiné à être utilisé lors des vols de la navette spatiale. La construction du Spacelab a été lancée en 1974 par Entwicklungsring Nord (ERNO), une filiale de VFW-Fokker GmbH , après la fusion avec Messerschmitt-Bölkow-Blohm (MBB) sous le nom de MBB/ERNO, et a fusionné avec EADS SPACE Transportation en 2003. Le premier module de laboratoire, LM1 , a été donné à la NASA en échange d'opportunités de vol pour les astronautes européens. Un deuxième module, LM2 , a été acheté par la NASA pour son propre usage à ERNO.

La construction des modules Spacelab a commencé en 1974 par ce qui était alors la société ERNO-VFW-Fokker.

Spacelab est important pour nous tous pour au moins quatre bonnes raisons. Il a multiplié les capacités de la navette spatiale à mener des recherches scientifiques en orbite. Il a fourni une formidable opportunité et un exemple de grande collaboration internationale impliquant le gouvernement, l'industrie et la science avec nos alliés européens. L'effort européen a fourni au monde libre un système de laboratoire vraiment polyvalent plusieurs années avant qu'il ne soit possible si les États-Unis avaient dû le financer eux-mêmes. Et enfin, il a fourni à l'Europe l'expérience de développement et de gestion de systèmes dont elle avait besoin pour se lancer dans le domaine exclusif des vols spatiaux habités.

—  Administrateur de la NASA, Spacelab : une réussite internationale

Au début des années 1970, la NASA a déplacé son attention des missions lunaires vers la navette spatiale et également vers la recherche spatiale. L' administrateur de la NASA de l'époque a déplacé l'attention d'une nouvelle station spatiale vers un laboratoire spatial pour la navette spatiale prévue. Cela permettrait de rechercher des technologies pour les futures stations spatiales et d'exploiter les capacités de la navette spatiale pour la recherche.

Spacelab a été produit par l'Organisation européenne de recherche spatiale (ESRO), un consortium de dix pays européens dont :

• Autriche
• Belgique
• Danemark
• France
• Allemagne de l'Ouest / Allemagne
• Italie
• Pays-Bas
• Espagne
• Suisse
• Royaume-Uni

En plus du module de laboratoire, l'ensemble complet comprenait également cinq palettes externes pour les expériences sous vide construites par British Aerospace (BAe) et un « igloo » pressurisé contenant les sous-systèmes nécessaires au fonctionnement en configuration de vol avec palettes uniquement. Huit configurations de vol ont été qualifiées, bien que d'autres puissent être assemblées si nécessaire.

Le système présentait certaines caractéristiques uniques, notamment un délai d'exécution prévu de deux semaines (pour le délai d'exécution initial du lancement de la navette spatiale) et le roulage pour le chargement dans les avions (transport terrestre).

Spacelab était constitué d'une variété de composants interchangeables, le principal étant un laboratoire habité qui pouvait être transporté dans la baie de l'orbiteur de la navette spatiale et ramené sur Terre. Cependant, le module habitable n'avait pas besoin d'être transporté pour mener une mission de type Spacelab et il y avait une variété de palettes et d'autres matériels pour soutenir la recherche spatiale. Le module habitable a augmenté le volume pour que les astronautes puissent travailler dans un environnement en chemise et avait de l'espace pour les supports d'équipement et l'équipement de soutien connexe. Lorsque le module habitable n'était pas utilisé, une partie de l'équipement de soutien des palettes pouvait être logée dans le plus petit igloo, un cylindre pressurisé connecté à la zone de l'équipage de l'orbiteur de la navette spatiale.

Les missions Spacelab prenaient généralement en charge plusieurs expériences, et la mission Spacelab 1 comprenait des expériences dans les domaines de la physique des plasmas spatiaux, de la physique solaire , de la physique atmosphérique , de l'astronomie et de l'observation de la Terre . La sélection des modules appropriés faisait partie de la planification des missions de la navette Spacelab, et par exemple, une mission pouvait nécessiter moins d'espace habitable et plus de palettes, ou vice versa.

Le module de laboratoire habitable Spacelab comprenait un environnement cylindrique à l'arrière de la soute de la navette spatiale, relié au compartiment de l'équipage de la navette par un tunnel. Le laboratoire avait un diamètre extérieur de 4,12 m (13,5 pieds) et chaque segment une longueur de 2,7 m (8 pieds 10 pouces). Le module de laboratoire comprenait au minimum un segment central, qui pouvait être utilisé seul dans une configuration de module court . La configuration de module long comprenait un segment d'expérimentation supplémentaire. Il était également possible d'effectuer des expériences Spacelab depuis le pont d'envol arrière de la navette spatiale.

Le tunnel pressurisé avait son point de connexion au niveau du pont intermédiaire de l'orbiteur. Il y avait deux tunnels de longueur différente en fonction de l'emplacement du module habitable dans la soute. Lorsque le module de laboratoire n'était pas utilisé, mais qu'un espace supplémentaire était nécessaire pour l'équipement de support, une autre structure appelée Igloo pouvait être utilisée.

Deux modules de laboratoire ont été construits, identifiés comme LM1 et LM2. LM1 est exposé au Steven F. Udvar-Hazy Center du Smithsonian Air and Space Museum derrière la navette spatiale Discovery . LM2 a été exposé dans l' exposition Bremenhalle de l' aéroport de Brême , en Allemagne, de 2000 à 2010. Il réside dans le bâtiment 4c de l' usine Airbus Defence and Space voisine depuis 2010 et ne peut être vu que lors de visites guidées.

La palette Spacelab est une plate-forme en forme de U pour le montage d'instruments, de gros instruments, d'expériences nécessitant une exposition à l'espace et d'instruments nécessitant un large champ de vision, tels que des télescopes. La palette possède plusieurs points d'ancrage pour le montage d'équipements lourds. La palette peut être utilisée en configuration simple ou empilée bout à bout dans des configurations doubles ou triples. Jusqu'à cinq palettes peuvent être configurées dans la soute de la navette spatiale en utilisant une configuration à double palette plus une configuration à triple palette.

La palette Spacelab utilisée pour transporter le Canadarm2 et Dextre vers la Station spatiale internationale se trouve actuellement au Musée de l'aviation et de l'espace du Canada , prêtée par la NASA par l'intermédiaire de l' Agence spatiale canadienne (ASC).

Une palette Spacelab a été transférée au Musée suisse des transports pour y être exposée de façon permanente le 5 mars 2010. La palette, surnommée Elvis , a été utilisée pendant la mission STS-46 de huit jours, du 31 juillet au 8 août 1992, lorsque l'astronaute de l'ESA Claude Nicollier était à bord de la navette spatiale Atlantis pour déployer la mission scientifique Eureca ( European Retrievable Carrier ) de l'ESA et le système de satellite captif conjoint NASA/ASI ( Agence spatiale italienne ) (TSS-1). La palette transportait TSS-1 dans la soute de la navette.

Une autre palette Spacelab est exposée au Musée national de l'air et de l'espace des États-Unis à Washington, DC Il y avait un total de dix palettes Spacelab ayant volé dans l'espace.

Lors des vols spatiaux où aucun module habitable n'a été utilisé, mais où des palettes ont été transportées, un cylindre pressurisé connu sous le nom d' Igloo transportait les sous-systèmes nécessaires au fonctionnement de l'équipement Spacelab. L'Igloo mesurait 3 m (9,8 pieds) de haut, avait un diamètre de 1,5 m (4 pieds 11 pouces) et pesait 1 100 kg (2 400 livres). Deux unités Igloo ont été fabriquées, toutes deux par la société belge SABCA , et toutes deux ont été utilisées lors de vols spatiaux. Un composant Igloo a été utilisé sur Spacelab 2 , ASTRO-1 , ATLAS-1, ATLAS-2, ATLAS-3 et ASTRO-2.

Un igloo Spacelab est exposé au hangar spatial James S. McDonnell du centre Steven F. Udvar-Hazy aux États-Unis.

L'IPS était un dispositif de pointage à cardan, capable de viser des télescopes, des caméras ou d'autres instruments. L'IPS a été utilisé lors de trois missions différentes de la navette spatiale entre 1985 et 1995. L'IPS a été fabriqué par Dornier et deux unités ont été fabriquées. L'IPS a été principalement construit en aluminium, en acier et en isolation multicouche .

L'IPS serait monté à l'intérieur de la soute de la navette spatiale Orbiter et pourrait fournir un pointage à 3 axes à cardan. Il a été conçu pour une précision de pointage inférieure à 1 seconde d'arc (une unité de degré) et trois modes de pointage, notamment les modes focalisés sur la Terre, le Soleil et les étoiles. L'IPS a été monté sur une palette exposée à l'espace dans la soute de la navette spatiale.

Missions IPS :

• Spacelab 2, alias STS-51-F lancé en 1985
• Astro-1, alias STS-35, lancé en 1990
• Astro-2, alias STS-67 lancé en 1995

La mission Spacelab 2 a fait voler le télescope infrarouge (IRT), un télescope infrarouge refroidi à l'hélium d'une ouverture de 15,2 cm (6,0 pouces), observant la lumière entre des longueurs d'onde de 1,7 à 118 μm. L'IRT a collecté des données infrarouges sur 60 % du plan galactique.

• 
  Système de pointage des instruments (IPS)
• 
  IPS au travail dans le ciel d'Astro-2, 1995
• 
  Système de pointage d'instrument Dornier au Musée Smithsonian (Udvar Hazy Center)

Exemples de composants ou de matériel Spacelab :

• Sas EVA
• Tunnel
• Adaptateur de tunnel
• Iglou
• Module Spacelab
  • Cône d'extrémité avant
  • Cône d'extrémité arrière
  • Segment/module de base
  • Supports d'expérimentation
  • Segment/module expérimental
• Équipement de soutien électrique au sol
• Équipements mécaniques de soutien au sol
• Sous-système de distribution d'énergie électrique
• Sous-système de gestion des commandes et des données
• Sous-système de contrôle environnemental
• Système de pointage des instruments
• Structure de palette
• Structure de soutien aux expériences polyvalentes (MPESS)

L' ensemble Extended Duration Orbiter (EDO) n'était pas à proprement parler un matériel Spacelab. Cependant, il a été le plus souvent utilisé lors des vols Spacelab. La NASA l'a également utilisé plus tard avec les modules SpaceHab .

Des composants de Spacelab ont volé sur 22 missions de la navette spatiale de novembre 1983 à avril 1998. Les composants de Spacelab ont été mis hors service en 1998, à l'exception des palettes. Les travaux scientifiques ont été transférés vers la Station spatiale internationale (ISS) et le module Spacehab , un transporteur pressurisé similaire au module Spacelab. Une palette Spacelab a été remise en service en 2000 pour un vol sur STS-99 . La « palette Spacelab - déployable 1 (SLP-D1) avec le Dextre canadien (manipulateur agile à usage général) » a été lancée sur STS-123 . Les composants de Spacelab ont été utilisés sur 41 missions de la navette au total.

Les modules habitables ont été utilisés lors de 16 missions de la navette spatiale dans les années 1980 et 1990. Les missions Spacelab Pallet ont été utilisées 6 fois et les Spacelab Pallet ont été utilisées lors d'autres missions 19 fois.

Acronymes des noms de missions :

• ATLAS : Laboratoire atmosphérique pour les applications et les sciences
• ASTRO : Pas un acronyme ; abréviation de « astronomie »
• IML : Laboratoire international de microgravité
• LITE : Expérience de technologie Lidar dans l'espace
• LMS : Sciences de la Vie et de la Microgravité
• MSL : Laboratoire de Science des Matériaux
• SLS : Spacelab Sciences de la vie
• SRL : Laboratoire de radar spatial
• TSS : Système de satellites captifs
• USML : Laboratoire américain de microgravité
• USMP : charge utile américaine en microgravité

Outre leur contribution aux missions de l'ESA, l'Allemagne et le Japon ont chacun financé leurs propres missions de navette spatiale et Spacelab. Bien que semblables en apparence à d'autres vols, ces missions furent en réalité les premières et les seules missions spatiales habitées non américaines et non européennes entièrement contrôlées par les Allemands et les Japonais.

La première mission ouest-allemande Deutschland 1 (Spacelab-D1, DLR-1, désignation NASA STS-61-A ) a eu lieu en 1985. Une deuxième mission similaire, Deutschland 2 (Spacelab-D2, DLR-2, désignation NASA STS-55 ), était initialement prévue pour 1988, mais en raison de la catastrophe de la navette spatiale Challenger , elle a été retardée jusqu'en 1993. Elle est devenue la première mission spatiale habitée allemande après la réunification allemande .

La seule mission japonaise, Spacelab-J (désignation NASA STS-47 ), a eu lieu en 1992.

• STS-92 , octobre 2000, PMA -3, ( Discovery )
• STS-108 , décembre 2001, porte-avions léger à structure de support particulière (LMC) ( Endeavour )
• STS-123 , mars 2008, palette ( Endeavour ), Dextre

Spacelab-4, Spacelab-5 et d'autres missions Spacelab prévues ont été annulées en raison du développement tardif de la navette et de la catastrophe de Challenger .

• 
  Spacelab dans la soute à bagages pendant la mission STS-90
• 
  La navette Columbia lors de la mission STS-9 avec le module Spacelab LM1 et le tunnel dans sa soute
• 
  Coupe illustrée de l'orbiteur et du laboratoire

L'héritage de Spacelab perdure sous la forme des MPLM et des systèmes qui en découlent. Ces systèmes comprennent les vaisseaux spatiaux ATV et Cygnus utilisés pour transférer des charges utiles vers la Station spatiale internationale , ainsi que les modules Columbus , Harmony et Tranquility de la Station spatiale internationale .

La mission Spacelab 2 a étudié 60 % du plan galactique dans l'infrarouge en 1985.

Spacelab était un programme extrêmement vaste, qui a été enrichi par différentes expériences et de multiples charges utiles et configurations au cours de deux décennies. Par exemple, dans un sous-ensemble d'une seule partie de la mission Spacelab 1 (STS-9), pas moins de huit systèmes d'imagerie différents ont été envoyés dans l'espace. En incluant ces expériences, il y a eu un total de 73 expériences distinctes dans différentes disciplines lors du seul vol Spacelab 1. Les missions Spacelab ont mené des expériences sur les matériaux, la vie, le solaire, l'astrophysique, l'atmosphère et les sciences de la Terre.

Spacelab représente un investissement majeur de l’ordre d’un milliard de dollars de la part de nos amis européens. Mais son achèvement marque quelque chose d’aussi important : l’engagement d’une équipe déterminée, dévouée et talentueuse, composée de représentants des gouvernements de l’ESA, d’universités et d’industries, qui a persévéré pendant une décennie et a mené le projet à terme. Nous sommes fiers de votre persévérance et vous félicitons pour votre succès.

—  Administrateur de la NASA, 1982