“Le développement d’une station spatiale est aussi inévitable que le lever du soleil ; l’Homme a déjà mis son nez dans l’espace et il y a peu de chance qu’il revienne en arrière.”

Wernher von Braun, physicien et ingénieur allemand en aérospatiale

La station spatiale internationale est une base spatiale en orbite autour de la Terre.  Elle est occupée en permanence par un équipage international qui se consacre à la recherche scientifique dans l’environnement spatial. Ce programme, lancé et piloté par la NASA, est développé conjointement avec l’agence spatiale fédérale russe, avec la participation des agences spatiales européenne, japonaise et canadienne.

La station spatiale internationale, est positionnée en orbite terrestre basse, à en moyenne 408 km de hauteur. Elle a une apoapside de 420 km et une périapside de 380 km. L’ISS effectue un tour complet de la Terre en 92 min environ à une vitesse de 28 000 km/h. Au 13 mars 2017, la station a effectué son 103 900ème tour.

Assemblage

Acheminement

L’ISS est composée de modules, un module étant un morceau de station. Les modules sont envoyés séparément, puis assemblés dans l’espace. l’ISS est actuellement composée de 30 modules, le 31ème, Nauka, est prévu pour 2020.

Voici la liste des modules de la station :

Module	Véhicue	Date	Nationalité	Nature
Zarya	Proton-k	20 novembre 1998	Russe	Service
Unity N1	Endeavour	4 décembre 1998	Américain	Nœud
Zvezda	Proton-k	12 juillet 2000	Russe	Habitation
P Z1 (temporaire)	Discovery	11 octobre 2000	Américain	poutre
P6	Endeavour	1 décembre 2000	Américain	poutre
Destiny	Atlantis	7 février 2001	Américain	Laboratoire
Canadarm 2	Endeavour	19 avril 2001	Canadien	Bras articulés
Quest	Atlantis	12 juillet 2001	Américain	Sas de sortie
Pirs	Soyouz-U	14 août 2001	Russe	Module d’amarrage
S0	Atlantis	8 avril 2002	Américain	poutre
Canadarm 2 suite	Endeavour	19 avril 2001	Canadien	Bras articulé
S1	Atlantis	7 octobre 2002	Américain	poutre
P1	Endeavour	24 novembre 2002	Américain	poutre
P3/P4	Atlantis	9 septembre 2006	Américain	poutre
P5	Discovery	10 décembre 2006	Américain	poutre
S3/S4	Atlantis	8 juin 2007	Américain	poutre
S5	Endeavour	8 août 2007	Américain	poutre
Harmony N2	Atlantis	8 août 2007	Américain	Nœud
Colombus	Atlantis	7 février 2008	Européen	Laboratoire
Kibo	Endeavour	11 mars 2008	Japonais	Laboratoire
Kibo 2	Discovery	31 mai 2008	Japonais	Laboratoire
S6	Endeavour	15 mars 2009	Américain	poutre
Kibo 3	Endeavour	15 juillet 2009	Japonais	Laboratoire
Poisk	Soyouz	10 novembre 2009	Russe	Module d’expériences
Tranquility	Endeavour	8 février 2010	Américain	Nœud
Cupola	Endeavour	8 février 2010	Américain	Coupole d’observation
Rassvet	Atlantis	14 mai 2010	Russe	Module d’expériences et d’ammarage
Leonardo	Discovery	24 février 2011	Italien	Laboratoire
Spectromètre Alpha	Endeavour	16 mai 2011	Américain	Matériel
Beam	Falcon 9	8 avril 2016	Américain	Module d’expériences
Nauka	Proton	2020	Russe	Laboratoire

Assemblage

La construction de l’ISS reste une des plus grandes prouesses technologiques et le chantier spatial le plus audacieux jamais réalisé. L’assemblage des différents modules de la station s’est effectuée en 35 vols.

Les modules sont rassemblés en parties. Ainsi, la Russie ayant envoyé le premier module, la première partie est la partie Russe.

Attachée à celle ci, on trouve la partie mixte, composée de modules américains, canadiens, européens et japonais. Au dessus, on trouve la poutre principale, longue comme un terrain de football, sur quoi tout repose, modules, panneaux solaires, certains panneaux radiateurs, et les bras robotisés.

La poutre est composée de 10 modules, de P6 (P pour port, bâbord en anglais) à S6 (S pour starboard, tribord en anglais).

De la Terre à l’espace

Pour acheminer d’aussi importants modules dans l’espace, il faut de puissants véhicules. Ainsi, jusqu’à maintenant, cinq fusées ont été utilisées. Les fusées Russes, telles que Soyuz ou Proton, les navettes américaines (officielles, de la Nasa), comme Destiny ou Endeavour ou encore les fusées d’industries privées, ici la Falcon de Space-X.

Par contre, la station n’est pas autonome, c’est à dire qu’elle a besoin d’être approvisionnée en nourriture et autres ressources (carburant, eau…). En plus de ces voyages de ravitaillement, d’autres modules temporaires spécialisés sont envoyés tous les six mois environ sur l’ISS afin de la surélever (ces modules équipés de moteurs, une fois attachés à la station, exercent une pression sur celle-ci en la poussant du côté opposé à la Terre afin de rehausser son orbite), ce qui lui éviterait de retomber. En effet, du fait de son orbite trop basse, l’attraction de la Terre est encore présente.

Quelques chiffres à retenir

• dimensions 109/73 mètres
• 419 tonnes
• 11 000 m² d’exposition extérieure
• 388 m² habitables
• nombre total de vols pour 30 modules : 35

Prix

A ce jour, la station a coûté environ 150 milliards de dollars internationaux (USD), financés par 15 pays différents.

Voici la liste des plus gros collaborateurs:

• La partie Russe de la station, vue précédemment, est entièrement financée par la Russie.
• Le reste de la station est financée par les Etats-Unis et la Russie (76,6% à eux deux), le Japon (12,8%), l’Europe (8,3%) et le Canada (2,3%).

Notes : Le prix de la station dans le futur reste incertain, son avenir n’étant pas clairement défini ; les chiffres cités ici demeurent approximatifs, ils différent selon les sources.

Dangers/protection

Dangers

La station est soumise à de nombreux dangers dans l’espace.

• Le plus gros, comme dans beaucoup de structures complexes, est le feu. En effet, le feu peut provenir des nombreux appareils électroniques, notamment de l’intérieur des parois (celles ci sont composées de plusieurs couches de matériaux, de câbles électriques et d’appareils divers ; c’est la source d’incendie la plus difficile à localiser et à arrêter). L’incendie peut se déclarer à cause d’une mauvaise utilisation, d’une surchauffe ou du dysfonctionnement d’une machine.
• L’autre danger important, propre à l’espace, est de se faire heurter par des débris spatiaux (cailloux, débris humains, satellites, ou même emballages d’aliments), ce qui pourrait entraîner un trou dans la coque, puis une perte d’oxygène, et une dépressurisation qui pourrait désintégrer toute la station. Contrairement à ce que l’on pourrait penser, les débris les plus redoutables sont les tout petits (de 5 à 50 millimètres) car ils sont indétectables aux radars et sont très rapides. Prenons pour exemple une balle de fusil, plus elle est petite, plus elle est dangereuse, car en raison de sa petite taille, elle transperce plus facilement les tissus. Les gros débris quand à eux peuvent être évités grâce aux manœuvres de la station.
• Le troisième danger vient des rayonnements solaires très nocifs. Ils peuvent abîmer le matériel et irradier les astronautes. C’est l’une des raisons pour lesquelles les astronautes ne restent que six mois dans l’espace, ils reçoivent environ 100 fois plus de radiations que sur Terre. De plus, la chaleur dans l’espace varie de -170 à 200° C.
• Enfin, une simple bactérie ou un virus pourrait entraîner une épidémie dans la station.

Tous ces risques ont été pris en considération lors de la mise en service de l’ISS ainsi que les solutions mises en place pour y remédier.

Protection

Les parois de l’ISS ont été conçues pour résister à des impacts de débris. Cependant, certains sont redoutés, étant ni trop petits pour engendrer des dégâts, ni trop gros pour être détectés. Elles sont ainsi constituées de plusieurs couches, dans l’ordre en commençant par l’extérieur :

• Plaque d’aluminium renforcée
• Couche de Nextel (alliage de matériaux)
• Couche de Kevlar (le composé des casques militaires)
• Alliage de métaux
• “Fourrure”, isolant intérieur

Entre chaque couche, il y a un espace pressurisé permettant la cohésion de l’ensemble, l’absorption des chocs et l’isolation des modules. Les hublots, quant à eux, sont composés de plusieurs couches de verre, plastiques résistants et alliage de type pare-brise, plus un “volet” recouvrant le tout.

Comment ça marche

L’incroyable réalisation de la station spatiale internationale a été rendue possible grâce aux nouvelles technologies et aux recherches poussées effectuées par les différents pays collaborateurs.

Electricité

L’ISS fonctionne grâce à un système très important au sein de la station, l’EPS (Electrical Power System en anglais). Ce système génère, stocke et distribue  de l’électricité dans toute la station. (Plus d’explications dans ‘les ressources’)

Guidage et navigation

L’ISS est une large construction spatiale. Son altitude et son orientation doivent être constamment contrôlées. C’est indispensable pour maintenir la symbiose et le bon fonctionnement des équipements de la station.

Le système permettant le contrôle de toute la station s’appelle le GN&C (Guidance, navigation and control en anglais). Il permet de contrôler les multiples antennes qui captent la position des stations sur Terre, des satellites et la position du Soleil, afin de s’orienter pour avoir une exposition solaire optimale et ne jamais perdre contact avec la Terre.

La poutre principale est équipée de gyroscopes pour mesurer l’inclinaison de la station. Afin de corriger son orientation, le premier système utilisé est le CMG (Control Moment Gyroscope en anglais). Ce mécanisme utilise des roues en acier de 98 kg qui tournent à 6600 tours par minute. La vitesse élevée accompagnée de leur masse importante permettent d’accumuler un moment cinétique important, qui relâche une grande quantité d’énergie lorsque les gyroscopes se repositionnent (ils bougent sur un joint de cardan) cela permettant de faire bouger l’ISS toute entière. Cette méthode, bien qu’avantageuse (elle ne consomme que de l’électricité), n’est cependant pas toujours adaptée.

Lorsque les CMGs ne sont plus rentables, d’autres mécanismes sont enclenchés, les RCS (Reaction Control System en anglais). Les RCS sont des sous-systèmes d’engins spatiaux qui permettent de pousser ou d’orienter ceux-ci grâce à des jets de gaz. Enfin, lorsque ces méthodes ne suffisent plus, des engins classiques sont utilisés, et donc du carburant est consumé.

Propulsion

Dans l’espace, il existe plusieurs moyens de se propulser, hormis ceux vus précédemment. Les engins de propulsion fonctionnent principalement à ergols liquides. Un ergol est “dans le domaine de l’astronautique, une substance homogène employée seule ou en association avec d’autres substances et destinée à fournir de l’énergie. Les ergols sont les produits initiaux, séparés, utilisés dans un système propulsif à réaction. Ils sont constitués d’éléments oxydants (comburant) et réducteurs (carburant ou combustible).” (Définition de Wikipédia). Les ergols sont utilisés grâce à leurs propriétés physiques intéressantes, telles leur forte densité, leur composition stable, énergie de combustion élevée… Ils sont utilisés aussi bien à l’état liquide qu’à l’état solide et peuvent contenir de un à trois composants différents. Les principaux carburants sont l’hydrogène liquide, l’hydrazine, l’éthanol, l’éther éthylique, et les comburants les plus utilisés sont l’oxygène liquide, le peroxyde d’azote et le fluor liquide. Cet assemblage de composants est brûlé dans les réacteurs et libère une énergie permettant au véhicule de se libérer de l’attraction de l’astre.

De plus, d’autres moyens sont utilisés, comme le traditionnel kérosène, (mélange d’hydrocarbures contenant des alcanes) de formule brute allant de C₁₀H₂₂ à C₁₄H₃₀ , carburant utilisé par les avions. Dans l’espace, un procédé couramment utilisé est la propulsion ionique. Cet appareil utilise de l’électricité et très peu de carburant pour fonctionner, et produit sa force de propulsion en accélérant des ions à très haute vitesse.

Cependant, pour quitter l’attraction d’un astre, son rapport T/W (Thrust/Weight, signifiant poussée/poids) doit être supérieur à 1.

Contrôle thermique

Dans l’espace, la température varie entre -170 et 200°C en fonction de la position face au Soleil. La station se doit donc d’avoir un contrôle thermique. D’abord, le changement de température n’affecte nullement la structure, les matériaux utilisés étant suffisamment résistants. Les parois sont isolées de l’intérieur, et la dernière couche intérieure est une sorte de fourrure permettant d’isoler au maximum le module. De plus, l’ISS est équipée de radiateurs. Ces méthodes sont appelées méthodes passives (PTCS pour Passive Thermal Control System). Cependant, lorsque ces PTCS ne suffisent pas à réchauffer ou à refroidir l’espace (et oui, on cherche aussi à se refroidir dans l’espace), des méthodes actives sont utilisées (ATCS pour Active Thermal Control System). L’ATCS utilise des fluides (généralement de l’eau) réchauffés ou refroidis grâce aux panneaux radiateurs placés sur la poutre principale. La tuyauterie circule dans toute la station, et, étant étroite, permet de modifier la température.

Communication

Les communications radios et satellites permettent à l’équipage de l’ISS de parler aussi bien aux véhicules extérieurs à la station qu’au centre de contrôle au sol. De plus, elles permettent aux ingénieurs informatiques des différents centres spatiaux sur Terre de contrôler les systèmes de la station à distance.

Combinaison spatiale

Lors des sorties dans l’espace, les astronautes sont équipés de combinaisons spéciales pour résister à la fois à la température, la dépression, le manque d’air, les radiations et les débris. Les combinaisons, très sophistiquées, sont composées de six couches de tissus (kevlar, aluminium, nylon, …) ainsi qu’un gel permettant d’isoler la tenue. Un sac à dos intégré contient des bouteilles d’oxygène pressurisé, des radios pour communiquer, des caméras, des bouteilles d’eau, des batteries pour pouvoir effectuer la mission qui leur est attribuée. Grâce à la combinaison, les astronautes peuvent rester sept heures dans l’espace ; elle pèse 178 kilos et a une durée de vie de 4 ans.