Vaisseau spatial Cygnus
Le vaisseau spatial Cygnus est un vaisseau spatial non habité de réapprovisionnement en fret conçu et exploité par Orbital Sciences Corporation.
Le programme Cygnus a débuté dans le cadre du programme de services commerciaux de transport orbital (COTS) de la NASA et entre dans le programme de services commerciaux de réapprovisionnement une fois qu’il a effectué son premier vol de démonstration.
Cygnus transporte du fret pressurisé vers la Station spatiale internationale.
Le vaisseau spatial est lancé au sommet de la fusée Antares d’Orbital qui décolle du Mid-Atlantic Regional Spaceport, en Virginie. Cygnus n’est pas capable de ramener du fret sur Terre et se consume lors de la rentrée dans l’atmosphère pour se débarrasser de lui-même et des éléments inutiles de l’ISS.
| Standard | Enhanced | |
| Longueur | 5.14m | 6,39m |
| Diamètre | 3,07m | 3.07m |
| Masse sèche | 1,500kg | 1,800kg |
| Volume pressurisé | 18.9m³ | 27m³ |
| Masse de chargement | 2 000kg | 3 500kg |
| Charge utile d’élimination | 1 200kg | 3,500kg |
| Endurance | 2 Mois | 66 Jours |
| Grilles solaires | Dutch Space | ATK Ultra Flex |
| RNDZ Nav | TriDAR | TriDAR |
Cygnus se compose d’un module cargo pressurisé qui est construit par Thales Alenia Space d’Italie et d’un module de service construit par Orbital, basé sur le bus satellite GEOStar d’Orbital et les éléments de l’engin spatial Dawn afin de réduire les coûts et les risques.
Cygnus est réservé pour une seule mission de démonstration COTS vers l’ISS et un total de huit vols CRS. Pour ses quatre premiers vols, Cygnus vole dans sa configuration standard. Lorsque l’Antares sera mis à niveau avec le deuxième étage Castor 30 XL, Cygnus passera à sa version améliorée pour transporter plus de fret vers l’ISS. Cygnus standard transporte 2 000 kg de fret vers l’ISS tandis que la version améliorée a une capacité de fret de 3 500 kg, limitée par les performances du lanceur.
Cygnus peut être chargé de plus de trois tonnes métriques de déchets et d’articles devenus inutiles pour son retour fougueux sur Terre.
Module cargo pressurisé
Cygnus standard et Cygnus amélioré utilisent des modules de cargaison pressurisés construits par Thales Alenia Space, Italie. Le module est basé sur le module logistique polyvalent qui a volé lors de plusieurs missions de la navette spatiale pour livrer du fret pressurisé à l’ISS.
Il mesure 3,07 mètres de diamètre et a une longueur de 3,66 mètres dans sa configuration standard et 5,05 mètres avec un segment ajouté dans la configuration améliorée. Le PCM standard a une masse sèche de 1 500 kilogrammes et la version améliorée pèse 1 800 kg. Le PCM standard peut contenir 2 700 kg de marchandises, tandis que la version améliorée permet de charger 800 kg de plus. Le module cargo a un volume pressurisé de 18,9 mètres cubes dans la configuration standard et de 27 mètres cubes dans la configuration améliorée. La consommation d’énergie du PCM est inférieure à 850 watts.
Le PCM comporte une trappe de 94 par 94 centimètres qui est intégrée dans l’anneau du mécanisme d’accostage commun de 127 centimètres. Comme tous les autres véhicules de visite, Cygnus présente le côté passif du CBM, tandis que l’ISS est équipée d’un mécanisme d’accostage commun actif.
Le PCM est capable de contenir 3 500 kg de fret à éliminer par une rentrée destructive.
Module de service
Situé dans la section arrière du vaisseau spatial, le module de service Cygnus assure la production d’énergie &le stockage, le contrôle du véhicule, la propulsion, le guidage et la fixation du grappin pour le bras robotique de la Station. Le SM est basé sur le bus satellite GEOStar d’Orbital et utilise des éléments du vaisseau spatial Dawn de la NASA qui a été fabriqué par Orbital.Il mesure 3,23 mètres de diamètre et 1,29 mètres de hauteur.
Le SM est équipé de panneaux solaires déployables, de batteries et d’avionique pour la production, le stockage et la distribution d’énergie. Les panneaux solaires généreront jusqu’à 4 Kilowatts d’énergie électrique.
Le Cygnus standard arbore deux panneaux solaires à trois panneaux fournis par Dutch Space. Le Cygnus amélioré est équipé de panneaux solaires Ultra Flex construits par Alliant Techsystems, ATK. Ces panneaux circulaires sont déployés par des moteurs d’entraînement et sont d’une conception légère représentant 25 % de la masse des panneaux solaires classiques. En outre, les panneaux d’ATK sont plus compacts lorsqu’ils sont rangés. Les panneaux fournissent une puissance de 3 500 watts lorsque Cygnus vole dans une attitude orientée vers le soleil.
Le SM contient également le système principal de propulsion et de contrôle d’attitude de l’engin spatial. Cygnus est équipé de propulseurs IHI BT-4 pour les manœuvres d’ajustement d’orbite. Le BT-4 a été développé par IHI Aerospace, Japon et a une masse sèche de 4 kilogrammes et une longueur de 0,65 mètres. Le moteur fournit une poussée de 450 newtons en utilisant du carburant Monométhylhydrazine et un oxydant à base de tétroxyde d’azote. Les propergols sont stockés dans des réservoirs sphériques pressurisés à l’hélium. Le système de contrôle d’attitude de Cygnus est utilisé pour la réorientation et les petites brûlures de rendez-vous en utilisant 32 propulseurs monopropulseurs ayant chacun un réglage de poussée nominal de 31 Newtons.
Le module de service est également équipé du système de guidage, de navigation et de contrôle du véhicule ainsi que d’équipements de communication pour communiquer avec les stations au sol, l’ISS et le système de satellites de repérage et de relais de données.
Cygnus est équipé de traqueurs d’étoiles et d’un système GPS absolu pour déterminer sa position en orbite pendant le vol libre. Pendant le rendez-vous avec la Station spatiale internationale, Cygnus passe au GPS relatif pour déterminer sa position par rapport à l’ISS. Au début des opérations de proximité, Cygnus commence à utiliser son système de navigation de proximité.
Cygnus utilise un système TriDAR développé par Neptec. TriDAR, ou Triangulation and LIDAR Automated Rendezvous and Docking, est un système de navigation de rendez-vous qui ne repose sur aucun marqueur de référence positionné sur sa cible. Au lieu de cela, TriDAR utilise un capteur 3D à base de laser et des imageurs thermiques pour collecter des données 3D de sa cible qui sont comparées par un logiciel à la forme connue du vaisseau spatial cible. Cela permet à TriDAR de calculer la position relative, la distance et la vitesse relative. L’algorithme informatique est capable de calculer la pose relative à 6 degrés de liberté (6DOF) en temps réel en utilisant une approche MILD (More Information Less Data). « TriDAR fonctionne à des distances allant de 0,5 mètre à plus de 2000 mètres sans sacrifier la vitesse ou la précision à l’une ou l’autre extrémité de la gamme », indique Neptec sur le site Web de la société.
ISS vu par Tridar
Le capteur 3D de TriDAR combine la technologie de triangulation laser auto-synchrone avec un radar laser (LIDAR) dans un seul boîtier pour fournir des données de suivi à courte et longue distance.
Le système de triangulation laser est basé sur le système de caméra laser (LCS) utilisé sur le système de capteurs de la perche de la navette spatiale qui a été utilisé pour effectuer des inspections du bouclier thermique du véhicule en orbite.
TriDAR fournit la fonctionnalité de deux scanners 3D en multiplexant les deux chemins optiques du sous-système actif. L’imageur thermique est utilisé pour étendre la portée du système au-delà de la portée opérationnelle du LIDAR.
TriDAR a été testé dans l’espace lors des missions STS-128, STS-131 et du dernier vol de la navette, STS-135.
Pendant la mission STS-135, TriDAR a commencé à suivre l’ISS à partir de 34 kilomètres jusqu’à l’amarrage, et pendant le désamarrage, le système a fourni des images impressionnantes de l’ISS, fournissant des images 3D et thermiques de la station dans le cadre du dernier survol de l’ISS par la navette.
Profil de vol
Cygnus est lancé au sommet de la fusée Antares d’Orbital qui le livre à une orbite de 250 par 275 kilomètres inclinée de 51,66 degrés 630 secondes après le lancement. De là, Cygnus commence à ajuster son orbite et à effectuer des manœuvres de mise en phase afin de se relier à l’ISS qui tourne autour de la Terre à une altitude de 410 kilomètres. Au cours de la première partie du vol, Cygnus active ses émetteurs et déploie ses panneaux solaires.
De plus, le véhicule est soumis à un certain nombre de vérifications pour s’assurer que tous les systèmes fonctionnent comme prévu. À l’aide de traqueurs d’étoiles et de GPS, Cygnus effectue plusieurs brûlages de moteurs pour augmenter son altitude afin de se rapprocher de l’ISS.
Une fois dans la zone de communication de 28 kilomètres autour de l’ISS, le véhicule passe en GPS relatif, communiquant avec les systèmes GPS de l’ISS pour calculer sa position relative par rapport à la station. Cygnus s’approche de l’ISS sur la barre R, venant directement du dessous de l’ISS. Au fur et à mesure que le véhicule se rapproche de l’ISS, il passe à son système de navigation de proximité TriDAR pour poursuivre l’approche finale.
Les membres de l’équipage à bord de l’ISS peuvent interagir avec Cygnus via le panneau de commande de l’équipage si quelque chose d’anormal se produit pendant le rendez-vous. Une fois arrivé à un point situé à 10 mètres de l’ISS, Cygnus arrête son approche et entre en dérive libre afin d’être capturé par le Canadarm2. Le bras robotique de la station spatiale est contrôlé par les membres de l’équipage de l’ISS pour saisir le vaisseau spatial.
Une fois saisi, Cygnus est amarré au CBM nadir du module Harmony de l’ISS. Une fois fixé en place, les contrôles d’étanchéité sont effectués et les écoutilles entre l’ISS et Cygnus sont ouvertes pour permettre aux membres d’équipage d’accéder au module cargo. Au cours de sa mission amarrée, qui dure généralement 30 jours, les membres d’équipage déplacent le fret de Cygnus vers l’ISS et chargent le véhicule de déchets et d’articles devenus inutiles.
Une fois les écoutilles refermées, le Canadarm2 ramène Cygnus à 10 mètres et libère le véhicule qui effectue alors un certain nombre de brûlages de moteurs pour quitter le voisinage de l’ISS. Une fois à une distance sûre, Cygnus effectue sa combustion de désorbitation pour rentrer dans l’atmosphère au-dessus de l’océan Pacifique. Lors de la rentrée dans l’atmosphère, le véhicule se disloque et brûle dans une certaine mesure avant que les fragments survivants ne tombent dans le Pacifique, loin des masses terrestres habitées.
