Solovyov sur la future station ROSS à haute lattitude

Fin mai, lors d'une réunion conjointe du Présidium du Conseil scientifique et technique de Roscosmos et du bureau du Conseil de l'Académie russe des sciences pour l'espace, l'avancement de la première étape de la conception préliminaire de la station orbitale de service russe a été discutée. Deux options pour son placement ont été envisagées : en orbite avec une inclinaison de 51,6°, où vole actuellement l'ISS, et en orbite haute latitude avec une inclinaison de 97°.

L'une des options de la station  a été décrite en détail au magazine Russian Space  [numéro 42] par le directeur de vol du segment russe de l'ISS, membre à part entière de l'Académie russe des sciences, cosmonaute, deux fois héros de l'Union soviétique, concepteur général de systèmes habités et complexes de la Fédération de Russie, concepteur général de RKK Energuya Vladimir Alekseyevich Solovyov.

Nous reproduisons cet article au moment où l'arrêt après 2024 de l'utilisation de l'ISS par la Russie a été annoncé.

- Vladimir Alekseevich, pourquoi avez-vous dû envisager de créer une nouvelle station ?

– Depuis le début des années 1970, l'Union soviétique puis la Russie travaillent sur un programme de vols orbitaux habités de longue durée. Tout d'abord, nous avons essayé de créer des complexes, des systèmes et des équipements de transport fiables qui garantissent un séjour confortable et sûr d'une personne en orbite, des systèmes d'alimentation électrique très efficaces, des systèmes de navigation et d'orientation fiables et très précis, et bien plus encore. Compte tenu de la situation géographique du cosmodrome de Baïkonour, la mise en orbite avec une inclinaison de 51,6° a fourni les meilleures valeurs en termes de masse de charge utile en orbite proche de la Terre en raison de "l'attraction" de la vitesse supplémentaire de rotation de la Terre. Cela a permis de résoudre le plus efficacement les problèmes ci-dessus, pour lesquels la valeur réelle de l'inclinaison de l'orbite n'était pas importante.

À l'heure actuelle, les principaux inconvénients de continuer à utiliser cette inclinaison se manifestent clairement: l'impossibilité d'inspecter la majeure partie du territoire de la Russie, située principalement à des latitudes plus élevées. De plus, le lancement à une inclinaison de 51,6° depuis le cosmodrome de Vostochny, le principal cosmodrome du futur programme habité, nécessitera des dépenses importantes pour la création d'un complexe de recherche et de sauvetage.

De plus, par décision des chefs des agences spatiales - partenaires de l'ISS, la durée de vie de la station a été déterminée à 2024, et maintenant nous devons décider quoi faire à l'avenir, et déjà commencer à travailler sur des programmes habités qui seront mis en œuvre après cette période.

Ce n'est un secret pour personne que la ressource [durée de vie" des premiers modules de l'ISS, conçus depuis 15 ans, a été dépassée de plus d'une fois et demie. Et récemment, il y a eu une tendance à augmenter le temps consacré par les cosmonautes à l'entretien et à la réparation des systèmes embarqués qui ont épuisé leurs ressources. L'équipage a de moins en moins de temps pour réaliser des expériences scientifiques.

Dans notre pays, la discussion sur la façon dont la cosmonautique habitée russe se développera après le programme ISS dure depuis longtemps. Le Conseil spatial de l'Académie des sciences de Russie s'est penché sur cette question il y a six ans. Divers ministères ont participé à la discussion. Les entreprises de Roscosmos ont exprimé leurs propositions.

On sait que la NASA, sans quitter la mise en œuvre des programmes orbitaux, a décidé de revenir sérieusement au programme lunaire habité. Tous les partenaires de l'ISS, à l'exception de la Russie, ont rejoint leur projet lunaire. Pour la direction de Roscosmos, il est devenu évident que cela n'a aucun sens pour nous de participer au projet lunaire américain à la marge. Il est clair pour nous qu'avant d'envoyer des cosmonautes sur la Lune, nous devons décider de la nécessité de cette étape sérieuse et très coûteuse, et effectuer une quantité assez importante de recherches avec des appareils automatiques.

Sans pour autant minimiser l'importance des programmes d'exploration de la Lune, RKK Energuya a proposé d'envisager le projet de création de la station de service orbitale russe (ROSS) en orbite avec une inclinaison d'environ 97° par rapport au plan équatorial, ainsi que de prendre le Module Science et Energie (NEM) destiné au segment russe de l'ISS, comme base de ROSS. Cette proposition a été approuvée par les plus hauts dirigeants du pays.

- Si ce projet est finalement adopté, ne s'avérera-t-il pas que nous retarderons trop la mise en œuvre de notre propre programme lunaire habité ?

– Je suis entièrement d'accord avec Viktor Vladimirovitch Khartov, concepteur général des systèmes spatiaux automatiques. Une fois, il a fait un merveilleux rapport aux lectures royales, dans lequel il a justifié la nécessité de créer d'abord l'infrastructure nécessaire sur la Lune à l'aide de machines et ensuite seulement de mettre en œuvre un programme lunaire habité, après avoir préparé des bases importantes pour la base lunaire sur Terre. Il est irrationnel de simplement mettre le drapeau russe sur la lune, en y dépensant d'énormes sommes d'argent. Je crois qu'il y a assez d'espace au pôle sud de la lune pour tout le monde. Et la station scientifique doit être déployée avec précaution, en veillant avant tout à la sécurité des cosmonautes.

L'exploration fiable de la Lune est une entreprise coûteuse. Dans cette tâche, je considère qu'il est très important de réaliser l'unification des efforts des différents pays, comme cela a été démontré dans le programme ISS.

– Quelles sont les fonctionnalités de la version haute latitude de ROSS ?

- Deux points ont joué un rôle déterminant dans le choix de l'emplacement de la future station sur une orbite de haute latitude. Premièrement : la possibilité d'une visibilité maximale de son territoire depuis son bord, puisque l'orbite avec une inclinaison de 51,6°, sur laquelle vole l'ISS, ne permet d'observer au nadir  (directement sous la trajectoire de vol de l'ISS. - ndlr)  qu'environ 10% de notre territoire.

Deuxième point: la nécessité de mener la première étape de la recherche biomédicale du corps humain en orbite, qui dans certaines régions est moins protégée par la magnétosphère terrestre du rayonnement cosmique. Et cela, à son tour, est nécessaire pour comprendre à quoi seront confrontées les futures expéditions interplanétaires, qui ne bénéficieront pas non plus d'une telle protection.

En conséquence, nous avons choisi une orbite héliosynchrone unique avec une hauteur de 372 km de la Terre et une inclinaison de 96,9° (à la première étape, 334 km et 96,8°), qui offre des conditions favorables constantes pour observer notre ( et pas seulement !) territoire.

De plus, cette orbite permettra de surveiller non seulement l'ensemble du territoire de notre pays, mais également les deux pôles de la Terre avec des détecteurs optiques, infrarouges, ultraviolets et autres, ainsi que des installations radar, et toutes les heures et demie , ce qui est très important. Cette caractéristique de l'orbite permettra de suivre le déplacement de divers objets dans les régions des pôles de la Terre, ce qui donne une qualité fondamentalement nouvelle à la recherche depuis l'espace.

ROSS fonctionnera en mode automatique et sera visité si nécessaire. En conséquence, la station sera utilisée plus efficacement pour les intérêts scientifiques et économiques.

- Pourquoi a-t-il été décidé de faire de cette version de ROSS non pas habitée en permanence, mais visitée ? Y a-t-il un mouvement en arrière dans cette étape ?

- Lors de la création de cette version du ROSS, il est proposé de modifier légèrement la philosophie des vols spatiaux habités et de rendre la station techniquement plus avancée et efficace en termes d'obtention des résultats des expériences et de la recherche. Ce n'est un secret pour personne que pour diverses raisons, les choses ne vont pas très bien avec nos expériences spatiales sur l'ISS (et sur Mir, les performances n'étaient pas très élevées). Et le problème n'est pas seulement dans le financement, mais aussi dans le fait que l'ISS a certaines limites. Par exemple, il est constamment dans une orientation fixe, ce qui n'est pas toujours pratique pour un certain nombre d'expériences d'observation de la Terre et de l'espace. Bien sûr, il y a aussi un manque de ressources énergétiques disponibles, ce qui empêche de nombreuses expériences énergivores, par exemple dans le domaine de la science des matériaux,

De plus, la présence constante d'une personne en orbite est une entreprise coûteuse. Abreuver, nourrir, vêtir, fournir de l'oxygène et de l'eau à l'équipage coûte assez cher. De plus, les vols partiellement à l'extérieur de la magnétosphère terrestre augmentent la dose de rayonnement pour les cosmonautes, ce qui réduit quelque peu la durée autorisée des vols.

Mais les scientifiques de l'Institut de recherche spatiale (IKI) de l'Académie russe des sciences disposent de tout un ensemble d'instruments de recherche dans le domaine de la physique des rayons cosmiques, qu'il serait très intéressant de placer sur la station. Mais ces appareils, pour qu'ils fonctionnent de manière fiable en mode automatique, devront d'abord être ajustés. Et cela devrait être fait par une personne, un robot ne peut pas faire face à un tel travail.

N'oublions pas que l'homme est une créature vulnérable et que l'espace est un environnement agressif. Selon des calculs préliminaires, il suffit que l'équipage travaille à la station pendant un ou deux mois pour effectuer des travaux de mise en service et de réparation, ainsi que pour des expériences et des travaux dans l'espace sans aucun danger pour la santé. Par conséquent, il est proposé de rendre ROSS capable de fonctionner en mode automatique pendant une longue période. Nous proposons d'effectuer des vols habités sur ROSS uniquement lorsque la quantité de travail requise ne peut être effectué que par des cosmonautes. Nous devons encore trouver un équilibre raisonnable entre la durée et la fréquence des vols.

Le pas en avant est que la Russie passe du stade de l'exploration habitée au stade de l'utilisation de l'orbite terrestre basse.

– Comment est-il proposé de construire un ROSS à haute latitude ?

Nous proposons de le construire en deux étapes. Si la décision sur sa construction est prise avant la fin de l'année, alors la première étape débutera en 2028 avec le lancement du module scientifique et énergétique par le lanceur Angara-A5M. Le NEM devra être équipé de divers systèmes, dont un bloc gyrodyne, afin de pouvoir l'utiliser pendant plusieurs années comme module principal. Sur la fusée Angara-A5M de Vostochny, les modules Nodal et Passerelle seront lancés en un seul paquet. Le module nodal est équipé de six nœuds d'amarrage. Il sera presque similaire au module nodal  ("Prichal" - ndlr), qui a été livré à l'ISS l'année dernière. Le module passerelle offre la possibilité de sortir pour travailler dans l'espace ouvert [EVA].

Après l'amarrage en 2028 du Module Nodal, il sera possible d'envoyer le premier équipage depuis Baïkonour sur un lanceur Soyouz-2.1b sur un vaisseau de type Soyouz. Il va pouvoir ouvrir la station et démarrer les premières recherches et expérimentations. Au retour de l'équipage sur Terre, la ROSS fonctionnera en mode automatique.

Ensuite, le module de base de la même taille standard que le NEM, avec les mêmes panneaux solaires puissants, devrait arriver à la station. Un ensemble de batteries placées sur le NEM et le module de base permettra de générer une puissance électrique allant jusqu'à 55 kW, ce qui fournira un bon potentiel énergétique, suffisant pour diverses observations et expériences radar, énergivores. Sur le module de base, très probablement, ainsi que sur le NEM, deux cabines et des toilettes pour les cosmoonautes seront installées. Cela créera des conditions confortables pour un équipage de quatre personnes. Dans ce cas, le ROSS atteindra une masse d'environ 55 tonnes et aura un volume étanche de 217 m ³ . La première étape se termine ici (2030).

Nous supposons qu'au début de la construction, les équipages visiteront le ROSS deux fois par an, la cargaison sera livrée par des cargos de la série Progress lancés par des lanceurs Soyouz-2.1b.

- Quels travaux de construction du ROSS seront réalisés dans la seconde étape ?

- Lors de la deuxième étape, qui devrait démarrer en 2030, deux autres grands modules seront rattachés à la station : Cible et Production. De plus, une plate-forme d'entretien des engins spatiaux partiellement pressurisée sera livrée au ROSS, sur laquelle il sera possible de rééquiper, de faire le plein et de renvoyer de nouveaux engins spatiaux automatiques en orbite. Ces véhicules doivent pouvoir être entretenus, pouvoir être ravitaillés en carburant et leurs orbites doivent être compatibles avec l'orbite ROSS.

Nous avons étudié la possibilité de faire le plein dans l'espace dès 1978. Les Européens nous ont même acheté ce système pour leur cargo ATV, et ce serait un péché de ne pas l'utiliser pour le ravitaillement des satellites.

En attendant, des moyens devraient également être développés pour déplacer les engins spatiaux vers la station, puis les ramener sur les orbites requises - une sorte de remorqueurs inter-orbitaux. Une telle opportunité devrait s'avérer très prometteuse. Nos "collègues" aux États-Unis ont déjà fabriqué un tel remorqueur. Lors du premier test, ils ont emmené un satellite défectueux en orbite géostationnaire sur une orbite funéraire. Dans un autre test, également en orbite géostationnaire, ils ont amarré un remorqueur à un véhicule qui était à court de carburant et contrôlent maintenant le satellite avec le remorqueur.

À la fin de la deuxième étape, la masse de la station atteindra environ 122 tonnes et le volume sous pression - 505 m ³ , et selon ces indicateurs, elle dépassera considérablement le segment russe de l'ISS.

On suppose que les cosmonautes et la cargaison à ce stade seront livrés en orbite et renvoyés de l'orbite vers la Terre par un navire cargo à passagers basé sur le vaisseau Orël, lancé depuis Vostochny par le lanceur Angara-A5M.

Il est très important, de mon point de vue, de s'assurer que la construction du ROSS ne devienne pas une construction à long terme. Maintenant, tout le monde - à la fois les dirigeants de l'État, de l'industrie et du peuple - est irrité lorsque nous créons quelque chose de nouveau pendant très longtemps. Il y a de nombreuses raisons à cela, bien sûr. Mais je veux que ça n'arrive pas à ROSS. Nous devons développer et utiliser au maximum les nouvelles technologies qui nous permettront de construire en parallèle divers éléments de la station sur Terre et de les mettre en orbite à un moment raisonnable. Je crois que les intervalles de temps des première et deuxième étapes d'assemblage du ROSS indiqués dans notre proposition peuvent être considérablement réduits.

– A quoi servent les modules Production et Cible ?

- Dans le module de production, il sera possible de mener des expériences dans le domaine de la technologie spatiale, de la science des matériaux spatiaux, liées au développement de méthodes d'obtention de cristaux semi-conducteurs, de films, notamment en utilisant l'épitaxie par jets moléculaires  (condensation de faisceaux moléculaires sur un substrat dans le vide. - Ed.) . L'obtention de résultats significatifs dans ce domaine peut donner une impulsion sérieuse au développement des nanotechnologies nationales, de la micro et de la nanoélectronique. Il en va de même pour la résolution de problèmes urgents dans le domaine de la biotechnologie.

Ce module stockera des composants, assemblera et testera des dispositifs automatiques. Il permettra également d'effectuer des travaux de préparation, de réglage et de réparation d'échantillons testés d'équipements de pointe.

Le module cible sera équipé de postes de travail universels externes et - pour la connexion d'équipements scientifiques - de racks universels internes reliés à un ordinateur performant par un réseau d'échange et de stockage d'informations.

Vous ne pouvez pas vous passer d'un module cible universel. En fonction de la composition du programme scientifique, il sera possible de livrer des équipements à ce module pour la recherche dans divers domaines de la connaissance - médecine spatiale, biotechnologie, science des matériaux, technologie spatiale, pour des observations visuelles et instrumentales de la Terre, pour des expériences pédagogiques , etc.

En d'autres termes, une nouvelle étape dans le développement de la technologie de charge utile interchangeable, déjà introduite et testée sur le segment russe de l'ISS, sera mise en œuvre.

– Est-il possible que les équipages puissent travailler à la fois sur l'ISS et sur le ROSS ?

– Oui, bien sûr que c'est possible. Bien sûr, nous devons continuer à exploiter l'ISS jusqu'à ce que nous créions un arriéré plus ou moins tangible pour ROSS. Bien que l'ISS et la ROSS voleront sur des orbites avec des inclinaisons différentes et qu'il ne sera pas possible de voler d'une station à l'autre, nous sommes en mesure d'assurer le fonctionnement efficace du segment russe de l'ISS et du ROSS. Nous avons une expérience similaire.

De plus, nous devons tenir compte du fait que si nous arrêtons les vols habités pendant plusieurs années, il sera alors très difficile de restaurer ce qui a été réalisé. Un exemple spécifique est le programme Energia-Bourane.

- Est-il prévu d'utiliser le complexe de lancement du cosmodrome de Plesetsk pour lancer le vaisseau spatial Orël ?

Nous n'avons pas encore envisagé ou proposé une telle opportunité. Désormais, le seul endroit pour lancer Orël est le cosmodrome de Vostochny, où la construction du complexe de lancement du lanceur Angara-A5 bat son plein.

– Lors des lectures royales l'année dernière, vous avez dit que ROSS pourrait inclure un module convertible avec une centrifugeuse. A-t-il été décidé de l'abandonner ?

Nous n'allons rien abandonner d'utile. Oui, RKK Energuya a réalisé un travail conjoint avec NPP Zvezda sur le module convertible. Les Américains testent déjà un tel module dans le cadre de leur segment ISS. Nous prévoyons également de réaliser des travaux similaires.

Quant à la centrifugeuse, l'IBMP a une telle centrifugeuse à rayon court. Il mène des recherches et des expériences intéressantes sur Terre. Chez Energuya, on avait vraiment des études pour installer ce genre de centrifugeuse dans un module transformable. Nous examinons maintenant la configuration générale de la station, à la recherche d'une opportunité d'inclure ce module avec une centrifugeuse dans le ROSS.

– Quels types d'expérimentations et de travaux ciblés peuvent être menés à la station de haute latitude ?

- Je l'ai mentionné en parlant des modules Production et Cible. De plus, nous avons envisagé de nombreuses autres options. Par exemple, il sera possible de déployer un centre de contrôle d'une nuée de petits satellites et un système de maintenance d'engins spatiaux automatiques, pour ainsi dire, sur une « élingue externe ». Naturellement, de nouveaux matériaux de construction, des interfaces d'information à haut débit, des interfaces homme-machine, de nouveaux systèmes de support de vie à cycle fermé seront recherchés et testés afin que pas plus de 5 à 7 % des consommables soient livrés depuis la Terre. Et, bien sûr, des systèmes robotiques. Certes, des expériences et des observations seront également menées dans l'intérêt de la sécurité de notre pays.

Avec l'aide de certains équipements, il peut être possible d'affiner le modèle mathématique de l'atmosphère terrestre au-dessus des pôles, d'étudier les phénomènes auroraux  (du mot grec Aurora - rayonnement. Phénomènes géophysiques se produisant dans la magnétosphère et l'ionosphère terrestres dans la zone des aurores . - Ed.), pour élaborer des méthodes de prévisions météorologiques spatiales plus fiables.

– ROSS est-il considéré comme un « tremplin » vers un vol habité vers la Lune ?

- Oh, bien sûr. Avec une volonté politique et un financement suffisant, ROSS peut être utilisé comme base pour assembler un complexe lunaire ou martien. Avec l'aide de ROSS, il est possible de mettre en œuvre des schémas efficaces à deux lancements, lorsque l'équipage attend à la station l'arrivée de l'étage supérieur pour effectuer une impulsion de départ vers la Lune. Les systèmes de double lancement permettent de réduire la capacité de charge requise des missiles et de se passer des lanceurs de classe super-lourds coûteux à des lanceurs de classe lourde plus abordables.

Pour un vol vers la Lune, l'équipage pourra utiliser un vaisseau arrivant à la station depuis la Terre, voire un vaisseau réutilisable avec une « référence » permanente au ROSS. Dans ce cas, ROSS devient une sorte de spatioport. Les calculs montrent la faisabilité d'une telle approche. Les opérations de fret pour soutenir les opérations lunaires peuvent être effectuées à l'aide de lancements de fusées à une inclinaison de 51,6 °, ce qui est plus proche de l'écliptique et vous permet d'utiliser les avantages énergétiques de cette orbite.

- Vous avez mentionné à plusieurs reprises la fusée Soyouz-2.1b pour lancer les engins spatiaux Soyouz et Progress lors de la première étape de la construction ROSS...

- Oui, nous avons discuté de cette question avec le directeur général du RKK "Progress" Dmitry Aleksandrovich Baranov. Bien sûr, pour les vols en orbite avec une inclinaison de 97°, il faut passer au lanceur Soyouz-2.1b. Certes, il n'a pas encore de certificat pour les vols habités, mais Soyouz-2.1a n'en a pas eu non plus. Nous l'avons d'abord testé lors du lancement de Progress, maintenant nous l'utilisons pour lancer Soyuz MS. Nous ferons probablement la même chose avec le porteur Soyouz-2.1b.

– Soyouz MS sera-t-il utilisé pour l'orbite à 97° ou nécessitera-t-il de sérieuses modifications ?

- Au premier stade, un vaisseau spatial Soyouz bien développé est nécessaire, et la transition vers un porteur plus puissant Soyouz-2.1b fournira presque la même masse de sortie à la nouvelle inclinaison que Soyouz-2.1a à une inclinaison de 51,6 °. Donc, une réduction sérieuse de la masse du vaisseau spatial Soyouz, et, par conséquent, aucune modification ne sera nécessaire. Le vaisseau spatial Soyouz pourra voler vers ROSS à haute latitude dans une version triplace.

- A la deuxième étape du montage ROSS, vous envisagez de passer à la livraison des équipages sur Orël. Et comment comptez-vous livrer les marchandises ? Sur les modifications de "Progress" ?

- Nous ne mettons pas encore hors service les Progress, et nous les construirons et les utiliserons, en particulier lors de la première étape. Dans le même temps, nos spécialistes calculent les modifications d'Orël dans les versions «cargo-passager», «cargo-retour» et «cargo».

Orël est en cours de développement pour les vols vers la lune. En utilisant la réserve technologique qui s'y trouve, il est possible en peu de temps de créer de nouveaux types de navire unifié pour le transport et le support technique du ROSS. Cette approche a été mise en œuvre dans la conception de stations habitées, lorsque les systèmes et assemblages des engins spatiaux Soyouz et Progress ont été utilisés dans la création de modules.

Selon des calculs préliminaires, avec un équipage de quatre personnes, Orël pourra livrer jusqu'à 500 kg de cargaison « sèche » de la Terre à la station et de la station à la Terre. Dans le cas d'un équipage de deux personnes, la quantité de cargaison "sèche" passe à 750 kg, et il est également possible de livrer jusqu'à 1500 kg de carburant, jusqu'à 360 kg d'eau et jusqu'à 120 kg de gaz. Si les propositions de création de modifications «proches de la Terre» de l'Orël reçoivent un soutien, nous serons en mesure non seulement de livrer du fret et du carburant en orbite, mais également de retourner une quantité importante de fret.

En conclusion, je voudrais noter que j'ai parlé de la configuration de la station nationale russe développée par RKK Energuya. Cette proposition a reçu le soutien des dirigeants de l'industrie et du président du pays. La première étape de la conception préliminaire est maintenant terminée, après quoi une décision finale sera prise sur ce que sera ROSS à haute latitude. Lors de la deuxième phase d'avant-projet, la composition et la finalité des modules ROSS seront précisées. Et ce n'est pas grave. J'espère vraiment que d'ici la fin de cette année, nous serons en mesure de convaincre le gouvernement qu'une station à haute latitude doit être construite.

Si la décision est prise et que le financement arrive, alors en 2022, nous développerons une conception préliminaire, en même temps nous introduirons plus largement la conception automatique, réduirons la quantité d'essais expérimentaux au sol grâce à l'utilisation de modèles numériques. Après la défense du projet de conception, l'étape d'élaboration de la documentation technique suivra. Et puis tout se passe comme d'habitude, jusqu'au lancement des premiers modules de la station en 2028.

Source et crédits d'illustration: Roussky Kosmos/Roscosmos