Seul dans l’espace ouvert: quelles solutions ?

Le 18 mars 1965, Alexei Leonov a été la première personne à aller dans l'espace. Il s'est éloigné du vaisseau de cinq mètres, n'utilisant qu'un câble de sécurité de cinq mètres pour se déplacer. Si le câble avait failli, il y aurait eu un sérieux problème. Il n'y avait pas d'autres options pour ramener le cosmonaute sur le vaisseau.

Petit bilan proposé par le magazine Roussky Kosmos des systèmes envisagés (et peu réalisés ou utilisés) pour ramener un cosmonaute qui se serait accidentellement détaché de la station spatiale. Ou même pour un vol libre dans l'espace ouvert.

Aussi étonnant que cela puisse paraître, depuis que les humains marchent dans l'espace, en 1965, les "EVA" ou activités extra-véhiculaires se font toujours à l'aide de filins de rappel: le cosmonaute est toujours attaché à la station en utilisant 2 filins et se déplace en déplaçant alternativement le point d'attache  de ses filins !

Dans l'espace ouvert, pas question de "nager" puisque l'espace est vide. Pire, tout appui sur le corps de la station a fortement tendance à vous en éloigner. Il faut donc tout attacher, non seulement le cosmonaute lui-même mais aussi ses outils et autres dispositifs.

Sans quoi l'objet est irrémédiablement perdu... Alors si c'est un cosmonaute...

Cosmonaute dans un "fer à cheval"

Une expérience risquée d'accès à l'espace ouvert a montré qu'il est possible d'y rester, mais pour un long séjour, il faut créer une installation spéciale qui serait aussi un canot de sauvetage.

Les concepteurs de l'usine n°918 à Tomiline près de Moscou (aujourd'hui l'entreprise de recherche et de production Zvezda) ont développé et ont créé un dispositif de mouvement et de manœuvre de cosmonaute (UPMK).

Fabriqué en forme de fer à cheval, l'UPMK semble serrer le cosmonaute dans la combinaison spatiale. Devant et derrière se trouvaient des blocs de freinage et d'accélération avec 42 moteurs à combustible solide chacun. Ils étaient censés fournir un mouvement en ligne droite. Et des changements d'orientation dans l'espace, autrement dit des virages, de six degrés de liberté, étaient assurés par 14 buses d'air comprimé.

On supposait qu'avec l'aide de l'appareil, le cosmonaute pouvait non seulement voler autour de son vaisseau, mais aussi s'approcher d'un vaisseau spatial ennemi afin de procéder à son examen, ou, en termes professionnels, à une inspection. Il était ensuite possible de rentrer "à la maison" sans utiliser de moteurs - au moyen d'un treuil et d'un câble super résistant.

Ce projet n'était pas destiné à se réaliser. Pour diverses raisons, il n'a pas été possible de tester l'appareil en vol.

Pistolet fusée d'Edward White

Le premier appareil au monde permettant de déplacer une personne dans l'espace, testé hors de la Terre, était un dispositif de manœuvre manuelle (HHMU, Hand-Helded Maneuvering Unit), créé dans le cadre du programme Gemini. Il fonctionnait à l'oxygène comprimé.

L'astronaute Edward White en 1965 a testé l'appareil en vol sur le vaisseau spatial Gemini 4. Il ressemblait à un pistolet, qu'il devait garder à la main tout le temps. Cela s'est avéré être une grave lacune du système, car il limitait considérablement les performances de l'astronaute dans l'espace ouvert. De plus, la précision du mouvement était déterminée "à l'œil". Ce projet a également été abandonné.

Le sac à dos n'a pas répondu aux attentes

L'échec n'a pas arrêté les Américains, et ils ont créé une installation AMU (Astronaut Maneuvering Unit) de type "sac à dos". Le carburant pour ses moteurs était composé à 90 % de peroxyde d'hydrogène. La masse de l'AMU avec l'astronaute était d'environ 185 kg. Le vaisseau Gemini étant très exigu, l'installation a été fixée à l'extérieur du compartiment des agrégats du navire. Pour l'utiliser, l'astronaute, vêtu d'une combinaison spatiale, devait dépressuriser la cabine et se déplacer le long des mains courantes jusqu'à l'endroit où l'appareil était attaché. Après cela, il était possible de se séparer du navire et de manœuvrer.

Le système a été testé en juin 1966 lors du vol Gemini 9. Après avoir effectué toutes les procédures préliminaires, l'astronaute Eugene Cernan est sorti. Il était relié au navire par un câble de sécurité dont la longueur atteignait 43 mètres. Avec beaucoup de difficulté, il atteignit le "sac à dos" et grimpa dedans. Cependant, l'opération exténuante l'a épuisé. Il a transpiré, le condensat est entré dans ses yeux et s'est déposé sur le verre du casque. Eugene a cessé de voir quoi que ce soit autour. De plus, il s'est avéré que ses mains n'atteignaient pas le joystick de commande.

En conséquence, Cernan a terminé sa mission plus tôt que prévu, s'est débarrassé de l'installation et est retourné au vaisseau.

Trois autres appareils

Lors du vol de la station orbitale Skylab en 1973, les Américains ont développé et testé trois autres installations pour le vol d'un astronaute dans l'espace. Tous les tests ont été effectués à l'intérieur de la station, où le volume, contrairement au vaisseau, était suffisant.

Le premier ASMU était une version améliorée du "sac à dos" auquel Eugene Cernan ne s'est pas soumis sur le Gemini 9. Le deuxième type de pistolet HHMU est un analogue modernisé de la même poignée de jet qui avait été testée sur le Gemini-5. La troisième installation du FCMU impliquait l'utilisation de pédales reliées par une béquille à un siège ressemblant à une selle de vélo.

Les astronautes ont aimé les deux premiers échantillons, tandis que le troisième s'est avéré inadapté. Cependant, les expériences avec des véhicules personnels après ces tests ont de nouveau diminué.

Siège navette volante

Au début des années 1980, le système de transport habité de la navette spatiale a commencé à fonctionner aux États-Unis, ce qui envisageait que les astronautes passeraient beaucoup de temps dans l'espace ouvert. Pour ce programme, ils ont développé une « chaise spatiale » MMU (Manned Maneuvering Unit, « Manned Maneuvering Unit »). Ses 24 moteurs fonctionnaient à l'azote comprimé.

L'astronaute Bruce McCandless en devient le premier testeur : en février 1984, pour la première fois au monde, il s'éloigne d'un vaisseau spatial (la navette Challenger) sans corde de sécurité à une distance de 97,5 mètres.

Plus tard, les astronautes ont utilisé cette «chaise» deux fois de plus dans l'espace. Avec son aide, en avril 1984, le satellite SMM a été réparé directement en orbite, et en novembre de la même année, les satellites Westar VI et Palapa B2, qui six mois plus tôt ne pouvaient pas passer de l'orbite basse à l'orbite géostationnaire en raison d'un dysfonctionnement de l'étage supérieur, ont été capturés et placés dans la cargaison Challenger compartiment pour revenir sur Terre.

Il semblerait que le succès ait ouvert de belles perspectives à l'invention. Mais en janvier 1986, l'inattendu se produit : à la suite de l'explosion du réservoir de carburant, Challenger se désintègre au lancement et tue sept astronautes. Après cet événement tragique, les dirigeants américains ont changé l'orientation de leur programme spatial, en particulier lorsqu'il s'agissait de la sécurité de l'astronaute. Le concept d'utilisation du MMU a été abandonné.

Réponse soviétique 

En Union soviétique, après la sortie dans l'espace d'Alexeï Leonov, il a été décidé que tous les travaux à l'extérieur du vaisseau spatial seraient effectués sans séparation depuis la coque du vaisseau. Les cosmonautes devaient s'assurer avec des drisses à mousqueton.

Pour le programme Energia-Buran, de nombreux équipements curieux ont été créés, dont une version complètement autonome de la combinaison spatiale Orlan-DMA, qui fonctionnait sans être «attachée» avec une drisse aux systèmes d'alimentation et de communication du navire. Comme pour les navettes, les concepteurs russes ont supposé que les cosmonautes seraient souvent dans l'espace.

Contrairement au MMU "fauteuil" américain, qui fonctionnait à l'azote, le véhicule soviétique (SPK) utilisait de l'air comprimé stocké dans des bouteilles de 20 litres à une pression de 350 atmosphères, et disposait de deux modes. Le premier - économique - pour les travaux à proximité de la station. Le second - forcé - pour des secousses rapides en cas de sauvetage d'un partenaire.

Des essais du SPK-21KS en espace ouvert ont été effectués en 1990 par les cosmonautes Alexandre Serebrov et Alexandre Viktorenko lors d'une expédition vers le complexe orbital Mir.

Le 1er février, Serebrov s'est isolé dans le SPK, situé dans le compartiment du sas du module Kvant-2, puis est sorti et a commencé à s'éloigner progressivement du complexe à une distance pouvant atteindre 33 mètres. Au cours de la "marche", Serebrov, comme prévu, a été attaché à la station avec une ligne de sécurité avec un treuil, ce qui lui aurait permis de retourner au module en cas de défaillance du SPK.

Le 5 février, Alexandre Viktorenko a continué à tester, manœuvrer et s'éloigner de Mir de 45 mètres.

Cependant, pour un certain nombre de raisons (y compris la fermeture du programme Energia-Bourane), l'outil développé n'a pas été utilisé par la suite, et les cosmonautes continuent de travailler dans l'espace, s'assurant avec deux drisses avec des mousquetons.

Pour la sécurité 

À l'époque russe, la centrale nucléaire "Zvezda" a développé une unité de sauvetage de cosmonautes (USK) de type sac à dos. Il ne servait pas à la manœuvre, disposait d'une petite réserve de carburant et était un moyen de ramener à la station un cosmonaute accidentellement décroché.

En 2001-2002, Zvezda a terminé les tests et produit trois modèles de vol pour le transport vers l'ISS. La livraison devait être effectuée par l'une des navettes. Mais après la catastrophe de Columbia en janvier 2003, les vols des navettes ont été suspendus pendant deux ans. Il incombait aux navires russes Progress d'approvisionner la station en marchandises. Comme il n'y avait pas d'autres possibilités, chaque gramme envoyé dans l'espace était considéré « à la loupe ». Le «cartable» russe n'était pas répertoriée comme cargaison prioritaire et sa mission n'a donc jamais eu lieu.

L'un des exemplaires de l'USK a pris place dans le musée de l'entreprise.

Une unité d'auto-sauvetage similaire fait également partie de l'arsenal de la NASA sur l'ISS. Certes, selon certains experts, il n'est pas facile de travailler avec: un astronaute dans une combinaison spatiale encombrante qui s'est accidentellement détaché de la station et qui est dans un état de stress devra se stabiliser, orienter son corps dans l'espace et revenir "à base" en utilisant uniquement un panneau de commande à une main.

Automatique "plus sûr" 

Compte tenu de l'expérience accumulée, les spécialistes de NPP Zvezda ont commencé à développer il y a plusieurs années un modèle plus avancé, dans lequel toutes les opérations de retour d'un cosmonaute qui s'est «détaché» de la station seront effectuées automatiquement.

"Cet appareil est garanti pour renvoyer le cosmonaute s'il se retire à une distance dangereuse lors d'une sortie dans l'espace", a décrit la nouveauté, Sergueï Pozdnyakov, directeur général et concepteur en chef de NPP Zvezda. "J'ai appuyé sur le bouton - et le dispositif de sauvetage ramène l'astronaute à la station. Dans ce cas, les secondes comptent".

Le chef de l'entreprise a précisé qu'il y avait une idée d'intégrer le système de sauvetage directement dans la combinaison spatiale Orlan, qui est utilisée pour travailler dans l'espace. "Il a une cuirasse solide qui lui permet de faire cela", a affirmé Sergueï Pozdnyakov.

La trajectoire de retour à la station sera assurée par des radiobalises, et l'impulsion de déplacement sera réglée par 16 micromoteurs fonctionnant à l'air comprimé. Comme il est devenu connu, un prototype du "safer" russe a longtemps été testé sur un support spécial sur un coussin d'air, la rationalité de ce concept a été évaluée. Les moyens techniques de le faire sont disponibles.

Un satellite de Samara sauvera le cosmonaute ?

Un principe complètement différent pour sauver un cosmonaute a récemment été proposé par les concepteurs de l'Université nationale de recherche de Samara du nom de S.P. Korolyov.

Selon leur idée, un complexe robotique de nanosatellites, pouvant être placé sur la surface extérieure de la station orbitale russe en cours de création, devrait sauver les cosmonautes.

Le complexe comprend un nanosatellite avec une unité de manœuvre, un dispositif pour sa séparation de la station, un treuil électromécanique avec un rouleau de câble robuste, un dispositif de suivi de lancement de haute précision et un système de contrôle automatisé.

"S'envolant vers un cosmonaute en détresse, le nanosatellite s'amarrera automatiquement, ou avec l'aide du cosmonaute lui-même, au dispositif d'amarrage de la combinaison spatiale. Dans le même temps, l'unité de manœuvre compense la rotation de l'astronaute, après quoi le treuil s'allumera, enroulant le câble, et le cosmonaute sera livré à la station", a déclaré le professeur Igor Belokonov, chef du département interuniversitaire de recherche spatiale à l'Université de Samara.

Il est prévu que dans un proche avenir, l'Université de Samara enverra une proposition à Roscosmos pour inclure ce développement dans la structure de la station orbitale russe.

Auteur : Igor Marinine

Source et crédits photographiques: Roscosmos, NASA, NPP Zvezda, Université SP Korolyov de Samara