Lancement de l’ATV-4 : le temps de l’espace pour Albert Einstein

Jour J pour Albert et 55^ème succès d'affilée pour Ariane 5 !

5 juin 2013. 21:52:11 UTC, soit 18:52:11 à Kourou et 23:52:11 à Paris et Toulouse : c’est à cette heure précise que le vol VA213, la 69^ème fusée Ariane 5, dans sa version ES, a décollé du pas de tir ELA-3 du Centre Spatial Guyanais avec une charge utile record.

1h30 plus tard, les équipes de l'ATV-CC, le centre de contrôle de l'ATV au CNES à Toulouse, confirmaient le bon déploiement des panneaux solaires et le rechargement des batteries. L'ATv-4 commence sa mission autonome...

Magnifique photographie du lancement de la fusée Ariane 5 emportant le cargo ATV-4 Albert Einstein.
Crédit Image : ESA – S. Corvaja, 2013

Une des dernières étapes avant le lancement : le transfert du lanceur vers la zone de lancement
ELA-3 et l’arrivée près de la tour ombilicale. Notez la taille du déflecteur de flammes visible sur
la photo. Crédit image : Arianespace.

Avant-dernier de la classe

La 213^ème fusée Ariane a mis en orbite le cargo européen ATV-4. Albert Einstein n’était pas premier de la classe : son nom a été choisi pour baptiser l’avant-dernier véhicule de transfert automatique vers la station spatiale internationale, après Jules Verne, Johannes Kepler et Edoardo Amaldi et avant Georges Lemaître.

De l’espace pour les cargos…

Cette semaine, c’est l’actualité des cargos géants. Mardi 4 juin, à l’occasion de sa visite du MuCEM, le Musée des civilisations de l'Europe et de la Méditerranée, François hollande a également inauguré à Marseille le porte-conteneurs géant Jules Verne (encore lui !) de la CMA CGM : avec 396 mètres de longueur et 54 mètres de largeur, c’est un des trois plus gros porte-conteneurs du monde, avec une capacité de plus de 16000 conteneurs.

Les logos : anecdotique ? En tout cas, le signe qu’on s’approche du lancement. L’occasion
également de saluer la Communauté des Villes Ariane dont font partie Bordeaux, Toulouse,
Les Mureaux, Evry, Kourou, Mulhouse, Brème, Barcelone, etc.
Crédit image : ESA – CNES – Arianespace – Optique vidéo du CSG – JM Guillon

En orbite, l’ATV ne fait pas le poids... Mais c'est du lourd !

Dans l’absolu, le quatrième ATV (Automatic Transfer Vehicle) a des dimensions beaucoup plus modestes : de forme cylindrique, il mesure 9,80 mètres de long (sonde d’amarrage en position rétractée) et 4,48 mètres de diamètre, avec 22,28 mètres d’envergure quand ses panneaux solaires (4800 W de puissance électrique) sont déployés. Combien peut-on en loger dans le porte-conteneurs Jules Verne ?

Tout est relatif, comme dirait Einstein… Einstein oblige, on va parler un peu de la masse de l’ATV et de l’énergie nécessaire pour le mettre en orbite.

L’ATV-4 est la charge utile la plus lourde jamais lancée par la fusée Ariane 5 : 19 887 kg. L’ATV-4 bat de plus de 500 kg le précédent record de masse de charge utile au lancement établi en 2012 par Ariane 5 avec son prédécesseur, l’ATV-3 Edoardo Amaldi.

L’ATV-4 emporte également la cargaison la plus variée jamais expédiée vers l’ISS, avec environ 1400 références différentes (vivres, pièces de rechange, fournitures, vêtements pour l’équipage, matériel, etc.).

Un exemple de matériel emporté dans les soutes de l’ATV : une boîte à outils fabriquée à
l’imprimante 3D. Einstein passe de la théorie à la pratique. Crédit image : ESA

Selon le dossier d’information d’Arianespace, la performance demandée au lanceur pour ce vol est de 20 252 kg dont 19 887 kg représentent la masse du véhicule de transfert automatique à séparer sur l’orbite visée, à 260 km d’altitude. Le reste correspond à l’adaptateur qui assure l’interface avec le lanceur.

La cargaison totale emportée par l’ATV-4 est d’environ 6583 kg, répartis en 4104 kg de cargaison liquide (principalement l’aide à la propulsion et les ergols de ravitaillement de l’ISS) et 2479 de cargaison sèche (dont une petite moitié de fret de dernière minute). Le détail est donné sur la figure suivante extraite de la plaquette d’information du CNES. J’ai noté quelques divergences de chiffres selon les sources utilisées mais les ordres de grandeur sont bons. Je vais essayer de trouver un bilan de masse détaillé...

La composition de la cargaison de l’ATV-4 – Extrait de la plaquette d’information du CNES.
Crédit CNES.

L’aide à la propulsion (2580 kg) concerne les manœuvres effectuées par l’ATV une fois amarré à l'ISS :

Le contrôle d’attitude de la station spatiale internationale.
Le maintien de la station en orbite et le rehaussement d’altitude.
Les éventuelles manœuvres d’évitement de débris, un problème qui commence à prendre de l’ampleur.

La partie pour le ravitaillement de l’ISS (860 kg) lui permet de d’effectuer ses propres manœuvres de contrôle d’attitude et de rehaussement en l’absence de véhicule amarré. Ce carburant est transféré dans les réservoirs du module russe Zarya.

Pour sa propre propulsion, l’ATV-4 emporte 2235 kg d’ergols et sa masse sèche, la masse à vide, est de 10470 kg répartis entre le module de service (kg) et le module cargo (kg).

L’ATV-4 est donc le plus gros vaisseau spatial jamais envoyé dans l’espace par l’Agence Spatiale Européenne. L’Agence Spatiale Européenne met également en avant d’autres records de l’ATV :

L’ATV peut transporter trois fois plus de charge utile que le vaisseau russe Progress-M et légèrement plus que le HTV japonais.
L’ATV possède la plus grosse capacité de rehaussement de tous les véhicules ralliant l’ISS.
L’ATV peut s’amarrer automatiquement a la Station spatiale avec une précision de quelques centimètres.

Quand on s’appelle Einstein, il faut avoir un cerveau qui tienne la route : l’ATV embarque le logiciel de vol le plus sophistique jamais développé par l’ESA : avec sa taille exceptionnelle, l’ATV est un des véhicules les plus complexes développés par l’ESA, capable d’effectuer un rendez-vous automatique avec l’ISS, avec les contraintes de sécurité drastiques des vols habités.

Comparaison entre les tailles respectives de l’ATV, du vaisseau Progress-M et de module Apollo.
Crédit image : ESA

Quant à elle, La fusée Ariane 5 ES a une hauteur totale de 50,50 mètres, un diamètre de 5,40 mètres. Sa masse au décollage est de 760 tonnes. L’orbite atteinte lors de ce lancement est une orbite circulaire à 260 kilomètres d’altitude. Sur cette orbite, l’ATV se déplace à une vitesse de 7600 m/s.

A cette vitesse, le dossier d’information de l’ESA indique que le tic-tac des horloges de l’ISS est 0,0000000014 % plus lent que ceux d’une horloge restée sur terre, à cause des effets relativistes prédits par Albert Einstein. Je n’ai pas encore vérifié cette valeur mais, d’ici le 15 juin, surveillez-bien vos montres pour ne pas rater le docking de l’ATV-4.

La chronologie de lancement du vol Ariane VA213 emportant l’ATV-4

Si vous n’avez pas eu la chance d’être sur place en Guyane ou au centre de contrôle de l’ATV au CNES Toulouse, vous pouvez revivre le lancement sur le site du CNES ou sur celui d’Arianespace. Le tableau suivant donne la chronologie détaillée.

Chronologie de lancement de l’ATV-4. Crédit image ESA /ESOC

La séquence synchronisée démarrait à H0 - 7 mn. Dans cette dernière ligne droite sont effectuées les dernières mises en œuvre du lanceur et les contrôles suivant le passage en configuration de vol. Elle est entièrement automatique et conduite en parallèle jusqu’à H0 - 4 s. par deux calculateurs redondés situés dans le Centre de Lancement de l’ELA 3. Les calculateurs effectuent les dernières mises en œuvre électriques (démarrage du programme de vol, des servomoteurs, commutation alimentation sol/batteries de vol, etc.) et les vérifications associées.

A partir de H0 - 4 s. le calculateur de bord prend le relais pour le démarrage des moteurs et du décollage :

Lancement de la séquence d’allumage du moteur Vulcain du 1er étage à H0.
Contrôle des paramètres du moteur (entre H0 + 4,5 s et H0 + 7,3 s).
Autorisation d’allumage des Étages d’Accélération à Poudre entraînant le décollage immédiat à H0 + 7,3 s.

Tout arrêt de séquence synchronisée après H0 - 7 mn ramène automatiquement le lanceur dans la configuration H0 - 7 mn.

Important : pour le lancement de l’ATV, comme pour les satellites d’observations, toute interruption de la séquence synchronisée entraînait un report du lancement au jour suivant. Le 5 juin, le champagne a bien été débouché !

A la TV, L’ATV en 3D

Une dernière nouveauté pour ce vol... Les lecteurs du blog Un autre regard sur la Terre fanas d’images en relief ne vont pas être déçus : pour la première fois dans l’histoire des lancements européens, une vidéo en 3 dimensions a été réalisée pendant le vol de la fusée Ariane 5.

Une paire de caméras (configuration stéréo) était montée sous la coiffe pour filmer l’une des phases les plus délicates de la mission de l’ATV Albert Einstein : la séparation du vaisseau et de la fusée Ariane. On attend les images avec impatience.

Prochains rendez-vous

Albert Einstein va désormais entamer sa vie autonome en orbite. Avant son rendez-vous avec l'ISS, ce sont les opérations LEOP (Launch and Early Orbit Phase) sous l'oeil attentif des équipes du centre de contrôle ATV-CC au CNES Toulouse. Dans les minutes qui ont suivi la séparation du dernier étage du lanceur (en réalité juste avant la séparation), les premières télémesures étaient reçues et analysées avec la suite des bonnes nouvelles et le premier bilan de santé : panneaux solaires correctement déployés, batteries en charge, paramètres normaux... "Nominal" comme disait Marc Pircher, le directeur du CST.

Le lancement réussi et la mise en orbite de l'ATV-4 Albert Einstein depuis le centre de contrôle
ATV-CC au Centre Spatial du CNES à Toulouse. Crédit image : Gédéon

L’ATV-4 devrait s’arrimer à l’ISS dans l'après-midi du 15 juin. On y reviendra sur le blog Un autre regard sur la Terre.

L’ATV-5 « George Lemaître », dont le lancement est prévu mi-2014, fait actuellement l’objet de tests de recette systèmes sur le site d’Astrium à Brême en Allemagne.

Entretemps, il y a d’autres rendez-vous en Guyane, avec dès le 24 juin un lancement d’une fusée Soyouz emportant les étonnants satellites O3B puis, fin juillet, une nouvelle Ariane 5 avec le satellite géant Alphasat.

En savoir plus :

Sur le blog Un autre regard sur la Terre, quelques articles sur les missions ATV :
Les autres articles dans la catégorie “satellites et lancements”.
Un article étonnant sur le docking de l’ATV-3 Edoardo Amaldi.
Sur le site du CNES, le dossier d’information de la mission ATV-4 Albert Einstein avec toutes les informations et des images de la campagne de préparation.
Pour suivre la retransmission du lancement, le site arianespace.tv
Sur le site d’Arianespace, le “launch kit” de la mission VA213 avec toutes les informations sur le lancement de l’ATV-4.
Sur le site de l’ESA, la brochure en français sur la mission ATV-4.
Sur flickr, une galerie de photographies du CNES sur la campagne de lancement de l’ATV-4.
Sur le site de l’ESA, le blog de l’ATV (en anglais).
Sur le site du CNES, les pages sur le centre de contrôle de l’ATV (ATV-CC).
Sur le blog "La tête en l'air" du CNES, une série d'articles sur l'ATV avec une belle galerie de portraits des équipes du centre de contrôle de l'ATV.
Le site de la Communauté des Villes Ariane.