Station spatiale internationale

LaStation spatiale internationale(en abrégéSSI, surtout auCanada francophone, ouISS, d'après le nomanglais:International Space Station) est unestation spatialeplacée enorbite terrestre basse, occupée en permanence par un équipage international qui se consacre à larecherche scientifiquedans l'environnement spatial. Ce programme, lancé et piloté par laNASA, est développé conjointement avec l'Agence spatiale fédérale russe, avec la participation des agences spatialeseuropéenne,japonaiseetcanadienne.
Après de nombreuses études menées par la NASA dans les années 1960 et 1970, le projet est lancé en 1983 par leprésident des États-UnisRonald Reagan, mais un coût toujours croissant et un contexte politique peu favorable aux grands programmes spatiaux civils retardent sa réalisation jusqu'en 1998. En 1993, laRussieayant déjà l'expérience de la stationMirest invitée à devenir un acteur majeur du programme, notamment avec le véhiculeSoyouzet le ravitailleurProgress. L'assemblage en orbite débute en 1998, mais l'accident de la navette spatiale Columbia, en 2003, retarde sensiblement son avancement. Les ambitions du programme sont, à plusieurs reprises, revues à la baisse, faute de budgets suffisants, tant du côté russe qu'américain. Pour assurer le ravitaillement et rehausser l'orbite régulièrement dégradée par latraînée atmosphérique, plusieurs vaisseaux spatiaux se relaient : les cargosProgressrusses, les cargosHTV japonais, les ATV,véhicules automatiques de transfert européen, lesCygnusetSpaceX Dragonaméricains. En mai 2020, un vaisseauCrew Dragonenvoie deux astronautes vers la station, ouvrant ainsi la voie aux vols d'équipages en capsules privées et mettant fin à l'exclusivité que détenait levéhicule spatialrusse Soyouz dans la relève des équipages depuis l'arrêt de lanavette spatiale américaine. Celle-ci a joué un rôle majeur grâce à sa capacité d'emport et son retrait, intervenu en juillet 2011 pour des raisons d'obsolescence et de sécurité, crée des contraintes logistiques mal résolues, en l'absence de vaisseaux capables de la remplacer complètement. La construction de la Station spatiale internationale s'achève en 2011.
La Station spatiale internationale est le plus grand des objets artificiels placés en orbite terrestre. Elle s'étend sur 110mde longueur, 74mde largeur et 30mde hauteur et a une masse d'environ 420 tonnes en 2019. La Station a une architecture hétérogène avec unsegment orbital russereprenant les choix architecturaux de la stationMiret unsegment orbital américainbeaucoup plus important et développé selon les standards définis par la NASA. Elle comporte une quinzaine de modules pressurisés, dont quatre consacrés aux expériences scientifiques, représentant un volume d'espace pressurisé d'environ 900mdont 400mhabitables. Lespanneaux solaires, d'une superficie de 2 500m, fournissent 110kWd'électricité. La Station se déplace autour de laTerreà une altitude maintenue autour de 330-420 kilomètres. Elle est occupée en permanence depuis l'an 2000, d'abord par trois personnes, puis par six à compter de novembre 2009, et sept depuis 2021. Chacun des sept astronautes, au cours de son séjour d'une durée de 3 à 6 mois, partage son temps de travail entre les opérations d'assemblage, de maintenance et les tâches scientifiques. Les travaux scientifiques portent principalement sur labiologie— en particulier l'adaptation de l'être humainà l'absence de pesanteur — ainsi que sur lascience des matériauxet l'astronomie.
La Station spatiale internationale a de nombreux détracteurs qui lui reprochent son coût, estimé à près de 115 milliards dedollars américainsuniquement pour sa construction, que ne justifient pas, selon eux, les résultats scientifiques obtenus ou potentiels. Les partisans de la Station spatiale internationale mettent en avant l'expérience acquise dans le domainedes séjours longs en orbiteet l'importance symbolique d'une présence permanente de l'homme dans l'espace. Elle doit être utilisée au moins jusqu'en 2030 et 2031.
LaNASAamorce les premières réflexions sur un projet de station spatiale placée en orbite terrestre au début desannées 1960. À cette époque, elle prévoit la présence permanente d'un équipage de dix à vingt astronautes. Les utilisations envisagées sont multiples : laboratoire scientifique, observatoire astronomique, assemblage d'engins spatiaux, dépôts de pièces détachées et de matériel, station de ravitaillement en carburant, nœud et relais de transport.
De1963à1966, le projet de station spatiale commence à se préciser : celle-ci doit utiliser le matériel développé pour leprogramme Apollo. La NASA considère qu'une station spatiale occupée de manière permanente est la suite logique du programme Apollo, au même titre que lanavette spatialeet lesmissions habitées vers Mars. Mais la décrue des moyens financiers alloués à la NASA ne permet pas de financer ces trois projets. Le président américainRichard Nixonchoisit de privilégier le développement de la navette spatiale. Néanmoins, le14 mai 1973, une station spatiale aux objectifs limités,Skylab, est lancée par une fuséeSaturn INT-21, uneSaturn Vdont seuls les deux premiers étages sont actifs, le troisième constituant le corps de la station. La station n'est occupée que six mois. Le retard pris par le programme de lanavette spatiale américaine, qui aurait pu permettre sa maintenance et la relève des équipages, ne permet pas de rehausser à temps l'orbite de la station : en 1979 la station inoccupée depuis plusieurs années, parvenue à une altitude trop basse, entame sarentrée dans l'atmosphère terrestreet est détruite.
Au début des années 1970, l'URSSprend de l'avance dans le domaine des stations spatiales avec le programmeSaliout(1971-1991) aux objectifs tout à la fois civil et militaire, qui sera suivi par le développement de lastation Mir(1986-2001), plus ambitieuse. Dans le contexte de compétition spatiale et deguerre froidecaractérisant les relations entre lesÉtats-Uniset l'URSSde l'époque, le présidentRonald Reagandemande enavril 1983à laNASAde lancer un projet de station spatiale pour la recherche scientifique et occupée en permanence, puis annonce le25 janvier 1984, au cours de sondiscours annuel sur l'état de l'Union, la volonté des États-Unis d'entreprendre sa construction en coopération avec d'autres pays. Le coût du projet est alors estimé à 8 milliards dedollars.
La NASA identifie à l'époque huit fonctions susceptibles d'être remplies par la station spatiale:
Le31 janvier 1985, l'Agence spatiale européenne(ESA) accepte de s'associer au projet, suivie par l'Agence spatiale canadiennele16 avrilet par l'agence spatiale japonaisele9 maide la même année.
Le28 janvier 1986, lanavette spatiale Challengerexplose en vol. Tous les projets de vols habités de la NASA, dont celui de la station spatiale, sont gelés. En1987, plusieurs études successives, menées par la NASA et le Conseil de la recherche américain, portent l'estimation du coût de la station à 13 milliards de dollars puis à 24,5 milliards de dollars. Le16 juillet 1988, le présidentRonald Reaganbaptise la stationFreedom(« Liberté »). Au cours des années suivantes, les études se suivent pour tenter de franchir l'opposition d'un Congrès peu convaincu par le projet, mais la station n'obtient pas le feu vert des décideurs. En 1993, 11,4 milliards de dollars avaient été dépensés en études mais aucun composant n'avait été produit. Le présidentBill Clinton, fraîchement élu dans un contexte budgétaire national difficile, demande à la NASA enfévrier 1993de reprendre le projet. La nouvelle épure, baptisée Alpha, abandonne un grand nombre de fonctionnalités (régénération de l'environnement, modules servant de liaison, poutre raccourcie, sas simplifié) sans parvenir à respecter la limite de budget fixée par le président.
Au début desannées 1990, ladislocation de l'Union soviétique, puis l'effondrement économique de laRussie, qui a hérité de l'essentiel de l'astronautique soviétique, modifient le contexte qui avait vu naître le projet Freedom. Les dirigeants américains craignent alors que les compétences des techniciens très qualifiés mais désormais désœuvrés de l'industrie spatiale des pays de laCEI— le budget spatial russe 1993 est égal à 10 % de celui de 1989 — contribuent à laprolifération de missiles balistiques nucléairesdans des pays hostiles.Clintonveut faire de la coopération dans le domaine spatial le symbole de la nouvelle relation qui s'est établie entre les États-Unis et une Russie pacifiée. Fin 1993, après quelques mois de négociation, un accord est conclu, qui fait de laRussieun acteur majeur du programme. L'agence spatiale russe doit fournir quatre modules pressurisés tandis que ses vaisseaux participeront au ravitaillement et à la relève des équipages. La nouvelle mouture de la station spatiale comporte désormais deux sous-ensembles : lapartie américainehéritée du projet Freedom et lapartie russequi reprend des éléments deMir-2, successeur prévu deMir.
Un accord de coopération spatiale entre lesÉtats-Uniset la Russie avait été signé fin 1992 par les présidentsGeorge BushetBoris Eltsine: des astronautes américains pourraient effectuer des séjours de longue durée dans la stationMir. La NASA, qui met en application l'accord comme une répétition des vols vers la future station spatiale, règle 400 millions de dollars de coût de séjour à l'agence spatiale russe. Plusieurs missions se succèdent entre 1995 et1998, au cours desquelles onze astronautes américains passent au total 975 jours à bord de la stationMirvieillissante. À neuf reprises, les navettes spatiales américaines ravitaillent la stationMiret assurent la relève des équipages. Le13 juin 1995, le coût d'exploitation de la station Alpha est réévalué à 93,9 milliards de dollars, dont 50,5 milliards de dollars pour les vols de navettes.
Finalement, en 1998, la construction de la station est décidée au cours d'une réunion qui se tient àWashington. Désormais seize nations y participent : lesÉtats-Unis, onze États européens, leCanada, leJapon, leBrésil, laRussie.
Pour permettre l'intégration de la Russie dans le programme, la NASA décide que la station sera placée sur une orbite d'inclinaison51,6° permettant aux vaisseaux Soyouz et Progress, aux capacités de manœuvre limitées, de la desservir sans changer de plan d'orbite. Les navettes spatiales qui partent du centre spatial Kennedy (inclinaison 28,5°) doivent en revanche changer de plan d'orbite, ce qui réduit leur capacité d'emport de 6 tonnes. L'inclinaison élevée présente un avantage pour les travaux d'observation de la Terre : la superficie de la Terre survolée est augmentée de 75 % par rapport à l'inclinaison optimale pour les navetteset couvre 95 % des zones habitées. La Russie considérantMircomme la première véritable station spatiale, la dénomination Alpha est progressivement abandonnée fin 2001 pour celle, plus consensuelle pour les 16 pays participants, d'International Space Station(ISS, ou en français « Station spatiale internationale »).
L'assemblage en orbite de la station spatiale internationale est un long processus car le lancement des 400 tonnes de la station nécessite une quarantaine de vols de la navette spatiale américaine et quelques vols des lanceurs russes, qui seront interrompus longuement, à deux reprises, à la suite de défaillances techniques. En novembre 1998, le lancement du module russeZarya, par une fuséeProton, inaugure l'assemblage de la station. Le mois suivant, lanavette spatiale américainelance à son tour le moduleUnityde la NASA. Mais, quelques mois plus tard, un échec de la fusée Proton, chargée de lancer le module russeZvezda, gèle les opérations durant un an et demi. Ce module, qui permet l'hébergement du premier équipage permanent, l'expédition 1, est finalement lancé en juillet 2000. La station sera désormais occupée de manière ininterrompue par un équipage mixte américano-russe de trois personnes, ponctuellement rejoint par des membres des autres pays participants. Russes et Américains prennent le commandement à tour de rôle. L'accident de la navette spatiale Columbia, en 2003, cloue les navettes au sol et interrompt de nouveau l'assemblage de la station de février 2003 à juillet 2005. Durant cette période, la station spatiale, qui ne reçoit plus assez de ravitaillement, est placée en mode « survie » avec un équipage ramené à deux personnes, une orbite dégradée et une maintenance différée. Les vols de la navette reprennent en juillet 2005 (missionSTS-114) mais, enoctobre 2005, la NASA annonce qu'elle compte retirer du service la navette spatiale en 2011. La NASA doit achever le montage de la station avec les dix-huit vols disponibles. Cette décision soulève un redoutable problème logistique pour l'avenir car les moyens de transport restants ne suffiront pas à transporter le tonnage de fret nécessaire. La NASA lance en 2006 le programmeCOTSqui confie à des entrepreneurs privés le soin d'assurer le ravitaillement manquant. En juillet 2006, l'équipage permanent s'élève de nouveau à trois personnes avec l'arrivée deThomas Reiter, premier astronaute européen. L'installation des nouveaux modules et d'équipements tels que lesystème de support de vieaméricain permet à l'équipage permanent de passer à six personnes en juillet 2009 avec l'expédition 20, deux vaisseaux Soyouz d'une capacité de trois personnes chacun, amarrés depuis cette date à la station, pouvant jouer le rôle de capsules de secours.
Au cours des années 2000, les problèmes budgétaires vont entraîner l'abandon de composants importants. La Russie, mal relevée de la crise économique, renonce à un véritablelaboratoire spatial(2007) alors que la conception initiale en prévoyait trois, puis deux de ces modules, qui devaient être amarrés aumodule d'amarrage universel(UDM) qui, lui-même, ne sera pas lancé. Elle abandonne également la réalisation d'un module de production d'électricité (leScience Power Platform (SPP)) qui aurait permis de rendre lapartie russeautonome sur le plan énergétique. Du côté de la NASA, c'est l'explosion des budgets prévisionnels qui entraîne des arbitrages sévères : leCRV, un véhicule permettant d'évacuer l'équipage en cas de sinistre, trop coûteux (3 milliards de dollars), est abandonné en 2002. Il sera remplacé par des vaisseaux Soyouz amarrés en permanence à la station. La construction dumodule d'habitation, qui devait fournir un espace réservé à l'équipage, comportant douche, salle de repas et de détente ainsi que compartiments individuels, est interrompue alors que la coque pressurisée était achevée (2006) ; un module scientifique construit par le Japon qui devait héberger unecentrifugeusede 2,5 mètres de diamètre, nomméCentrifuge Accommodations Module, équipement jugé pourtant essentiel par la communauté scientifique, est annulé en 2005. Les États-Unis renoncent également au développement duModule de propulsionqui devait permettre de rehausser périodiquement l'orbite de la station.
En 2011, la station spatiale comporte 13 modules pressurisés et l'assemblage des composants non pressurisés est achevé.
En 2016, le module gonflableBEAM(Bigelow Expandable Activity Module) est ajouté, lancé sur un cargoSpaceX Dragon. C'est un module habitable expérimental qui permet de tester la technique de l'habitat spatial gonflable. Il résulte d'un contrat entre la sociétéBigelow Aerospaceet la NASA.
Début 2016, la NASA sélectionne les sociétés qui assureront le ravitaillement de la Station spatiale internationale à compter de 2019, dans le cadre de son second contratCRS2. Les titulaires du premier contrat,SpaceXetOrbital ATK, sont retenus, mais la NASA sélectionne également leDream ChaserdeSNCdans sa version cargo.
À partir de 2020, les vaisseaux habités américainsDragon v2 de SpaceXetCST-100 Starlinerde Boeing, développés dans le cadre duCCDev, sont utilisés pour assurer la relève des équipages. Cela porte l'équipage permanent de la station à sept personnes (un vaisseau américain pouvant recevoir quatre passagers est amarré en même temps qu'un vaisseau russe n'en accueillant que trois) et permet d'augmenter de 40 % le nombre d'expériences scientifiques réalisées à bord. Pour chaque année à partir de 2019, la NASA prévoyait une moyenne de quatre cargos orbitaux embarquant entre 2,5 et 5 tonnes de matériel sous atmosphère pressurisée, soit un minimum de 18 cargos entre cette date et 2024.
Fin 2020, lesas Bishopest ajouté au complexe orbital, lors de la mission cargoCRS-21deSpaceX. Amarré à l'un des ports du module Tranquility, il permet de larguer des charges utiles allant jusqu'à 322kg.
Du côté russe, le laboratoireNaukadevait aussi être lancé, mais son décollage est repoussé à plusieurs reprises et a lieu le21 juillet 2021. Il est suivi par lenœud Prichal, amarré à la station le26 novembre 2021et qui aurait dû servir de nœud d'amarrage desModules scientifiques et de production d'énergie 1 et 2(NEM 1 et 2).
Selon la NASA la station spatiale internationale est conçue d'abord comme unlaboratoire de rechercheaffecté à l'étude de son environnement atypique caractérisé par l'absence de pesanteur, le bombardement par des rayonnements absents au sol car interceptés par l'atmosphère, et sa position qui en fait un poste d'observation privilégié de la Terre mais également de l'espace. Par rapport à lanavette spatiale américaine, elle présente l'avantage de constituer une plateforme stationnée pour de longues durées. Contrairement aux satellites porteurs d'expériences scientifiques, la présence d'un équipage permanent offre l'avantage de permettre d'effectuer, à la demande, de nombreuses manipulations sur les expériences : surveillance, ajout d'intrants, réparations ou remplacements de composants. Les scientifiques au sol ont, grâce à l'équipage, la possibilité d'accéder facilement aux résultats de leurs expériences, d'en modifier les paramètres ou d'en lancer de nouvelles.
Par ailleurs la station spatiale, par sa position enorbite terrestre basse, fournit un endroit relativement sûr pour mettre au point les systèmes spatiaux qui seront nécessaires pour les missions de longue durée vers la Lune ou vers Mars. Elle permet d'acquérir de l'expérience dans le domaine de la maintenance, de la réparation et du remplacement de systèmes en orbite : toutes ces techniques sont vitales pour la mise en œuvre de vaisseaux qui devront s'éloigner de la Terre et s'affranchir de toute possibilité de dépannage depuis la Terre. Ce type de recherche permet à terme de réduire les risques courus par ces missions et d'optimiser la capacité des vaisseaux interplanétaires.
Le rôle de l'équipage porte également sur l'éducation et la coopération internationale. L'équipage de la station spatiale permet à des étudiants restés sur Terre de participer, y compris par le biais d'expériences développées par eux, à des travaux pratiques. Le programme de la station spatiale lui-même et la coopération internationale qu'il suscite, permettent à 13 nations d'apprendre à vivre et travailler ensemble dans l'espace, favorisant ainsi de futures missions internationales.
La station spatiale fournit une plateforme pour réaliser des expériences qui nécessitent une des conditions inhabituelles rencontrées dans l'espace. Les domaines de recherche principaux comprennent labiologie, laphysique, l'astronomieet lamétéorologie. Selon les directives élaborées par le Congrès à la NASA en 2005, le laboratoire américain Destiny est officiellement considéré comme un laboratoire public national dans le but d'accroitre son utilisation par l'ensemble des agences fédérales et du secteur privé.
La recherche effectuée à bord de la station spatiale accroît la compréhension des effets du séjour dans l'espace sur le corps humain. Les thèmes de recherche actuels portent sur l'atrophiemusculaire, l'ostéoporoseet la redistribution des liquides biologiques (sang...) qui constituent certains des problèmes les plus handicapants pour les séjours prolongés de l'homme dans l'espace. Les données recueillies doivent permettre de déterminer si l'homme peut effectuer des vols de longue durée et à terme coloniser l'espace. Les résultats concernant la perte osseuse et l'atrophie musculaire suggèrent que les astronautes risquent d'être victimes defracturesau moment de l'atterrissage sur une planète après un séjour prolongé dans l'espace.
Des études médicales à grande échelle sont menées à bord de la station spatiale par l'Institut de recherche de médecine spatiale américain. Parmi les travaux notables figure l'étude d'un système de diagnostic par ultrasons en microgravité dans le cadre duquel plusieurs astronautes (dont les commandantsLeroy ChiaoetGennady Padalka) se sont soumis à des examens par ultrasons sous la direction de spécialistes. Le thème de l'étude porte sur les techniques de diagnostic et le traitement des problèmes médicaux dans l'espace. Il n'y a généralement pas de médecins dans la station spatiale et la réalisation de diagnostics peut par conséquent être difficile. Les techniques testées dans le cadre de cette étude ont été mises en œuvre par la suite pour diagnostiquer des accidents du travail ou dans le domaine des sports olympiques ; elles ont également été mises en œuvre par des opérateurs sans expérience sur des populations comme celles des étudiants. Il est prévu que ces techniques de diagnostic à distance par ultrasons aient des applications sur Terre dans les situations d'urgence et dans les milieux ruraux où l'accès à un médecin expérimenté est difficile.
Des chercheurs étudient les effets de l'absence de gravité sur l'évolution, le développement, la croissance et les processus internes des plantes et des animaux. À partir des données collectées, la NASA souhaite analyser les effets de la microgravité sur la croissance tridimensionnelle des tissus similaires à ceux de l'homme et sur les cristaux de protéines qui se forment dans l'espace.
La physique des fluides enmicrogravitéest également étudiée, afin de permettre aux chercheurs de mieux modéliser leur comportement. Étant donné que dans cet environnement tous les fluides peuvent être mélangés, lesphysicienstentent de combiner des fluides qui se mélangent mal sur Terre. De plus, en examinant les réactions chimiques qui sont ralenties par la faible gravité et les températures, les scientifiques espèrent effectuer de nouvelles percées dans le domaine de lasupraconductivité.
Lascience des matériauxest un secteur important de la recherche effectuée dans la station spatiale : ses objectifs sont d'améliorer les techniques de fabrication utilisées sur Terre.
Parmi les autres centres d'intérêt figure l'incidence de la microgravité sur la combustion : efficacité de la combustion et contrôle des émissions et des polluants. Les découvertes effectuées dans ce domaine pourraient permettre d'améliorer notre compréhension des mécanismes mis en œuvre pour la production d'énergie et bénéficier en retour à l'économie et à l'environnement. On envisage également d'utiliser la station spatiale pour étudier lesaérosols, l'ozone, lavapeur d'eauet les oxydants présents dans l'atmosphère terrestre. En mai 2011 une expérience de physique fondamentale, lespectromètre magnétique Alpha, est installée sur lapoutrede la station : cet instrument pourrait apporter des informations précieuses sur la présence ou la nature de l'antimatièreet de lamatière noireen analysant lesrayons cosmiquesqui ne peuvent être observés depuis le sol en raison du filtrage de l'atmosphère terrestre.
La station spatiale internationale mesure 108 mètres de long sur 74 mètres de large, pour une masse approchant les 450 tonnes. Avec un volume pressurisé d'environ 900m, dont près de 400mhabitables, elle peut accueillir sept astronautes en permanence.
La station spatiale est composée d'une part des modules pressurisés dans lesquels vivent les astronautes (laboratoires, modules d'amarrage, modules d'interconnexions, sas, modules polyvalents), d'autre part d'éléments non pressurisés qui assurent différentes fonctions telles que la fourniture d'énergie, la régulation thermique, la maintenance (bras robotiques) et le stockage d'expériences scientifiques et de pièces détachées.
L'architecture et l'aménagement intérieur de lapartie non russede la station spatiale (~85 % du tonnage) sont l'aboutissement de longues études démarrées au début des années 1970 qui ont abouti au cours des années 1980.
La stationSkylab(1973-1974) avait été réalisée en aménageant le troisième étage d'une fuséeSaturn V, haut de 39 mètres et de 7 mètres de diamètre, qui avait été divisé dans le sens de la longueur en deux étages, fournissant ainsi un volume intérieur de 480m. Bien que la station n'ait été habitée que brièvement (6 mois en temps cumulé), ses occupants font des observations intéressantes qui seront prises en compte dans la conception de la future station à laquelle certains d'entre eux vont d'ailleurs participer. La NASA étudie au début des années 1970, sans avoir de vrai financement, une station susceptible de succéder à Skylab. Après l'arrêt de la fabrication de la fusée Saturn et le lancement du projet denavette spatiale, le concept de station monolithique (un cylindre unique), à la manière de Skylab, est abandonné au profit d'un ensemble de modules dont le diamètre est compatible avec la taille de la soute de la navette (moins de 5 mètres). Le regroupement des modules autour d'un module central servant de nœud est écarté car trop risqué. La NASA identifie à cette époque la nécessité de disposer d'un vaisseau permettant d'évacuer à tout moment la station.
En 1982-1983 un groupe de travail de la NASA chargé de réfléchir au développement d'une station spatiale, le Concept Development Group (CDG), met au point le concept de « Tour à énergie » (Power tower) : une poutre verticale de près de 100 mètres de haut supporte à son sommet une poutre perpendiculaire de 75 mètres de long sur laquelle sont répartis les panneaux solaires. Tous les autres composants sont attachés à l'extrémité inférieure de la poutre et l'ensemble eststabilisé par gradient de gravitéce qui permet de réduire le besoin de carburant pour contrôler l'orientation de la station. La partie pressurisée, est constituée de quatre modules - deux laboratoires, un habitat et un module de commandement - partageant la même architecture : un cylindre doté d'un port d'amarrage à chaque extrémité et de quatre autres ports à sa périphérie permettant de multiples arrangements. Pour l'aménagement intérieur, deux configurations sont étudiées : un cloisonnement du cylindre en tranches à la manière de Skylab et un aménagement longitudinal avec un plancher parallèle à la paroi du cylindre. Le cloisonnement vertical génère des espaces confinés et peut créer des problèmes de désorientation mais utilise mieux l'espace et fournit un bon accès au système de support de vie.
En 1985 la NASA entame, avec la participation de plusieurs industriels, la phase B de son étude destinée à détailler les concepts déjà définis. Une étude plus fine des besoins scientifiques - microgravité, observatoires céleste et terrestre - aboutit à la disqualification du concept de « Tour à énergie » mal adapté. Une nouvelle architecture dite Catamaran (Dual Keel) est mise au point : deux poutres verticales parallèles supportent à leurs extrémités lestélescopes spatiaux. Elles sont jointes en leur centre par une longue poutre horizontale qui supporte en son milieu les modules pressurisés et à ses extrémités les panneaux solaires.
Parallèlement un groupe créé en 1983 au centre spatial Johnson se penche plus particulièrement sur l'aménagement intérieur. Il s'agit à la fois de favoriser la productivité de l'équipage par une optimisation de l'ergonomieet de permettre la mise à niveau de la station et sa maintenance tout au long de sa durée de vie estimée à l'époque à 30 ans. Pour parvenir à ce résultat les équipements intérieurs doivent être modulaires ; la taille de chaque « meuble » doit être à la fois standardisée et suffisamment réduite pour pouvoir passer par les écoutilles. Il est établi que la taille minimale compatible avec la dimension des équipements usuels est celle d'un réfrigérateur. Par ailleurs la disposition retenue doit permettre d'accéder facilement à la coque pressurisée en cas de perforation. Plusieurs scénarios d'aménagement sont évalués : équipements rassemblés autour de l'axe du module laissant un espace habitable entre ce noyau et la coque (Service CoreAsur le schéma ci-contre). Mais pour une coque de 4,5 mètres de diamètre, cette configuration laissait beaucoup moins d'espace vital que celle consistant à rejeter les équipements le long de la coque. Cette dernière disposition est donc retenue pour la suite de l'étude et à son tour déclinée en plusieurs versions : une disposition avec les équipements placés aux quatre angles laissant un volume libre en forme de croix (B) est éliminée car laissant peu de place pour les équipements ; on écarte également un aménagement qui superpose deux formats d'équipement de chaque côté de l'espace laissé libre avec des gaines techniques courant au niveau du plancher et du plafond (C). La solution finalement retenue consiste à placer des équipements au format parfaitement identique sur les quatre côtés de l'espace central (D). Les espaces libres de forme triangulaire situés entre les équipements et la coque sont utilisés pour faire passer les gaines techniques.
Pour réduire les coûts, la NASA était partie du principe que tous les modules de la station seraient identiques (configurationKsur le schéma ci-contre) ; l'ajout d'équipements intérieurs spécialisés devait permettre de répondre aux besoins couverts spécifiquement par chaque module. Mais les études plus détaillées montrèrent que, compte tenu du nombre réduit de modules à produire, le gain financier espéré ne compensait pas le surcroît de complexité et de masse d'un module « universel ». En particulier un tiers du volume de chaque module devait être consacré aux six ports d'amarrage radiaux et axiaux particulièrement volumineux et lourds compte tenu de leur gabarit généreux. Aussi fut-il décidé que le module commun ne prendrait pas en charge les fonctions de sas et de nœuds qui donneraient lieu au développement de modules spécialisés. Dans cette nouvelle configuration le module commun, nettement allégé car ne comportant plus que deux ouvertures aux extrémités du cylindre, pouvait être allongé ce qui permettait de réduire le nombre de modules nécessaires ; les modules, qui dans les configurations de l'époque assuraient des liaisons perpendiculaires pour des raisons de sécurité (configuration « en carré »), pouvaient être abandonnés au profit de simples tunnels pratiquement dépourvus d'équipements intérieurs et donc très légers (L). Finalement il fut décidé d'allonger les modules de type nœud pour qu'ils prennent en charge également la fonction des modules de liaison (configurationMpuisN). Le concept de module de liaison fut abandonné par la suite.
Pour pouvoir travailler, il était nécessaire que l'équipage dispose d'une vue sur l'extérieur : manœuvres d'amarrage et désamarrage des vaisseaux chargés du ravitaillement et de la relève, intervention à distance sur la partie extérieure de la station grâce aux bras robotisés, surveillance et maintenance. La réponse à ce besoin opposa d'une part les partisans d'une vue « virtuelle » reconstituée sur les écrans d'un poste de travail à partir d'images obtenues grâce à des caméras et d'autre part ceux qui, au nom de la sécurité, exigeaient de disposer de hublots dans chaque module permettant d'avoir une vue directe sur les composants de la station. Les détracteurs de cette dernière solution soulignèrent que la présence de hublots fragilisait et alourdissait la structure sans pour autant fournir une vue directe sur toutes les parties de la station. La création de coupoles d'observation donnant une vision à 180° fut décidée à l'issue de ces débats.
La station spatiale internationale comprend :
La partie russe de la station applique l'architecture des modules développés pour la stationMir. Leur conception plus classique est très différente de ce qui a été développé par la NASA. Les nœuds sont intégrés dans des modules qui ne se cantonnent pas à cette spécialité. Les aménagements ne sont généralement pas amovibles. La place accordée aux équipements scientifiques est beaucoup plus réduite. Deux membres de l'équipage disposent de petites cabines.
À l'issue de la phase de conception, la configuration de la station spatiale retenue comporte quatre modules laboratoires, un module d'habitation, deux coupoles d'observation, deux sas et un module logistique (pour le stockage) construit par les européens. Les arbitrages budgétaires qui affectent le projet entraînent par la suite la suppression de deux nœuds, d'une coupole du module affecté à la centrifugeuse et de celui à la logistique.
Les modules pressurisés, qui sont de forme cylindrique, sont pourvus d'une ouverture à chaque extrémité. La station est composée d'une colonne vertébrale formée par une enfilade de cinq modules (Zvezda, Zarya, Unity, Destiny, Harmony), connectés bout à bout, longue de près de 50 mètres. Les autres modules viennent se greffer sur cet axe : certains modules sont connectés sur la gauche ou la droite du corps principal (Colombus, Quest, Tranquility et Kibo) tandis que d'autres sont connectés au-dessus ou au-dessous (Pirs, Poisk, poutre S0, Rassvet, Nauka).
De la conception initiale subsiste également une longuepoutre, fournie par la NASA et perpendiculaire à l'axe principal des modules pressurisés. Cette poutre porte principalement les panneaux solaires et les radiateurs du système de régulation thermique. Elle est rattachée à l'enfilade de modules à peu près en son milieu au niveau du module Unity. La grande longueur de la poutre permet aux panneaux solaires placés à ses deux extrémités, de s'orienter à tout moment de manière optimale (ils disposent de deux axes de liberté), sans être gênés par les modules pressurisés.
La structure des modules est réalisée en alliage d'aluminium, qui présente l'avantage d'être léger, résistant à lacorrosionet d'être un bon conducteur électrique ce qui facilite la mise à la masse des équipements. La structure principale des modules pressurisés dont le rôle est de préserver l'intégrité du module, est composée d'une part d'une coque de forme cylindrique, dans laquelle sont percées des ouvertures occupées par des hublots ou des écoutilles, d'autre part delongeronsqui permettent à la fois de résister à la pression et de jouer le rôle de support pour les équipements intérieurs. Sur cette structure primaire sont fixés des éléments de structures secondaires : à l'intérieur les baies de rangements, les écoutilles ou les rideaux de hublot, à l'extérieur les poignées permettant aux astronautes de progresser durant lessorties extravéhiculaireset les protections anti-météorites qui recouvrent la surface des modules. Pour les modules non russes, celle-ci est constituée d'une feuille d'aluminiumde 1,27 millimètre d'épaisseur maintenue à une distance de 10cmde la coque. Grâce à cette protection la probabilité qu'un débris traverse la coque est de 7,5 % pour les modules non russes et de 5 % pour les modules russes qui disposent d'un système différent.
En l'absence de gravité, la notion de plancher/plafond (verticale locale dans le jargon de la NASA) a été définie de manière arbitraire : le plancher est le côté des modules tourné en permanence vers la Terre (nadir), le plafond étant à l'opposé (zénith). Le marquage, la disposition des appareils prennent en compte cette orientation : lorsqu'ils s'activent les membres de l'équipage prennent donc des positions verticales similaires. L'axe principal des modules (de Zvezda à Harmony) est aligné sur la trajectoire de la station spatiale : les laboratoires Columbus et Kibo sont situés à l'avant et donc plus exposés à une collision avec un débris spatial tandis que les modules russes se situent à l'arrière. La troisième dimension est indiquée, comme sur un navire, par les appellationsbâbord(à gauche pour une personne tournée vers l'avant) ettribord(Kibo est à bâbord et Columbus à tribord).
Les modules non russes ont la forme de cylindres aux extrémités légèrement coniques dont le diamètre a été fixé par celui de la soute de la navette spatiale (5 mètres). À chaque extrémité d'un module, de part et d'autre de l'ouverture axiale (Dsur le schéma ci-contre), se trouvent des aménagements non amovibles (systèmes de sécurité, appareillages électriques) dissimulés derrière des cloisons. Le reste de l'espace tire les conséquences de l'absence de gravité : les quatre côtés (plancher, plafond et parois latérales), reçoivent le même type d'aménagement amovible constitué d'armoires (rack) au format standardiséISPRhautes de 2 mètres pour 1,05mde largeur et 85,4cmde profondeur et dont l'arrière épouse la forme incurvée de la coque (A). Pratiquement jointifs (une rampe lumineuse occupe chaque angle) ce mobilier dégage en son centre un espace habitable le long de l'axe du module ayant une section carrée d'un peu plus de 2 mètres de côté. Les gaines de courant et fluides circulent dans l'espace de forme triangulaire laissé libre entre la coque et les armoires (C). Des barres formant poignée sont disposées à intervalle régulier pour permettre à l'équipage de se déplacer ou de se maintenir sur place. Les baies standardisées peuvent être occupées par différents types d'aménagements :
Le choix de l’amovibilité des aménagements permet de faire évoluer ou remplacer la plus grande partie des équipements au cours de la longue vie de la station spatiale. Ce choix permet également à la navette de lancer les modules, ce qu'elle n'aurait pu faire si ceux-ci avaient déjà reçu tous leurs aménagements car ils auraient été trop lourds. Mais cette conception n'a pas permis de fournir l'espace ordonné espéré : l'espace habitable de la station spatiale, en particulier celui des laboratoires, est envahi par un fouillis de câbles et d'équipements ajoutés).
La connexion entre les modules et l'amarrage des vaisseaux spatiaux aux modules met en œuvre plusieurs types de liaisons du fait de l'origine hétérogène du matériel mis en œuvre :
Pour pouvoir mettre en relation des modules ou vaisseaux porteurs du système d'amarrage APAS d'une part et CBM d'autre part, des adaptateurs pressurisés en forme de cône coudé ont été mis en place (Pressurized Mating Adaptersou PMA). Ils ménagent un corridor pressurisé entre les deux parties, comportent un chauffage et permettent d'établir une liaison électrique et télécom. Le PMA-1 est utilisé pour relier le module russeZaryaau module Unity faisant la jonction entre la partie russe et la partie internationale de la station. Le PMA-2 installé aujourd'hui sur le moduleHarmonyest le point d'amarrage habituel de navette spatiale. PMA-3, installé sur le nœud Tranquility fournit une alternative pour l'amarrage de la navette.
Zarya(soleil levant) est le premier module de la station internationale placé en orbite. Il s'agit d'une nouvelle déclinaison du vaisseauTKSutilisé à plusieurs reprises par l'astronautique russe. Il sert actuellement de lieu de stockage et permet grâce à ses moteurs (32 moteurs de 13kgde poussée) de réorienter la station lorsque les corrections à apporter dépassent la capacité desgyroscopesélectriques installés dans la partie américaine de la station. Des réservoirs situés à l'extérieur permettent de stocker 6 tonnes de carburant qui sont utilisés par les moteurs du module Zvezda pour rehausser l'orbite de la station. Zarya est d'une part reliée au module Zvezda d'autre part au nœud Unity. Un troisième port permet de recevoir un vaisseau Soyouz ou Progress mais est, depuis 2010, relié en permanence aucompartiment d'amarrage Rassvet. Zarya possède ses propres panneaux solaires et ses batteries. Il pèse 19,3 tonnes et est long de 12,55 mètres pour un diamètre de 4,1 mètres.
Zvezda(« étoile ») également appelé « module de service » a durant les premières années été le centre de la station spatiale. On y trouve des équipements vitaux qui resteront longtemps uniques dans la station spatiale tels que les systèmes de support de vie Elektron et Vozdukh, les systèmes de contrôle de vol et de navigation et une toilette. Il reste aujourd'hui le centre de commandement de lapartie russede la station. Zvezda est une évolution dumodule centralde la station Mir : le module comporte comme celle-ci trois parties : un compartiment de travail, une chambre de transfert qui donne sur un point d'amarrage à l'arrière et un compartiment de « transfert » situé à l'avant avec trois ports d'amarrage. Les occupants du module résident et travaillent dans le compartiment de travail qui comprend notamment deux petites cabines d'équipage, une toilette, un tapis roulant et uncycloergomètre. Le module Zvezda est long de 13,1 mètres pour un diamètre maximum de 4,15 mètres et un poids de 18 tonnes. Il possède deux panneaux solaires d'une envergure de 29,7 mètres. Le port d'amarrage situé à l'arrière peut recevoir un vaisseau Soyouz ou Progress tandis que les trois ports situés à l'avant sont reliés de manière définitive au module Zarya ainsi qu'aux modules d'accostagePirsetPoisk. Zvezda dispose de moteurs-fusées qui sont utilisés pour rehausser l'altitude de la station.
La partie non russe de la station comporte trois modules de type nœud qui peuvent assurer l'interconnexion entre six modules.
Unity(nœud 1) est chronologiquement le second module à avoir été assemblé à la station spatiale internationale, et le premier construit par les États-Unis. C'est un cylindre d'aluminium de 11,6 tonnes, 5,47mde long et de 4,57mde diamètre. Il est plus court que les deux autres modules et ne comporte que quatre emplacements pour des racks au formatISPRcontre huit pour les autres modules. Il assure la jonction avec la partie russe de la station via un PMA.
Harmony(nœud 2) pèse 14,3 tonnes pour une longueur de 7,2 mètres et un diamètre de 4,4 mètres. Il assure la connexion entre lelaboratoire européen Columbus, le module américainDestinyet le module japonaisKibo. Sur les huit baies disponibles, quatre sont occupées par des racks d'avioniquetandis que les autres servent de lieu de rangement.
Tranquility(nœud 3) a les mêmes dimensions que Harmony et contient comme celui-ci huit racks dont deux occupés par l'avionique du module. Les principaux équipements touchent au système de support de vie américain avec deux racks recyclant les eaux usées, un rack pour la génération d'oxygène à partir de l'eau et un rack pour le système de régénération de l'atmosphère qui enlève les contaminants et contrôle ses constituants. Tranquility comporte également un compartiment toilettes pour l'équipage. Tranquility tient lieu également de salle de sport puisqu'on y trouve deux appareils destinés à l'exercice physiquedont un tapis roulant. Le module dispose d'une coupole d'observationCupolainstallée sur un des ports d'amarrage radiaux. Celle-ci est une baie vitrée de forme convexe et circulaire, composée de sept hublots : un hublot central zénithal de forme circulaire entouré de six autres plus petits et trapézoïdaux. L'ensemble, installé sous le module Unity côté Terre, fournit une vue panoramique à la fois sur la planète et sur une partie du champ d'intervention du bras manipulateurCanadarm 2utilisé pour la maintenance de la station. Sur les six ouvertures du nœud, quatre d'entre elles sont utilisées.
Les modules laboratoires sont consacrés à la recherche. À cet effet leurs quatre faces internes comportent des emplacements au format standardisé qui peuvent recevoir des expériences et qui disposent d'interfaces informatiques, vidéos, d'une alimentation électrique ainsi que de canalisations pouvant distribuer gaz ou fluides. Certaines de ces baies sont néanmoins occupées par des équipements relevant du support vie servant de stockage en l'absence de module réservé à la logistique et à l'habitat.
Le laboratoire américainDestinyest le deuxième module américain installé et le premier laboratoire. Il est conçu pour accueillir les charges utiles et les expériences devant s'accommoder d'une atmosphère terrestre. Sa capacité est de vingt-quatre baies, dont treize sont spécialement conçues pour recevoir des expériences nécessitant un interfaçage complet avec la station et ses ressources. Cet élément a été mis en orbite le 7 février 2001.
Le laboratoire européenColumbusest le plus petit des laboratoires de recherche avec dix baies disponibles pour la science. C'est le lieu de travail privilégié des astronautes et chercheurs européens. Ce module pressurisé est raccordé en permanence à la station. Ses utilisations sont multiples, et portent entre autres sur la science des matériaux, la physique des fluides, les sciences de la vie, la physique fondamentale et de nombreuses autres technologies. Il renferme aussi la plupart des charges utiles pressurisées européennes.
Le laboratoireJEMouKibōest le module fourni par l'Agence d'exploration aérospatiale japonaise(JAXA) : il comporte dix baies à bord, dont cinq seront occupées par du matériel japonais et cinq autres par du matériel de la NASA. Tous les emplacements sont aux standards internationaux en ce qui concerne les branchements énergétiques et l'approvisionnement en divers gaz ou liquides. Le JEM comporte un prolongement pressurisé, l'ELM PS, qui fournit des emplacements supplémentaires pour certaines expériences réclamant, entre autres, une atmosphère ou une pression atmosphérique différentes. Ce module complémentaire est fixé perpendiculairement au JEM.
Le laboratoire russeNaukaou MLM (Module laboratoire multi-usages) doit être installé courant 2021. Ce sera le dernier élément qui rejoindra la station spatiale. Il est construit à partir de la doublure de Zarya. À côté d'installations pour les équipements scientifiques, il comporte des ports d'amarrages, des installations de support de vie pour l'équipage et doit également servir de lieu de stockage.
Le compartiment d'amarrage Pirs est un module assez court (moins de 5 mètres de long) qui sert à la fois de port d'amarrage pour les vaisseaux russes et de sas pour les sorties extravéhiculaires russes. Assemblé à la station en 2001, sa durée de vie théorique est de 5 ans. Arrivé en fin de vie, il est largué et détruit avant l'installation du module Nauka début 2021. Il est remplacé par un modulePoisk, aux caractéristiques similaires, installé en novembre 2009 pour remplacer à terme Pirs dont il partage les caractéristiques. Le compartiment d'amarrageRassvetdont l'installation a eu lieu en 2010, doit servir de port d'amarrage pour les vaisseaux Soyouz et Progress. Il joue également le rôle de module de stockage. Sa présence a été rendue nécessaire pour permettre l'accostage des vaisseaux qui ne peuvent plus s'amarrer directement à Zarya depuis la mise en place du module Tranquility.
Le module américain Quest, qui est fixé au nœud Unity, permet aux astronautes d'effectuer lessorties extravéhiculaires. Il joue le même rôle que lePirsde la partie russe de la station mais, contrairement à celui-ci, il est compatible à la fois avec les combinaisons russes et américaines. Il comporte deux parties : la plus large permet aux astronautes de s'équiper de leurscombinaisons spatialeset d'effectuer la longue préparation pour débarrasser leur organisme de l'azote. La deuxième partie, plus étroite, est le sas proprement dit similaire à celui de la navette spatiale qui permet, après avoir chassé l'atmosphère, d'accéder à l'extérieur. Attachés au module se trouvent deux grands réservoirs d'oxygèneet deux réservoirs d'azotedont le contenu est utilisé à la fois par Quest et par la partie américaine de la station. Le module Quest pèse 6,1 tonnes à vide, est long de 5,5 mètres pour un diamètre maximum de 4 mètres.
LeModule Logistique Multi-UsagesLeonardo est un des trois modules (Leonardo, Raffaello et Donatello) pressurisés construits par l'Italie utilisés pour transporter dans la soute de la navette spatiale américaine le fret qui ne peut être exposé au vide. Leonardo, l'un des trois modules, après avoir reçu une protection contre les micrométéorites, est amarré en permanence à un sas d'amarrage du module tranquility, depuis le retrait des navettes spatiales mi 2011. Le module sert de zone de stockage.
Lapoutreest la structure la plus imposante de la station avec une longueur de 108,5 mètres. Son rôle principal est de porter les panneaux solaires qui fournissent l'énergie à la station et les radiateurs qui assurent la régulation thermique des modules pressurisés. Sa dimension permet aux panneaux solaires de s'orienter sans être gênés par les modules pressurisés et les panneaux qui y sont rattachés. Elle est constituée de onze segments qui ont été assemblés en orbite. La poutre est perpendiculaire au tronc central de la partie pressurisée de la station. Elle est constituée d'une partie centrale fixe (segments de poutre S0, P0 et P1) solidement fixée en son milieu au sommet du laboratoire américainDestinyet de deux extrémités (bâbord et tribord) qui portent les panneaux solaires et qui pivotent autour de l'axe de manière à toujours aligner les cellules photovoltaïques face au Soleil. Les panneaux solaires peuvent eux-mêmes pivoter par paire.
La poutre sert également de support à troisplateformes externesqui permettent d'entreposer des pièces de rechange ainsi qu'à quatre plateformes, lesEXPRESS Logistics Carrier, sur lesquelles se trouvent des expériences scientifiques qui n'ont pas besoin d'être installées dans un environnement pressurisé ou qui sont volontairement exposées au vide. Une expérience scientifique particulière, lespectromètre magnétique Alpha, dispose d'un emplacement spécifique sur la poutre. Enfin le bras télémanipulateurCanadarm 2est généralement installé sur un chariot mobile qui peut coulisser à petite vitesse le long des trois segments non rotatifs de la poutre permettant ainsi d'accroitre son rayon d'action d'environ 40 mètres.
Le module non pressurisé Z1, fixé au port d'amarrage zénithal d'Unity, sert de support aux quatre gyroscopes de la station ainsi qu'aux principales antennes de télécommunications.
La station dispose de plusieurs bras contrôlés à distance qui permettent l'assemblage de la station et sa maintenance. Compte tenu de la taille de la station, de l'origine multinationale de ses composants et de la diversité des besoins, plusieurs bras ont été installés.
Le brasCanadarm 2est le plus important des systèmes de ce type présents dans la station et constitue la principale contribution duCanada. C'est une version plus puissante du brasCanadarminstallé sur lanavette spatiale américaine. Long de près de 17,6 mètres, il dispose de7 articulationsmotorisées et est capable de déplacer des charges de 116 tonnes. Il est généralement fixé sur un chariot - le Mobile Remote Servicer MRS - qui se déplace le long de lapoutremais l'embase présente à ses deux extrémités peut être également attachée à un des points d'accrochage répartis sur la station : les Power Data Grapple PDGF lui fournissent énergie électrique et des liaisons vidéo et informatiques. Il peut changer de point d'accrochage en se déplaçant comme une chenille : cette mobilité combinée à sa grande longueur lui permet d'atteindre une grande partie des installations. Mis en place en 2006, il a depuis été particulièrement sollicité pour la mise en place des principaux éléments de la station. Il a reçu en 2008 une extension, le (Dextre (SPDM)), beaucoup plus précise (15degrés de liberté), permettant des manipulations exigeant une grande dextérité lorsque la masse ne dépasse pas 600kg. Dextre peut soit prolonger le bras Canadarm 2 soit fonctionner de manière autonome en s'ancrant sur un des points d'accrochage de la station. Le bras Canadarm2 peut être contrôlé depuis deux postes de travail mobiles situés dans la station. Un de ces postes est situé dans laCupola, qui fournit une vue directe sur une grande partie de la station à l'opérateur. Ce dernier peut également travailler en utilisant les images restituées par des caméras installées sur le bras ainsi que les données fournies par des capteurs.
Les deux bras télémanipulateurs russesStrelasont installés sur le module Pirs. L'un d'entre eux permet d'intervenir sur le module Zarya tandis que l'autre permet d'atteindre Zvezda. LeBras télémanipulateur européen(ERA en anglais) a une longueur de onze mètres pour une masse de 630kget est capable de déplacer des charges pesant jusqu'à huit tonnes. Il dispose de7degrés de liberté. Il doit être amené prochainement par un lanceurProtonavec le module russeNauka. L'ERA prendra alors en charge les interventions sur les modules russes. Les deux extrémités du bras peuvent se fixer sur les points d'attache dispersés à la surface de la station ou sur le chariot mobile comme le bras Canadarm 2. Les deux extrémités ont les mêmes capacités et peuvent donc tour à tour servir de point d'ancrage ce qui permet au bras de se déplacer à la surface de la station sans intervention humaine. Les cosmonautes peuvent le contrôler depuis l'intérieur de la station spatiale mais également depuis l'extérieur. Le bras, qui est équipé de caméras vidéo, permet d'attraper des objets munis du système d'accrochage adéquat ou utiliser un outil multi-tâches. L'opérateur utilise un poste de travail mobile.
Il existe également un bras associé à la palette japonaise (JEM-RMS) située à l'extérieur du laboratoire Kibo qui héberge les expériences pouvant être exposées dans le vide. Cet outil est composé d'un premier bras de 10 mètres disposant de6degrés de liberté et d'un petit bras. Il est commandé depuis un poste de contrôle installé dans le module Kibo. L'opérateur dispose de deux hublots fournissant une vue directe sur la palette. De 2011 à 2018, un système de manipulation à distance de formeanthropomorphique,Robonaut 2, a été à bord de la station pour des tests opérationnels. Par rapport aux bras existants, il dispose de43degrés de liberté et permet au téléopérateur de le manipuler à l'aide de gants et un casque par le biais d'un système deréalité virtuelle. Il pourrait repartir vers le complexe orbital une fois réparé.
En juin 2018, un robot doté d'uneintelligence artificielle,CIMONa été lancé sur le cargoDragon CRS-15vers l'ISS.
Les équipements de recherche scientifique sont installés à la fois dans la partie pressurisée de la station et sur des palettes exposées au vide. En 2012, toutes les structures destinées à héberger des équipements de recherche ont été mises en orbite hormis le module Nauka qui devrait l'être en 2021. Parmi les équipements scientifiques installés on peut distinguer les équipements multi-usages (réfrigérateurs, express racks...), les mini laboratoires consacrés à la biologie, à la physiologie humaine, aux sciences des matériaux et enfin les expériences d'observation de la Terre et d'étude de l'Espace. Fin 2009 environ un tiers des emplacements destinés à recevoir des expériences étaient vides.
Toutes ces expériences sont pilotées à la fois par l'équipage permanent de la station spatiale et depuis les centres de contrôle des pays participants situés sur Terre. Ces derniers peuvent généralement recevoir les données recueillies par des capteurs et déclencher des séquences d'opérations si elles ne nécessitent pas de manipulations.
Les Express racks sont des équipements permettant d'accueillir dans des tiroirs amovibles plusieurs expériences (jusqu'à huit). Il y a sept Express racks répartis dans les laboratoires de la station. Certaines expériences ont vocation à rester en permanence tandis que d'autres séjournent un temps limité. Chaque Express rack occupe une baie au format standardISPR.
LeMinus Eighty degrees Celsius Laboratory Freezer for the ISS(MELFI) réalisé par l'ESAa une capacité de175litres et permet de conserver des échantillons biologiques à−80°C,−26°Cou+4°C.General Laboratory Active Cryogenic ISS Equipment Refrigerator(GLACIER) est un réfrigérateur de11,35litres dont la température est maintenue à−165°C. Microgravity Experiment Research Locker/Incubator (MERLIN) peut être utilisé comme réfrigérateur, congélateur ou incubateur avec une température qui peut être fixée entre−20°Cet+48,5°C. (capacité4,17litres)
Deuxboîtes à gantssont disponibles, l'une fixe de grande dimension (MSG), l'autre (PGB) plus petite et portable.
Les équipements de recherche biologique comprennent notamment:
Les équipements de recherche biologique comprennent notamment:
Les équipements de recherche sur la physique et la science des matériaux comprennent notamment:
Certains équipements de recherche sont installés à l'extérieur des modules pressurisés. Plusieurs points d'attache, disposant d'une alimentation électrique et de liaisons informatiques, sont disponibles à différents endroits de la station:
Les équipements d'observation de la Terre et d'étude de l'Espace comprennent en 2009:
L'énergie est vitale pour le fonctionnement de la station spatiale et la survie de ses occupants : par ailleurs elle conditionne souvent la réalisation des expériences scientifiques. Pour la partie non russe de la station, l'énergie provient despanneaux solairesinstallés sur la poutre de la station. Sur celle-ci, huit panneaux solaires doubles (Solar Array Wing ou « SAW ») sont installés de part et d'autre des éléments de poutre P3/P4, S3/S4, P5/P6 et S5/S6. Un « SAW » comporte deux panneaux composés chacun de 16 400cellules photovoltaïquesmaintenus en position par un mât formant un ensemble long de 34 mètres, large de 12 mètres et pouvant produire chacun jusqu'à 32,8kWde courant continu. Le courant est régulé à 160 volts, puis converti à une tension de 120 volts (pour faire face aux baisses d'alimentation), avant d'être convoyé jusqu'aux différents équipements utilisateurs. Les équipements de régulation du courant sont refroidis à l'aide d'un circuit dans lequel circule unfluide caloporteur(de l'ammoniac), qui évacue la chaleur grâce à un ensemble de radiateurs attachés à chaque élément de poutre porteur de panneaux solaires. Chacun de ces quatre radiateurs photovoltaïques (PVR), comportant sept éléments d'une surface totale de 13 mètres sur 3,4 mètres et pesant 0,8 tonnes, permet d'évacuer jusqu'à 9kWd'énergie.
Généralement, les panneaux solaires sont orientés de manière à maximiser l'énergie solaire. Deux types de joints tournants motorisés (alpha et bêta) permettent d'orienter les panneaux avec deux degrés de liberté. Si les impératifs de fourniture d'énergie ne sont pas prioritaires, les panneaux peuvent être orientés de manière à réduire latraînée. C'est la disposition généralement adoptée lorsque la station se trouve à l'ombre de la Terre(configuration « Night Glider mode »). Il peut toutefois arriver que la station déploie volontairement ce « frein aérodynamique » pour abaisser son orbite et permettre à un vaisseau lourdement chargé de l'atteindre plus facilement. Durant les éclipses, lorsque la Terre intercepte le flux lumineux, qui se produisent en moyenne durant un tiers d'une révolution de la station autour de la Terre, les panneaux solaires ne sont plus éclairés et la station utilise l'énergie stockée dans un ensemble debatteries nickel-hydrogènequi sont rechargées durant les périodes de « jour ».
Les panneaux solaires qui ont été conçus pour être utilisés durant 15 ans montrent des signes de vieillissement à la fin des années 2010 (la première paire a été installée début 2000 et les suivantes entre 2006 et 2009). La NASA a fait développer un nouveau type de panneau solaire souple déployable de 20 kW de puissance. Les cellules solaires ont un meilleur rendement, ils sont plus minces et donc plus souples et sont deux fois moins longs que les panneaux existants (6 m x 13.7 m). Un de ces panneaux est testé en orbite avec succès en 2017. Six de ces panneaux baptisésIROSA(ISS Roll-Out Solar Array) doivent être installés à compter de 2021 devant six des panneaux solaires existants qu'ils masqueront sur la moitié de leur longueur. Ces nouveaux équipements devraient ajouter une puissance de 120 kilowatts aux 95 kW fournis par les panneaux solaires en place.
La partie russe de la station est alimentée par 4 panneaux solaires installés sur les modules Zarya et Zvezda. Il était prévu que la Russie installe leScience Power Platform(SPP), un ensemble de panneaux solaires de taille conséquente permettant à la partie russe de la station d'être autonome sur le plan énergétique, mais le module qui devait les porter a été abandonné ainsi que le laboratoire spatial associé, pour des raisons budgétaires. Il est finalement prévu que les modules russes utilisent l'énergie électrique produite par les panneaux solaires installés sur la poutre avec une tension ramenée à 28 volts.
L'activité humaine et les expériences scientifiques génèrent à l'intérieur des modules pressurisés un excédent de chaleur qui doit être évacué. À l'extérieur, les équipements et les modules doivent être protégés des contrastes thermiques générés par l'exposition directe ou l'absence d'exposition au Soleil, qui engendrent des écarts de température compris entre−126°Cet149°C. Le système de contrôle thermique a pour rôle de maintenir dans une fourchette de température acceptable les différents composants de la station. Cet objectif est accompli par plusieurs types de moyens, soit passifs, soit actifs.
Le moyen passif le plus courant est l'utilisation de revêtementsisolants multicouchesconstitués de feuilles d'aluminiumet dekaptonséparées par des plots enpolyester, qui réduisent sinon annulent letransfert thermique. Par ailleurs, des peintures ou des dépôts de couches superficielles choisies permettent de modifier l'émissivité ou au contraire la réceptivité thermique. Lorsque les solutions précédentes ne suffisent pas à faire face aux grands gradients de température, des résistances thermiques sont ajoutées. Enfin on peut avoir recours à un liquide caloporteur pour transporter sur de courtes distances la chaleur qui est évacuée par changement d'état du liquide (passage en phase gazeuse) et l'utilisation de radiateurs.
À l'intérieur des modules pressurisés, les méthodes passives sont remplacées par un système actif. Dans la partie non russe de la station, la chaleur est évacuée par un circuit dans lequel circule de l'eau qui est mise au contact des équipements générateurs de chaleur. Un échangeur transfère les calories collectées à un deuxième circuit situé à l'extérieur dans lequel circule de l'ammoniaqueplus efficace que l'eau dans ce rôle mais trop dangereux pour être utilisé à l'intérieur des modules : ce circuit amène la chaleur jusqu'à deux ensembles de radiateurs (Heat rejection system HRS) installés respectivement sur les segments S1 et P1 de lapoutre. Chaque radiateur peut évacuer 35kWet est composé de 24 panneaux formant un ensemble de 22 mètres sur 10 mètres, et pesant 3,7 tonnes. La partie russe de la station utilise pratiquement le même système et dispose de ses propres radiateurs. Les systèmes russes et américains ne sont pas interconnectés.
Les communications radio sont essentielles pour les opérations de la station spatiale : elles permettent les échanges des donnéestélémétriqueset scientifiques entre la station et lescentres de contrôle de missionrépartis autour du globe. Elles sont également utilisées durant lesmanœuvres de rendez-vous et d'accostageainsi que pour les échanges entre les membres de l'équipage, les contrôleurs de vol et avec les membres de la famille. Pour assurer ces liaisons, la station spatiale dispose de plusieurs systèmes de télécommunications.
Le premier système installé chronologiquement est l'équipement russeVHFRegulqui permet, entre autres, les transmissions de donnéestélémétriquesentre la partie russe de la station et le centre de contrôle de mission installé à Moscou (TsUP) via un réseau de stations de réception terrestres et les constellations de satellites de télécommunicationsLoutchetMolnia. Les transmissions passent par l'antenneLira installée sur le module Zvezda. À l'intérieur de lapartie russede la station, les échanges radios sont assurés par un système analogique utilisant une liaison encuivre.
La partie non russe de la station spatiale a recours à deux systèmes de communication radio distincts dont les antennes sont montées sur le segment central Z1 de lapoutre: une liaison enbande Sutilisée pour les communications en audio et une liaison enbande Kuutilisée à la fois pour l'audio, la vidéo et les données. Ces communications sont relayées par le réseau de satellites de télécommunications géostationnairesTDRSpermettant une liaison quasiment continue avec le centre de contrôle de mission de la NASA (MCC-H) àHouston. Ce système de télécommunication peut être également utilisé pour transmettre des données au centre de contrôle de Moscou par le biais d'une liaison téléphonique permanente entre le centre de contrôle de Houston et celui de Moscou. Les données échangées avec le bras téléopéré Canadarm 2, les laboratoires Colombus et Kibō sont routées également via les réseaux en bande S et Ku ; s'ils sont mis en place, le futur systèmeEuropean Data Relay Satelliteet son équivalent japonais pourront être également utilisés. À l'intérieur de la station les communications sont assurées par unréseau sans filnumérique interne.
Un système radio enUHFest utilisé durant les sorties extravéhiculaires : les Russes peuvent ainsi communiquer soit avec la partie russe de la station soit avec le centre de contrôle au sol sur Terre à condition qu'une station terrestre soit à portée (mais dans ce dernier cas avec parfois des interférences créées par la radio ducontrôle du trafic aérienau sol) tandis que les autres astronautes sont en liaison avec la partie non russe de la station.
Les liaisons UHF sont également utilisées durant les manœuvres d'accostage et de séparation avec la station par les vaisseaux Soyouz,Progress,HTV,ATVet la navette spatiale (celle-ci utilise toutefois également les bandes S et Ku via le réseau TDRSS) pour recevoir des instructions des centres de contrôle de mission sur Terre et de l'équipage de la station spatiale. Les vaisseaux qui fonctionnent en mode automatique comme l'HTV et l'ATV disposent par ailleurs de leur propre système de communications : l'ATV utilise un laser installé sur le vaisseau et un jeu de miroirs installés sur le module Zvezda, désigné sous l'appellation Proximity Communications Equipment pour accoster la station tandis que l'HTV utilise pour son approche un système basé sur le réseau GPS.
L'automatisation des différentes tâches, la gestion des systèmes critiques et la surveillance technique de la station sont assurés par un ensemble d'ordinateurs embarqués, centralisé dans le module Zvezda pour la partie russeet décentralisé dans plusieurs modules dans la partie américaine. Le système chargé de la section russe est composé de trois ordinateurs de vol effectuant l'ensemble des calculs en parallèle, s'accordant via un système de vote. Ces ordinateurs opèrent sousVxWorks. La section américaine est monitorée par une cinquantaine d'ordinateurs en réseau bas niveau, dont le logiciel est implémenté enAda.
Pour la gestion de la station par l'équipage et les opérations scientifiques, des ordinateurs portables Lenovo et HP sont utilisés, la plupart de ceux-ci utilisant une variante deDebianpour fonctionner. Certaines expériences scientifiques sont également menées sur les ordinateurs équipés deWindows.
Lesystème de support de viede la station spatiale est chargé du maintien d'un environnement viable pour l'équipage à l'intérieur des modules pressurisés. Dans l'espace entièrement clos et isolé de la station, cela implique principalement de remplacer périodiquement ledioxygèneconsommé par les astronautes, d'éliminer ledioxyde de carboneexpiré, de filtrer les micro-organismes, particules et gaz organiques, de mettre à disposition l'eau nécessaire aux différents usages, de contrôler et maintenir la température, la pression et la composition de l'atmosphère dans une fourchette fixe et enfin de surveiller l'apparition d'incendie et éventuellement de le combattre.
Pour limiter la masse des consommables (eau et oxygène) transportés par les vaisseaux cargo, la station est équipée de systèmes permettant de recycler l'eau et de régénérer l'atmosphère de la station. Ceci permet de réduire la masse des consommables à placer en orbite annuellement de 6,7 tonnes pour un équipage permanent de 6 personnes. Au total, 75 à 80% des eaux usées sont reconverties.
Jusqu'en 2008, cette fonction était uniquement prise en charge par le système Elektron installé dans le module russe Zvezda, tandis que ledioxyde de carboneétait éliminé grâce au système Vozdukh à bord du même module. Cet équipement a été par la suite renforcé par le système américain ECLSS installé dans trois racks du module Tranquility et composé du système OGS pour la régénération de l'atmosphère et WRS (Water Recovery System), qui collecte toutes les eaux usées, eaux de toilette, urine, vapeur d'eau contenue dans l'atmosphère de la cabine. L'urine est distillée dans un premier sous-ensemble (UPA) puis le Water Processor Assembly (WPA) traite les autres eaux usées et le produit de l'UPA. Après avoir séparé les gaz et les particules solides, WPA élimine les déchets organiques et les micro-organismes grâce à un ensemble de filtres et à un réacteur catalytique à haute température, puis génère de l'eau potable.
Cette installation a permis de faire passer l'équipage permanent à six personnes. La consommation en eau par personne est estimée à3,5litres par jour : sur ce volume, WRS permet d'économiser1,3litre en recyclant l'urine et autres eaux usées, tandis qu'Elektron en récupère 1,5 en condensant l'humidité de la cabine.
Les deux systèmes produisent de l'oxygène par électrolyse de l'eau ; le système américain est capable de combiner l'hydrogène produit par l'électrolyse avec le CO2expiré par l'équipage, en générant de l'eau et du méthane, ce dernier étant expulsé à l'extérieur. Il existe un système de secours reposant sur des réserves d'oxygène stockées en bouteilles et des générateurs d'oxygène à partir de produits solides.
D'autres sous-produits du métabolisme humain, comme leméthaneproduit par le système intestinal, et l'ammoniaquecontenu dans lasueur, sont éliminés par des filtres à cartouche decharbon activé. L'atmosphère à bord de la station est maintenue à une pression similaire à celle de l'atmosphère terrestre au niveau de la mersoit101,3kPa. L'utilisation d'une composition analogue à celle de l'atmosphère terrestre est plus confortable pour l'équipage et bien plus sûre qu'une atmosphère d'oxygène pure.
En juin 2021, une nouvelle cuvette de toilettes est installée, capable de recycler 98% des eaux usées.
L'équipage est composé d'un commandant, assurant un rôle de coordinateur, et d'ingénieurs de bord. À chaque changement majeur de sa composition, l'équipage se voit affecter un nouveau numéro d'expédition. Depuis que l'équipage permanent est passé à 6 personnes en mai 2009, chaque astronaute séjourne en moyenne 6 mois et l'équipage est renouvelé par moitié tous les 3 mois entraînant un changement de numéro d'expédition. Depuis 2009, un astronaute participe normalement à deux expéditions par mission. L'expédition 1, qui est la première à occuper la station à compter du 2 novembre 2000, était composée de deux cosmonautes russes dirigés par l'astronaute de la NASAWilliam M. Shepherd. L'expédition 21a été confiée pour la première fois à un représentant d'un autre pays :Frank De Winnede l'agence spatiale européenne.
En 2018, en incluant l'expédition 56, 58 personnes avaient fait partie de l'équipage permanent de la station, dont 24 ont participé à 2 expéditions, 5 à 3 expéditions et 2 à 4 expéditions (les russesGuennadi PadalkaetFiodor Iourtchikhine). En décembre 2021, 251 individus de 19 pays avaient visité la station spatiale, dont 155 de la NASA, 52 deRoscosmos, 19 de l'ESA.
Les professions d'origine sont scientifiques : en 2009, on comptait 23 ingénieurs, 4 médecins, 6 chercheurs, 19 pilotes militaires, 6 pilotes d'essais et 6 autres militaires. Tous ont fait des études supérieures poussées : les militaires ont souvent également des diplômes et des expériences relevant du métier d'ingénieur. L'âge moyen lors du séjour de 45 ans et demi découle des critères de recrutement (personnes fortement diplômées et ayant fait leurs preuves dans le cadre professionnel) mais également de la durée de l'entraînement qui s'étale sur plusieurs années et des aléas du programme. La durée moyenne d'un séjour à bord de la station est d'environ cinq mois et demi. Le plus long séjour est celui de laOne Year Mission(en)deScott KellyetMikhaïl Kornyenko(340 jours), suivi de lamission en 2016/2017dePeggy Whitson(289 jours).
En juin 2018, on comptait parmi les participants 49 Américains, 38 Russes, 10 Européens, 6 Japonais et 2 Canadiens. Douze femmes, dont 10 américaines,une russeetune italienneont fait partie d'un équipage, dontPeggy Whitson, qui y a séjourné à trois reprises, la deuxième et la troisième fois en tant que commandante de la station spatialeetSunita Williamsqui a effectué deux missions. Par ailleurs huittouristes payants(de 2001 à 2009), non décomptés dans le nombre de participants, ont séjourné jusqu'à 16 jours dans l'ISS en utilisant le quota des places réservées à l'agence spatiale russe.
La proportion de cosmonautes russes dans les équipages est passée, à compter de 2010, à 50 % conformément aux quotas fixés. En 2017, la Russie a décidé de réduire ses équipages pour des raisons budgétaires de 3 à 2 cosmonautes par expédition. Une partie des places libérées sur Soyouz a été récupérée par la NASA, permettant les missions deJoseph AcabaetRichard Arnold. Une autre partie n'a pas été remplacée, sur lesSoyouz MS-04etMS-10.
L'heure légale à bord de la station est, de manière arbitraire, l'heureUTC(Paris est à UTC+1 en hiver). Lorsque la station reçoit la visite de la navette spatiale, l'équipage de la station se cale généralement sur la référence horaire de la navette (Mission Elapsed Time ou MET), qui est fixée en fonction de l'heure de lancement de celle-ci.
Une journée typique à bord de la station démarre à6h. Une inspection de la station est effectuée puis l'équipage prend son petit déjeuner. Une conférence a lieu avec lecentre de contrôlepour organiser la journée avant d'entamer le travail à8h10. Une séance d'exercice physique est planifiée au cours de la matinée de travail. Cette dernière s'achève à13h5. Après une pause déjeuner d'une heure, le travail reprend avec un nouvel exercice physique intercalé au cours de l'après-midi. La journée de travail s'achève à19h30. Le dîner et une réunion de l'équipage suit. Enfin la période allouée au repos démarre à21h30. En général, l'équipage travaille dix heures par jour en semaine et cinq heures le samedi, le reste du temps étant consacré aux activités de détente.
La station comporte des compartiments destinés au repos : deux dans la partie russe, quatre dans le module Harmony. Les compartiments américains sont amovibles et s'installent dans un emplacement de rack tandis que les Russes disposent de mini-cabines avec des cloisons en dur. Dans les deux cas, l'occupant y dort dans un sac de couchage accroché à la paroi ; il peut y écouter de la musique, utiliser un ordinateur et y stocker quelques effets personnels. Les visiteurs, qui n'ont pas d'emplacement réservé pour dormir, accrochent leur sac de couchage sur une cloison libre (on peut dormir en flottant dans la cabine mais généralement les astronautes évitent de le faire car, durant leur sommeil, ils peuvent heurter et endommager un équipement fragile). Toutes les 24 heures se succèdent 16 périodes d'obscurité et de jour, aussi, durant la période définie comme étant la nuit, des rideaux obturent les hublots. Par ailleurs, dans les compartiments affectés au repos, il est nécessaire que l'air soit bien ventilé, car enimpesanteurl'air chaud ne monte pas et l'astronaute peut se réveiller à cause d'une sensation d'asphyxie car sa tête se retrouve entourée d'une bulle de dioxyde de carbone exhalée durant son sommeil.
Depuis que le projet demodule d'habitation américaina été abandonné, il n'est plus prévu que la station spatiale dispose de douche. Les membres de l'équipage se lavent en utilisant un robinet, des lingettes humides avec du savon présenté dans un conditionnement similaire à celui des tubes dentifrice. L'équipage dispose deshampooingne nécessitant pas de rinçage et de pâte dentifrice qui peut être avalée. Il y a troistoilettesdans la station, situées respectivement dans les modules Zvezda (1) et Tranquility (2). Les toilettes utilisent un système de succion généré par un ventilateur semblable à celui mis en œuvre dans la navette spatiale américaine. Les astronautes doivent s'attacher à la cuvette des toilettes, qui est équipée avec un système assurant l'étanchéité durant l'opération. La succion générée par le ventilateur permet d'évacuer les déchets qui sont conditionnés dans des sacs stockés dans un container en aluminium. Lorsqu'un container est plein, il est transféré dans le vaisseau cargo Progress qui l'évacue. Les urines sont collectées à l'aide d'un tuyau, au bout duquel se trouve connecté un embout personnalisé adapté à l'anatomie de l'utilisateur, ce qui permet aux hommes comme aux femmes d'utiliser le même système.
Il s'écoule de un à deux mois entre deux ravitaillements et il n'existe pas à bord de réfrigérateurs destinés à la conservation des aliments. La nourriture est donc essentiellement constituée de platslyophiliséset deconservesauxquels s'ajoutent quelqueslégumesetfruitsfrais dans les jours qui suivent l'arrivée d'un vaisseau ravitailleur. Les boissons (sodas…) sont fournies sous forme de poudre déshydratée. Les liquides et les soupes sont conditionnés dans des sachets hermétiques et consommés au moyen d'une paille, tandis que la nourriture solide est consommée en utilisant, comme à terre, une fourchette et un couteau.
Les menus, qui reviennent selon un cycle de 15 jours, sont choisis par chaque astronaute plusieurs mois avant son départ pour la station avec l'aide dediététiciensqui veillent à l'équilibre des repas. Des ajustements sont effectués pour tenir compte des conditions qui règnent dans la station : diminution de la proportion deferqui est moins bien assimilé car le volume deglobules rougesdiminue, réduction de la quantité desodiumet augmentation de la dose devitamine Dpour favoriser la croissance osseuse. La nourriture épicée a généralement la préférence des astronautes car, en l'absence de gravité, les senteurs ne montent plus jusqu'auxmuqueusesdu nez et le sens du goût disparaît en grande partie.
Le ravitaillement est fourni à parts égales par les Russes et les Américains, avec quelques apports des autres partenaires, et transporté par les vaisseaux ravitailleurs disponibles. Les sachets de nourriture destinés à chaque astronaute sont identifiés par une étiquette d'une couleur donnée. L'équipage dispose dans deux des modules (Destiny et Zvezda) de fours permettant de réchauffer les plats et d'un distributeur d'eau qui délivre au choix de l'eau chaude ou froide. La majorité des repas rassemble l'ensemble de l'équipage autour d'une des deux tables installées dans les modules Zvezda et Unity. La moindre miette qui s'échappe dans la cabine doit être collectée pour éviter qu'elle ne vienne s'accumuler et obturer les filtres à air ou d'autres équipements délicats.
Lemal de l'espace, qui est assimilable aumal des transportsau niveau des causes (perte d'orientation) comme des symptômes (nausée), affecte certains astronautes mais disparaît généralement au bout de quelques jours. Le séjour prolongé de 6 à 7 mois enimpesanteura des conséquences physiologiques bien plus importantes. Les plus graves sont l'atrophiemusculaire et la décalcification du squelette due à l'absence de stimulation par le poids corporel des mécanismes de renouvellement de la masse osseuse. On constate également une redistribution des fluides corporels entraînant entre autres une congestion faciale (le sang monte à la tête), un ralentissement du rythme cardiaque, une diminution de la production desglobules rouges, un affaiblissement dusystème immunitaire, une perte de poids, une perturbation du sommeil et desflatulences. Cette deuxième catégorie d'effets disparaît toutefois rapidement une fois l'astronaute revenu sur Terre.
Pour réduire les conséquences néfastes de l'impesanteur, la station est équipée de deux tapis roulants (TVIS et T2/COLBERT), deuxcycloergomètres(CEVIS et VELO) et unemachine de musculation(aRED) sur lesquels chaque astronaute doit pratiquer des exercices durant au minimum deux heures par jour. Les astronautes utilisent des tendeurs pour se maintenir en place. Ces exercices intensifs ne permettent pas de combattre totalement la perte de densité osseuse et l'atrophie musculaire chiffrées respectivement à 7 % et 10 % pour les parties les plus touchées, selon une étude récente sur un échantillon de 15 astronautes ayant séjourné environ 6 mois dans la station.
La station spatiale n'est pas protégée par le champ magnétique et l'atmosphère terrestre qui au sol filtrent les rayonnements nocifs et l'équipage est exposé à un niveau deradiationsplus élevé généré par lesrayons cosmiques. Les astronautes reçoivent en moyenne chacun 1millisievertde radiation par jour, soit la quantité reçue par une personne sur Terre au cours d'une année du fait du rayonnement naturel. Il en résulte une probabilité plus forte que l'astronaute développe uncancerdans le futur (le taux de mortalité par cancer est de 2,48 fois plus élevé chez les astronautes mais l'échantillon est trop faible pour savoir si ce chiffre est représentatif). Un niveau de radiation élevé crée des dommages dans leschromosomesdeslymphocytes. Or ces cellules jouent un rôle central dans lesystème immunitaireet donc tout dommage occasionné à celles-ci réduit l'immunité des astronautes. Au bout d'un certain temps, la faiblesse des défenses immunitaires peut conduire à la propagation d'infectionsau sein de l'équipage, dont la diffusion est par ailleurs favorisée par le milieu confiné dans lequel ceux-ci vivent. Les radiations favorisent également l'apparition decataractes. Des boucliers antiradiations et des médicaments pourraient réduire ces risques à un niveau acceptable, mais les données disponibles sont peu nombreuses. Aujourd'hui tout séjour de longue durée dans la station entraîne un risque croissant. Malgré des protections antiradiations renforcées par rapport aux stations précédentes commeMir, le niveau de radiation à l'intérieur de la station spatiale n'a pu être réduit de manière significative, et on pense que de nouvelles avancées technologiques seront nécessaires avant que l'homme puisse effectuer des vols de longue durée dans lesystème solaire.
La construction de la station a mobilisé de 1998 à 2011 de nombreux vaisseaux chargés de placer en orbite les 400 tonnes de la station. La station doit être également régulièrement ravitaillée en consommables (eau, nourriture, gaz, carburant), rechanges (par exemple les batteries dont la durée de vie théorique est de 6,5 ans) et en pièces détachées pour les réparations : ce fret représente un tonnage annuel d'environ 16 tonnes pour un équipage permanent de 6 personnes selon les calculs de la NASA. Par ailleurs certains équipements, représentant un fret plus réduit, doivent être ramenés sur Terre pour que la station spatiale puisse fonctionner : résultats des expériences scientifiques, scaphandres à réviser, etc. Enfin, les vaisseaux servent également à évacuer les déchets produits par la station.
La navette spatiale, en service jusque début2011, fut au cœur du dispositif d'assemblage et de ravitaillement de la station spatiale. Les principaux partenaires participent également à ces opérations avec leurs propres vaisseaux. Ceux-ci présentent des capacités très variables en masse, volume et type de cargaison. Les principaux paramètres sont :
La navette spatiale était le plus polyvalent des vaisseaux participant au programme car elle pouvait transporter tout à la fois du fret pressurisé, du fret non pressurisé dans une soute particulièrement volumineuse, ramener du fret sur Terre ou contribuer à la relève des équipages. Elle était de plus équipée d'un bras piloté depuis la cabine de la navette qui lui permettait d'extraire les charges utiles qu'elle transporte. Sa capacité de transport, bien que pratiquement divisée par deux par le choix d'une orbite favorable aux lanceurs russes, était particulièrement importante (16,4 tonnes). Enfin sa baie de grande taille (4,6 × 18,3m, pour un volume de 300m) lui permettait de placer en orbite les composants de la station les plus encombrants. La navette s’arrimait à la station spatiale via l'un des deux adaptateurs pressurisés (PMA) qui assurent la compatibilité entre le diamètre de l'écoutille de son sas et les ports de la station.
La navette spatiale transportait le fret à destination de l'intérieur de la station grâce à un container pressurisé placé dans sa baie cargo : leModule Logistique Multi-Usages(MPLM) italien, construit sur le modèle du Colombus européen, comporte seize emplacements de racks et dispose d'une écoutille de grande taille au format des ports de la station. Lorsque la navette est parvenue à la station, le container pressurisé est amarré à un portCBMde la station à l'aide du bras Canadarm de la navette.
La navette spatiale peut également transporter leSpacehab, un module pressurisé qui reste dans la soute, et qui peut, entre autres, servir au ravitaillement de l’ISS. Mais il n'est plus utilisé depuis août 2007 et la missionSTS-118.
Le cargo russeProgresspeut transporter 3,2 tonnes de ravitaillement dont 1,8 tonne de carburant pour la station. Il dispose d'une capacité de remorquage de la station significative. Le cargo s'amarre automatiquement à la station grâce au systèmeKursqui utilise des impulsions radar pour calculer les corrections de sa trajectoire et s'amarrer.
Le vaisseau russeSoyouz, qui permet de transporter trois personnes, sert uniquement à relever l'équipage. Après le retrait de la navette spatiale, c'est le seul vaisseau jouant ce rôle jusqu'à ce que le vaisseau spatial américain chargé de remplacer la navette spatiale américaine soit au point (véhicule commercial ouOrionselon le sort duprogramme Constellation). Deux vaisseaux Soyouz sont amarrés en permanence à la station pour permettre l'évacuation de celle-ci en cas d'urgence. Le Soyouz a une capacité très limitée (quelques dizaines de kg) d'emport de fret aller et retour.
L'ATVest un vaisseau cargo automatique développé par l'Agence spatiale européennepour ravitailler la station spatiale. Il fut lancé par uneAriane 5ES ATV et se présentait sous la forme d'un cylindre de 4,85 mètres de diamètre sur 10 mètres de longueur. Il pouvait transporter jusqu'à 7,7 tonnes de fret dont 4 700kgde carburant pour le remorquage, 860kgde carburant pompés dans les réservoirs de la station spatiale, 4 500kgde fret dans une soute pressurisée, 100kgd'air ou oxygène et 800kgd'eau. L'ATV disposait de quatre gros moteurs de propulsion qui lui permettait de rehausser à la demande l'altitude de la station durant son temps d'amarrage (6 mois). Il était conçu pour s'amarrer automatiquement au module Zvezda. Son écoutille de modèle russe étroite ne lui permettait pas de transporter le fret encombrant. Il n'avait pas de capacité de transport de fret non pressurisé. Cinq ATV ont été lancés entre 2008 et 2015.
Le vaisseau cargo japonaisHTV, développé par le Japon dans le cadre de sa participation à la station spatiale, peut transporter 4,5 tonnes de fret dans sa soute pressurisée et 1,5 tonne dans un espace non pressurisé. Disposant d'une écoutille de grand diamètre qui permet une connexion directe aux ports de la partie non russe de la station spatiale, il peut, contrairement à l'ATV, transporter les pièces les plus volumineuses qui équipent l'intérieur de la station spatiale internationale (format rack). Pour opérer sa jonction avec la station spatiale le vaisseau cargo HTV, qui a été lancé par le lanceur japonaisH-IIB, approche en mode automatique de la station spatiale en utilisant un GPS différentiel puis parvenu à 500 mètres un laser dont le rayon lumineux se réfléchit sur une mire installée sur la station. Arrivé à 10 mètres de la station le bras téléopéré Canadarm agrippe le vaisseau et réalise la jonction. L'HTV a été lancé pour la première fois en septembre 2009. Neuf missions sont prévues en tout.
Pour ravitailler la station spatiale après le retrait de la navette spatiale et s'affranchir au maximum des vaisseaux russes, la NASA a lancé le programmeCOTSqui confie à des acteurs privés le développement et le lancement de vaisseaux-cargos. Deux vaisseaux, de capacité d'environ 2 tonnes, ont été retenus en 2006 et 2008 et entrent en service en 2012 et 2014 :
Les deux vaisseaux ont une écoutille aux normes de la partie non russe de la station spatiale. Comme le vaisseau cargo japonais, ils ne disposent pas de dispositif d'amarrage automatique : une fois parvenus à proximité de la station spatiale ils sont amarrés à l'aide du bras Canadarm commandé par l'équipage de la station spatiale. Un deuxième contrat a été commandé,CRS-2etCRS-3pour des missions après 2020.
Après le retrait de lanavette spatiale américaineeffective depuis l'été 2011, la NASA ne dispose plus de moyens de transport pour amener ses astronautes à la station spatiale internationale. Elle doit recourir auxSoyouzrusses. Lorsque la décision de retirer la navette spatiale avait été prise en 2004, la NASA prévoyait que le vaisseauOrion, développé dans le cadre duprogramme Constellation, la remplace pour assurer le transport des astronautes. Le développement du vaisseau Orion était complexe car celui-ci devait être utilisé à la fois pour desservir l'orbite basse et pour emporter son équipage jusqu'à la Lune et éventuellement au-delà. Les retards accumulés par ce projet décidèrent la NASA a lancer le développement par l'industrie privée d'un engin chargé exclusivement du transport en orbite basse des astronautes. Le programmeCOTS, mis sur pied en 2006, visait à confier à des candidats choisis à la fois le transport de fret et celui des astronautes (option D). Les deux candidats sélectionnés pour le programme COTS se sont concentrés sur le développement du vaisseau cargo qui constitue le besoin prioritaire. La NASA a lancé le programmeCCDevpour sélectionner de nouvelles entreprises susceptibles de travailler immédiatement sur le transport de passagers.
Dragon V2deSpaceXa été retenu par la NASA en septembre 2014 avec le vaisseauCST-100deBoeingpour transporter les équipages de la station spatiale. Un premier vol sans équipage est lancé le 2 mars 2019, tandis que le premier comportant un équipage décolle le30 mai 2020, emportantDouglas HurleyetRobert Behnkenà bord de la station
Depuis le début de sa construction en 1998 jusqu'à 2018 la station spatiale a été ravitaillée par 67 vaisseaux cargo Progress, 5 ATV européens et 6 HTV japonais, 14 Dragon et 8 Cygnus. La relève des équipages par 51 vaisseaux Soyouz et 33 vols de la navette spatiale américaine a par ailleurs placé en orbite des composants de la station ou amené du ravitaillement ou des pièces détachées. Deux lanceurs Proton ont lancé des modules russes. Enfin deux Soyouz sont immobilisés en permanence pour permettre à l'équipage d'évacuer la station en cas d'urgence.
La station spatiale est placée sur uneorbite basselégèrementelliptiqueavec uneinclinaisonde 51.6° qu'elle parcourt en environ une heure et demie. L'altitude, comprise théoriquement entre 370 et 460km, au milieu de lathermosphère(en pratique entre 330 et 410kmde 1998 à 2009), est un compromis entre deux contraintes :
Le relèvement de l'altitude peut être réalisé à l'aide des moteurs du module russeZvezdamais ce sont les différents vaisseaux qui accostent la station, qui effectuent l'essentiel de ce travail : le vaisseau Soyouz et la navette spatiale ont une capacité limitée dans ce domaine contrairement aux cargos Progress, HTV et surtout ATV qui disposent de réserves de carburant importantes pour cette tâche (4,7 tonnes de carburant pour l'ATV). Jusqu'à présent les corrections d'orbite ont été essentiellement effectuées par le cargo Progress. Ces manœuvres consomment environ 7 tonnes de carburant par an. Les trois cargos comportent des réservoirs et des canalisations qui permettent également de refaire le plein des réservoirs de carburant de la station. Il est prévu que soit installé sur la poutre de la station dans les années qui viennent un prototype de moteurVasimrqui prendra en charge une partie du travail effectué par les cargos tout en consommant beaucoup moins de carburant.
Enmars 2022, pendant l'invasion de l'Ukraine par la Russie,Dmitri Rogozine, le patron de l'agence spatiale russeRoscosmos, affirme que les sanctions prises par les occidentaux contre son pays, pourraient faire chuter la Station spatiale internationale.
L'orientation de la station spatiale est choisie en fonction de différents critères liés à la production d'énergie, aux besoins de manœuvres des vaisseaux et aux risques de collision avec des débris.
Elle doit être régulièrement corrigée car elle est modifiée notamment par le freinage atmosphérique, les irrégularités du champ de gravité terrestre, les déplacements à l'intérieur de la station et la poussée des vaisseaux qui s'amarrent. Les corrections, lorsqu'elles sont faibles, sont généralement prises en charge par quatreactionneurs gyroscopiquesà deux degrés de liberté qui fournissent ensemble 4 760N met qui sont installés dans le segment S0 de la poutre, non loin ducentre de gravitéde la station. Lorsque la force exercée par les gyroscopes n'est pas suffisante, par exemple lorsque ceux-ci sont saturés ou que l'orientation des panneaux solaires crée une traînée importante, les corrections sont réalisées à l'aide des moteurs du module de serviceZarya.
Le plan de l'orbite de la station a une incidence sur le contrôle thermique de la station et la production d'énergie. Le plan de l'orbite est défini par l'angle que fait celui-ci avec la droite joignant le Soleil à la Terre, dit angle bêta (β). Si cet angle est de 90°, la station est constamment exposée au Soleil et ses panneaux solaires peuvent fonctionner en permanence. En diminuant l'angle bêta, la station séjourne, durant une fraction de plus en plus longue de son orbite, à l'ombre de la Terre. La contrepartie d'une période d'ensoleillement longue est un échauffement plus important des modules pressurisés. Jusqu'à ce que tous les panneaux solaires soient installés, un angle bêta important a été retenu, pour permettre la production de suffisamment d'électricité. Lorsque l'angle est supérieur à 60° la navette spatiale ne peut accoster, car son contrôle thermique n'a pas la capacité de faire face au flux thermique généré.
L'orientation de la station peut être également modifiée pour maximiser l'énergie électrique produite. La station est conçue pour avancer selon l'axe défini par l'alignement des principaux modules pressurisés (axe X), les laboratoires constituant l'« avant » et les modules russes l'arrière. La poutre (axe Y), perpendiculaire à cet axe, est maintenue parallèle au sol. Mais lorsque l'angle bêta est grand, cette orientation change et l'incidence des photons sur les panneaux solaires n'est pas optimale (les rayons solaires ne frappent pas à la verticale les panneaux). Aussi, jusqu'à récemment, l'axe x est généralement basculé de 90°, pointant perpendiculairement au plan d'orbite dans une configuration dite XPOP (X-axis Perpendicular to the Orbital Plane). Cette orientation peut être maintenue pratiquement sans correction des moteurs d'orientation. Dans la configuration YVV, l'axe Y se confond avec l'axe de progression, ce qui permet de produire encore plus d'énergie, mais requiert beaucoup de carburant pour maintenir l'orientation. Cette configuration n'est utilisée que quelques jours par an.
Les opérations d'assemblage de la station ont été en grande partie réalisées par les équipages de la navette spatiale qui ont placé en orbite les nouveaux composants. Le déplacement des modules et des gros composants situés à l'extérieur de la station a été réalisé à l'aide des brasCanadarmetCanadarm 2mais l'assemblage fut parachevé au cours de chaque mission de la navette par 3 à 5 sorties extravéhiculaires durant lesquelles furent effectués les travaux les plus délicats : interventions sur les liaisons électrique et thermique extérieures, boulonnages des composants, retrait ou mise en place de revêtements de protection et de mains courantes,etc.Les astronautes de la navette préparèrent ces sorties au sol durant près d'un an en s'entraînant sur des maquettes à l'échelle 1 immergées dans une piscine ce qui permet de reproduire en partie l'absence de gravité. Les interventions à l'extérieur, qui peuvent durer plus de 7 heures, sont réduites au maximum : elles sont en effet dangereuses, physiquement épuisantes car lacombinaison spatialeportée par l'astronaute est rigidifiée par la pression et imposent un long protocole de préparation physique. Les sorties sont effectuées, selon les intervenants et l'objectif, en utilisant le sas de la navette spatiale, celui du module Quest ou le sas russe. Pour des raisons de sécurité les sorties s'effectuent toujours à 2 personnes ce qui correspond à la capacité maximum des sas.
Les modules de la partie non russe de la station sont placés en orbite avec le minimum d'équipements pour limiter leur poids. La mise en place des équipements internes est réalisée par la suite au fur et à mesure de leur arrivée. Ce travail est réalisé par l'équipage permanent.
En 2018, en incluant l'expédition 56, 211 sorties extravéhiculaire ont été effectués sur l'ISS.
Les opérations de maintenance occupent une partie importante du temps de l'équipage permanent de la station spatiale. La station contient des composants qui nécessitent d'être remplacés périodiquement - filtres, lampes - ou doivent être entretenus. Des défaillances se produisent régulièrement, un phénomène normal compte tenu du nombre de composants. Certains composants jouant un rôle critique se sont révélés particulièrement fragiles comme le système de support de vie (ECLSS) ou les gyroscopes victimes de deux défaillances bien avant leur fin de vie théorique dont l'une a mis à l'épreuve la résistance mécanique de la poutre de la station.
La station spatiale internationale ne peut fonctionner sans un support au sol important : il faut entraîner les équipages, planifier les ravitaillements, concevoir, tester et préparer les composants à mettre en orbite, lancer les vaisseaux qui assurent le ravitaillement et la relève des équipages, surveiller les paramètres de fonctionnement de la station, assister l'équipage pour certaines opérations complexes, maintenir le réseau de communications par lesquels transitent données télémétriques et scientifiques, rediriger ces dernières vers les utilisateurs finaux et enfin coordonner tous les acteurs. Ces tâches concernent tous les partenaires et impliquent donc un grand nombre d'organisations spatiales à des degrés divers.
Lecentre spatial Johnsonde la NASA est responsable du programme tout entier et est le centre de contrôle pour les activités dans la partie non russe de la station spatiale. La conception et le développement des composants de la station et l'entraînement de l'équipage sont également de son ressort. Lecentre de vol spatial Marshallde la NASA est le centre de contrôle au sol primaire pour les expériences scientifiques et conçoit la majorité des composants développés aux États-Unis dont le système de support de vie américain ECLSS.
Pour le segment russe ces missions sont prises en charge par le centre de contrôle de l'agence spatialeRoscosmos(TsUP) située àKoroliov(contrôle de mission), laCité des étoiles(entraînement des cosmonautes) et le constructeurGKNPZ Krounitchev(conception de la station).
Les vaisseaux chargés du transport jusqu'à la station sont lancés et suivis par les différents centres nationaux : la navette spatiale américaine et sa charge utile sont préparées et lancées depuis lecentre spatial Kennedy. Les vaisseaux russes Progress et Soyouz, ainsi que les modules russes sont tirés depuis laBaïkonour. Le vaisseau cargo japonais est lancé depuis labase de lancement de Tanegashimatandis que les expériences scientifiques japonaises sont suivies par lecentre spatial de Tsubuka. Le vaisseau cargo européen ATV est lancé depuis leKourouet son contrôle est effectué depuis le centre duCNESdeToulouse. Les activités scientifiques du module européen Columbus sont coordonnées par l'agence spatiale allemande(DLR).
La survie de la station et de son équipage dépend du bon fonctionnement d'un grand nombre de systèmes complexes et du maintien de l'intégrité de la structure pressurisée. L'équipage est loin de tout secours et est plongé dans un environnement hostile : vide spatial,débris spatiaux, températures extrêmes. La prévention des risques est donc un objectif majeur. Celui-ci est intégré dans la conception de la station, les procédures appliquées au quotidien et l'entraînement de l'équipage. Les principaux risques sont:
La station spatiale est placée sur une orbite où circule également, à desvitesses relativesqui peuvent dépasser 20kmpar seconde, une grande variété de débris spatiaux : étages defusée,satelliteshors service, débris d'engins explosés, restes de moteurs à propulsion solide, écailles depeinture, liquide réfrigérant du générateur nucléaire des satellitesRORSAT,petites aiguilleset autres objets. Ces débris, ainsi que les micrométéoritesconstituent une menace pour la station car ils peuvent percer la coque des modules pressurisés ou endommager les autres parties vitales de la station. Les experts américains évaluent la probabilité de pénétration de la partie pressurisée par un débris à 29 % sur une période de 15 ans ; la probabilité d'abandon de la station est de 8 % et celui de la perte de la station, avec éventuellement perte de l'équipage, de 5 %. Ces chiffres partent de l'hypothèse que les protections anti-débris des vaisseaux Progress et Soyouz sont améliorées : si ce n'est pas le cas la probabilité de perforation passe à 46 %. Ces chiffres sont jugés pessimistes par les Russes qui se reposent sur l'expérience accumulée avec la stationMir.
La trajectoire des débris de plus de 10cmest surveillée depuis le sol et l'équipage est averti lorsque l'un d'entre eux est susceptible de passer à proximité de la station. Cela permet à l'équipage de modifier l'orbite de la station (Debris Avoidance Manœuvre DAM) en utilisant les propulseurs des modules russes pour s'écarter de la trajectoire du débris. Si celui-ci est identifié trop tard pour permettre la réalisation d'une manœuvre, l'équipage a pour consigne de fermer toutes les écoutilles à l'intérieur de la station et de s'installer dans les vaisseaux Soyouz qui permettent, si nécessaire, de rejoindre le sol. Cette évacuation partielle a déjà eu lieu à deux reprises le 13 mars 2009 et le 28 juin 2011. Les débris d'une taille inférieure à 10cm, trop nombreux et trop petits, ne peuvent être surveillés depuis le sol. L'équipage s'entraîne donc régulièrement à faire face à une dépressurisation : la station est équipée de détecteurs de perte de pression qui permettent de calculer à quel moment l'atmosphère deviendra irrespirable. L'équipage peut ralentir les pertes en coupant le système de ventilation et tenter de détecter et obturer la fuite. Si la brèche dans la coque a une superficie de quelques cm², l'équipage dispose théoriquement d'un délai de plusieurs heures avant que la situation devienne intenable. Si la réparation se révèle impossible, l'équipage doit se replier vers les modules intacts en fermant les écoutilles internes ou évacuer la station à bord des vaisseaux Soyouz. Depuis le passage à 6 occupants permanents en mai 2009, deux vaisseaux Soyouz triplaces sont amarrés en permanence aux modules russes en prévision d'un événement de ce type.
Les débris constituent également une menace durant lessorties extravéhiculairesdes astronautes, car ils peuvent perforer lescombinaisons spatialeset entraîner une dépressurisation mortelle (l'astronaute dispose d'environ 15 secondes pour réagir avant de perdre conscience).
La probabilité d'une perforation de la tenue spatiale est toutefois, selon les experts américains, très faible compte tenu de la distribution des débris et des protections incorporées dans les combinaisons spatiales : 6 % après 2 700 heures d'activités extravéhiculaires d'une équipe de deux personnes. L'astronaute peut également perforer sa combinaison en y faisant un accroc (survenu une fois mais sans conséquence) ou partir à la dérive. Pour combattre ce dernier risque, les procédures concernant l'accrochage sont très strictes et en ultime recours l'astronaute emporte un dispositif propulsif, leSAFER, fournissant undelta-vcumulé de3m/s.
De nombreux capteurs permettent aux contrôleurs au sol, qui assurent une surveillance permanente ainsi qu'aux systèmes de contrôle automatique de la station de détecter des changements pouvant affecter de manière grave le fonctionnement de la station : modification de la composition de l'atmosphère (augmentation du taux de CO2, présence de gaz toxiques), début d'incendie... L'équipage est averti et des contre-mesures sont mises en œuvre éventuellement automatiquement. Les fonctions critiques de la station doivent être normalement assurées même en cas de double défaillance, contrainte prise en compte par la présence de redondances : il y a ainsi deux systèmes permettant de renouveler l'oxygène auxquels s'ajoute un système de secours basé sur des bouteilles d'oxygène et des cartouches chimiques. Les systèmes les plus vulnérables sont le circuit de régulation thermique et l'alimentation électrique du fait de la présence de composants critiques uniques. La station peut néanmoins continuer à fonctionner en cas de panne de ces systèmes mais en mode dégradé. Pour pouvoir remettre en marche les systèmes défaillants l'équipage dispose à l'intérieur et à l'extérieur de la station d'un certain nombre de pièces de rechange pré-positionnées (en particulier pour les composants critiques), de kits de réparation et de boites à outils. Les vols de la navette spatiale en 2010 furent en partie utilisés pour constituer un stock de pièces de rechange important car leur transport deviendra plus difficile après le retrait définitif de la navette.
Le programme de la station internationale est un programme développé en coopération par plusieurs pays. Sa construction et sa gestion sont régies par des accords de coopération internationaux établis à trois niveaux:
Les droits d'utilisation de la station spatiale par chaque pays ou entité sont déterminés par l'investissement effectué. Toutefois la partie russe de la station est uniquement utilisée par la Russie qui, par ailleurs, fournit 2 à 3 des membres de l'équipage permanent de 6 personnes. Au sein de la partie non russe de la station, chaque partenaire détient le droit d'utilisation de la charge utile (laboratoire, expériences) qu'il a fournie. Les pays qui ont fourni des éléments de support comme le Canada (bras Canadarm2) reçoivent en échange des droits d'utilisation de certains éléments. Chaque utilisateur peut céder une partie de ses droits à un autre participant ou à une agence non impliquée dans la construction de la station. L'objectif de ces règles est que les biens et les services puissent être échangés grâce à des opérations de troc sans mouvements de fonds. C'est ainsi que l'Agence spatiale européenne a construit les modules Harmony et Tranquility en échange de la mise en orbite du module Columbus par la navette spatiale américaine. Les taux d'échange sont fixés par les parties au cas par cas dans le respect du cadre fixé par les accords généraux.
L'agence spatiale européenne détient 8,3 % des droits d'utilisation de la station (partie non russe), ce qui lui permet d'envoyer un astronaute environ 3 à 4 mois par an avec un équipage permanent de 6 personnes. Dans le cadre d'un accord detrocavec la NASA, elle a cédé 51 % des droits d'utilisation de son laboratoire Columbus en échange des services de transport de la navette spatiale. La NASA dispose de 76,6 % des droits d'utilisation, l'agence japonaise de 12,8 % et l'agence canadienne de 2,3 %.
Un article, paru dans le magazine scientifiqueScientific Americanen 1996, passait en revue les domaines de la recherche (sciences des matériaux, biologie, astronomie...) pour lesquels les conditions régnant dans la station spatiale pouvaient susciter un intérêt spontané de la part de chercheurs du secteur privé : il concluait négativement pour différentes raisons : coût, impesanteur perturbée par le fonctionnement et la masse de la station, conditions reproductibles dans des laboratoires existants sur terre. Seules des recherches subventionnées ou portant sur l'adaptation de l'homme dans l'espace, n'intéressant que les agences spatiales dans la perspective de missions lunaires ou martiennes, pouvaient y trouver un débouché spontané. Certains dirigeants de la NASA reconnaissaient à l'époque que l'objectif principal de la station spatiale n'était pas la recherche scientifique mais la mise au point des techniques nécessaires aux missions habitées vers Mars et la Lune.
Du fait des retards accumulés, durant de nombreuses années, la station spatiale n'a pas rempli le rôle prévu. Ainsi fin 2009, le potentiel de recherche de la station spatiale restait sous-exploité. Les problèmes rencontrés par la navette ayant freiné l'assemblage de la station. Les laboratoires japonais et européen ont été ainsi mis en place en 2008, soit 10 ans après le lancement du premier module et certains racks contenant les expériences scientifiques étaient encore en attente d'un transport en 2011 car la mise en orbite des composants de la station et la livraison des consommables et des pièces de rechange avaient la priorité par rapport au transport du fret scientifique.
L'équipage permanent, limité à 3 astronautes jusqu'à 2009, était accaparé par les tâches de maintenance et d'assemblage de la station, et disposait d'un nombre d'heures limité à consacrer à la science. Cette situation devrait nettement s'améliorer avec l'équipage porté à 6 personnes, mais la NASA annonce que les astronautes américains ne pourront consacrer que 36 heures par semaine en tout à la mise en œuvre des expériences scientifiques, soit moins de 30 % de leur temps de travail. Par ailleurs les problèmes de maintenance continuent à accaparer les astronautes : le système de support de vie qui permet le recyclage partiel des consommables et doit permettre de limiter le volume de fret qui doit être monté à la station, était régulièrement victime de défaillances fin 2009.
La station spatiale a été conçue pour fonctionner avec l'assistance logistique de la navette spatiale : celle-ci a transporté jusqu'en 2011 la majeure partie du fret. Il s'agissait par ailleurs du seul moyen de transport capable de réaliser le retour de fret sur Terre. Elle seule permet de placer en orbite les pièces détachées les plus encombrantes. Le retrait de la navette, annoncé en 2004 et effectif milieu 2011, fut donc une menace pour le fonctionnement de la station. La NASA avait calculé qu'il manquerait 40 tonnes de ravitaillement à la station pour qu'elle puisse fonctionner normalement sur la période 2010-2015. Pour remplacer la navette, la NASA a donc lancé le programmeCOTSqui confie aux sociétés privéesSpaceXetOrbital Sciences Corporation, sélectionnées par un appel d'offres respectivement en 2006 et 2008, le transport des 40 tonnes manquantes. Ces deux sociétés ont développé à la fois un lanceur et un vaisseau cargo. Le calendrier initial très serré, pour répondre aux besoins logistiques de la station spatiale, prévoyait des vols commerciaux en 2011 après trois vols de démonstration. Il a subi des glissements de près de deux ans : un premier vol de démonstration est réalisé fin 2010 par SpaceX. À partir de 2012, ce sont les sociétés privéesSpaceXet Orbital Sciences (devenue Orbital-ATK puisNorthrop Grumman) qui sont chargées par les États-Unis de ravitailler la station spatialeà l'aide de leurs vaisseaux Dragon et Cygnus.
À partir de la fin des navettes spatiales, la relève de l'équipage dépend entièrement des Soyouz russes ce qui constitue une contrainte mal vécue par les responsables américains. La NASA a souhaité confier le lancement et le retour sur Terre de ses équipages à des partenaires privés d'une manière analogue à ce qui est fait pour le fret : l'appel d'offres du programmeCommercial Crew Development(CCDev) a été remporté par les sociétésSpaceXavec leDragon v2etBoeingavec leur capsuleCST-100-Starliner. L'objectif était de fournir un vaisseau opérationnel en 2014. Néanmoins, à la suite de nombreux contretemps, c'est seulement en mai 2020 qu'a lieu le premier vol habité du Crew Dragon de SpaceX. Le premier vol habité du CST-100-Starliner n'a pas encore eu lieu.
La NASA ne prévoit d'utiliser pour son propre compte qu'une partie des installations de recherche qui sont allouées aux États-Unis soit 9 racks ISPR sur 19, 25 tiroirs sur les 59 présents dans les 8 racks ExPRESS et un peu plus de la moitié des 21 emplacements situés à l'extérieur des modules pressurisés. L'Agence spatiale européenne prévoit par contre d'utiliser 100 % des emplacements dont elle dispose et est demandeuse d'espaces supplémentaires.. Les emplacements alloués à la NASA sont mis à la disposition des autres laboratoires privés et publics américains mais le coût de transport des expériences constitue un frein décisif : les chiffres de 44 000$le kg et de 250 000$pour une expérience tenant dans une boite à chaussure avancés à titre indicatif par la NASA et un laboratoire utilisateur pourraient encore augmenter après le retrait de la navette spatiale. Les subventions qui permettraient de compenser ce coût sont réduites : pour la NASA elles sont passées de 700M$en 2002 à 150M$en 2010 reflétant les changements d'objectifs intervenus durant cette période.
La taille de l'équipage constitue un autre facteur limitatif pour l'utilisation du potentiel de recherche de la station spatiale. L'équipage permanent est passé à 6 personnes en novembre 2009, et, en application de l'accord passé avec l'agence spatiale russe, seules trois personnes sont allouées aux travaux dans la partie non russe soit environ 150 heures travaillées par semaine. Sur ce temps la NASA indique que 35 heures peuvent être consacrées chaque semaine aux expériences scientifiques. La NASA demande que les expériences embarquées sollicitent le moins possible l'équipage, interdisant tout travail de recherche nécessitant plus de 75 heures d'intervention cumulées sur 6 mois.
Le 30 août 2018, une fuite a été détectée sur le module orbital du vaisseauSoyouz MS-09amarré au segment russe de la station. C'est une légère perte de pression dans l'habitacle qui a donné l'alerte. L'hypothèse de la micrométéorite a été exclue et la thèse d'une faute humaine est privilégiée.
Compte tenu du coût du maintien en opérations de la station spatiale (près de 3 milliards US$ soit plus de 15 % du budget annuel de la NASA), de l'obsolescence des composants conçus pour une durée de vie de 30 ans et des retours scientifiques qui ne sont pas à la hauteur des sommes versées, l'abandon de la station spatiale est régulièrement évoqué en particulier dans la perspective de lancement de missions habitées vers la Lune ou Mars. Mais ces projets ne parvenant pas à se concrétiser, la NASA a renoncé à plusieurs reprises à abandonner la station spatiale en mettant en avant notamment l'expérience acquise dans le domaine des séjours de longue durée dans l'espace. Finalement en 2023, après avoir étudié plusieurs scénarios, la NASA a choisi de désorbiter la station spatiale vers 2030/2031 à l'aide d'un remorqueur spatial, l'USDV, dont elle a confié le développement à la sociétéSpaceX.
Les modules centraux de la Station spatiale internationale ainsi que la longuepoutrequi forme son ossature en supportant les différents composants non pressurisés (panneaux solaires, régulation thermique, pièces de rechange, expériences scientifiques) ont une durée de vie limitée à 30 ans. En effet, ils subissent un vieillissement à la fois mécanique (chocs subis lors des opérations d'amarrage des vaisseaux venant ravitailler la station et relever son équipage) et thermique (cycle jour/nuit s'accompagnant de très fortes variations de température). Les deux premiers modules -ZaryaetUnity- ont été lancés en 1998 et l'assemblage de la station spatiale s'est achevé en 2011. Les composants les plus anciens atteignent donc la fin de leur durée de fonctionnement prévisionnelle en 2028. Les inspections effectuées régulièrement montrent qu'en 2030 ces modules seront toujours opérationnels. Mais aucune opération de maintenance ne permet de combattre le vieillissement des structures.
Un rapport réalisé par le service d'inspection interne de la NASA en 2014, évalue le coût pour la NASA de construction et de gestion opérationnelle de la station spatiale internationale à 43,7 milliards US$ auxquels il faut ajouter les 37 vols de lanavette spatiale américainedont le coût est évalué à 30,7 milliards US$ (le coût d'un lancement unitaire - 759 millions US$ - est issu de rapport de lacour des comptes des États-Unis(GAO), la NASA évaluant officiellement ce coût à 380 millions US$). En 2014, le coût annuel des opérations était évalué à 3 milliards US$ et devrait croitre régulièrement jusqu'à 4 milliards US$ en 2024.
L'arrêt de l'exploitation de la station spatiale internationale a été étudié à plusieurs reprises et ce avant même que son assemblage soit achevé.
En 2004, selon leplanning défini en 2004sous le présidentGeorge W. Bush, la station devait être abandonnée début 2016 pour concentrer les ressources financières de la NASA sur leprogramme Constellationet le retour de l'homme sur la Lune. Toutefois, cette position est contestée au sein de la NASA.
En 2009, dans son rapport final d'octobre 2009, lacommission Augustine, créée parBarack Obamaet chargée de revoir la stratégie de la NASA dans le domaine des vols habités, décide de l'abandon du programme Constellation sous-financé et le prolongement de la station spatiale jusqu'à 2020. Ses arguments sont les suivants : l'utilisation de la station ne fait que démarrer et limiter son utilisation à 5 ans semble un faible retour sur un investissement qui a été initié il y a 25 ans. La décision d'abandonner la station en 2016 risque, par ailleurs, de froisser les partenaires internationaux des États-Unis qui, compte tenu du glissement du calendrier, n'auront pas pu exploiter tout le potentiel de leurs laboratoires : un programme international sous la conduite des États-Unis pourrait être difficile à mettre en place dans le futur. Le prolongement de la durée de vie a toutefois un coût estimé à 13,7 milliards de dollars qui ne figurait pas dans le budget de la NASA fin 2009. Le président américainObamaentérine cette position en proposant le1février 2010 au Congrès d'allouer un budget pour financer la prolongation.
Un financement pour dix années supplémentaires est annoncé enjanvier 2014, repoussant la fin théorique du programme à2024. À la suite de cette décision, la NASA réalise une étude pour évaluer les risques associés à ce prolongement car les différents composants de la station spatiale ont été conçus et fabriqués pour une durée de 15 ans et ils arrivent donc en fin de vie théorique. Le rapport effectué par l'inspection de la NASA indique qu'il n'y a pas d'obstacles majeurs au prolongement. Il identifie néanmoins plusieurs risques. Les performances des panneaux solaires se dégradent plus vite que prévu et pourraient nécessiter un remplacement. Il pourrait par ailleurs y avoir dans le futur des défaillances de composants critiques de la station spatiale nécessitant des sorties extravéhiculaires non planifiées. Toutefois, de tels événements se sont déjà produits et les interventions ont pu être menées à bien. Le troisième risque identifié découle des capacités limitées des cargos spatiaux en service qui ne peuvent transporter les plus grandes pièces de la station comme les panneaux solaires et les radiateurs. Le service de l'inspection estime que la NASA sous-estime la croissance du coût opérationnel annuel de la station spatiale qui passerait selon l'agence spatiale de 3 à 4 milliards US$. En mai 2014, la Russie annonce qu'elle se désengagera de la station spatiale internationale en 2020, en riposte aux sanctions économiques prises par les États-Unis dans le cadre de lacrise ukrainienne de 2013-2014. Mais, en 2021, cette décision n'est plus d'actualité.
En 2017, l'utilisation de la Station est annoncée comme planifiée jusqu'en 2028, sauf panne ou incident significatif.
En 2018, la NASA exprime le souhait de se désengager du programme après 2024. La station serait soit prise en charge par des intérêts privés soit désorbitée.
En janvier 2022, la NASA a annoncé étendre la durée de vie de l'ISS jusqu'à janvier 2031. Concernant la désorbitation de la Station, il est prévu de la faire se crasher près dupoint Nemoafin d'éviter que les débris ne tombent sur des zones habitées.
Le 26 juillet 2022, l'agence TASS rapporte que la Russie se retirera de l'ISS après 2024 afin de se consacrer au développement de sa propre station orbitale (ROSS). Cette annonce, faite à l'issue d'une rencontre entre le directeur de RoscosmosIouri Borissovet Vladimir Poutine, précise que la Russie remplirait toutefois ses obligations d'ici la date limite, notamment en continuant d'assurer l'envoi d'équipages et de ravitaillement vers la station. Finalement une réunion du Présidium du Conseil scientifique et technique décide de prolonger la durée de vie du segment russe jusqu'en 2028.
Il est donc nécessaire de définir le scénario de fin de vie de la Station spatiale internationale. Celle-ci ne peut pas être simplement abandonnée sur son orbite car l'altitude de celle-ci diminue régulièrement du fait des forces de trainée générées par l'atmosphère résiduelle. En moins de deux ans, la station spatiale rentrerait dans l'atmosphère terrestre de manière non contrôlée (la station spatiale dispose d'une propulsion dans le module russeZvezdaaux capacités trop limitées pour permettre de contrôler celle-ci) et compte tenu de sa masse (plus de 400 tonnes) et de sa taille (équivalente à un terrain de football), lesdébrisproduits présentent un risque significatif pour les personnes et les biens. La législation américaine impose que le risque découlant des débris produits par la rentrée atmosphérique d'engins spatiaux ne dépasse pas une probabilité de 1 pour 10 000. Aussi, les opérateurs de satellites optent pour une rentrée atmosphérique contrôlée (soit la maîtrise de la zone d'impact des débris sur Terre) de leurs engins. La désorbitation de la station relève de la responsabilité de la NASA. Ayant exclus l'hypothèse d'une rentrée atmosphérique non contrôlée, l'agence spatiale étudie plusieurs scénarios de fin de vie:
En se basant sur des critères de risques, de coût et de faisabilité, l'agence spatiale a choisi celui d'unedésorbitationcontrôlée. En 2023, l'agence spatiale lance un appel d'offres pour le développement d'unremorqueur spatialchargé de mener à bien cette tâche. Le rôle de cet appareil, l'USDV, est de modifier progressivement lavitesse orbitalede la station et d'aboutir à unerentrée contrôlée dans l'atmosphère terrestreen suivant une trajectoire planifiée permettant d'éviter que les débris de la station ne s'écrasent dans une région habitée. En juin 2024, l'agence spatialeaméricaine confie le développement de l'UDSV à la sociétéSpaceXpour un montant de 843 millions US$. Le vaisseau proposé est une version largement agrandie du cargo spatialCrew Dragoncaractérisée par une masse d'environ 30 tonnes dont 16 tonnes d'ergols.
Dès l'annonce de la destruction de l'ISS par désorbitation contrôlée, et comme au temps de la stationMir, des voix se font entendre pour s'opposer à une telle destruction pour plusieurs raisons, liées à la préservation de l'ISS en tant que patrimoine historique.
Des projets mal définis et non financés envisagent la réutilisation d'une partie de la station spatiale actuelle par les Russes ou des partenaires commerciaux de la NASA. Il n'est pas envisagé par les partenaires actuels de développer un successeur de la station spatiale internationale en orbite terrestre. Par contre, la NASA a lancé la réalisation d'une station orbitale lunaire, laLunar Orbital Platform-Gateway, qui devrait être assemblée au cours de la décennie 2020 et servir de base de départ, à court terme pour les expéditions d'équipages vers le sol lunaire (programme Artemis) et, à plus long terme, de relais pour les missions habitées vers la planète Mars.
En 2021, la Chine commence à placer en orbite basse saStation spatiale, une station de 60 tonnes composée de trois modules.
Donner un successeur à la Station spatiale internationale (ISS). C'est l'ambition de Vast, la petite entreprise spatiale qui monte auxÉtats-Unis. Et dans laquelle certains observateurs voient un futur « SpaceX des stations orbitales ». Née de la fusion en 2023 entre Vast et The Launcher, deux start-up issues de l'écosystème New Space californien, la jeune pousse a dévoilé, ce lundi14 octobre 2024, son projet de station spatiale de nouvelle génération, baptisée Haven-2, dans le cadre duCongrès international d'astronautique(1AC), qui se tient àMilan(14-18 octobre 2024).
Selon l'ancien astronautePatrick Baudry, l'aspect scientifique de l'ISS est superflu par rapport aux résultats scientifiques des autres missions spatiales.
L'inexistence de la station spatiale fait l'objet de nombreusesthéories du complot.
La station spatiale internationale apparait dans certaines œuvres de fiction:
Depuis mai 2014, la NASA a testé son nouveau programmeHigh Definition Earth Viewing(HDEV), lancé à partir de la Station Spatiale Internationale (ISS) : une retransmission permanente par le biais de deux streaming live: