Laboratoire europeen Columbus

Pour les articles homonymes, voir COF et Columbus.

Le module cylindrique Columbus, en place sur l’ISS.

Le laboratoire européen Columbus (ou Columbus Orbital Facility, plus souvent appelé simplement Columbus) est un laboratoire scientifique pressurisé qui fait partie de l'architecture de la Station spatiale internationale (ISS).

Conçu par l'Agence spatiale européenne (ESA), il est dédié à la recherche en micropesanteur.

Son lancement, initialement prévu fin 2004, avait été reporté principalement en raison de la destruction de Columbia et de l'arrêt des lancements qu'elle avait entraîné.

Le lancement a finalement eu lieu le 7 février 2008 par la navette spatiale américaine Atlantis lors de la mission STS-122 et il est arrimé à la station depuis le 11 février.

Utilisations

Illustration de la station ISS après la mission STS-122, après la mise en place du module Columbus.

Ses utilisations scientifiques sont multiples et portent sur la science des matériaux, la physique des fluides, les sciences de la vie, la physique fondamentale et de nombreuses autres technologies. Plusieurs centaines d'expériences par an seront réalisées au sein de Columbus.

La mise en fonctionnement du laboratoire permet à l'ESA de disposer d'un prorata de tantièmes d'utilisation de 6 à 7 % sur tous les équipements et les ressources de l'ISS.

Mais le plus important est le fait que les chercheurs européens peuvent désormais y mener des expériences scientifiques en continu et non plus, au coup par coup, selon les disponibilités des autres copropriétaires.

Historique

Le projet de station autonome Columbus MTFF (1982-1992)

Vue d'artiste de la station spatiale américaine Freedom à laquelle la station autonome Columbus MTFF aurait pu s'amarrer pour 90 jours...

En 1982, Aeritalia (depuis Thales Alenia Space) et MBB-ERNO (ex DASA, depuis EADS Astrium), maîtres d'œuvre du Spacelab (qui avait été décidé en 1973), soumettent un système intégré purement européen, nommé Man Tended Free Flyer (MTFF), et pouvant s'arrimer à la station Freedom ou à la station Mir pour des missions de 90 jours.

Et ceci quelque temps avant que le Président des États-Unis Ronald Reagan ne propose à l'ESA de joindre le projet américain de la Station Spatiale Freedom (qui deviendra la Station spatiale internationale).

La raison d'être du MTFF est aussi sa desserte deux fois par an pour une durée de 12 à 15 jours dont sept accostés par l'avion spatial Hermès, alors en cours de conception, dont les études avaient commencé en 1977.

Le projet Columbus comprend alors :

• Le laboratoire pressurisé Columbus APM (Attached Pressurized Module) attaché à Freedom;
• Le Columbus Man Tended Free Flyer (MTFF);
• La plate-forme européenne polaire PPF (Polar PlatForm).

À l'issue du Conseil des ministres européens de l'espace de novembre 1992 à Grenade, seuls le Columbus APM, modifié en Columbus Orbital FAcility (COF) et la plate-forme polaire (donnant naissance à METOP et ENVISAT) sont maintenus, le MTFF étant abandonné en même temps qu'Hermès qui devait le desservir.

Le laboratoire européen Columbus (1995-2008)

Le module Columbus

C'est en octobre 1995 que le Conseil ministériel de l'ESA approuve la participation de l'Europe à l’ISS, à travers notamment la fourniture du laboratoire Columbus. L'année suivante un contrat de 658 millions d'euros lié à Columbus est signé avec le principal contractant, DASA, qui a part la suite été intégré à EADS Astrium^[1].

De 1997 à 1998 la NASA et l'ESA travaillent ensemble pour se mettre d'accord sur les plans de conception de Columbus et son intégration à l'ISS. Le 8 octobre 1997 les deux agences signent un accord sur le lancement de Columbus qui sera assuré par la NASA à bord de la navette spatiale américaine en échange de la fourniture par l'ESA de plusieurs éléments, à savoir le module Harmony et le Node 3 ^[1].

En 1998 le Centre allemand d'opérations spatiales est choisi pour contrôler le laboratoire européen ^[1].

Une maquette grandeur nature est conçue et des essais sont réalisés en 2000 avec des astronautes pour voir si les sorties extra-véhiculaires pour la manipulation des expériences externes sont possibles.

En 2006, Columbus est transféré à la base de lancement en Floride.

Columbus en train d'être fixé au module Harmony de l’ISS

Lancement et intégration à l'ISS

Le lancement de Columbus a été assuré par la navette spatiale Atlantis lors de sa mission STS-122. Originellement prévu pour le 6 décembre 2007, le lancement avait été reporté une première fois au 9 décembre 2007.

Finalement le lancement a eu lieu le 7 février 2008 et la fixation à la station a été assurée le 11 février 2008 grâce à la sortie extravéhiculaire de deux astronautes américains (Rex Walheim et Stanley Love), et grâce à la manœuvre du bras robotisé commandé par le français Léopold Eyharts.

Caractéristiques

D'une masse de 10,275 tonnes à vide et 21 tonnes en charge, Columbus se présente sous la forme d'un cylindre de 6,87 mètres de long et 4,49 mètres de diamètre, pour un volume interne de 75m³ où un maximum de trois personnes peuvent y être hébergées ^[2]. Tout comme le laboratoire japonais Kibō et Destiny, il est fixé au nœud de jonction Harmony par une de ses extrémités ^[2].

Son coût, hors frais de lancement, s'élève à 880 millions d'euros répartis sur les 26 ans qu'a duré ce projet (dont 658 M€ pour la phase de développement proprement dite qui a duré 11 ans). Il a été assuré en majorité par l'Allemagne à hauteur de 51%, viennent ensuite l'Italie (23%) et la France (18%) ^[3].

Dès son raccordement à l'ISS, le laboratoire est contrôlé au sol par le Centre de contrôle Columbus, se trouvant dans les locaux du Centre allemand d'opérations spatiales (GSOC), à Oberpfaffenhofen ^[4]. Il est alimenté en énergie électrique par les torons de puissance transitant par le noeud ("node") auquel il est relié, qui lui fournit également les fluides nécessaires au support vie.

Charges utiles

Vue intérieure: le spationaute allemand Hans Schlegel durant la mise en service de Columbus.

Un volume de 23 m³ est dédié aux charges utiles, le laboratoire peut contenir dix bâtis de charges utiles standardisés (ISPRs pour International Standard Payload Racks) de type scientifiques d'une masse maximale de 998 kg chacun ^[2]. Quatre bâtis se trouvent à l'avant, quatre à l'arrière et deux en haut. A cela s'ajoute à l'extérieur du module, dans le vide spatial, quatre palettes scientifiques pour une masse maximale de 370 kg chacune ^[2]. La mise en place des expériences est assurée par le bras robotisé de l'ISS ^[5].

Installations internes

Cinq installations sont en place :

• le Biolab. Cette installation comprend des expériences sur des objets vivants: micro-organismes, cultures de cellules, plantes et petits insectes. Par exemple, l'expérience WAICO sur les plantes, a été la première à être mise en œuvre. Elle va permettre entre autres, de démontrer l'effet de la pesanteur sur la croissance des racines d'une petite plante: Arabidopsis thaliana ^[6].
• l'équipement européen de modules de physiologie. Il va permettre d'étudier les effets de l'impesanteur sur le corps humain et sur son système immunitaire.
• le laboratoire en science des fluides. Il permet d'étudier le comportement des métaux et des liquides légers ainsi que la fusion d'alliages et de semi-conducteurs.
• le laboratoire modulaire pluridisciplinaire EDR (European Drawer Rack ou étagère à tiroir européen). Des tiroirs vont pouvoir accueillir différentes expériences de disciplines diverses, dans des rangements standardisés.
• le transporteur européen. Il servira de rangement et de plan de travail.

Installations externes

Vue d'artiste des dispositifs externes SOLAR et EuTEF sur Columbus

Dès l'installation de Columbus, deux charges utiles externes sont installées :

• SOLAR, qui étudie l'activité solaire et son impact sur le climat grâce à trois instruments :
  • SOLSPEC pour les rayonnements allant des ultraviolets à l'infrarouge ^[7]
  • SOVIM, qui étudie l'irradiance du Soleil
  • SOL-ACES, qui mesure l'ultraviolet lointain.
• European Technology Exposure Facility (EuTEF), qui comprend 9 dispositifs expérimentaux pour l'étude du comportement de divers matériaux dans l'environnement spatial. Parmi ceux-là il est prévu une exposition de champignons et de lichen pendant 1 an et demi aux radiations solaires pour étudier leurs capacités de survivabilité. Une autre expérience, de chimie appliquée à l'exobiologie, est aussi installée à l'extérieur de Columbus. Il s'agit de l'expérience PROCESS (autre lien). En exposant à l'environnement spatial et au rayonnement solaire différents composés organiques, son objectif et l'étude de la chimie organique des comètes, astéroïdes, ou encore de l'atmosphère de Titan (lune) ou à la surface de Mars (planète). Mieux comprendre la chimie de ces objets peut nous aider à comprendre comment la vie est apparue sur Terre et si elle a pu aussi apparaitre ailleurs.

Constructeurs

Chargement de Columbus à bord d'un Airbus A300-600ST "Béluga" sur l'Aéroport de Brême

Le maître d'œuvre est l'Agence spatiale européenne (ESA) et son constructeur est EADS Astrium Space Transportation avec comme sous-contractant principal Thales Alenia Space. Le laboratoire est assemblé sur le site de Brême, en Allemagne.

Selon Jean-Jacques Dordain, le directeur général de l'ESA, « de simples partenaires de l'ISS, les dix-sept pays membres de l'ESA accéderont au statut de copropriétaires aux côtés des Américains, des Russes, des Canadiens et par la suite des Japonais lorsque leur laboratoire Kibō sera arrimé à la station. Ce qui donnera bien entendu des droits mais aussi des devoirs. »^[8]L'ESA pourra dorénavant y envoyer ses spationautes sans dépendre de l'accord des Américains ou des Russes.

Son coût se monte à 880 millions d'euros, financé à 51% par l'Allemagne. Les participations aux charges générales de l'ISS seront financées en grande partie « non pas en cash mais en kilos de fret acheminés par le Véhicule automatique de transfert européen (ATV), dont le premier exemplaire, Jules-Verne, a été lancé le 9 mars 2008 depuis la base de Kourou par une fusée Ariane 5, et qui s'est arrimé automatiquement le 3 avril 2008. »

Au final, l'ESA a dépensé 1,35 Md€ pour le laboratoire Columbus répartis comme suit : 800M€ pour le développement, 250 M€ pour le lancement, 250M€ pour les expériences, ...^[9]

Notes et références de l'article

Voir aussi

• Harmony (module)

Liens externes

• (fr) Présentation de Columbus sur le site d'EADS
• (fr) Présentation d'une série d'expériences de chimie réalisée à l'extérieur de l'ISS
• (en) Présentation de Columbus sur le site de l'ESA
• (fr) Le cerveau de Columbus est né à Toulouse
• (en) Présentation des expériences prévues sur Columbus (ESA)

Éléments constituant la Station spatiale internationale (Chronologie de l'assemblage)
En orbite	Zarya - Unity (nœud 1) - Zvezda - Destiny - Sas de sortie Quest - Compartiment d'amarrage Pirs - Harmony (nœud 2) - Columbus - Kibô (JEM) - Dextre
Lancé périodiquement	Module Logistique Multi-Usages
Prévus pour la navette spatiale	Tranquility (nœud 3) - Cupola - Docking Cargo Module - ExPRESS Logistics Carriers (Total 5) - External Stowage Platforms
Prévus pour le lanceur Proton	Laboratoire multifonctions - Bras télémanipulateur européen
Autres sous-systèmes	Poutre ISS - Canadarm2 - -80° Laboratory freezer - Pressurized Mating Adapter
Annulés ou inutilisés	Centrifuge Accommodations Module - Interim Control Module - Universal Docking Module - Docking and Stowage Module - Habitation Module - Crew Return Vehicle - Propulsion Module - Science Power Platform - Module de recherche russe
Véhicules de ravitaillement	Navette spatiale - Soyouz - Progress - H-II Transfer Vehicle - ATV - Dragon - K-1

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