Cygnus (véhicule spatial)

À partir d'août 2000 la Station spatiale internationale est ravitaillée périodiquement par des vaisseaux cargos Progress russes, ATV européens, HTV japonais ainsi que par la navette spatiale américaine. À la suite de l'accident de la navette spatiale Columbia début 2003, la NASA décide début 2004 de ne plus faire appel pour des raisons de sécurité et d'obsolescence aux navettes qui prenaient en charge une part importante de cette logistique. Ce retrait devint effectif en 2012. Pour remplacer la navette et ne pas dépendre de ses partenaires internationaux, l'agence spatiale américaine décida de faire appel à des prestataires privés pour assurer ce ravitaillement dans le cadre du programme COTS. Le programme COTS prévoit que deux prestataires seront sélectionnés et que chacun devra transporter 20 tonnes de fret d'ici 2016. En 2006 la NASA sélectionne la société SpaceX qui propose son cargo Dragon placé en orbite par son lanceur Falcon 9 ainsi que la société Kistler Aerospace (en) qui propose le vaisseau cargo Kistler K-1. Mais Kistler Aerospace rencontre des problèmes de financement et la NASA décide en octobre 2007 de mettre fin au contrat avec cette société et de lancer un nouvel appel d'offres^[1]. En février 2008 la NASA retient la proposition de la société Orbital Sciences pour remplacer la société défaillante. Orbital propose de développer le vaisseau Cygnus lancé par la fusée Antares conçue à cet effet^[2]. En décembre 2008, la NASA signe avec cette société un contrat de 1,9 milliard de dollars pour le ravitaillement de la Station spatiale internationale. Selon les termes de ce contrat, Orbital Sciences doit placer en orbite 20 tonnes de fret d'ici 2016 en effectuant huit lancements de son cargo spatial^[3]. Le premier test en vol de son véhicule spatial est attendu pour 2012^[4]. Pour Orbital comme pour SpaceX les vaisseaux et les lanceurs fournis dans le cadre du programme COTS sont des engins entièrement nouveaux. La NASA subventionne en grande partie leur développement au fur et à mesure de l'atteinte de jalons définis contractuellement. Orbital reçoit ainsi 388 millions de dollars pour le développement du vaisseau Cygnus et du lanceur Antares.

De manière classique le cargo spatial Cygnus comprend deux sous-ensembles : le module de service dans lequel se trouve la propulsion, le système d'énergie et les différents équipements nécessaires au fonctionnement du cargo et le module contenant le fret.

Le module de service repose sur des développements existants du constructeur : Orbital utilise la plate-forme Star qu'elle a mise en œuvre sur les satellites des familles GEOStar et LEOStar qu'elle développe. Pesant 1 800 kg, cette plateforme comporte des propulseurs utilisant des ergols hypergoliques (hydrazine et peroxyde d'azote) et dispose d'une puissance électrique de 4 kW grâce à 2 panneaux solaires comportant des cellules solaires à base d'arséniure de gallium^[5].

La partie destinée au fret existera à terme en deux versions. Le premier type, et le seul dont le développement est effectif en 2013, est un module pressurisé reposant sur le Multi-Purpose Logistics Module qui est développé par Thales Alenia Space en Italie pour la station spatiale internationale. Le module dispose d'un le sas d'amarrage de type CBM lui permettant d'utiliser les sas d'amarrage de la partie non russe de la station. Pour les premiers vols, ce module a une masse de 3,5 tonnes, une charge utile de 2 tonnes et dispose d'un volume pressurisé de 18,7 m³ (version standard). Une version améliorée doit se substituer à la version standard à partir du quatrième vol grâce à une augmentation de la puissance de la fusée Antares. Dans sa version 130, celle-ci met en effet en œuvre un deuxième étage allongé (Castor 30XL) qui lui permet d'emporter une charge utile plus importante. Le vaisseau Cygnus amélioré dispose d'un module de fret plus long qui lui permet de transporter 2,7 tonnes dans 27 m³.

Principales caractéristiques des versions standards (V1) et améliorées (V2)

Version	Standard	Améliorée
Dimension totale longueur × diamètre	5,1 × 3,07 m	6,36 × 3,07 m
dont module de service	1,30 × 3,07 m	1,30 × 3,07 m
dont module de fret	3,66 × 3,07 m	4,86 × 3,07 m
Masse à vide	3,3 t.	3,5 t.
dont module de service	1,8 t.	1,8 t.
dont module de fret	1,5 t.	1,8 t.
Volume de stockage pressurisé	18,9 m3	27 m3
Fret pressurisé montant	2 t.	3,5 t.
Fret retour détruit (déchets)	1,2 t	3,5 t
Fret retour Terre	Non
Fret non pressurisé	Non

Le lancement du cargo spatial Cygnus est effectué normalement par une fusée Antares tirée depuis la base de lancement MARS destinée aux vols commerciaux, voisine de la base de lancement de Wallops Island de la NASA située dans l'État de Virginie sur la côte est des États-Unis. L'ancien pas de tir de la fusée Conestoga LP-0A a été refondu pour tirer la fusée Antares et un bâtiment destiné à la préparation du vaisseau cargo ainsi qu'à l'assemblage du lanceur. Une fois le vaisseau cargo et le lanceur assemblés, 24 heures environ avant le lancement, ils sont transportés à l'horizontale sur un véhicule à pneus jusqu'à l'aire de lancement puis l'ensemble est placé à la verticale. Les réservoirs du lanceur sont alors remplis.

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Le cargo spatial Cygnus accoste la Station spatiale internationale de la manière suivante : après s'être approché suffisamment de la station, il est agrippé par le bras télémanipulateur Canadarm 2 de la station spatiale guidé par un des membres de l'équipage de la station. Celui-ci rapproche le sas d'amarrage CBM situé à l'extrémité du module de fret du module américain Harmony en réalisant la même manœuvre que pour le module japonais H-II Transfer Vehicle^[5].

Le vaisseau peut embarquer pour son trajet retour 1,2 tonne de déchets qui sont détruits lors de la rentrée atmosphérique. En effet, contrairement au SpaceX Dragon, le vaisseau ne peut pas ramener sur Terre du matériel car ne disposant ni d'un bouclier thermique ni d'un système d'atterrissage, il ne peut pas résister à l'échauffement thermique du retour ni faire un atterrissage en douceur.

Contrairement au vaisseau Dragon qui dispose d'une capacité d'emport mixte (fret pressurisé/non pressurisé), une version distincte du Cygnus doit à terme être développée pour le transport de fret non pressurisé. Dans cette version le module transportant le fret est constitué par une version adaptée de la palette ExPRESS Logistics Carrier développée par Boeing/Astrium pour la Station spatiale internationale. Cette version non pressurisée a une masse de 3,5 tonnes et une charge utile de 2 tonnes qui peut varier en fonction de la configuration et dispose d'un volume de 18,1 m³.