vignette|Le Cygnus tenu par le bras articulé Canadarm 2. Cygnus est un vaisseau cargo spatial développé par la société Orbital Sciences (aujourd'hui Northrop Grumman Innovation Systems) dans le cadre du programme COTS de la NASA. Il doit contribuer au ravitaillement en fret (nourriture, gaz, carburant, pièces détachées) de la Station spatiale internationale après le retrait de la navette spatiale américaine. Il permet de transporter une masse de dans sa soute pressurisée ( dans une version évoluée) et est mis en orbite par le lanceur Antares développé spécifiquement par le même constructeur. Le premier vol de qualification a eu lieu le . La NASA a passé commande de 8 vols destinés à transporter de fret jusqu'à la Station spatiale internationale.
Contexte : le programme COTS
À partir d' 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 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 qui propose le vaisseau cargo Kistler K-1. Mais Kistler Aerospace rencontre des problèmes de financement et la NASA décide en de mettre fin au contrat avec cette société et de lancer un nouvel appel d'offresSpace.com - Time Runs out for RpK; New COTS Competition Starts Immediately. En 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. En , 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 de fret d'ici 2016 en effectuant huit lancements de son cargo spatialSpace.com - NASA Taps SpaceX, Orbital Sciences to Haul Cargo to Space Station. Le premier test en vol de son véhicule spatial est attendu pour 2012. 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.
Caractéristiques techniques vignette|Les responsables de la NASA et d'Orbital devant le premier exemplaire de Cygnus. 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
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 , cette plateforme comporte des propulseurs utilisant des ergols hypergoliques (hydrazine et peroxyde d'azote) et dispose d'une puissance électrique de grâce à 2 panneaux solaires comportant des cellules solaires à base d'arséniure de galliumCygnus Spacecraft factsheet at Orbital.com.
La partie destinée au fret pressurisé
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 , une charge utile de et dispose d'un volume pressurisé de (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 dans .
+Principales caractéristiques des versions standards (V1) et améliorées (V2)Version Standard Améliorée 400px400pxDimension totale longueur × diamètre 5,1 × 6,36 × dont module de service 1,30 × 1,30 × dont module de fret 3,66 × 4,86 × Masse à vide . .dont module de service . .dont module de fret . .Volume de stockage pressurisé Fret pressurisé montant . .Fret retour détruit (déchets) Fret retour Terre Non Fret non pressurisé Non
Déroulement d'une mission thumb|Assemblage du vaisseau Cygnus Orb-3 avec la fusée Antares Préparation et lancement
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.
Manœuvres de rendez-vous et amarrage à la Station spatiale internationale
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.
Retour sur terre Le vaisseau peut embarquer pour son trajet retour 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.
Les autres versions La version pour fret non pressurisé
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 et une charge utile de qui peut varier en fonction de la configuration et dispose d'un volume de .
Historique des missions Calendrier Le calendrier de lancement des 19 missions (1 vol de démonstration et 21 ravitaillements effectifs) accomplies ou à venir est le suivant :
+Calendrier des lancements Désignation Insigne Date Version du cargo Version du lanceur Charge utile Résultat Remarques G. David LowCOTS Demo Flight / Standard Antares 110 Succès Première mission avec amarrage à la station. Vol de qualification du cargo, deuxième vol du lanceur. C. Gordon FullertonOrb CRS-1 / 100px Standard Antares 120 Succès Premier ravitaillement effectif (CRS), première version du lanceur utilisant l'étage supérieur Castor 30B. Vol prévu en décembre 2013 et repoussé à la suite d'une défaillance du système de régulation thermique de la Station spatiale internationale. Janice E. Voss Orb CRS-2 / 100px Standard Antares 120 Succès Deuxième ravitaillement effectif, dernière utilisation de l'étage supérieur Castor 30B. Vol prévu en mai 2014 et repoussé plusieurs fois, notamment à la suite d'une défaillance d'un moteur AJ26 au cours d'un test sur banc d'essais. Deke Slayton Orb CRS-3 / 100px Standard Antares 130 Échec Première version du lanceur utilisant l'étage supérieur Castor 30XL. Un moteur du premier étage explose après le lancement, le lanceur s'écrase et explose sur le pas de tir. Deke Slayton II Orb CRS-4 / 100px Améliorée Atlas V 401Succès Premier vol de la version améliorée du vaisseau cargo. Abandon définitif d'Antares 130, et utilisation de fusées Atlas V le temps que l'Antares 230 soit achevée. Vol prévu le 3 décembre 2015 et repoussé à la suite de mauvaises conditions météo. Rick Husband Orb CRS-6 / 100px Améliorée Atlas V 401Succès Alan Poindexter Orb CRS-5 / 100px Améliorée Antares 230Succès Vol inaugural d'Antares 230. John Glenn Orb CRS-7 / OA-7 100px Améliorée Atlas V 401Succès Gene Cernan Orb CRS-8 / OA-8E 100px Améliorée Antares 230Succès James R. Thompson Jr. Orb CRS-9 / OA-9E 100px Améliorée Antares 230Succès John Young Orb CRS-10 / NG-10 100px Améliorée Antares 230Succès Roger Chaffee Orb CRS-11 / 100px Améliorée Antares 230Succès Alan Bean Orb CRS-12 / 100px Améliorée Antares 230+Succès Robert Lawrence Jr. Orb CRS-13 / 100px Améliorée Antares 230+Succès Kalpana Chawla CRS OA-14 / 100px Améliorée Antares 230+SuccèsLa charge utile comprend :
l'expérience Multi-Needle Langmuir Probe (m-NLP) ELaNa 31 (3 Cubesats) l'expérience SAFFIRE V des éléments de campagne marketing "Advanced Night Repair" la Felix & Paul EVA Camera (Caméra 3D VR) le Universal Waste Management System (toilettes) Katherine Johnson Orb CRS-15 / 100px Améliorée Antares 230+ Succès Ellison Onizuka Orb CRS-16 / 100px Améliorée Antares 230+ Succès Piers Sellers Orb CRS-17 / 100px Améliorée Antares 230+ Succès Sally Ride Orb CRS-18 / 100px Améliorée Antares 230+ Succès Laurel Clark Orb CRS-19 / 100px Améliorée Antares 230+ SuccèsPatricia Robertson Orb CRS-20 / 100pxAmélioréeFalcon 9 Cygnus volera sur le lanceur Falcon 9 de SpaceX pour les trois prochains vols, afin de développer la version 330 du lanceur Antares.NG-21AmélioréeFalcon 9NG-22AmélioréeFalcon 9NG-23AmélioréeAntares 330Premier vol de la version 330 du lanceur Antares.NG-24AmélioréeAntares 330NG-25AmélioréeAntares 330
Le vol de qualification (18 septembre 2013) vignette|Le lanceur Antares avec le premier vaisseau Cygnus deux jours avant le tir (septembre 2013). Le calendrier de développement a pris beaucoup de retard. Le lancement du premier vaisseau planifié initialement en a finalement lieu le . Au cours de ce premier vol qui doit qualifier le vaisseau pour les futurs ravitaillements opérationnels, le vaisseau Cygnus démontre sa capacité à manœuvrer à proximité de la Station spatiale internationale puis à être capturé par son bras télécommandé en toute sécurité. Des manœuvres sont réalisées à des distances décroissantes de la station - puis puis - et le système de guidage autonome est testé.
Premier ravitaillement effectif (CRS-1) (9 janvier 2014)