Mir | Kvant-2

Le module d'utilisation D (TsM-D), baptisé Kvant-2 (77KSD n°17101), est le premier des quatre modules scientifiques décidés le 18 octobre 1984. Développé par le GKNPTs Khrounitchev, il est basé sur la technologie des vaisseaux TKS, conçus à l'origine pour desservir les stations orbitales Almaz.

1. Historique

A l'issue de sa construction, Kvant-2 a été livré au cosmodrome de Baïkonour le 23 juillet 1988. Le lancement devait avoir lieu en mars 1989, mais a été repoussé au 16 octobre 1989.

Or, début octobre, lors de quatre essais réalisés sur des vaisseaux Soyouz TM et Progress M, le système de rendez-vous automatique Kours montre des dysfonctionnements. Le diagnostic montre que certains circuits intégrés, fournis par le PO Elektronika, sont corrodés.

Fig. 1.1 : Préparation du module Kvant-2.
Crédit : DR.

Or, ces composants font partie du même lot que ceux qui ont été montés sur Kvant-2. Les essais que le nouveau module n'ont détecté aucune anomalie, mais les composants suspects sont remplacés par sécurité. Cela provoque un nouveau report du lancement.

Fig. 1.2 : Préparation de Kvant-2.
Crédit : RKK Energuia.

Fig. 1.3 : SEREBROV et VIKTORENKO inspectent Kvant-2 avant son lancement.
Crédit : RIA Novosti.

Kvant-2 est finalement mis sur orbite le 26 novembre 1989 par un lanceur Proton-K. Après le lancement, l'un des deux panneaux solaires ne se déploie pas entièrement. Ce problème est réglé le 30 novembre.

Fig. 1.4 : Lancement de Kvant-2, 26 novembre 1989.
Crédit : DR.

Une première tentative d'amarrage est réalisée le 2 décembre, mais elle échoue. L'amarrage sur le PKhO du Module de Base de Mir a finalement lieu le 6 décembre 1989, à 12h21 GMT.

Deux jours après l'amarrage, le 8 décembre 1989, le bras du système automatique ASPr de Kvant-2 est manœuvré pour faire pivoter le module à 90°, de façon à libérer la pièce d'amarrage avant pour les vaisseaux Soyouz TM et Progress M.

Fig. 1.5 : Kvant-2 à son emplacement définitif, 19 février 1990.
Crédit : DR.

Le module Kvant-2 ne bougera plus jamais de cet emplacement, où il restera jusqu'au jour de la destruction de la station Mir, le 23 mars 2001.

2. Descriptif technique

2.1. Description générale

Le tableau 1 présente les principales caractéristiques du module Kvant-2 dont le développement, rappelons-le, est basé sur les vaisseaux TKS.

Masse au lancement 19565kg
Longueur 12,4m
Diamètre maximal 4,15m
Envergure (avec les panneaux solaires déployés) 27,35m
Volume habitable 59m3

Le volume pressurisé de Kvant-2 est divisé en trois compartiments, séparés par des écoutilles : le PGO, le PNO et le ChSO. Ce module est équipé d'une pièce d'amarrage active de type SSVP qui le relie au Compartiment de Transfert (PKhO) du Module de Base (BB). Le rendez-vous avec la station a été réalisé grâce à un système de rendez-vous automatique Kours (dont certaines des antennes ont été démontées lors de la sortie du 26 janvier 1990).

Fig. 2.1.1 : Ecorché du module Kvant-2.
Crédit : Novosti Kosmonavtiki.

1. Antennes du Kours-P
2. Pièce d'amarrage SSVP
3. Pupitre de commande
4. Toilettes
5. Système de régénération de l'eau
6. Moteurs DKS
7. Capteurs infrarouges (SUD)
8. Capteurs solaires (SUD)
 

9. Containers de nourriture
10. Batteries
11. Système SUD
12. Radiateurs (SOTR)
13. Ballons d'hélium
14. Système de fourniture d'eau
15. Réservoirs d'ergols
16. Antennes système Koub-Kontour
 

17. Containers charges utiles
18. Actionneurs gyroscopiques
19. Réservoirs Rodnik
20. Equipements pour l'éclusage
21. UPMK
22. Capteurs stellaires
23. Scaphandre Orlan
24. Ecoutille de sortie
25. Equipement pour sortie

Fig. 2.1.2 : Schéma du module Kvant-2.
Crédit : Novosti Kosmonavtiki.

Fig. 2.1.3 : Ecorché du module Kvant-2.
Crédit : Novosti Kosmonavtiki.

2.2. Le Compartiment des Instruments et du stockage (PGO)

Le plus gros des trois compartiments est le PGO (Приборно-Грузовой Отсек), situé à l'arrière de Kvant-2.

Il comprend une zone dite hygiénique, qui abrite des toilettes, un lavabo et une douche. Les eaux usées issues des toilettes sont récupérées et recyclées par le système SRV-U (qui a été démarré pour la première fois le 15 janvier 1990 [1]), et celles de la douche sont recyclées par le système SRV-SG.

Fig. 2.2.1 : Modèle d'essai de la douche de Kvant-2.
Musée de la RKK Energuia. Crédit : Nicolas PILLET.

Fig. 2.2.2 : Le système SRV-SG de la douche de Saliout-7.
Celui de Kvant-2 est identique.
Musée de la RKK Energuia. Crédit : Nicolas PILLET.

Dans le PGO, on trouve également un exemplaire redondant du système de production d'oxygène Elektron-V (le premier est dans le module Kvant), ainsi que le système de pompage d'eau potable Rodnik (dont les réservoirs sont situés à l'extérieur du module, cf. Fig. 2.1.2) et le système de purification de l'atmosphère SOA-MP.

Le PGO abrite aussi l'instrument scientifique Inkoubator-2.

2.3. Le Compartiment des Instruments et de la Recherche (PNO)

Le deuxième compartiment du module Kvant-2, le PNO (Приборно-Научный Отсек), est spécialement conçu pour héberger les instruments scientifiques.

Fig. 2.3.1 : Le PNO de Kvant-2, vu depuis le ChSO.
Crédit : NASA.

Cliquez ici si vous ne voyez pas la vidéo.

Vidéo 1 : ARTSEBARSKI traverse le PNO, en partant du PGO.
Crédit : Out of the Present.

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Vidéo 2 : Traversée de Kvant-2, du PGO vers le ChSO.
Crédit : INA.

L'un des principaux équipements scientifiques qu'on trouve dans le PNO est la caméra multispectrale MKF-6MA. Développée par l'entreprise Carl Zeiss en Allemagne de l'Est, ses précédentes versions ont volé sur Soyouz-22 et Saliout-6.

Fig. 2.3.2 : Modèle d'essai de la caméra MKF-6MA.
Musée de la RKK Energuia. Crédit : Nicolas PILLET.

Fig. 2.3.3 : Modèle d'essai de la caméra MKF-6MA.
Maison Centrale de l'Aviation et de la Cosmonautique. Crédit : Nicolas PILLET.

Sur la paroi externe du PNO sont installés six actionneurs gyroscopiques (trois au-dessus, trois en dessous) qui permettent de contrôler l'orientation de la station Mir, ainsi que deux réservoirs d'eau potable du système Rodnik, d'une contenance de 150L chacun.

Fig. 2.3.4 : Les trois actionneurs gyroscopiques sous la réplique de Kvant-2.
Cité de l'Espace. Crédit : Nicolas PILLET.

Fig. 2.3.5 : La réplique toulousaine de Kvant-2.
Cité de l'Espace. Crédit : Nicolas PILLET.

Le PNO héberge également deux panneaux solaires de 53,2m², qui fournissent 6,9kW chacun. C'est dans le PNO qu'est situé le tableau de commande de la plate-forme externe ASP-G-M (voir paragraphe 2.7).

2.4. Le Compartiment Spécial d'Eclusage (ChSO)

Le ChSO (Шлюзовый Специальный Отсек) est le principal sas de la station Mir. Il offre un volume habitable de 9,0m3. Avant l'arrivée de Kvant-2, les sorties dans l'Espace étaient réalisées depuis le PKhO du Module de Base, dont le volume habitable n'est que de 5,6m3.

Les sorties sont possibles au moyen de scaphandres Orlan par une écoutille de 1000mm de diamètre qui s'ouvre vers l'extérieur. Les cosmonautes contrôlent la dépressurisation du ChSO sur un petit pupitre, et ils peuvent se maintenir debout grâce à deux cale-pieds de type Yakor.

Fig. 2.4.1 : ONOUFRIENKO et OUSSATCHIOV dans le ChSO, vu du PNO.
Crédit : NASA.

Fig. 2.4.2 : Dans le ChSO.
Crédit : NASA.

Fig. 2.4.3 : Le pupitre du ChSO.
Crédit : NASA.

Un incident avec le ChSO a eu lieu lors de la sortie dans l'Espace du 17 juillet 1990. Ce jour là, quand les cosmonautes SOLOVIOV et BALANDINE ouvrent l'écoutille, la pression à l'intérieur du sas est encore de 33mmHg. Le loquet censé retenir la porte lâche, et celle-ci s'ouvre très brusquement (force de 4kN), au point de forcer les charnières  au-delà de leurs limites.

A la fin de la sortie, quand les cosmonautes rentrent dans le sas, ils s'aperçoivent que l'écoutille ne peut plus être refermée. Ils ont bon tirer dessus de toutes leurs forces, quelques millimètres restent à parcourir.

Fig. 2.4.4 : L'écoutille du ChSO.
Crédit : NASA.

La limite de sécurité de six heures des scaphandres Orlan-DMA est dépassée et les deux hommes doivent trouver très rapidement une solution. Ils décident d'utiliser le PNO comme sas de secours. Le vrai sas, quant à lui, est abandonné au vide spatial.

SOLOVIOV et BALANDINE réalisent une nouvelle sortie le 26 juillet 1990, en utilisant à nouveau le PNO comme sas, et vont filmer l'écoutille endommagée du ChSO. Il apparaît qu'un boulon est partiellement dévissé et qu'une plaque métallique tordue est coincée dans une charnière. Ils parviennent à l'enlever, rentrent dans le ChSO et constatent que l'écoutille peut maintenant être fermée.

Par mesure de sécurité, ils se rendent quand même dans le PNO et ferment l'écoutille qui le séparent du ChSO. Le lendemain, le TsUP les informe qu'aucune fuite d'air n'a été détectée dans le ChSO et qu'ils peuvent ouvrir l'écoutille qui y mène.

Fig. 2.4.5 : Le ChSO vu de l'extérieur.
Crédit : Out of the Present.

Un modèle du ChSO, qui était utilisé pour l'entraînement des cosmonautes dans l'avion parabolique Il-76, est exposé au Musée Mémorial de la Cosmonautique de Moscou.

Fig. 2.4.6 : Le ChSO exposé à Moscou.
Musée Mémorial de la Cosmonautique. Crédit : Nicolas PILLET.

Fig. 2.4.7 : Détails de l'écoutille de sortie du ChSO.
Musée Mémorial de la Cosmonautique. Crédit : Nicolas PILLET.

Fig. 2.4.8 : Les deux cale-pieds Yakor.
Musée Mémorial de la Cosmonautique. Crédit : Nicolas PILLET.

Fig. 2.4.9 : L'écoutille du ChSO.
Musée Mémorial de la Cosmonautique. Crédit : Nicolas PILLET.

Fig. 2.4.10 : Le pupitre de commande du ChSO.
Musée Mémorial de la Cosmonautique. Crédit : Nicolas PILLET.

Fig. 2.4.11 : Le pupitre de commande du ChSO.
Musée Mémorial de la Cosmonautique. Crédit : Nicolas PILLET.

Fig. 2.4.12 : L'équipement de sortie.
Musée Mémorial de la Cosmonautique. Crédit : Nicolas PILLET.

Afin d'assurer la pressurisation du ChSO après les sorties dans l'Espace, quatre réservoirs d'air sont placés sur la paroi externe.

2.5. Motorisation

Le module Kvant-2 est équipé des mêmes types de moteurs que tous les autres dérivés des vaisseaux TKS. Cet ensemble est décrit en détail dans la section relative au module Zaria de la Station Spatiale Internationale. Le nombre et l'arrangement des moteurs varie toutefois sensiblement d'un module à l'autre.

Au total, l'ensemble moteurs de Kvant-2 est composé de 38 moteurs. Bien que leurs fonctions soient différentes, ils utilisent tous comme ergols le couple UDMH/N2O4. L'ensemble moteur comporte :

Les moteurs DKS

Il y en a deux sur Kvant-2, disposés de part et d'autre du PGO. Ce sont des moteurs de type KRD-442 (11D442) fournis par le KB KhimMach. Ils permettent de réaliser les corrections d'orbite pendant le vol autonome, et ont aussi servi lors des manœuvres de rendez-vous avec Mir.

Fig. 2.5.1 : Reproduction de l'un des moteurs DKS.
Cité de l'Espace. Crédit : Nicolas PILLET.

Ils ont une masse de 52kg, une hauteur de 729mm et un diamètre maximal de 230mm. Ils sont réallumables jusqu'à 100 fois et développent une poussée de 417kgf avec une impulsion spécifique de 317". Leur durée maximale de fonctionnement est de 2600", et la pression dans la chambre atteint 38,7atm.

Les moteurs DPS

Au total, Kvant-2 est équipé de 20 moteurs 11D458 qu'il a utilisé lors de son vol autonome pour assurer sa stabilisation. Les 11D458 sont construits par le NIIMach. Ils fournissent une poussée de 40kgf avec une impulsion spécifique de 275".

Les moteurs DTS

Kvant-2 dispose de 16 moteurs dits de stabilisation fine, utilisés pendant le vol autonome. Il s'agit de moteurs 17D58E du NIIMach, capables de délivrer une poussée de 1,3kgf avec une impulsion spécifique de 270".

Les moteurs DPS et DTS sont répartis en quatre blocs :

- deux sont placés sur le PGO et contiennent chacun cinq DPS et huit DTS,
- deux sont placés sur le ChSO et ne contiennent que cinq DPS chacun.

Fig. 2.5.2 : Un bloc moteur arrière de Kvant-2, photographié lors de STS-81.
Crédit : NASA.

Fig. 2.5.3 : Un bloc moteur arrière sur la réplique toulousaine de Kvant-2.
Cité de l'Espace. Crédit : Nicolas PILLET.

Fig. 2.5.4 : Les blocs moteur avants sur la réplique toulousaine de Kvant-2.
Cité de l'Espace. Crédit : Nicolas PILLET.

Les ergols sont stockés dans huit réservoirs situés à l'extérieur du module (quatre pour l'UDMH, et quatre pour le peroxyde d'azote). Ils sont maintenus sous pression par six ballons d'azote (situés sur la partie inférieure du PGO), et sont protégés par des radiateurs du système de régulation thermique SOTR. L'orientation est possible grâce à quatre capteurs d'horizon de type 256K.

Fig. 2.5.5 : Kvant-2 vu de dessous.
Cité de l'Espace. Crédit : Nicolas PILLET.

2.6. Télécommunications

Le module Kvant-2 est équipé du système de télémétrie BR-9TsU-8, qui permet de collecter les informations de différents capteurs et de les transmettre par radio au Centre de Contrôle des Vols (TsUP) de Koroliov via des antennes de type AD-18.

Un système de télévision permet de retransmettre des images au TsUP via des antennes AD-17.

Fig. 2.6.1 : Une antenne AD-17 sur la réplique toulousaine de Kvant-2.
Cité de l'Espace. Crédit : Nicolas PILLET.

Le Système de Commande et de Mesure KIS (Командно-измерительная Система) Koub-Kontour est le lien entre la Terre et le module Kvant-2. C'est lui qui reçoit les ordres du Centre de Contrôle des Vols (TsUP) et qui les retransmet.

Le système Koub-Kontour, fournit par l'équipementier ukrainien PO Kievpribor, comporte notamment deux antennes placées au-dessus et en-dessous du PGO. Il reçoit les ordres du TsUP lors des passages au-dessus de la Russie, les stocke sur une mémoire interne et les exécute en temps voulu. Il permet aussi d'activer et de désactiver les systèmes de télécommunications à chaque passage au-dessus de la Russie.

2.7. La plate-forme ASP-G-M

L'un des équipements scientifiques les plus importants embarqué sur le module Kvant-2 est la plate-forme externe automatique gyrostabilisée ASP-G-M, développée par l'Institut de Recherche Spatiale (IKI) de l'Académie des Sciences d'Union soviétique, en coopération avec des laboratoires tchécoslovaques.

Elle est dérivée de l'ASP-G (Автоматическая Стабилизированная Платформа - Галлея) qui équipait les sondes Vega à destination de Vénus et de la comète de Halley, lancées en 1984.

Fig. 2.7.1 : La plate-forme ASP-G-M lors de ses essais à l'IKI.
Crédit : IKI.

Il s'agit d'une plate-forme montée sur un servomécanisme à deux degrés de liberté. Elle a une masse à vide de 130kg et était équipée, au moment du lancement de Kvant-2, de 152kg de charge utile [3]. Sa réalisation a été décidée en 1987, et elle est principalement destinée à héberger des instruments pour l'observation de la Terre. Elle est conçue pour que des cosmonautes puissent changer ces instruments lors de sorties dans l'Espace [2].

Fig. 2.7.2 : La plate-forme ASP-G-M sur le module Kvant-2.
Photo prise lors de STS-71. Crédit : NASA.

Le contrôle de l'ASP-G-M est réalisé soit depuis le TsUP, soit depuis un pupitre de commande situé dans le PNO de Kvant-2. La plate-forme peut héberger cinq instruments simultanément.

Elle a hébergé, au cours de sa période d'exploitation, le spectromètre infrarouge ITS-7D, le spectromètre MKS-M2, le téléspectromètre Faza, le spectromètre à rayons X ARIZ, les instruments OZD, la caméra couleur KL-103, BVP-30, la caméra KL-140ST, DIKS, TVC (Telecontrolled Videospectrometric Complex), et la caméra biélorusse Gamma-2 (installée le 26 janvier 1990, retirée le 7 janvier 1991 pour changer une lentille, et réinstallée le 25 avril 1991).

Fig. 2.7.3 : Le spectromètre ARIZ.
Crédit : IKI.

3. Photos

L'un des modèles d'essai de Kvant-2 est exposé au musée de l'usine ZEM de la RKK Energuia, dans la ville de Koroliov.

Fig. 3.1 : Le modèle d'essais de Kvant-2.
Crédit : Divers.

Bibliographie

[1] GRIGORIEV, A., Орбитальная Станция Мир : космическая биология и медицина, Tome 1
[2] GALIEÏEV, A., TAMKOVITCH, G., ИКИ - 35 лет
[3] Le site web de l'IKI (http://www.iki.rssi.ru/iki73/asp/MDATAR.htm)
[4] BATOURINE, Y., Мировая Пилотируемая Космонавтика


Dernière mise à jour : 19 novembre 2013