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Centre de Contrôle ATV (ATV-CC)

Le centre de contrôle ATV ou ATV-CC (en anglais : ATV control centre), situé au Centre Spatial de Toulouse, en France, était chargé du suivi des opérations du vaisseau cargo ATV, véhicule de l’Agence spatiale européenne (ESA). Sa mission principale était de ravitailler la Station spatiale internationale (ISS). Le Centre a été développé et opéré par l’agence spatiale française, le CNES (Centre national d’études spatiales) jusqu’en 2015, année de la rentrée atmosphérique du dernier véhicule de la série ATV. .

Caractéristiques

D’une surface totale de 700 m2, l’ATV-CC a regroupé une équipe de plus de 100 ingénieurs de différentes nationalités. Le centre comptait 700 ordinateurs et 14 km de câbles (réseau, audio, vidéo). Il se subdivisait en trois salles de contrôle, dans lesquelles opéraient trois équipes distinctes :

• l’équipe FCT (Flight Control Team) en charge des opérations de l’ATV (suivi de la trajectoire et de l’altitude, calcul des manœuvres, coordination des besoins en télécommunication, gestion des moyens sol, qualité…)
• l’équipe OMT (Operation Management Team) qui a pour fonction de superviser les opérations pour l’ESA (Agence Spatiale Européenne)
• l’équipe EST (Engineering Support Team, du constructeur Airbus DS) dont la mission est d’aider les équipes opérationnelles en cas de comportement anormal de l’ATV.

Le centre de contrôle était connecté en permanence aux centres de contrôle de la NASA et de l’Agence spatiale Russe (les principaux responsables de la station spatiale).

Les opérations autour de l’ISS sont délicates. Pour éviter tout risque, l’ATV-CC était équipé d’un centre de contrôle de secours et d’une plateforme de tests.

La salle était équipée de moyens vidéo pour suivre en temps réel l’approche de l’ATV vers l’ISS (une première pour l’Europe puisque ces images sont rares dans le milieu spatial). Le port d’amarrage Zvezda et le bras spatial canadien de la station comportent des caméras qui envoyaient au sol des images de l’arrivée de l’ATV et des autres vaisseaux ravitailleurs.

La salle de contrôle sera utilisée à l’avenir pour effectuer des mises à poste classiques de satellites.

Histoire

Évoquer les origines de l’ATV nous ramène aux années 90, quand l’ESA commence à faire des études préliminaires autour d’un cargo européen qui apporterait une aide logistique à la Station Spatiale Internationale (ISS) à partir de l’année 2000.

Ces projets s’officialisent en 1995, quand l’ESA annonce son engagement officiel au programme de l’ISS. Cette même année, l’Agence Spatiale Européenne confie au CNES le développement et les opérations du centre de contrôle de l’ATV.

Le CNES se met au travail dès 1998, juste après la signature du contrat définitif. L’Agence spatiale française est retenue pour créer ce centre de contrôle grâce a son expertise dans la maitrise de satellites, ainsi qu’au CADMOS (Centre d’aide au développement des activités en micro-pesanteur et des opérations spatiales) en activité depuis l’époque de la station MIR. Le CNES avait aussi fortement participé aux études du projet de navette Hermès ainsi qu’au programme européen ARD (Atmospheric Reentry Demonstrator) qui avait pour objectif d’effectuer une rentrée dans l’atmosphère avec une capsule spatiale récupérable. Toute cette expérience dote le CNES d’un bagage pour affronter les opérations dans le milieu du vol habité.

Après des années de préparation et coordination entre l’ESA, le CNES et les deux grandes agences spatiales chargées d’exploiter la Station Spatiale (la NASA et l’Agence spatiale russe), l’ATV-CC est prêt pour un premier amarrage (« docking », en anglais, mais très utilisé aussi en langue française dans le milieu spatial) en 2008. Consoles, logiciels, réseau, personnel et procédures de vol sont au point.

Pour des raisons de sécurité et suite à l’échec de l’expérience américaine DART (qui utilisait le GPS relatif tout comme l’ATV), la NASA exige du centre de contrôle l’exécution des Demo Days ou jours de démonstration. Après le tir d’Ariane, l’ATV-CC a du démontrer ses aptitudes à approcher l’ATV de la station à deux reprises, les deux jours précédant le « docking » programmé.

L’amarrage a été réalisé finalement le 3 avril 2008. 4 vols ont suivi l’ATV Jules Verne, avec un centre de contrôle rénové et mis à jour en 2011, 2012, 2013 et 2014. Le dernier ATV est rentré de façon contrôlée pour bruler dans l’atmosphère le 15 février 2015.

Télécommunications

L’ATV-CC est au cœur d’un dispositif complexe, en lien permanent avec les Centres de contrôle de l’ISS à Houston et Moscou et éventuellement avec les astronautes pour la coordination opérationnelle et l’échange de données. L’interface réseau entre ces différents partenaires est gérée par le DLR, au Colombus Control Centre, près de Munich. Le Centre Spatial Guyanais est également impliqué lors du lancement par Ariane 5.

Le centre de contrôle communique avec l’ATV par l’intermédiaire de satellites relais géostationnaires : les satellites TDRS de la NASA, principalement, et le satellite européen Artémis, contrôlé par une antenne de la station de Redu en Belgique.

La localisation de l’ATV est basée sur des mesures GPS, et pendant le rendez-vous spatial elle est complétée par des données en provenance de l’ISS.

Une solution avait été imaginée de concert avec le Centre Européen d’opérations spatiales, (l’ESOC) dans le cas de perte d’un transpondeur à bord du véhicule : la « TDRS 1 Failure Tolérant ». Dans ce cas de figure, un seul transpondeur serait resté opérationnel, ce qui n’aurait pas satisfait les conditions nécessaires aux manœuvres de l’ATV vis-à-vis de l’ISS.

Pour répondre à cette éventuelle panne, les équipes ont conçu et mis en place un moyen de contrôler le véhicule directement depuis le sol, sans les satellites relais TDRS ou Artemis. Ceci était possible grâce à l’utilisation de 3 antennes au sol de l’ESA (celles de Maspalomas et Villafranca en Espagne et celle Redu en Belgique). Ces stations pouvaient communiquer avec l’antenne de l’ATV (initialement conçue comme un lien de communication de proximité avec la station spatiale) et suivre ainsi sa course pendant quelques minutes lorsqu’il passait au-dessus de l’Europe. Une validation de ce parcours a été réalisée en vol pendant la mission ATV3, mais l’ATV-CC n’a jamais eu recours à ce système.

Pendant toute la durée du vol (jusqu’à six mois), l’ATV-CC assurait un suivi du véhicule 24 heures sur 24.

Les métiers

Plusieurs savoir-faire étaient requis pour surveiller l’ATV en salle de contrôle.

• Les Mission Directors, responsables de la mission pour l’ESA
• Les directeurs de vol ou Flight Directors, chargés du plan de vol et de la coordination des opérations
• Les ingénieurs bord (aussi connus comme ingénieurs véhicule). Parmi eux se trouvait le Spacecraft Commander, chargé de l’envoi de télécommandes à l’ATV.
• Les ingénieurs sol ou Ground Controllers qui veillent au bon fonctionnement des moyens du centre de contrôle.
• Les ATV Interface Officer/OPS managers, chargés du planning des opérations au sein des activités ISS ainsi que de l’interface avec les partenaires de la NASA et de l’Agence Spatiale Russe.
• Les spécialistes en mécanique spatiale ou Flight Dynamics, responsables du calcul de la position de l’ATV, de sa trajectoire et de ses manœuvres.
• La qualité ou Product Assurance, pour tracer et valider les évolutions du centre de contrôle et assurer que tout fonctionne comme prévu.
• Les Simulator Officers, pour entraîner les autres opérateurs grâce à des simulateurs.
• L’équipe du cosntructeur (Astrium, puis Airbus Defense and Space) comprenant des experts en télécommunications, propulsion, énergie, thermique, GPS, systèmes de ravitaillement, configuration du véhicule et entraînement de l’équipage pour les activités qui nécessitaient d’une intervention des astronautes.

L’expertise de tous ces métiers était nécessaire pendant les phases critiques (lancement, amarrage, désamarrage, rentrée atmosphérique). Néanmoins, quand l’ATV était attaché et sans activité particulière (transferts de cargaison, rehaussement d’altitude, etc.), deux seuls opérateurs étaient requis : un ATV Interface Officer/OPS manager et un Spacecraft Commander qui travaillaient dans des équipes en 3x8.