thumb|330px|De 1998 à 2011, la Station spatiale internationale (que l'on voit ici en 2010 avec la navette spatiale Endeavour) a été construite par apport et amarrage de modules successifs.

L’amarrage, dans le domaine de l’astronautique, est l’opération réalisée dans l’espace et destinée à rendre solidaires des engins spatiauxLe terme correspondant en anglais est . Il ne doit pas être confondu avec l'arrimage (stowage) qui est l'opération consistant à fixer une charge utile à un véhicule spatial. L’antonyme d’amarrage est le désamarrage.. L'amarrage est d'abord mécanique c'est-à-dire qu'il solidarise les deux engins spatiaux. Il est généralement suivi d'un amarrage électrique et éventuellement fluidique qui assure la continuité des circuits électriques (énergie, signaux) et, dans le cas où un des engins ravitaille l'autre, le transfert de fluides (ergols, eau, oxygène, etc.).

Le tout premier amarrage dans l'espace a été réalisé le , par Neil Armstrong (mission Gemini 8). De 1969 à 1972, des opérations de rendez-vous et d'amarrage ont été réalisées en orbite lunaire dans le cadre du programme Apollo. Depuis les années 1970, Américains et Russes amarrent régulièrement leurs vaisseaux aux stations orbitales, imités par les Chinois à partir des années 2010.

Des mécanismes d'amarrage de plus en plus sophistiqués ont été définis mais aucune norme ne s'est imposée. Les principaux paramètres sont les dimensions de l'écoutille, la masse, le caractère hybride ou non du dispositif, le mécanisme d'amarrage. La manœuvre d'amarrage peut être réalisée soit manuellement (guidé par l'équipage) soit de manière automatique (sans intervention humaine).

Déroulement d'une opération d'amarrage La phase d'amarrage est précédée d'une longue phase d'approche décomposée en plusieurs étapes destinée à ajuster la vitesse, l'orientation et la position relatives des deux engins spatiaux. Par ailleurs dans l'espace, les opérations d'accouplement mécanique pour différentes raisons (en particulier l'absence de gravité) sont difficiles. thumb|180px|Robert L. Gibson, auteur en 1995 du premier amarrage entre deux vaisseaux d'envergure : la navette spatiale américaine et la station spatiale soviétique Mir. Selon Robert L. Gibson, commandant de la navette spatiale Atlantis durant la première mission du programme Shuttle-Mir, l'opération d'amarrage présente la difficulté combinée d'un ravitaillement en carburant entre deux avions en vol et de l'atterrissage d'un avion sur un porte-avions. La marge d'erreur est particulièrement faible et s'il se produit une défaillance d'équipement combinée avec une mauvaise réaction humaine, les conséquences peuvent être particulièrement graves. L'amarrage de deux engins spatiaux en l'absence de pesanteur est en effet un problème physique complexe. Sur Terre, le mouvement de deux mobiles est en grande partie limité que ce soit au sol, en mer ou même en vol (avion). Dans l'espace, il est nécessaire de contrôler simultanément 8 degrés de liberté pour que l’amarrage puisse se faire sans dépasser la résistance mécanique du système d'amarrage. Par ailleurs, sur Terre, la friction du sol ou la résistance de l'air ou de l'eau constituent des forces qui amortissent les mouvements. Dans l'espace, toute l'énergie produite par l'amarrage doit être absorbée et dissipée par les vaisseaux eux-mêmes.

L'opération d’amarrage est généralement la suite d'un rendez-vous spatial réussi. Au cours de cette dernière manœuvre, le vaisseau spatial « chasseur » a progressivement modifié son orbite de manière à se retrouver sur la même orbite et à faible distance du vaisseau auquel il veut s'amarrer. Les opérations d'amarrage proprement dites débutent lorsque les deux vaisseaux ne sont plus éloignés que de quelques centaines de mètres. Le chasseur doit s'approcher à vitesse de plus en plus réduite du port d'amarrage de l'autre vaisseau de manière en bout de course à avoir parfaitement aligné l'axe des deux ports d'amarrage, annulé les composantes de vitesse de rotation dans les deux axes situés dans le plan du port d'amarrage, et annulé les vitesses de translation dans ces deux axes également.

Dispositifs d'amarrage Les principaux systèmes d'amarrage entre vaisseaux sont : thumb|185px|left|Système d'amarrage sonde-cône des deux modules d'Apollo : le CM, en bas, et le LM, en haut. Le Système d'amarrage sonde-cône est mis en œuvre par les vaisseaux spatiaux russes Soyouz et les stations spatiales Saliout, Mir ainsi que par le segment russe de la Station spatiale internationale. Une variante a été également mise en œuvre par les vaisseaux américains du programme Apollo mais les deux systèmes ne sont pas compatibles entre eux. Le dispositif comprend une sonde extensible portée par le vaisseau qui effectue la manœuvre d'amarrage et un cône porté par le véhicule passif. Les pièces d’amarrage sont donc différentes (système mâle/femelle). thumb|180px|Système d'amarrage APAS, unissant Apollo et Soyouz.Chaque pièce est située à l'extérieur du vaisseau au bout d'un tunnel fermé par une écoutille qui doit former la paroi et assurer l'étanchéité du passage ménagé entre les deux vaisseaux et au centre de l'anneau d'amarrage qui supporte les efforts mécaniques. Le véhicule actif doit manœuvrer de manière à emboîter la sonde dans le cône : celui-ci par sa forme assure le guidage final et amortit le mouvement du vaisseau manœuvrant jusqu'à son immobilisation. Lorsque la sonde est correctement engagée, des verrous s'enclenchent autour de la tête pour solidariser les vaisseaux puis la sonde est rétractée pour mettre en contact les anneaux d'amarrage qui créent un tunnel étanche après s'être verrouillés l'un à l'autre. Au cours du rapprochement, des dispositifs mécaniques corrigent les défauts d'alignement résiduels des deux vaisseaux. Après s'être assuré de l'étanchéité de la liaison par des moyens divers, les équipages des vaisseaux ouvrent les écoutilles de part et d'autre et retirent éventuellement une partie du dispositif sonde-cône pour libérer le tunnel et permettre la circulation entre les vaisseaux. thumb|180px|Système d'amarrage CBM, utilisé pour assurer la liaison entre les modules de l'ISS.On peut apprécier la taille de l'écoutille. L'APAS développé pour le programme Apollo-Soyouz (1975) est ensuite utilisé par la navette spatiale américaine pour s'amarrer à la station Mir (1995) puis à la station spatiale internationale (1998). L'idée qui a présidé à sa conception était que tout système d'amarrage APAS puisse s'amarrer à un autre système APAS, les deux étant androgynes contrairement au système précédent. Au moment de l'amarrage, il y a obligatoirement un côté qui joue un rôle actif et l'autre un rôle passif, mais les deux côtés ont la possibilité d'être soit actif soit passif. Le CBM est utilisé à partir de Amarrage du module Destiny au module Unity, lors de la mission STS-98. pour assurer la liaison entre les segments de la partie non russe de la station spatiale internationale. Il est également présent sur certains vaisseaux qui ravitaillement de la station, tels l'HTV, le Cygnus et le SpaceX Dragon. Il se caractérise par la grande taille du tunnel (la surface de la section est la triple de celle des systèmes précédents) qui constitue une nécessité pour amener les équipements les plus encombrants à l'intérieur de la station. Le Low Impact Docking System est une version allégée du système APAS. Il faut également mentionner les dispositifs utilisés pour les amarrages ne nécessitant pas de transferts d'équipages, donc de systèmes de pressurisation. Ainsi, par exemple, au cours de la mission STS-125 (2009) de la navette spatiale américaine, le télescope spatial Hubble a été pourvu du système « Soft-Capture Mechanism » (SCM).

Historique La mise au point des techniques d'amarrage

Les techniques de rendez-vous et d'amarrage entre deux vaisseaux spatiaux sont mises au point quelques années après le début de l'ère spatiale (1957) dans le cadre de la course à l'espace entre les Américains et les Soviétiques. Cette compétition a été officiellement déclarée le par le président des États-Unis John Kennedy, après que les Soviétiques aient envoyé le premier satellite artificiel (Spoutnik 1, ) et le premier homme dans l'espace (Gagarine, ). Le défi lancé par Kennedy n'était rien d'autre que d'envoyer un homme sur la Lune avant la fin de la décennie. Ce programme ambitieux nécessitait du matériel important et des procédures complexes, en particulier l'assemblage de deux modules distincts : le module de commande, à bord duquel résidaient trois membres d'équipage, et le module lunaire, à bord duquel, parvenus en orbite lunaire, deux d'entre eux s'installaient, atterrissaient, effectuaient leur séjour et, revenus en orbite, s'amarraient au vaisseau-mère, à bord duquel ils revenaient sur Terre. Baptisé "Apollo", ce programme ne pouvait être mené d'emblée : il nécessitait un certain nombre d'essais préalables, menés durant la période 1965-1966 lors du programme Gemini.

Le , une fusée Agena doit servir de cible au vaisseau Gemini 6, habité par deux hommes et devant être lancé peu après elle. Mais cette fusée explose six minutes après son décollage et la mission est reportée. Finalement, deux mois plus tard, Gemini 6 décolle et son équipage (Schirra-Stafford) réalise le tout premier rendez-vous spatial de l'histoire, en s'approchant à quelques centimètres du vaisseau Gemini 7 (occupé par Borman et Lovell) mais sans toutefois s'amarrer à lui, les deux engins n'étant pas équipés de pièces ad hoc. thumb|165px|left|Trois ans avant de devenir célèbre en marchant pour la première fois sur la Lune, Neil Armstrong réalise le premier amarrage dans l'espace. thumb|180px|Le premier amarrage spatial : Gemini 8 et Agena 8, en 1966. En définitive, le premier amarrage est effectué le par Neil Armstrong, commandant de la mission Gemini 8, entre son vaisseau spatial et la fusée-cible Agena 8. Mais à la suite d'un incident technique, l'astronaute doit désamarrer les deux engins et rentrer d'urgence sur Terre. D'autres amarrages sont effectués avec succès entre juillet et (vols Gemini 10 à 12).

Le premier amarrage automatique est effectué le par les vaisseaux soviétiques Cosmos 186 et Cosmos 188 et le s'opére une jonction entre les vaisseaux habités Soyouz 4 et Soyouz 5. À cette occasion, deux cosmonautes de Soyouz 5 effectuent une sortie extravéhiculaire pour rejoindre Soyouz 4 et revenir sur Terre à son bord car il n'y a pas de tunnel de communication dans les colliers d'amarrage. Cette mission s'inscrit dans le cadre des préparatifs d'un programme de débarquement sur la Lune, un programme mené dans le plus total secret et qui ne sera révélé que des années plus tard. Il était envisagé qu'un cosmonaute marcherait sur la Lune avant les Américains, occupant seul un module lunaire, puis qu'il rejoindrait un collègue resté en orbite après une sortie extravéhiculaire, aucun tunnel de liaison n'étant conçu au centre des pièces d'amarrageChristian Lardier, L'astronautique soviétique, Armand Colin, 1992, .

Le programme soviétique est donc à la fois moins ambitieux et plus risqué que celui des Américains qui, eux, ont prévu un tunnel de liaison entre le module lunaire (LM) et le module de commande (CM), Ce qui signifie que les moonwalkers n'ont à effectuer de sortie dans l'espace qu'en cas d'incident empêchant la jonction, procédure testée en orbite terrestre en lors de la mission Apollo 9. thumb|center|600px|Les différents composants du système d'amarrage Apollo.