L' (EMU) est une combinaison spatiale anthropomorphe qui équipe les astronautes des équipages de la Navette spatiale américaine (1981-2011) puis de la Station spatiale internationale (1999-) lors de leurs sorties dans l'espace. Elle est conçue pour fonctionner en apesanteur et protéger l'astronaute de l'environnement spatial hostile (températures extrêmes, absence d'atmosphère, rayonnement solaire, micrométéorites, radiation) tout en lui permettant de communiquer par radio, de se déplacer et mener à bien des tâches manuelles comme l'assemblage de la station spatiale. L'EMU succède à l'A7L qui était utilisée par les astronautes des missions Apollo à la surface de la Lune. L'EMU a été largement modifiée dans les années 1990 (version ) pour répondre aux besoins soulevés par l'assemblage de la station spatiale (mobilité et préhension), traiter les problèmes rencontrés dans la version de base et faire face à la diversification du recrutement des astronautes (corpulence). À bord de la station spatiale elle est utilisée conjointement avec la combinaison russe Orlan. Elle doit être remplacée à terme par l'AxEMU développée pour le programme Artemis dont la première mission à la surface de la Lune est prévue vers 2028. Cette combinaison semi-rigide modulaire est composée principalement d'un sous-vêtement chargé de la régulation thermique, d'une combinaison étanche souple et isolante et d'un sac à dos contenant les équipements du système de support de vie (PLSS).
Historique
Conception et fabrication
Au début des années 1970 la NASA lance un appel d'offres pour le développement de la combinaison spatiale qui sera utilisée durant les sorties extravéhiculaires effectuées à partir de la Navette spatiale américaine. Les sociétés Hamilton Sundstrand et ILC Dover (une ancienne division de Playtex), qui se sont associées pour faire une proposition commune l'emportent sur David Clark Company et Garrett AiResearch. Hamilton et ILC Dover avaient déjà fourni la combinaison spatiale A7L utilisée par les astronautes américains pour marcher à la surface de la Lune (missions Apollo) mais à l'époque elles étaient rivales et s'étaient partagé le marché : ILC Dover fournissait la combinaison spatiale en utilisant le sac à dos PLSS, le casque et les anneaux de verrouillage produits par Hamilton. Les parties rigides de l'EMU et ses accessoires (PLSS, casque, bonnet de communications, anneaux de verrouillage du casque et des gants) sont fabriqués par la division Hamilton Sundstrand de United Technologies à Windsor Locks dans le Connecticut, tandis que les composants souples de la combinaison (les bras et toute la partie inférieure) sont produits par à Frederica dans le Delaware..
Durant la phase de recherche et de mise au point de l'EMU (de 1975 à 1980), une combinaison spatiale prend feu durant un test en blessant un technicien, ce qui nécessite de modifier la conception du ventilateur utilisé pour la régulation et la circulation. Les premiers exemplaires de la combinaison spatiale sont fournis en 1982. En tout seront fabriquées. La combinaison spatiale est testée en vol pour la première fois au cours de la mission STS-4 en : les astronautes s'entraînent à enfiler puis à enlever la combinaison dans le sas de la navette. La première sortie extravéhiculaire depuis la navette spatiale est programmée au cours de la mission STS-5, mais elle doit être annulée à la suite d'un problème dans le circuit électrique du ventilateur chargé de la circulation d'air. La première sortie effective a finalement lieu au cours de la mission STS-6 (1983) : Story Musgrave et Donald H. Peterson se rendent dans la soute cargo de l'orbiteur et testent plusieurs techniques pour abaisser le berceau de lancement de l'étage supérieur à poudre utilisé pour lancer sur son orbite géostationnaire le satellite de télécommunications Tracking and Data Relay Satellite (TDRS-A)..
Utilisation depuis la Navette spatiale américaine
Quarante-et-une sorties extravéhiculaires utilisant l'EMU ont lieu à partir du sas de la navette spatiale avant le début de l'assemblage de la Station spatiale internationale dont le premier module est lancé en . Parmi les sorties remarquables depuis la navette spatiale figurent celles réalisées durant les missions STS-41-B (première utilisation du ), STS-41-C (réparation du satellite ) et STS-51-A (récupération de deux satellites tombés en panne en orbite basse qui sont ramenés au sol). La combinaison spatiale prouve surtout son utilité lors des missions d'entretien du télescope spatial Hubble : au cours de ces vols, deux paires d'astronautes effectuent des sorties, ce qui nécessite d'emporter quatre combinaisons spatiales avec leurs pièces de rechange..
Utilisation depuis la Station spatiale internationale
Pour l'assemblage de la Station spatiale internationale, Hamilton Sundstrand et ILC Dover modifient les combinaisons spatiales EMU existantes (version ). Cette nouvelle version permet de laisser les EMU à bord de la Station spatiale durant deux ans et de les reconfigurer en orbite pour les adapter à la taille des membres de l'équipage. Elle dispose d'une batterie à capacité augmentée, d'un système de vol autonome (SAFER), de caméras et de radios plus performantes et d'un nouveau système d'alerte. Une autre fonctionnalité apparue dans les combinaisons de la Station spatiale internationale est l'ajout d'une batterie électrique servant à alimenter des résistances chauffantes situées dans les gants et permettant de maintenir la température des mains des astronautes lorsqu'ils travaillent à l'ombre de la Terre.
L'EMU de la Station spatiale internationale tout comme la combinaison spatiale russe Orlan sont utilisées par les équipages de toutes les nationalités de la station spatiale. Celle-ci dispose en permanence au minimum de deux EMU qui sont stockées dans le module Quest, où se situe le sas, plus deux autres stockées dans d'autres modules.
Spécifications générales
+Source. Caractéristique Version de base Version améliorée Fabricants Hamilton Sundstrand et ILC Dover Début du développement 1974-1981 1990-1998 Utilisation opérationnelle 1983 (STS-16) - 2002¹ (STS-101) 1998 - 2030 ? Durée sortie extravéhiculaire (nominal) ; Réserve secours : 30 minutes Masse dont pour le PLSS version navette spatiale : dont pour le PLSS version station spatiale : dont pour le PLSS version station spatiale avec le SAFER : Pression partielle 0,3 atmosphère Dimension minimale écoutille (contrainte) Nbre fabriqué Combinaison pressurisée : 52 ; PLSS : 17 Combinaison pressurisée : 44 ; PLSS : 1¹ ¹ Les PLSS de la version de base ont été modifiés pour être utilisés avec la version améliorée de l'EMU.
Composants de la combinaison
L'astronaute doit enfiler successivement trois sous-vêtements dont le rôle principal est de maintenir la température corporelle et de fournir un environnement confortable à l'astronaute : Un caleçon absorbant MAG, () utilisé aussi bien par les femmes que par les hommes et destiné à collecter urine et fèces sans que ceux-ci se dispersent dans la combinaison spatiale. Cet équipement a pris sa forme définitive en 1988 (auparavant les hommes utilisaient une couche culotte et les femmes le caleçon DACT (). Le MAG comporte plusieurs couches de tissu superposées avec une couche interne contenant du Polyacrylate de sodium qui présente la propriété d'absorber les liquides à hauteur de 200 à sa masse. Contrairement à la combinaison spatiale utilisée par les missions Apollo, l'EMU ne comprend pas de dispositif de récupération d'urine. Un sous-vêtement optionnel de régulation thermique TCU (). Un sous-vêtement destiné à réguler la température LCVG (), qui comprend un réseau de tubes dans lequel circule de l'eau liquide fraîche destinée à maintenir une température adéquate ainsi que des tubes de ventilation pour évacuer les gaz rejetés par la respiration et le corps (oxygène, dioxyde de carbone, vapeur d'eau, traces d'autres éléments)..
La partie pressurisée qui s'enfile par-dessus les sous-vêtements a pour fonction de maintenir une enveloppe contenant un environnement respirable, de limiter les échanges thermiques avec l'extérieur, de protéger les astronautes des impacts des micrométéorites et de filtrer les rayonnements dangereux (rayonnement solaire, ultraviolet, infrarouge). Elle comprend : le haut du torse rigide HUT () est la pièce centrale de la partie pressurisée combinaison spatiale. Elle est constituée d'une structure rigide en fibre de verre qui recouvre le haut du torse et sert de point d'attache à toutes les autres parties du revêtement pressurisé ainsi que de points de fixation et d'interface avec le sac à dos PLSS et le module DCM permettant à l'astronaute de contrôler le fonctionnement de sa combinaison spatiale.. le bas du torse LTA () recouvre toute la partie inférieure du corps. Il comprend le joint assurant la jonction étanche avec le haut du torse (BSC, ), le soutien de la taille, la culotte, les jambes et les bottes.. les protections pour les bras couvrent la partie du corps comprise entre le haut du torse jusqu'au poignet.. les gants.. le casque de type « bulle » qui recouvre la tête. Ses caractéristiques sont similaires à celles du casque utilisé durant les missions Apollo..
Plusieurs composants externes sont accouplés à la partie pressurisée sans participer à l'étanchéité de celle-ci. Ils abritent les équipements indispensables pour que la combinaison puisse fonctionner : le sac à dos PLSS () comprend principalement le système de support de vie (réservoirs d'oxygène, régulateur de la pression en oxygène, eau, système de régulation thermique, filtres à dioxyde de carbone et à vapeur d'eau) , les batteries et la radio.. le boitier de contrôle DCM () permet à l'astronaute de contrôler le fonctionnement de sa combinaison spatiale et d'accéder à différents réglages (volume et réglage radio, contrôle de la pression d'oxygène, réglage de la température, purge du circuit de ventilation, réglage intensité des projecteurs).. L'EVVA () recouvre le casque en le protégeant des impacts et assure une protection thermique et visuelle de la tête.. La poche à eau DIDB () permet à l'astronaute de boire à l'intérieur de la combinaison spatiale..
Les combinaisons sont blanches afin de réfléchir la chaleur et pour pouvoir ressortir dans le noir spatial. Les bandes rouges permettent de distinguer les astronautes lors des sorties conjointes, comme l'exige le règlement.
Sous-vêtement de régulation thermique LCVG
Le sous-vêtement LCVG () a pour fonction d'une part de maintenir une température corporelle confortable via un réseau de tubes dans lesquels circule de l'eau maintenu à une température adéquate et d'autre part d'évacuer les gaz produits principalement par la respiration (dioxyde de carbone) via un deuxième réseau de tubes. Il comprend un sous-vêtement constitué de deux couches. La couche externe élastique et compressive en nylon/élasthanne plaque le vêtement contre le corps. Il est entrelacé avec un réseau de tubes souples et transparents de de diamètre en éthylène-acétate de vinyle dans lequel circule l'eau. La couche interne en nylon/tricot, qui est au contact direct avec la peau et relativement lâche pour permettre les mouvements, facilite l'enfilage du sous-vêtement et contribue au confort de l'astronaute. La couche externe comporte des renforts en téflon au niveau des bras et des jambes pour limiter l'abrasion. Un petit boitier, où aboutissent les câbles provenant des capteurs bio-médicaux mesurant le rythme cardiaque est fixé au niveau du ventre. Un deuxième réseau de tubulures, fixé à l'extérieur du sous-vêtement, collecte les gaz rejetés (dioxyde de carbone, oxygène, vapeur d'eau, autre gaz à l'état de trace) grâce à des prises situées à l'extrémité des bras et des jambes. Ces gaz comme le liquide de refroidissement sont envoyés pour être retraités au PLSS via une connexion sur le composant HUT (Haut de torse rigide)..