SpaceX Dragon, ou juste Dragon, est un vaisseau cargo spatial développé par la société SpaceX pour le compte de la NASA qui assure conjointement avec les vaisseaux Cygnus, ATV, HTV et Progress le ravitaillement de la Station spatiale internationale à la suite du retrait de la navette spatiale américaine.
Il peut placer en orbite jusqu'à de fret qui peuvent être réparties entre la partie pressurisée et un compartiment non pressurisé. Il est conçu pour revenir sur Terre en ramenant dans la version cargo jusqu'à de fret. L'amarrage à la station se fait par une écoutille de grande taille au format Common Berthing Mechanism et est réalisé par l'opérateur situé dans la station qui utilise le bras Canadarm 2. Depuis la fin du programme de la navette spatiale américaine, dont le dernier vol a eu lieu le , le vaisseau cargo Dragon est le seul engin pouvant rapporter une quantité significative de fret au sol. Le cargo spatial sert de base pour le vaisseau Dragon V2 qui sera chargé de la relève des équipages de la station spatiale après 2020.
Contexte
L'accident de la navette spatiale Columbia en 2003, qui entraîne la mort de son équipage, remet en cause l'utilisation de la navette spatiale américaine. En 2004, l'agence spatiale américaine, la NASA, décide d'arrêter les vols de celle-ci en 2010. Elle se voit donc obligée de développer des moyens de transport pour reprendre les missions assumées jusque-là par la navette : le ravitaillement de la station spatiale en consommables (nourriture, eau, oxygène, carburant), le transport de pièces détachées pour les structures internes ou externes de la station, l'envoi d'expériences scientifiques à installer à l'intérieur et à l'extérieur de la station, le retour de pièces détachées et de résultats d'expériences sur Terre ainsi que la relève des équipages. L'objectif est de ne pas être dépendant des autres puissances spatiales qui desservent déjà la station spatiale : vaisseaux Soyouz et Progress russes, HTV japonais et ATV européen. Pour remplacer la navette spatiale, la NASA va lancer deux programmes. COTS a pour objectif de développer les moyens de transporter le fret.. Pour la relève des équipages, la NASA compte sur le vaisseau Orion développé dans le cadre du programme Constellation mais compte tenu du retard pris par ce programme, elle décide de lancer le programme CCDev destiné à développer des moyens de transport en attendant que Orion soit au point...
Développement
Le programme COTS est annoncé par la NASA le et un appel d'offres est lancé par l'agence spatiale. Un budget de 500 millions US$ est débloqué pour permettre aux industriels sélectionnés de développer et tester le lanceur et le vaisseau cargo. Trois prestations sont susceptibles d'être fournies : transport de fret en soute pressurisée à la station spatiale, transport de fret en soute non pressurisée et retour de fret sur Terre en soute pressurisée. À l'issue du premier tour de sélection, en juin, la NASA sélectionne trois industriels dont le constructeur de lanceur SpaceX créé en 2002, dont l'unique production à cette date est le développement du lanceur léger Falcon 1 avec un succès mitigé.
La NASA passe contrat avec SpaceX en pour le lancement de 12 vaisseaux spatiaux ayant une capacité cargo totale de au minimum pour un montant de 1,6 milliard de $. Les clauses du contrat prévoient qu'il peut être étendu jusqu'à concurrence d'un montant de 3,1 milliards de $.. À ces 12 lancements initiaux, la NASA ajoute en 3 autres lancements puis en encore 5 autres vols (à cette date, le dernier vol reçoit la désignation CRS-20)...
Le programme de qualification
Afin de qualifier son vaisseau pour le programme COTS, SpaceX devait effectuer 3 vols de démonstration qui étaient début programmés respectivement en , et .. : COTS-1 Le premier vol de qualification a été réalisé après plusieurs reports le et a duré 3 heures et 21 minutes. Le lanceur a placé le vaisseau en orbite basse. Les communications ont été testées et des manœuvres de changement d'orbite et de contrôle d'orientation ont été effectuées par le vaisseau à l'aide de ses moteurs. Après 2 heures passées en orbite, la capsule a effectué une rentrée atmosphérique et a été récupérée après son amerrissage dans l'océan Pacifique qui s'est fait avec une précision de par rapport au point visé., COTS-2 : pour le deuxième vol d'une durée de 9 jours, le vaisseau doit manœuvrer pour s'approcher à de la station spatiale internationale ; l'équipage de la station spatiale doit tester le pilotage à distance du vaisseau, ainsi que la réception des données télémétriques. Après une série de vérifications de fonctionnement dans l'espace, le vaisseau effectue une approche jusqu'à de la station. Le vaisseau est alors attrapé et amarré par l'opérateur de la station spatiale à l'aide du bras Canadarm.
thumb|700px|center|Schémas du vaisseau cargo SpaceX Dragon.
Caractéristiques techniques vignette|Structure. vignette|Vaisseau CRS-2.
Structure
Le vaisseau Dragon est composé de deux sous-ensembles : la capsule qui revient au sol après la mission dans laquelle se trouve la partie pressurisée et une partie évidée non pressurisée dans laquelle est transporté le fret destiné à être stocké à l'extérieur de la station spatiale. Cette deuxième partie est larguée en fin de mission juste avant le début de la rentrée atmosphérique.
La partie du vaisseau qui revient au sol a la forme d'un tronc de cône d'une hauteur de pour un diamètre de avec d'un côté le bouclier thermique et de l'autre l'écoutille au format Common Berthing Mechanism utilisée pour l'amarrage à la partie non russe de la Station spatiale internationale. L'écoutille, qui, au lancement, se trouve à l'extrémité du lanceur, est couverte par une coiffe aérodynamique qui est larguée une fois le vaisseau en orbite. On trouve dans cette partie du vaisseau la soute pressurisée d'un volume de ainsi que les moteurs de manœuvre et les réservoirs associés.
Le second sous-ensemble du vaisseau, présent à partir du vol CRS-2, a la forme d'un cylindre long de et d'un diamètre de qui est largué avant la rentrée atmosphérique. Cette partie évidée et ouverte à la partie extérieure permet d'accueillir le fret non pressurisé dans un espace de et les panneaux solaires sont fixés sur ses flancs. SpaceX prévoit de développer une version allongée de qui porte le volume de la soute non pressurisée à . Le vaisseau est conçu pour des missions pouvant aller de 1 semaine à 2 ans..
Système de propulsion vignette|Une des grappes de moteurs-fusées Draco.
Le véhicule spatial comporte 18 petits moteurs-fusées Draco qui sont utilisés pour le contrôle d'attitude ainsi que pour les corrections et les changements d'orbite. Ces moteurs ont une poussée de 400 newtons de poussée et ils utilisent des carburants hypergoliques c'est-à-dire s'enflammant spontanément lorsqu'ils sont au mis au contact l'un avec l'autre : méthylhydrazine et peroxyde d'azote. Le vaisseau peut emporter d'ergols.. Ils sont regroupés en deux grappes de quatre moteurs et deux grappes de cinq moteurs.
Production d'énergie
L'énergie est fournie par deux panneaux solaires déployés en orbite qui produisent de à watts en moyenne et jusqu'à watts en pointe qui sont stockées dans quatre batteries Lithium-polymère et sont restituées sous 28 volts non régulés..
Les panneaux solaires sont fixés de part et d'autre de la partie non pressurisée du vaisseau et ne sont donc pas récupérés lorsque le vaisseau revient sur Terre. Il y a en tout 8 panneaux solaires (4 de chaque côté). Ils sont orientables avec un degré de liberté (autour d'un seul axe) pour optimiser la génération d'électricité en fonction de la direction du Soleil. Au lancement, les panneaux solaires sont protégés par des caches rectangulaires qui sont éjectés une fois que les forces de friction générés par l'atmosphère se sont réduites.
Contrôle d'orientation upright=2|thumb|Dimensions et volumes occupés par le fret (en grisé) : A Écoutille, B Fret pressurisé, C et D Baie latérale pour expérience scientifique, E Bouclier thermique, F Fret non pressurisé. Le contrôle d'attitude est réalisé à l'aide d'un système inertiel, de capteurs GPS et de senseurs stellaires. L'orientation est déterminée avec une précision de 0,004°; L'orientation est maintenue avec une précision de 0,012° et la vitesse radiale de 0,02° par axe. Les changements d'orientation sont pris en charge uniquement par les moteurs-fusées.
Régulation thermique
La régulation thermique est assurée par deux circuits de fluide caloporteur redondants : des radiateurs montés à l'extérieur de la partie non pressurisée permettent d'évacuer la chaleur excédentaire.
Système de télécommunication
Le système de télécommunication permet d'envoyer depuis le sol des commandes au vaisseau avec un débit de 300 kilobits par seconde. Le débit maximum vers le sol est de 300 megabits par seconde. La liaison est assurée en bande S directement vers les stations de réception terrestre ou en passant par le réseau de satellites géostationnaires TDRSS de la NASA.
Dispositif d'amarrage et écoutille
Le vaisseau Dragon, contrairement aux vaisseaux Progress et ATV, n'est pas conçu pour s'amarrer automatiquement à la station spatiale. Il s'en approche à environ à l'aide du système DragonsEye qui combine un lidar et une caméra infrarouge pour mesurer la distance de la station spatiale et sa vitesse relative. Ensuite les dernières manœuvres et l’amarrage sont pris en charge par l'équipage de la station qui agrippe le vaisseau à l'aide du bras télécommandé Canadarm 2 puis le positionne au-dessus d'une écoutille libre de la station. Le vaisseau cargo dispose d'une écoutille carrée de grande taille ( de côté) au format CBM qui constitue le format standard de la partie américaine de la station spatiale.
Système de récupération au sol
La capsule a la capacité d'effectuer une rentrée atmosphérique grâce à son bouclier thermique ce qui lui permet de ramener du fret (ou un équipage) à Terre dans la partie pressurisée. Le bouclier thermique est réalisé dans une variante du PICA, un matériau ablatif mis au point par la NASA pour la capsule Genesis. La version utilisée sur le vaisseau Dragon, baptisée PICA-X, est moins couteuse à fabriquer et subit une ablation moins importante. Il dispose de parachutes principaux et de parachutes de secours. Un système GPS/Iridium permet de localiser le vaisseau après son amerrissage. Le vaisseau est conçu pour être récupéré en mer. Il ne peut pas être récupéré sur terre (vitesse de descente finale trop élevée).
Transport du fret
Le vaisseau dispose de trois zones de stockage (voir schéma ci-contre) pour le fret dont la masse totale ne doit pas excéder . Cette capacité n'était toutefois pas disponible jusqu'à la mise disposition de la version Full Thrust du lanceur Falcon 9 utilisée à partir du vol CRS-8 du fait d'une puissance insuffisante des premières versions. La masse transportée n'a jamais excédé avec la version 1.0 du lanceur (jusqu'au vol CRS-2) et ce plafond est passé à avec la version 1.1 (jusqu'au vol CRS-7). La partie pressurisée du vaisseau d'un volume de (B) permet de stocker des articles conditionnés ou non à amener à la station spatiale ou à ramener au sol. Le fret aller est déchargé à l'intérieur de la station. Certains éléments (dimension réduite, absence de risque lié à la présence de produits toxiques) peuvent être ressortis à l'extérieur de la station en utilisant les sas de la station spatiale. La partie non pressurisée du vaisseau (F) permet de stocker du fret à destination de l'extérieur de la station spatiale et dispose d'un volume de . Il existe une version du vaisseau comportant une version allongée d'un mètre de cette partie qui fait passer le volume de stockage à .