Station spatiale internationale - Définition

Anatomie de la station spatiale

Lorsqu'elle sera achevée, la station spatiale internationale mesurera 108 mètres de longueur sur 74 mètres de large, pour une masse approchant les 400 tonnes. Avec un volume pressurisé d'environ de 900 m³ dont près de 400 m³ habitable elle peut accueillir six astronautes en permanence, qui se succèderont et se relaieront selon les exigences des missions.

La station spatiale est composée d'une part des modules pressurisés dans lesquels les astronautes vivent (laboratoires, modules d'amarrage, modules d'interconnexions, sas, modules polyvalents) d'autre part d'éléments non pressurisés qui assurent différentes fonctions comme la fourniture d'énergie, la régulation thermique, la maintenance (bras robotiques) et le stockage d'expériences scientifiques et de pièces détachées.

L'évolution du concept

L'architecture et l'aménagement intérieur de la partie américaine de la station spatiale sont l'aboutissement de longues études démarrées au début des années 1970 qui ont abouti au cours des années 1980.

L'expérience de la station Skylab

La station Skylab (1973-1974) avait été réalisée en aménageant le troisième étage d'une fusée Saturn V, haut de 39 mètres et de 7 mètres de diamètre, qui avait été divisé dans le sens de la longueur en deux étages, fournissant ainsi un volume intérieur de 480 m³. Bien que la station n'ait été habitée que brièvement (6 mois en temps cumulé), ses occupants font des observations intéressantes qui seront prises en compte dans la conception de la future station à laquelle certains d'entre eux vont d'ailleurs participer. La NASA étudie au début des années 1970, sans avoir de vrai financement, une station susceptible de succéder à Skylab. Après l'arrêt de la fabrication de la fusée Saturn et le lancement du projet de navette spatiale, le concept de station monolithique (un cylindre unique), à la manière de Skylab, est abandonné au profit d'un ensemble de modules dont le diamètre est compatible avec la taille de la soute de la navette (moins de 5 mètres). Le regroupement des modules autour d'un module central servant de nœud est écarté car trop risqué. La NASA identifie à cette époque la nécessité de disposer d'un vaisseau permettant d'évacuer à tout moment la station.

La configuration Tour à énergie

En 1982-1983 un groupe de travail de la NASA chargé de réfléchir au développement d'une station spatiale, le Concept Development Group (CDG), met au point le concept de « Tour à énergie » (Power tower) : une poutre verticale de près de 100 mètres de haut supporte à son sommet une poutre perpendiculaire de 75 mètres de long sur laquelle sont répartis les panneaux solaires. Tous les autres composants sont attachés à l'extrémité inférieure de la poutre et l'ensemble est stabilisé par gradient de gravité ce qui permet de réduire le besoin de carburant pour contrôler l'orientation de la station. La partie pressurisée, est constituée de quatre modules - deux laboratoires, un habitat et un module de commandement - partageant la même architecture  : un cylindre doté d'un port d'amarrage à chaque extrémité et de 4 autres ports à sa périphérie permettant de multiples arrangements. Pour l'aménagement intérieur, deux configurations sont étudiées : un cloisonnement du cylindre en tranches à la manière de Skylab et un aménagement longitudinal avec un plancher parallèle à la paroi du cylindre. Le cloisonnement vertical génère des espaces confinés et peut créer des problèmes de désorientation mais utilise mieux l'espace et fournit un bon accès au système de support de vie.

La configuration Catamaran

En 1985 la NASA entame, avec la participation de plusieurs industriels, la phase B de son étude destinée à détailler les concepts déjà définis. Une étude plus fine des besoins scientifiques - microgravité, observatoires céleste et terrestre - aboutit à la disqualification du concept de « Tour à énergie » mal adapté. Une nouvelle architecture dite Catamaran (Dual Keel) est mise au point : deux poutres verticales parallèles supportent à leurs extrémités les télescopes spatiaux. Elles sont jointes en leur centre par une longue poutre horizontale qui supporte en son milieu les modules pressurisés et à ses extrémités les panneaux solaires.

Aménagement intérieur

Parallèlement un groupe créé en 1983 au centre spatial Johnson se penche plus particulièrement sur l'aménagement intérieur. Il s'agit à la fois de favoriser la productivité de l'équipage par une optimisation de l'ergonomie et de permettre la mise à niveau de la station et sa maintenance tout au long de sa durée de vie estimée à l'époque à 30 ans. Pour parvenir à ce résultat les équipements intérieurs doivent être modulaires ; la taille de chaque « meuble » doit être à la fois standardisée et suffisamment réduite pour pouvoir passer par les écoutilles. Il est établi que la taille minimale compatible avec la dimension des équipements usuels est celle d'un réfrigérateur. Par ailleurs la disposition retenue doit permettre d'accéder facilement à la coque pressurisée en cas de perforation. Plusieurs scénarios d'aménagement sont évalués : équipements rassemblés autour de l'axe du module laissant un espace habitable entre ce noyau et la coque (Service Core A sur le schéma ci contre). Mais pour une coque de 4,5 mètres de diamètre, cette configuration laissait beaucoup moins d'espace vital que celle consistant à rejeter les équipements le long de la coque. Cette dernière disposition est donc retenue pour la suite de l'étude et à son tour déclinée en plusieurs versions : une disposition avec les équipements placés aux quatre angles laissant un volume libre en forme de croix (B) est éliminée car laissant peu de place pour les équipements ; on écarte également un aménagement qui superpose deux formats d'équipement de chaque côté de l'espace laissé libre avec des gaines techniques courant au niveau du plancher et du plafond (C). La solution finalement retenue consiste à placer des équipements au format parfaitement identique sur les quatre côtés de l'espace central (D). Les espaces libres de forme triangulaire situés entre les équipements et la coque sont utilisés pour faire passer les gaines techniques.

Du module universel au module spécialisé

Pour réduire les coûts, la NASA était parti du principe que tous les modules de la station seraient identiques (configuration K sur le schéma ci-contre) ; l'ajout d'équipements intérieurs dédiés devait permettre de répondre aux besoins couverts spécifiquement par chaque module. Mais les études plus détaillées montrèrent que, compte tenu du nombre réduit de modules à produire, le gain financier espéré ne compensait pas le surcroit de complexité et de masse d'un module « universel ». En particulier un tiers du volume de chaque module devait être consacré aux six ports d'amarrage radiaux et axiaux particulièrement volumineux et lourds compte tenu de leur gabarit généreux. Aussi fut il décidé que le module commun ne prendrait pas en charge les fonctions de sas et de nœuds qui donneraient lieu au développement de modules dédiés. Dans cette nouvelle configuration le module commun, nettement allégé car ne comportant plus que deux ouvertures aux extrémités du cylindre, pouvait être allongé ce qui permettait de réduire le nombre de modules nécessaires ; les modules, qui dans les configurations de l'époque assuraient des liaisons perpendiculaires pour des raisons de sécurité (configuration«  en carré »), pouvaient être abandonnés au profit de simples tunnels pratiquement dépourvus d'équipements intérieurs et donc très légers (L). Finalement il fut décidé d'allonger les modules de type nœud pour qu'ils prennent en charge également la fonction des modules de liaison (configuration M puis N). Le concept de module de liaison fut abandonné par la suite.

La coupole d'observation

Pour pouvoir travailler, il était nécessaire que l'équipage dispose d'une vue sur l'extérieur : manœuvres d'arrimage et désarrimage des vaisseaux chargés du ravitaillement et de la relève, intervention à distance sur la partie extérieure de la station grâces aux bras robotisés, surveillance et maintenance. La réponse à ce besoin opposa d'une part les partisans d'une vue "virtuelle" reconstituée sur les écrans d'un poste de travail à partir d'images obtenues grâce à des caméras et d'autre part ceux qui, au nom de la sécurité, exigeaient de disposer de hublots dans chaque module permettant d'avoir une vue directe sur les composants de la station. Les détracteurs de cette dernière solution soulignèrent que la présence de hublots fragilisait et alourdissaitt la structure sans pour autant fournir une vue directe sur toutes les parties de la station. La création de coupoles d'observation donnant une vision à 180 ° fut décidé à l'issue de ces débats.

Intégration des modules russes et configuration finale

À l'issue de la phase de conception, la configuration de la station spatiale retenue comporte quatre modules laboratoires, un module d'habitation, deux coupoles d'observation, deux sas et un module logistique (pour le stockage) construit par les européens. Les arbitrages budgétaires qui affectent le projet entraînent par la suite la suppression de deux nœuds, d'une coupole du module dédié à la centrifugeuse et de celui dédié à la logistique. A cet ensemble vient se greffer la partie russe qui réemploie les modules développés pour la station Mir : leur conception plus classique est très différente de ce qui a été développé par la NASA. Les nœuds sont intégrés dans des modules qui ne se cantonnent pas à cette spécialité. Les aménagements ne sont généralement pas amovibles.

Les modules pressurisés, qui sont de forme cylindrique, sont pourvus d'une ouverture à chaque extrémité. La station est composée d'une colonne vertébrale formée par une enfilade de 5 modules (de Zvezda à Harmony), connectés bout à bout, longue de près de 50 mètres. Les autres modules viennent se greffer sur cet axe : certains modules sont connectés sur la gauche ou la droite du corps principal (Colombus, Quest, Tranquility et Kibo) tandis que d'autres sont connectés au-dessus ou au-dessous (Pirs, Poisk, poutre S0, Rassvet, Nauka, Leonardo).

De la conception initiale subsiste également une longue poutre, fournie par la NASA et perpendiculaire à l'axe principal des modules pressurisés. Cette poutre porte principalement les panneaux solaires et les radiateurs du système de régulation thermique. Elle est rattachée à peu près à l'enfilade de modules à peu près en son milieu au niveau du module Unity. La grande longueur de la poutre permet aux panneaux solaires placés à ses deux extrémités, de s'orienter à tout moment de manière optimale (ils disposent de deux axes de liberté), sans être gênés par les modules pressurisés.

Les modules russes forment un ensemble bien distinct, relié au reste de la station uniquement par le nœud Unity. Dans sa littérature, la NASA divise la station spatiale en un segment américain (USOS) et un segment russe (ROS).

Les modules pressurisés

La structure des modules est réalisée en alliage d'aluminium, qui présente l'avantage d'être léger, résistant à la corrosion et d'être un bon conducteur électrique ce qui facilite la mise à la terre des équipements. La structure principale des modules pressurisés dont le rôle est de préserver l'intégrité du module, est composée d'une part d'une coque de forme cylindrique, dans laquelle sont percées des ouvertures occupées par des hublots ou des écoutilles, d'autre part de longerons qui permettent à la fois de résister à la pression et de jouer le rôle de support pour les équipements intérieurs. Sur cette structure primaire sont fixés des éléments de structures secondaires : à l'intérieur les baies de rangements, les écoutilles ou les rideaux de hublot, à l'extérieur les poignées permettant aux astronautes de progresser durant les sorties extravéhiculaires et les protections anti-météorites qui recouvrent la surface des modules. Pour les modules non russes, celle-ci est constituée d'une feuille d'aluminium de 1,27 millimètres d'épaisseur maintenue à une distance de 10 cm de la coque. Grâce à cette protection la probabilité qu'un débris traverse la coque est 7,5% pour les modules non russes et de 5 % pour les modules russes qui disposent d'un système différent.

Aménagements intérieurs

En l'absence de gravité la notion de plancher/plafond (verticale locale dans le jargon de la NASA) a été définie de manière arbitraire : le plancher est le côté des modules tourné en permanence vers la Terre (nadir), le plafond étant à l'opposé (zénith). Le marquage, la disposition des appareils prennent en compte cette orientation : lorsque ils s'activent les membres de l'équipage prennent donc des positions verticales similaires. L'axe principal des modules (de Zvezda à Tranquility) est aligné sur la trajectoire de la station spatiale : les laboratoires Columbus et Kibo sont situés à l'avant et donc plus exposés à une collision avec un débris spatial tandis que les modules russes se situent à l'arrière. La troisième dimension est indiquée, comme sur un navire, par les appellations bâbord (à gauche pour une personne tournée vers l'avant) et tribord (Kibo est à bâbord et Columbus à tribord).

Les modules non russes ont la forme de cylindres aux extrémités légèrement coniques dont le diamètre a été fixé par celui de la soute de la navette spatiale (5 mètres). À chaque extrémité d'un module, de part et d'autres de l'ouverture axiale (D sur le schéma ci-contre), se trouvent des aménagements non amovibles (systèmes de sécurité, appareillages électriques) dissimulés derrière des cloisons. Le reste de l'espace tire les conséquences de l'absence de gravité : les quatre côtés (plancher, plafond et parois latérales), reçoivent le même type d'aménagement amovible constitué d'armoires (rack) au format standardisé ISPR hautes de 2 mètres de haut pour 1,05 cm de largeur et 85,4 cm de profondeur et dont l'arrière épouse la forme incurvée de la coque (A). Pratiquement jointifs (une rampe lumineuse occupe chaque angle) ce mobilier dégage en son centre un espace habitable le long de l'axe du module ayant une section carrée d'un peu plus de 2 mètres de côté. Les gaines de courant et fluides circulent dans l'espace de forme triangulaire laissé libre entre la coque et les armoires (C). Des barres formant poignée sont disposés à intervalle régulier pour permettre à l'équipage de se déplacer ou de se maintenir sur place. Les baies standardisées peuvent être occupées par différents types d'aménagements :

• Équipement scientifique
• Armoire de rangement
• Equipement de support de vie (eau, température, air)
• Toilette, mini cabine personnelle

Le choix de l'amovabilité des aménagements permet de faire évoluer ou remplacer la plus grandes partie des équipements au cours de la longue vie de la station spatiale. Ce choix permet également à la navette de lancer les modules ce qu'elle n'aurait pu faire si ceux-ci avaient déjà reçu tous leurs aménagements car ils auraient été trop lourds. Mais cette conception n'a pas permis de fournir l'espace ordonné espéré : l'espace habitable de la station spatiale, en particulier celui des laboratoires, est envahi par un fouillis de câbles et d'équipements ajoutés).

Liaisons entre modules et systèmes d'amarrage des vaisseaux

La connexions entre les modules et l'amarrage des vaisseaux spatiaux aux modules met en œuvre plusieurs types de liaisons du fait de l'origine hétérogène du matériel mis en œuvre :

• Le système d'amarrage sonde-cône est un système très ancien développé par les Russes. Il est dissymétrique c'est-à-dire qu'une des deux parties arrimées porte la sonde (vaisseaux russes Soyouz, Progress, européen ATV) tandis que l'autre partie porte la pièce en forme de cône (majorité des ports d'amarrage des modules russes de la station). L'ouverture circulaire d'un diamètre intérieur de 80 cm ne facilite pas le transfert du fret : les équipements encombrants comme les armoires américaines au format ISPR qui équipent la partie non russe, ne peuvent transiter par ce type d'écoutille et cette contrainte impose une géométrie longiligne aux équipements amovibles russes les plus volumineux.
• L'APAS est un système mis au point pour permettre la liaison entre les composants russes et américains. Il est hybride c'est-à-dire que les composants de part et d'autre sont identiques. L'APAS est installé sur la navette spatiale et sur le module Zarya pour sa jonction avec la partie américaine. Le diamètre intérieur de l'ouverture est de même dimension que le système russe (ouverture circulaire de 80 cm de diamètre) et souffre donc des mêmes limitations que celui-ci.

• Le CBM est un mécanisme d'amarrage mis au point pour la station spatiale internationale. Il est mis en œuvre sur tous les modules non russes de la station. C'est également un système dissymétrique : la partie active (Active Common Berthing Mechanism ou ACBM) est constituée par un anneau sur lequel se situent 4 verrous qui assurent un premier assemblage et 16 boulons qui rigidifient l'ensemble. La partie passive (Passive Common Berthing Mechanism ou PCBM) reçoit les mécanismes d'accrochage. Les 3 modules pressurisés, de type nœud, comportent sur leur partie axiale un port d'amarrage actif et un passif ; chaque nœud dispose par ailleurs de 4 autres ports tous actifs. Ce système d'amarrage est également celui du vaisseau cargo japonais HTV et dans le futur des vaisseaux de ravitaillement Cygnus et Drago. L'ouverture qui a une forme carrée de 127 cm de côté est d'une taille particulièrement généreuse permettant de faire passer les racks ISPR qui sont les plus gros équipements amovibles. C'est un atout essentiel pour la maintenance de la partie non russe de la station. Le maintien de l'étanchéité a constitué un challenge technique à la conception, car compte tenu de sa forme carrée et de sa taille, il s'exerce une poussée de 20 tonnes non uniforme sur l'écoutille, lorsque le port n'est pas connecté à un autre module. Le système permet également la connexion automatique des liaisons électriques, des télécommunications et des canalisations porteuses de fluides.

Pour pouvoir mettre en relation des modules ou vaisseaux porteurs d'une part d'un système d'amarrage APAS d'une part et CBM d'autre part, des adaptateurs pressurisés en forme de cône coudé ont été mis en place (Pressurized Mating Adapters ou PMA). Ils ménagent un corridor pressurisé entre les deux parties, comportent un chauffage et permettent d'établir une liaison électrique et télécom. Le PMA 1 est utilisé pour relier le module russe Zarya au module Unity faisant la jonction entre la partie russe et la partie internationale de la station. Le PMA-2 installé aujourd'hui sur le module Harmony est le point d'amarrage habituel de navette spatiale. PMA 3, installé sur le nœud Tranquility fournit une alternative pour l'amarrage de la navette.

Les modules russes Zvezda et Zarya

Zarya (soleil levant) est le premier module de la station internationale placé en orbite. Il s'agit d'une nouvelle déclinaison du vaisseau TKS utilisé à plusieurs reprises par l'astronautique russe. Il sert actuellement de lieu de stockage et permet grâce à ses moteurs (32 moteurs de 13 kg de poussée) de réorienter la station lorsque les corrections à apporter dépassent la capacité des gyroscopes électriques installés dans la partie américaine de la station. Des réservoirs situés à l'extérieur permettent de stocker 6 tonnes de carburant qui sont utilisés par les moteurs du module Zvezda pour rehausser l'orbite de la station. Zarya est d'une part reliée au module Zvezda d'autre part au nœud Unity. Un troisième port permet de recevoir un vaisseau Soyouz ou Progress mais doit, en 2010, être relié en permanence au compartiment d'amarrage Rassvet. Zarya possède ses propres panneaux solaires et ses batteries. Il pèse 19,3 tonnes et est long de 12,55 mètres pour un diamètre de 4,1 mètres.

Zvezda (étoile) également appelé "module de service" a durant les premières années été le centre de la station spatiale. On y trouve des équipements vitaux qui resteront longtemps uniques dans la station spatiale tels que les systèmes de support de vie Elektron et Vozdukh, les systèmes de contrôle de vol et de navigation et une toilette. Il reste aujourd'hui le centre de commandement de la partie russe de la station. Zvezda est une évolution du module central de la station Mir : le module comporte comme celle-ci trois parties : un compartiment de travail, une chambre de transfert qui donne sur un point d'amarrage à l'arrière et une compartiment de « transfert » situé à l'avant avec 3 ports d'amarrage. Les occupants du module résident et travaillent dans le compartiment de travail qui comprend notamment 2 petites cabines d'équipage, une toilette, un tapis roulant et un cycloergomètre. Le module Zvezda est long de 13,1 mètres pour un diamètre maximum de 4,15 mètres et un poids de 18 tonnes. Il possède deux panneaux solaires d'une envergure de 29,7 mètres. Le port d'amarrage situé à l'arrière peut recevoir un vaisseau Soyouz ou Progress tandis que les trois ports situés à l'avant sont reliés de manière définitive au module Zarya ainsi qu'aux modules d'accostage Pirs et Poisk. Zvezda dispose de moteurs-fusée qui sont utilisés pour rehausser l'altitude de la station.

Les modules de type nœud

La partie non russe de la station comporte trois modules de type nœud qui peuvent assurer l'interconnexion entre 6 modules.

Unity (nœud 1) est chronologiquement le second module à avoir été assemblé à la station spatiale internationale, et le premier construit par les États-Unis. C'est un cylindre d'aluminium de 11,6 tonnes, 5,47 m de long et de 4,57 m de diamètre. Il est plus court que les deux autres modules et ne comporte que 4 emplacements pour des racks au format ISPR contre 8 pour les autres modules. Il assure la jonction avec la partie russe de la station via un PMA.

Harmony (nœud 2) et pèse 14,3 tonnes pour une longueur de 7,2 mètres et un diamètre de 4,4 mètres. Il assure également la connexion entre le laboratoire européen Columbus, le module américain Destiny et le module japonais Kibo. Sur les huit baies disponibles quatre sont occupées par des racks d'avionique tandis que les autres servent de lieu de rangement..

Tranquility (nœud 3) a les mêmes dimensions que Harmony et contient comme celui-ci huit racks dont deux occupés par l'avionique du module. Les principaux équipements touchent au système de support de vie américain avec 2 racks recyclant les eaux usées, 1 rack pour la génération d'oxygène à partir de l'eau et 1 rack pour la système de régénération de l'atmosphère qui enlève les contaminants et contrôle ses constituants. Tranquility comporte également un compartiment toilettes pour l'équipage. Tranquility tient lieu également de salle de sport puisqu'on y trouve deux appareils destinés à l'exercice physique dont un tapis roulant. Le module dispose d'une coupole d'observation Cupola installée sur un des ports d'amarrage radiaux. Celle-ci est une baie vitrée de forme convexe et circulaire, composée de sept hublots : un hublot central zénithal de forme circulaire entouré de six autres plus petits et trapézoïdaux. L'ensemble, installé sous le module Unity côté Terre, fournit une vue panoramique à la fois sur la planète et sur une partie du champ d'intervention du bras manipulateur Canadarm2 utilisé pour la maintenance de la station. Sur les six ouvertures du nœud seules trois d'entre elles sont utilisées.

Les modules laboratoires

Les modules laboratoires sont dédiés à la recherche. À cet effet leurs quatre faces internes comportent des emplacements au format standardisé qui peuvent recevoir des expériences et qui disposent d'interfaces informatiques, vidéos, d'une alimentation électrique ainsi que de canalisations pouvant distribuer gaz ou fluides. Certaines de ces baies sont néanmoins occupées par des équipements relevant du support vie servant de stockage en l'absence de module dédié à la logistique et à l'habitat.

Le laboratoire américain Destiny est le deuxième module américain installé et le premier laboratoire. Il est conçu pour accueillir les charges utiles et les expériences devant s'accommoder d'une atmosphère terrestre. Sa capacité est de vingt-quatre baies, dont treize sont spécialement conçus pour recevoir des expériences nécessitant un interfaçage complet avec la station et ses ressources. Cet élément a été mis en orbite le 7 février 2001.

Le laboratoire européen Columbus est le plus petit des laboratoires de recherche avec 10 baies disponibles pour la science. C'est le lieu de travail privilégié des astronautes et chercheurs européens. Ce module pressurisé est raccordé en permanence à la station. Ses utilisations sont multiples, et portent entre autres sur la science des matériaux, la physique des fluides, les sciences de la vie, la physique fondamentale et de nombreuses autres technologies. Il renferme aussi la plupart des charges utiles pressurisées européennes.

Le laboratoire JEM ou Kibō est le module fourni par l'Agence d'exploration aérospatiale japonaise (JAXA) : il comporte dix baies à bord, dont cinq seront occupés par du matériel japonais et cinq autres par du matériel de la NASA. Tous les emplacements sont aux standards internationaux en ce qui concerne les branchements énergétiques et l'approvisionnement en divers gaz ou liquides. Le JEM comporte un prolongement pressurisé, l'ELM PS, qui fournit des emplacements supplémentaires pour certaines expériences réclamant, entre autres, une atmosphère ou une pression atmosphérique différentes. Ce module complémentaire est fixé perpendiculairement au JEM.

Le laboratoire russe Nauka ou MLM (Module laboratoire multi-usages) doit être installé fin 2011. Ce sera le dernier élément qui rejoindra la station spatiale. Il est construit à partir de la doublure de Zarya. À côté d'installations pour les équipements scientifiques, il comporte des ports d'amarrages, des installations de support de vie pour l'équipage et doit également servir de lieu de stockage.

Les compartiments d'amarrage russes

Le compartiment d'amarrage Pirs est un module assez court (moins de 5 mètres de long) qui sert à la fois de port d'amarrage pour les vaisseaux russes et de sas pour les sorties extra-véhiculaires russes. Assemblé à la station en 2001, sa durée de vie théorique est de 5 ans. Arrivé en fin de vie, il est prévu qu'il soit largué et détruit avant l'installation du module Nauka fin 2011. Il est remplacé par un module Poisk , aux caractéristiques similaires, installé en novembre 2009 pour remplacer à terme Pirs dont il partage les caractéristiques. Le compartiment d'amarrage Rassvet dont l'installation a lieu en en 2010, doit servir de port d'amarrage pour les vaisseaux Soyouz et Progress. Il joue également le rôle de module de stockage. Sa présence a été rendue nécessaire pour permettre l'accostage des vaisseaux qui ne peuvent plus s'amarrer directement à Zarya depuis la mise en place du module Tranquility.

Le sas américain Quest

Le module américain Quest, qui est fixé au nœud Unity, permet aux astronautes d'effectuer les sorties extravéhiculaires. Il joue le même rôle que le Pirs de la partie russe de la station mais, contrairement à celui-ci, il est compatible à la fois avec les combinaisons russes et américaines. Il comporte deux parties : la plus large permet aux astronautes de s'équiper de leurs combinaisons spatiales et d'effectuer la longue préparation pour débarrasser leur organisme de l'azote. La deuxième partie, plus étroite, est le sas proprement dit similaire à celui de la navette spatiale qui permet, après avoir chassé l'atmosphère, d'accéder à l'extérieur. Attachés au module se trouvent deux grands réservoirs d'oxygène et deux réservoirs d'azote dont le contenu est utilisé à la fois par Quest et par la partie américaine de la station. Le module Quest pèse 6,1 tonnes à vide, est long de 5,5 mètres pour un diamètre maximum de 4 mètres.

Le Module Logistique Multi-Usages Leonardo

Le Module Logistique Multi-Usages Leonardi est un ensemble de 3 modules pressurisés construits par l'Italie utilisés pour transporter dans la soute de la navette spatiale américaine le fret qui ne peut être exposé au vide. Il est prévu que Leonardo, l'un des trois modules, après avoir reçu une protection contre les micro-météorites, reste attaché en permanence par sas d'amarrage de type CBM à la station après le retrait des navettes spatiales fin 2010. Le module servira de zone de stockage.

Les parties non pressurisées

La poutre

La poutre est la structure la plus imposante de la station avec une longueur de 108,5 mètres. Son rôle principal est de porter les panneaux solaires qui fournissent l'énergie à la station et les radiateurs qui assurent la régulation thermique des modules pressurisés. Sa dimension permet aux panneaux solaires de s'orienter sans être gênés par les modules pressurisés et les panneaux qui y sont rattachés. Elle est constituée de 11 segments qui ont été assemblées en orbite. La poutre est perpendiculaire au tronc central de la partie pressurisée de la station. Elle est constituée d'une partie centrale fixe (segments de poutre S0, P0 et P1) solidement fixée en son milieu au sommet du laboratoire américain Destiny et de deux extrémités (bâbord et tribord) qui portent les panneaux solaires et qui pivotent autour de l'axe de manière à toujours aligner les cellules photovoltaïques face au Soleil. Les panneaux solaires peuvent eux-mêmes pivoter par paire.

La poutre sert également de support à trois plateformes externes qui permettent d'entreposer des pièces de rechange ainsi qu'à quatre plateformes, les EXPRESS Logistics Carrier, sur lesquelles se trouvent des expériences scientifiques qui n'ont pas besoin d'être installées dans un environnement pressurisé ou qui sont volontairement exposées au vide. Une expérience scientifique particulière, le spectromètre magnétique Alpha, dispose d'un emplacement spécifique sur la poutre. Enfin le bras télémanipulateur Canadarm 2 est généralement installé sur un chariot mobile qui peut coulisser à petite vitesse le long des trois segments non rotatifs de la poutre permettant ainsi d'accroitre son rayon d'action d'environ 40 mètres.

Le module non pressurisé Z1 fixé au port d'amarrage zénithal d'Unity sert de support aux quatre gyroscopes de la station ainsi qu'aux principales antennes de télécommunications.

Les bras et robots télémanipulateurs

La station dispose de plusieurs bras contrôlés à distance qui permettent l'assemblage de la station et sa maintenance. Compte tenu de la taille de la station, de l'origine multinationale de ses composants et de la diversité des besoins, plusieurs bras ont été installés.

Le bras Canadarm 2 est le plus important des systèmes de ce type présents dans la station et constitue la principale contribution du Canada. C'est une version plus puissante du bras Canadarm installé sur la navette spatiale américaine. Long de près de 17,6 mètres il dispose de 7 degrés de liberté et est capable de déplacer des charges de 116 tonnes. Il est généralement fixé sur un chariot - le Mobile Remote Servicer MRS - qui se déplace le long de la poutre mais l'embase présente à ses deux extrémités peut être également attachée à un des points d'accrochage répartis sur la station (les Power Data Grapple PDGF qui lui fournissent énergie électrique et des liaisons vidéo et informatiques. Il peut changer de point d'accrochage en se déplaçant comme une chenille : cette mobilité combinée à sa grande longueur lui permet d'atteindre une grande partie des installations. Mis en place en 2006, il a depuis été particulièrement sollicité pour la mise en place des principaux éléments de la station. Il a reçu depuis 2008 une extension, le (Dextre (SPDM)), beaucoup plus précise (15 degrés de liberté), permettant des manipulations exigeant une grande dextérité lorsque la masse ne dépasse pas 600 kg: Dextre peut soit prolonger le bras Canadarm 2 soit fonctionner de manière autonome en s'ancrant sur un des points d'accrochage de la station. Le bras Canadarm2 peut être contrôlé depuis deux postes de travail mobiles situés dans la station. Il est prévu que l'un de ces postes soit déplacé en 2010 dans la Cupola, qui fournira une vue directe sur une grande partie de la station à l'opérateur. Ce dernier travaille aujourd'hui en utilisant les images restituées par des caméras installées sur le bras ainsi que les données fournies par des capteurs.

Les bras télémanipulateurs russes Strela sont installés sur le module Pirs. L'un d'entre eux permet d'intervenir sur le module Zarya tandis que l'autre permet d'atteindre Zvezda.

Le Bras télémanipulateur européen (ERA en anglais) a une longueur de onze mètres pour une masse de 630 kg et est capable de déplacer des charges pesant jusqu'à huit tonnes. Il dispose de 7 degrés de liberté. Il doit être installé dans la station en 2010 avec le module russe Rassvet et prendra alors en charge les interventions sur les modules russes. Les deux extrémités du bras robotisé peuvent se fixer sur des points d'attache dispersés à la surface de la station ou sur le chariot mobile située sur la poutre utilisée également par le bras Canadarm. Une extrémité se fixe sur un point d'ancrage, tandis que la deuxième tient l'outil ou l'objet à manipuler. Les deux extrémités ont les mêmes capacités et peuvent donc tour à tour servir de point d'ancrage ce qui permet au bras de se déplacer à la surface de la station sans intervention humaine. Les cosmonautes peuvent le contrôler depuis l'intérieur de la station spatiale, mais aussi depuis l'extérieur. Ce dernier permet d'attraper des objets munis du système d'accrochage adéquat. Il se trouvera également muni de caméras vidéo, et d'un outil multi-tâches. L'opérateur utilise un poste de travail mobile.

Il existe également un bras associé à la palette japonaise (JEM-RMS). Celle-ci située à l'extérieur du laboratoire Kibo héberge les expériences relevant de ce module pouvant être exposées dans le vide. Cet outil est composée d'un premier bras de 10 mètres disposant de 6 degrés de liberté et d'un petit bras sont commandées depuis un poste de contrôle dédié installé dans le module Kibo qui dispose par ailleurs de deux hublots fournissant une vue directe sur le champ opératoire.

Les équipements de recherche scientifique

Les équipements de recherche scientifiques sont installés à la fois dans la partie pressurisée de la station et sur des palettes exposées au vide. Fin 2009 toutes les structures destinées à héberger des équipements de recherche ont été mises en orbite hormis deux palettes Express (extérieur) qui doivent l'être en 2010 et le module russe Nauka qui doit l'être en 2011. Parmi les équipements scientifiques installés on peut distinguer les équipements multi-usages (réfrigérateurs,express racks...), les mini laboratoires consacrés à la biologie, à la physiologie humaine, aux sciences de matériaux et enfin les expériences d'observation de la Terre et d'étude de l'Espace. Fin 2009 environ un tiers des emplacements destinés à recevoir des expériences étaient vides.

Toutes ces expériences sont pilotées à la fois par l'équipage permanent de la station spatiale et depuis les centres de contrôle des pays participants situés à Terre. Ces derniers peuvent généralement recevoir les données recueillies par des capteurs et déclencher des séquences d'opérations si elles ne nécessitent pas de manipulations.

Les équipements multi-usages

Les Express racks

Les Express racks sont des équipements permettant d'accueillir dans des tiroirs amovibles plusieurs expériences (jusqu'à 8). Il y a sept Express racks répartis dans les laboratoires de la station. Certaines expériences ont vocation à rester en permanence tandis que d'autres séjournent un temps limité. Chaque Express rack occupe une baie au format standard ISPR.

Les réfrigérateurs

Le Minus Eighty degrees Celsius Laboratory Freezer for the ISS (MELFI) réalisé par l'ESA a une capacité de 175 litres et permet de conserver des échantillons biologiques à -80 °C, -26 °C ou +4 °C. General Laboratory Active Cryogenic ISS Equipment Refrigerator (GLACIER) est un réfrigérateur de 11,35 litres dont la température est maintenue à --165 °C. Microgravity Experiment Research Locker/Incubator (MERLIN) peut être utilisé comme réfrigérateur, congélateur ou incubateur avec une température qui peut être fixée entre --20 °C et 48,5 °C. (capacité 4,17 litres)

Les boîtes à gants

Deux boites à gants sont disponibles l'une fixe de grande dimension (MSG), l'autre (PGB) plus petite et portable.

Les équipements de recherche biologique

Les équipements de recherche biologique comprennent notamment :

• Des serres (comme ABRS de la NASA, Biolab de l'ESA, LADA de Roscosmos, ECMS) dont l'environnement (lumière, composition de l'atmosphère, température) peut être contrôlé. Des végétaux y sont cultivés ou des organismes vivants de petite taille y sont élevés (insectes, araignées). L'objectif est d'étudier l'influence de l'apesanteur et des radiations sur la croissance et la reproduction. Certaines expériences comprennent une centrifugeuse pour moduler la gravité,
• Un aquarium (Aquatic Habitat de JAXA) permettant l'étude de petits poissons (Oryzias latipes et poisson zèbre).
• Des incubateurs (CGBA et BSTC de la NASA, Kriogem-3M de Roscosmos, Saibo de JAXA) permettant d'étudier la croissances des cellules,
• Des expériences destinées à étudier la croissance osseuse (EBCS de CSA, MDS),
• Expose, une expérience de l'ESA permettant de soumettre des échantillons aux conditions régnant dans l'espace.

Les équipements de recherche sur la physiologie humaine

Les équipements de recherche biologique comprennent notamment :

• Human Research Facility (HRF-1 and HRF-2) de la NASA et EPM (qui comprend Cardiolab du CNES) de l'ESA sont un ensemble d'instruments permettant de mesurer l'effet des séjours de longue durée dans l'espace. MARES et PEMS se concentrent sur l'incidence de la microgravité sur les muscles,
• Étude de la fonction pulmonaire (PFS),

• Mesures de la distribution des radiations (mannequin Matryoshka, EVARM de CSA) et de leur effet (ALTEA de la NASA incidence sur la vue et l'activité cérébrale)
• Les équipements d'entretien physique les plus récents (tapis roulant Colbert, cycloergomètre CIVIS, ARED) sont équipés de capteurs qui fournissent un certain nombre de paramètres physiologiques aux équipes au sol,
• L'adaptation de l'homme à l'absence de gravité est également étudiée à travers les expériences HPA (adaptation des mouvements impliquant les mains et les bras) et ELITE-S2 (vision et activité cérébrale associée).

Les équipements de recherche sur la physique et la science des matériaux

Les équipements de recherche sur la physique et la science des matériaux comprennent notamment :

• Combustion Integrated Rack (CIR) de la NASA permet d'étudier les phénomènes de combustion.
• Fluid Science Laboratory (FSL) de l'ESA, Fluids Integrated Rack (FIR) de la NASA et DECLIC du CNES sont des équipements permettant d'étudier le comportement des fluides.
• GHF de JAXA est un four électrique permettant de générer des cristaux de grande qualité.
• Materials Science Research Rack (MSRR-1) est un mini laboratoire permettant l'étude de matériaux tels que des polymères, cristaux, céramiques, alliages et semi-conducteurs.

• SpaceDrums de la NASA permet d'opérer (combustion) sur des matériaux solides et fluides maintenus en suspension grâce à l'émission d'ultrasons.
• Ryutai de JAXA est un rack rassemblant plusieurs expériences sur les fluides.
• SHS de Roscosmos est un four à très haute température (3 000 °K).
• MISSE de la NASA permet de tester la résistance de composants à l'exposition dans l'espace: électronique, optique, capteurs, équipements de communication, composants structurels et revêtements.

L'observation de la Terre et l'étude de l'Espace

Certains équipements de recherche sont installés à l'extérieur des modules pressurisés. Plusieurs points d'attache, disposant d'une alimentation électrique et de liaisons informatiques, sont disponibles à différents endroits de la station :

• Quatre palettes, les ExPRESS Logistics Carrier, peuvent soit recevoir des expériences scientifiques exposées dans le vide spatial soit servir de lieu de stockage pour des pièces détachées. Elles sont installées au-dessus et au-dessous de la poutre pour permettre l'exposition des expériences au choix face à la Terre ou face à l'espace. Les équipements scientifiques sont alimentés en énergie et reliés par des liaisons à haut et à bas débit à les données scientifiques. Deux de ces quatre palettes étaient installées fin 2009.
• L’Experiment logistic module – Exposed section (ELM ES) est une palette prolongeant à l'extérieur le laboratoire japonais et destinée à recevoir les expériences scientifiques japonaises. Un sas permet de faire passer des expériences depuis l'intérieur du laboratoire Kibo et un bras manipulateur télécommandé permet de mettre en place ou retirer des équipements sans avoir à effectuer de sorties extravéhiculaires.
• Quatre points d'ancrages extérieurs pouvant recevoir des expériences scientifiques sont disponibles à l'extérieur du laboratoire de recherche européen Columbus (Columbus External Payload Facility ou CEPF)
• Quelques expériences disposent de support et de liaisons électriques et informatiques à l'extérieur du module russe Zvezda.
• Sur la poutre un emplacement spécifique est réservé au Spectromètre magnétique Alpha.

Les équipements d'observation de la Terre et d'étude de l'Espace comprennent en 2009 :

• Le Window Observational Research Facility (WORF) est un hublot de grande taille situé dans le laboratoire Unity et équipé d'un verre de qualité optique. Il peut recevoir différents instruments dédiés à l'observation de la surface terrestre et est utilisé notamment pour l'étude des continents ou des phénomènes atmosphériques.
• Solar de l'ESA, mesure avec un triple spectromètre l'irradiance du Soleil.
• EuTEF de l'ESA mesure à l'aide de 9 instruments et échantillons l'incidence de l'environnement spatial et des radiations.
• Le spectromètre magnétique Alpha (installé en 2010) doit tenter de collecter des données sur la matière noire et l'antimatière.
• MAXI de l'agence spatiale japonaise JAXA étudie les sources de rayons X.
• SMILES de JAXA étudie les traces de gaz dans la stratosphère.
• SEDA-AP de JAXA mesure les caractéristiques de l'environnement autour de la station spatiale.

Énergie

L'énergie est vitale pour le fonctionnement de la station spatiale et la survie de ses occupants : par ailleurs elle conditionne souvent la réalisation des expériences scientifiques. Pour la partie non russe de la station, l'énergie provient des panneaux solaires installés sur la poutre de la station. Sur celle-ci, huit panneaux solaires doubles (Solar Array Wing ou "SAW") sont installés de part et d'autre des éléments de poutre P3/P4, S3/S4, P5/P6 et S5/S6. Un « SAW » comporte deux panneaux composés chacun de 16 400 cellules photovoltaïques maintenus en position par un mat formant un ensemble long de 34 mètres, large de 12 mètres et pouvant produire jusqu'à 32,8 kw de courant continu. Le courant est régulé à 160 Volts, puis converti à une tension de 120 Volts (pour faire face aux baisses d'alimentation), avant d'être convoyé jusqu'aux différents équipements utilisateurs. Les équipements de régulation du courant sont refroidis à l'aide d'un circuit dans lequel circule un fluide caloporteur (de l'ammoniac), qui évacue la chaleur grâce à un ensemble de radiateurs attachés à chaque élément de poutre porteur de panneaux solaires. Chacun de ces quatre radiateurs photovoltaïques (PVR), comportant sept éléments d'une surface totale de 13 mètres sur 3,4 mètres et pesant 0,8 tonnes, permet d'évacuer jusqu'à 9 Kw d'énergie.

Généralement, les panneaux solaires sont orientés de manière à maximiser l'énergie solaire. Deux types de joints tournants motorisés (alpha et beta) permettent d'orienter les panneaux avec deux degrés de liberté. Si les impératifs de fourniture d'énergie ne sont pas prioritaires, les panneaux peuvent être orientés de manière à réduire la traînée. C'est la disposition généralement adoptée lorsque la station se trouve à l'ombre de la Terre (configuration « Night Glider mode »). Il peut toutefois arriver que la station déploie volontairement ce « frein aérodynamique » pour abaisser son orbite et permettre à un vaisseau lourdement chargé de l'atteindre plus facilement. Durant les éclipses, lorsque la Terre intercepte le flux lumineux, qui se produisent en moyenne durant un tiers d'une révolution de la station autour de la Terre, les panneaux solaires ne sont plus éclairés et la station utilise l'énergie stockée dans un ensemble de batteries nickel-hydrogène qui sont rechargées durant les périodes de « jour ».

La partie russe de la station est alimentée par 4 panneaux solaires installés sur les modules Zarya et Zvezda. Il était prévu que la Russie installe un ensemble de panneaux solaires de taille conséquente permettant à la partie russe de la station d'être autonome sur le plan énergétique, mais le module qui devait les porter a été abandonné ainsi que le laboratoire spatial associé, pour des raisons budgétaires. Il est finalement prévu que les modules russes utilisent l'énergie électrique produite par les panneaux solaires installés sur la poutre avec une tension ramenée à 28 volts.

Contrôle thermique

L'activité humaine et les expériences scientifiques génèrent à l'intérieur des modules pressurisés un excédent de chaleur qui doit être évacué. À l'extérieur, les équipements et les modules doivent être protégés des contrastes thermiques générés par l'exposition directe ou l'absence d'exposition au Soleil, qui engendrent des écarts de température compris entre -126 °C et 149 °C. Le système de contrôle thermique a pour rôle de maintenir dans une fourchette de température acceptable les différents composants de la station. Cet objectif est accompli par plusieurs types de moyens, soit passifs, soit actifs.

Le moyen passif le plus courant est l'utilisation de revêtements isolants multi couches constitués de feuilles d'aluminium et de kapton séparées par des plots en polyester, qui réduisent sinon annulent le transfert thermique. Par ailleurs, des peintures ou des dépôts de couches superficielles choisies permettent de modifier l'émissivité ou au contraire la réceptivité thermique. Lorsque les solutions précédentes ne suffisent pas à faire face aux grands gradients de température, des résistances thermiques sont ajoutées. Enfin on peut avoir recours à un liquide caloporteur pour transporter sur de courtes distances la chaleur qui est évacuée par changement d'état du liquide (passage en phase gazeuse) et l'utilisation de radiateurs.

À l'intérieur des modules pressurisés, les méthodes passives sont remplacées par un système actif. Dans la partie non russe de la station, la chaleur est évacuée par un circuit dans lequel circule de l'eau qui est mise au contact des équipements générateurs de chaleur. Un échangeur transfère les calories collectées à un deuxième circuit situé à l'extérieur dans lequel circule de l'ammoniaque plus efficace que l'eau dans ce rôle mais trop dangereux pour être utilisé à l'intérieur des modules : ce circuit amène la chaleur jusqu'à deux ensembles de radiateurs (Heat rejection system HRS) installés respectivement sur les segments S1 et P1 de la poutre. Chaque radiateur peut évacuer 35 kW et est composé de 24 panneaux formant une ensemble de 22 mètres sur 10 mètres, et pesant 3,7 tonnes. La partie russe de la station utilise pratiquement le même système et dispose de ses propres radiateurs. Les systèmes russes et américains ne sont pas interconnectés.

Télécommunications

Les communications radio sont essentielles pour les opérations de la station spatiale : elles permettent les échanges des données télémétriques et scientifiques entre la station et les centres de contrôle de mission répartis autour du globe. Elles sont également utilisées durant les manœuvres de rendez-vous et d'accostage ainsi que pour les échanges entre les membres de l'équipage, les contrôleurs de vol et avec les membres de la famille. Pour assurer ces liaisons, la station spatiale dispose de plusieurs systèmes de télécommunications.

Le premier système installé chronologiquement est l'équipement russe VHF Regul qui permet, entre autres, les transmissions de données télémétriques entre la partie russe de la station et le centre de contrôle de mission installé à Moscou (TsUP) via un réseau de stations de réception terrestres et les constellations de satellites de télécommunications Loutch et Molniya. Les transmissions passent par l'antenne Lira installée sur le module Zvezda. À l'intérieur de la partie russe de la station, les échanges radios sont assurés par un système analogique utilisant une liaison en cuivre.

La partie non russe de la station spatiale a recours à deux systèmes de communication radio distincts dont les antennes sont montées sur le segment central Z1 de la poutre : une liaison en bande S utilisée pour les communications en audio et une liaison en bande Ku utilisée à la fois pour l'audio, la vidéo et les données. Ces communications sont relayées par le réseau de satellites de télécommunications géostationnaires TDRS permettant une liaison quasiment continue avec le centre de contrôle de mission de la NASA (MCC-H) à Houston. Ce système de télécommunication peut être également utilisé pour transmettre des données au centre de contrôle de Moscou par le biais d'une liaison téléphonique permanente entre le centre de contrôle de Houston et celui de Moscou. Les données échangées avec le bras téléopéré Canadarm 2, les laboratoires Colombus et Kibō sont routées également via les réseaux en bande S et Ku ; s'ils sont mis en place, le futur système European Data Relay Satellite et son équivalent japonais pourront être également utilisés. À l'intérieur de la station les communications sont assurées par un réseau sans fil numérique interne.

Un système radio en UHF est utilisé durant les sorties extravéhiculaires : les russes peuvent ainsi communiquer soit avec la partie russe de la station soit avec le centre de contrôle au sol à Terre à condition qu'une station terrestre soit à portée (mais dans ce dernier cas avec parfois des interférences créées par la radio du contrôle du trafic aérien au sol) tandis que les autres astronautes sont en liaison avec la partie non russe de la station.

Les liaisons UHF sont également utilisées durant les manœuvres d'accostage et de séparation avec la station par les vaisseaux Soyouz, Progress, HTV, ATV et la navette spatiale (celle-ci utilise toutefois également les bandes S et Ku via le réseau TDRSS) pour recevoir des instructions des centres de contrôle de mission à Terre et de l'équipage de la station spatiale. Les vaisseaux qui fonctionnent en mode automatique comme l'HTV et l'ATV disposent par ailleurs de leur propre système de communications : l'ATV utilise un laser installé sur le vaisseau et un jeu de miroirs installés sur le module Zvezda, désigné sous l'appellation Proximity Communications Equipment pour accoster la station tandis que l'HTV utilise pour son approche un système basé sur le réseau GPS.

Système de support de vie

Le système de support de vie de la station spatiale a en charge le maintien d'un environnement viable pour l'équipage à l'intérieur des modules pressurisés. Dans l'espace entièrement clos et isolé de la station, cela implique principalement de remplacer périodiquement l'oxygène consommé par les astronautes, d'éliminer le dioxyde de carbone expiré, de filtrer les microorganismes, particules et gaz organiques, de mettre à disposition l'eau nécessaire aux différents usages, de contrôler et maintenir la température, la pression et la composition de l'atmosphère dans une fourchette fixe et enfin de surveiller l'apparition d'incendie et éventuellement de le combattre.

Pour limiter la masse des consommables (eau et oxygène) transportés par les vaisseaux cargo, la station est équipée de systèmes permettant de recycler l'eau et de régénérer l'atmosphère de la station. Ceci permet de réduire la masse des consommables à placer en orbite annuellement de 6,7 tonnes pour un équipage permanent de 6 personnes.

Jusqu'en 2008 cette fonction était uniquement prise en charge par le système Elektron installé dans le module russe Zvezda tandis que le dioxyde de carbone était éliminé grâce au système Vozdukh à bord du même module. Cet équipement a été par la suite renforcé par le système américain ECLSS installé dans trois racks du module Tranquility et composé du système OGS pour la régénération de l'atmosphère et WRS (Water Recovery System) qui collecte toutes les eaux usées, eaux de toilette, urine, vapeur d'eau contenue dans l'atmosphère de la cabine. L'urine est distillée dans un premier sous-ensemble (UPA) puis le Water Processor Assembly (WPA) traite les autres eaux usées et le produit de l'UPA . Après avoir séparé les gaz et les particules solides, WPA élimine les déchets organiques et les microorganismes grâce à un ensemble de filtres et à un réacteur catalytique à haute température puis génère de l'eau potable

.Cette installation a permis de faire passer l'équipage permanent à six personnes. La consommation en eau par homme est estimée à 3,5 litres par jour : sur ce volume, WRS permet d'économiser 1,3 litres en recyclant l'urine et autres eaux usées, tandis qu'Elektron récupère 1,5 en condensant l'humidité de la cabine.

Les deux systèmes produisent de l'oxygène par électrolyse de l'eau ; le système américain peut potentiellement combiner l'hydrogène produit par l'électrolyse avec le CO² expiré par l'équipage en générant de l'eau et du méthane ce dernier étant expulsé à l'extérieur. Il existe un système de secours reposant sur des réserves d'oxygène stockées en bouteilles et des générateurs d'oxygène à partir de produits solides.

D'autres sous-produits du métabolisme humain comme le méthane produit par le système intestinal et l'ammoniaque contenu dans la sueur sont éliminés par des filtres à cartouche de charbon activé. L'atmosphère à bord de la station est maintenu à une pression similaire à celle de l'atmosphère terrestre au niveau de la mer soit 101,3 kPa. L'utilisation d'une composition analogue à celle de l'atmosphère terrestre est plus confortable pour l'équipage et bien plus sûre qu'une atmosphère d'oxygène pure.