Le centre de contrôle ATV-CC

Création de l’ATV-CC

En 1995, l’Europe s’engage de manière officielle à contribuer au programme de la Station Spatiale Internationale (ISS). En 1995, l’Agence Spatiale Européenne confie au CNES le développement et les opérations du centre de contrôle de l’ATV. C’est la reconnaissance de la compétence de l’agence française dans le domaine des vols habités et des opérations satellites. Le Centre Spatial de Toulouse devient le point de chute de ce Centre de Contrôle.

En 2008, l’ATV-CC est prêt. Les astronautes étaient ravitaillés depuis la Ville Rose. Une grande équipe d’ingénieurs et techniciens conduisait les opérations ATV en interface avec les centres de contrôle de l'ISS à Houston et à Moscou et va coordonner l’ensemble des moyens sols nécessaires. Le centre de contrôle a été actif jusqu’en 2015.

Rendre le meilleur service à l’ISS

L'ATV-CC assurait de nombreuses tâches, parmi lesquelles la prise en charge du véhicule après le lancement par Ariane, les manœuvres d’approche vers l’ISS, la surveillance de l’amarrage et toutes les activités de la phase attachée : transferts de carburant, d’eau, de gaz et d'oxygène, éventuels rehaussements d’orbite et correction de l'attitude de l’ISS. Puis, lorsque la période d’amarrage à la station s’achevait, l’ATV-CC supervisait la séparation du vaisseau de la Station et son entrée dans l’atmosphère, au cours de laquelle il se désintégrait.

D’une surface totale de 700 m2, l’ATV-CC regroupait une équipe de quelques 130 ingénieurs de différentes nationalités. Le centre 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 avait pour fonction de superviser les opérations pour l’ESA, et l’équipe EST (Engineering Support Team, du constructeur Airbus DS) dont la mission était d’aider les équipes opérationnelles en cas de comportement anormal de l’ATV.

Les opérations de rendez-vous, d’amarrage et de désamarrage étaient des moments délicats au cours desquels toute l’expérience et le savoir-faire des ingénieurs en charge de la mission étaient requis. Pour éviter tout risque, un Centre de Contrôle de secours et une plateforme de tests existaient au sein du CNES à Toulouse. Aujourd’hui, une partie de la salle de contrôle accueille le projet Cospas-Sarsat. L’autre partie est utilisée pour effectuer des mises à poste plus classiques de satellites.

L’héritage de l’ATV

En plus de 15 ans et 5 ATV, le Centre de Contrôle de Toulouse a acquis une solide expérience. Au fil des missions, ses équipes ont fait la preuve de leur capacité d’adaptation et de leur réactivité, ce qui a permis de donner le meilleur support en termes de ravitaillement à l’ISS et aux astronautes.

Les enseignements tirés ont permis d’accumuler un savoir-faire considérable. Cette expérience inestimable, caractérisée par une coopération étroite entre les différentes équipes et cultures scientifiques (ESA, NASA, agence spatiale russe…), ouvre la voie à des projets conjoints dans le domaine de l’exploration spatiale humaine. L’ESA et le CNES étudient aujourd’hui les voies pour exploiter cette expertise et ces technologies. 

Les rôles au sein de l’ATV-CC

Pendant toute la mission ATV (jusqu’à 6 mois), la flight Control team assurait un suivi 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 du vaisseau cargo européen. Au cours des phases clés (rendez-vous, désamarrage, etc.) une cinquantaine de personnes étaient présentes en salle de contrôle.

Au sein de l’ATV-CC les rôles se répartissaient de la façon suivante :

• Au centre, la salle de contrôle principale rassemblait les équipes opérationnelles.
  • Rang 1 de l’image. Au premier plan, autour de la table en « U » on trouvait l'équipe véhicule responsable de la surveillance du comportement de l’ATV.
  • Rang 2. Ici prenaient place les responsables de mission : le Mission Director de l’ESA, avec à ses côtés les Flight Directors du CNES et l’OPS Manager, chargés de la coordination des opérations.
  • Rang 3. Les Ground Controllers veillaient au bon fonctionnement de l’ensemble des moyens sols impliqués dans le contrôle de l’ATV et assurent l’interface avec les équipes de la NASA à Houston et du Centre de Contrôle Tsoup à Moscou, mais aussi avec le Centre spatial guyanais au moment du lancement. Il y avait également un poste prévu pour les responsables du planning.
  • Rang 4. Au cours des phases clés de la mission, des représentants de la NASA et du Tsoup étaient présents. A ses côtés, les responsables de la qualité ou PA (Product Assurance) et un poste de support expert.
• A gauche de la salle de contrôle principale, la salle de contrôle Flight Dynamics. C’est ici que les ingénieurs en mécanique spatiale effectuaient les calculs d’orbitographie nécessaires aux manœuvres de l’ATV.
• A droite de la salle principale, la salle des experts véhicules (Engineering Support Room). Les spécialistes de Airbus Defence & Space et de l’ESA apportaient leur support et leur connaissance pointue du vaisseau cargo, afin d’aider à la prise de décision tout au long de la mission. Un spécialiste de la sécurité de l’équipage de la Station était également présent.

1. L’équipe mission

Elle occupait le troisième rang de la salle principale de l’ATV-CC, aux côtés du Mission Director de l’ESA. Les ingénieurs de l’équipe mission endossaient la responsabilité des opérations, avec le support d’une équipe 24h/24.
 

Une coopération tripartite

Le terme flight director est un terme ISS consacré. Il y avait donc un ISS flight director américain à Houston, un SRP (acronyme russe pour flight director) à Moscou, et le directeur de vol ATV à Toulouse. Les trois étaient en contact permanent pour collaborer efficacement.

Sur chaque phase, c’était en fait un duo de directeurs de vol qui officiait. Deux raisons à cela : la multiplicité des échanges avec les partenaires et au sein du centre de contrôle toulousain, mais aussi la certitude d’avoir un niveau de redondance en cas d’absence.

Le rôle d’un directeur de vol est quasiment indépendant de la phase. Il n’y a, par exemple, pas de grande différence entre un directeur de vol pour la LEOP (Launch and Early Orbit Phase) et un directeur de vol rendez-vous.

A l’ATV-CC il y avait donc six directeurs de vol - chacun s’occupant en même temps de plusieurs phases - parmi lesquels un responsable système opérations et un chef de projet.

Le responsable système opérations s’assurait que la totalité de la mission, et non plus phase par phase, correspondait à l’objectif fixé par l’ESA. C’est un rôle de coordination globale entre les directeurs de vol et les phases, mais aussi avec les partenaires américains et russes et un point de contact particulier vis à vis de l’ESA. Il intervenait surtout en phase de préparation, de négociation éventuelle avec les partenaires puis, en opération, il s’effaçait au profit des directeurs de vol.

Le chef de projet opérations ATV mettait en place la récurrence pour l’ensemble des ATV. Il remplissait trois grandes fonctions. Il était le correspondant CNES pour tout ce qui concernait l’ATV, notamment vis-à-vis de l’ESA qui était le client. Il était aussi le responsable système : en cas de divergences d’intérêts entre les aspects bord et les aspects sol au sein de l’ATV, c’est lui qui prenait la décision finale. Enfin, il était security officer, c’est à dire responsable de la sécurité de l’ATV-CC en termes de moyens, d’accès et par défaut lors des opérations effectives il déléguait ces fonctions au directeur de vol présent dans la salle.
 

Un support mission 24h/24

Avec l’ATV 3, les choses ont légèrement évolué avec la mise en place de la filière et un passage à six directeurs de vol, parmi lesquels le chef de mission et le chef de projet.

Les directeurs de vol CNES recevaient un support par délégation de tâches géré par les sociétés CS-SI et Telespazio dans trois domaines : l’organisation et le déroulement des tests de la campagne de simulation, la coordination des opérations au sein de l’ATV-CC et l’interface avec le centre de Houston et Moscou pour les questions relatives au planning de la mission ISS.

Pour ce faire, l’équipe Support Mission était constituée de 10 personnes qui remplissent 4 rôles.

Les training instructor organisaient, en collaboration avec l’ATAC, les tests de la campagne de simulation. Pendant les essais, ils observaient les équipes en poste pour ensuite débriefer leurs prestations.

Les planners prenaient en charge le développement des plans de vol, qui étaient la feuille de route des équipes on console. Ils géraient également le Mission Plan, en collaboration étroite avec les Mission Directors ESA et les directeurs de vol CNES. Le Mission Plan permettait à chaque entité dans l’ATV-CC de prévoir la présence et la composition de son équipe en fonction des opérations à venir.

Enfin, l’Operation Manager et l’ATV Interface Officer coordonnaient l’ensemble des équipes ATV-CC pendant le vol libre puis assuraient la surveillance de l’ATV pendant la phase attachée en mode dormant. L’AIO assumait alors un triple rôle : Operation Manager, Ground Controller pour la configuration des moyens sol notamment pendant les passages en visibilité et Directeur de vol lors de la vérification de certaines commandes et des communications avec Houston et Moscou. Ces postes étaient tenus 24h/24 pendant les opérations. Les dix membres de l’équipe Support Mission étaient qualifiés pour occuper ces postes, en parallèle pour certains des rôles de Training Instructor et de Planner.

2. L’équipe véhicule

L’ATV était un véhicule d’une complexité rare. Automatisé, il devait néanmoins être commandé. Il faisait l’objet de toutes les attentions à l’ATV-CC. Les équipes VET prenaient en charge cette tâche 24h/24.

Les opérateurs Protheus géraient les aspects liés à la puissance, la thermique et la propulsion.

Analyser le comportement du véhicule et communiquer avec lui, en liaison directe avec les experts de l’EST (Engineering Support Team), les équipes de mécanique spatiale et sous l’autorité du Directeur de vol : c’était la tâche quotidienne des équipes Vehicle Engineer Team (VET).

Les opérateurs véhicule occupaient le dernier rang de la salle principale de l’ATV-CC, répartis sur sept positions on console :

• La partie commande et contrôle du véhicule(dans le jargon ATV : Spacecraft Operation Commander et Spacecraft Operation Officer) : en charge de dérouler les commandes pendant les différentes phases. Le premier envoyait les télécommandes sous l’autorité du second qui était responsable de la séquence bord.
• Quatre positions de monitoring (Spacecraft Operation Engineer) répartis en sous-systèmes du véhicule selon la séquence en cours : Protheus (puissance, thermique, propulsion), Polar (flight control et manœuvres d’évitements), Coda (communications et data) et enfin Isis (sous-systèmes en interface directe avec l’ISS).
• Et pour terminer, le Spacecraft Operation Managercoordonnait l’ensemble de ces opérateurs et assurait l’interface avec les directeurs de vol et les leaders des autres équipes. Il gérait également les cas de contingence et réaffectait les signaux d’alarme sur les postes SOE adéquats.
   

Une organisation tripartite

L’équipe VET totalisait 25 personnes, séparées en trois grands groupes :

• Les ingénieurs véhicule en charge du monitoring de l’ATV et de la vérification de l’envoi des télécommandes.
• Les gestionnaires de la base de données qui réceptionnaient cette base de données venant de l’industriel et la mettaient en forme pour qu’elle soit utilisable au centre de contrôle.
• Les contrôleurs qui envoyaient les télécommandes et assuraient une veille 24/24.

A l’image de leurs homologues du centre de contrôle, les opérations menées en vol libre étaient les plus critiques. En effet, elles laissaient peu de temps pour réagir. Les équipes VET fonctionnaient dans ces périodes en 3x8. Les ingénieurs étaient répartis en console en phase active ou en «shadow team» (activités en support).

Les contrôleurs de l’ATV / Telespazio

Si l’ATV était un véhicule automatisé, il n’était pas automatique ! Il avait besoin d’être commandé 24h/24, 7j/7. Pour cela, l’équipe VET recevait le support de « contrôleurs satellite » de Telespazio France.

Le métier de contrôleur ATV consistait d’une part à dérouler les procédures permettant ainsi l’envoi des télécommandes au véhicule, d’autre part à effectuer une surveillance continue de la télémesure sur les écrans de contrôle.

Une des premières tâches a été de sécuriser les procédures écrites par les ingénieurs, pour les rendre plus robustes et avec le moins d’ambiguïtés possible. L’objectif : dérouler sereinement les quelques 900 procédures de contrôle de l’ATV.

Entre deux vols, les contrôleurs apportaient un support aux ingénieurs véhicule sur le développement d’outils, la mise en forme de produits ou la production de displays pour le monitoring.
 

Support Altran Sud-Ouest

Altran fournissait dix ingénieurs intégrés à l’équipe VET. Les trois postes « Polar » étaient occupés par eux, auxquels il convenait d’ajouter un « Isis », un « Coda », deux « Protheus», une personne en charge de la gestion des données opérationnelles et enfin un opérateur en support sur les outils informatiques de développement et de maintenance de la VET ; le tout sous la houlette d'un Spacecraft Operation Manager.

À tout cela s'ajoutait une personne en support aux opérations qui apportait une aide précieuse à l'équipe, notamment lors de la phase de préparation du vol.

Le support informatique était un poste unique dans la VET. Le besoin est survenu avec le développement rapide de l’outil utilisé par les opérateurs véhicule. Il permettait de préparer les phases de support propulsif et de faire les bilans d’ergol.
 

Équipe intégrée Astrium EADS

Une mission complète à l’ATV-CC pouvait difficilement se réaliser sans l’expertise de la société ASTRIUM, maître d’oeuvre du véhicule. Pour ce faire, des ingénieurs d’ASTRIUM intervenaient de deux manières : en support directement intégrés aux équipes VET, FDS (Dynamique de vol) et Simulation (de façon autonome pour cette dernière) ; en tant qu’expert au sein de l’EST. En support directement intégrés aux équipes VET, FDS et Simulation, ces ingénieurs intervenaient dans le cadre du contrat ESA-IOT (Integrated Operation Team). Ils étaient intégrés par le client ESA aux opérations de l’ATV-CC.

Au sein de l'équipe VET ATV4, deux ingénieurs d’Astrium officiaient, avec pour chacun une spécialité différente. Anciens membres de l’équipe des designers aux Mureaux, les membres de l'équipe IOT intervenaient au sein de la VET de façon polyvalente, couvrant les postes de Spacecraft Manager, Spacecraft Officer, Spacecraft Engineer Protheus, Coda et Isis.

3. L’équipe mécanique spatiale

Les équipes FDS (Flight Dynamics System) étaient responsables de toutes les activités relatives à la mécanique de vol parmi lesquelles le calcul des paramètres d’orbite et des manœuvres de phasage avec l’ISS et de désorbitation, la prédiction des trajectoires, la surveillance du GNC en particulier lors du rendez-vous et du départ et les prédictions opérationnelles.

Les opérateurs Flight Dynamics System étaient répartis en trois équipes, permettant d'assurer un 3x8 dans certaines phases, avec un représentant de chaque poste par équipe. Ils géraient la dynamique du vol, c’est à dire les activités d’orbitographie, les calculs de manœuvre et d’attitude, les calculs de prévisions opérationnelles ou encore la surveillance du GNC (Guidage Navigation Contrôle).
 

Cinq postes opérationnels

Au cœur de l’ATV-CC, une salle entière leur était dédiée, à gauche de la salle principale. Leurs activités se déclinaient en cinq postes opérationnels :

• L’orbitographie : responsable de la restitution d’orbites et des calculs des risques de collision.
• Trajectoire : calcule l’heure de lancement, la trajectoire et les manœuvres de différentes phases, les évitements en cas de débris et les remontées d’orbites.
• GNC : assure le monitoring du GNC ainsi que la surveillance en temps réel de la trajectoire vis à vis de l’ISS.
• OFDB (Operationnal Forecasting and Database) : responsable du calcul de prévisions opérationnelles, des opportunités de lancement, de docking et de undocking (comme tenir compte des contraintes d’éblouissement par exemple) ainsi que de la gestion de la base de données en temps réel.
• Enfin le Flight Dynamics Team Leader coordonne les équipes et assure l’interface entre les différents systèmes et les partenaires.
   

Données transmises à la NASA et au TSOUP

C’est l’équipe FDS qui déterminait notamment les heures de lancement, d’amarrage, de désamarrage et de réentrée dans l’atmosphère. Ils fournissaient régulièrement leurs calculs aux américains à Houston (MCC-H) et aux Russes à Moscou (MCC-M).

4. L’équipe sol

L’équipe Sol gérait la totalité des moyens opérationnels de l’ATV-CC et garantissait leur cohérence. 

Elle avait la charge du matériel informatique, des applications logicielles, de l’environnement du traitement de données et de tous les aspects communication et réseau avec les entités externes.

Les opérateurs de Sol (Ground Controller dans le jargon ATV) supervisaient les moyens ATV-CC et effectuaient une maintenance régulière. Avec près de 180 ordinateurs, une cinquantaine de serveurs et une vingtaine de sous-systèmes, cela représentait un travail considérable chaque jour. Ajoutez à cela la supervision des communications entre le centre de contrôle et Albert Einstein, les échanges avec les différents Ground Controllers des centres de contrôle impliqués, le support aux utilisateurs de l’ATV-CC ainsi que la mise en place et le suivi des moyens de sécurité SOL du centre de contrôle : les tâches ne manquaient pas...en situation nominale ! En cas de problème, les équipes en astreinte devaient intervenir.
 

L’équipe SOL en opérations

En parallèle de ce rôle centralisateur au sein de l’ATV-CC, les opérateurs sol étaient en relation avec :

• Le Mission Control Center de Houston pour la gestion des satellites relais TDRS et la diffusion/réception de certains paramètres de télémesures ;
• Le centre de contrôle Columbus (Col-CC) à Oberpfaffenhofen, près de Munich pour la supervision du réseau IGS, du DaSS et des moyens vidéo et voix ;
• Les interactions avec le Mission Control Center à Moscou (MCC-M) étaient moins nombreuses. Elles avaient lieu lors de la diffusion/réception de paramètres concernant la télémesure, ou encore du support aux utilisateurs en cas de problème informatique ou de communication.

"On console", deux (voire trois) positions étaient occupées 24h/24 pendant les périodes critiques de vol libre puis deux niveaux d’astreinte pour la phase attachée.

Comme pour les autres équipes, des procédures étaient établies pour décrire les interfaces entre les partenaires et les actions à réaliser sur le centre de contrôle, que ce soit de façon nominale ou pour les cas de contingences : c’étaient les GOP (Ground Opérational Procedure). Elles décrivaient l’action de l’opérateur dans tel ou tel cas mais n’expliquaient pas le pourquoi.
 

Une équipe d’ingénieurs informaticiens

L'équipe sol était constituée de trois ingénieurs CNES dont un responsable vis-à-vis du projet et de la coordination de l'ensemble des activités réalisées. Cette équipe était renforcée par une équipe en assistance technique constituée en moyenne de 13 ingénieurs (consortium ATOS/AKKA/Vega/Vitrociset) et une équipe administrateurs systèmes consortium Thales/Osiatis responsables de l'installation et de la configuration des systèmes d'exploitation des machines constituant l'ATV-CC. L’équipe sol s'appuyait également sur d'autres équipes du CNES notamment pour la gestion et la surveillance du réseau, de la phonie et de la video.

5. L’équipe qualité

Chargés de surveiller les aspects de la qualité lors de la préparation de la mission et de son exécution, l’équipe qualité jouait un rôle central dans le respect des procédures de la mission.

La notion de « Qualité » est devenue centrale au sein des entreprises. Le secteur spatial, avec son mélange de complexité, de technologie et de sécurité, n’échappe pas à cela. Pour ce faire, l’ATV-CC disposait d’une équipe entièrement dédiée aux aspects qualité. Ils étaient cinq opérateurs et un responsable de l’équipe durant la mission Einstein.

Les tâches de l'équipe Qualité étaient multiples, que ce soit en simulation, en préparation des opérations ou en opérations. L'équipe Qualité gérait notamment la configuration du centre de contrôle en vérifiant la cohérence des équipements entre eux afin de s'assurer de ne pas avoir de machines avec des versions différentes.

Au cours des opérations, l’équipe Qualité gérait tous les cas non nominaux, de leur reconnaissance jusqu’à la modification de la configuration. L'équipe Qualité assurait ainsi la traçabilité de tous les cas non nominaux en faisant en sorte qu’à chaque dysfonctionnement, il y avait en face une anomalie identifiée pour tracer ce problème et le résoudre.
 

Un rôle central

Soutien permanent du chef de projet, l’équipe Qualité organisait tous les briefings de façon quotidienne en opérations critiques, hebdomadaire le reste de temps et mettait en place le reporting. Pendant les opérations critiques, l'équipe Qualité assurait une présence 24h/24, comme toutes les autres équipes.

Pendant les opérations l'équipe Qualité travaillait également à la mise en place et l'amélioration des process et assure le suivi des anomalies et des modifications demandées. L'équipe Qualité apportait aussi un support à l'équipe SOL en organisant notamment les recettes des logiciels constituant le centre de contrôle.

Une dernière activité importante était bien sûr la vérification de la conformité du Centre de Contrôle et des produits opérationnels par rapport aux exigences émises par l’ESA.
 

Une évolution permanente

Fournir un service conforme aux exigences du client ESA : tel était le leitmotiv de la Qualité. Il fallait donc en permanence réfléchir à la mise en œuvre de moyens permettant de gérer aux mieux les situations non nominales et suivre le traitement des anomalies qui en découlent, vérifier la correcte application des processus tout en étant en interaction permanente avec les autres entités de l’ATV-CC.

6. Autres équipes

Le équipes FCT (Flight Control Team) n’étaient pas seules à opérer à l’ATV-CC. Des ingénieurs de l’ESA et d’ASTRIUM étaient également « on console », via l’OMT (Operations Management Team) et l’EST (Engineering Support Team). Des représentants du Tsup et de la Nasa étaient également présents durant les moments clés de la mission.
 

Engineering Support Team (EST)

Composées d’experts industriels du véhicule ATV, les équipes ESA et ASTRIUM opéraient depuis la salle de droite de l’ATV-CC, qui leur étaient entièrement dédiée. Leur rôle : aider les équipes opérationnelles en cas de comportement anormal du véhicule ou d’utilisation du véhicule en dehors de son domaine de vol qualifié, assurer le suivi détaillé des sous-systèmes de l'ATV, mener des investigations approfondies sur certains sous-systèmes et résoudre des anomalies véhicule.
 

ESA Operations Management Team (OMT)

L’ESA, qui était le client, était présent sur site à travers l’OMT. Elle était chargée de la coordination générale des activités pendant la campagne. Pendant la phase de vol, l’OMT supervise la conduite des opérations et s’assurait que les opérations étaient menées en conformité avec les procédures mises en place à l’ATV-CC, avec le planning ISS et dans le respect des règles de sécurité.

L’OMT était placée en opérations sous la responsabilité du Mission Director.

Le Mission Director coordonnait les activités opérationnelles avec le Directeur de vol et les centres de contrôle de Houston et Moscou. Il détenait l’autorité de mission pendant les opérations et l’autorité finale avec le Directeur de vol en cas de changement dans le « mission plan. »
 

Simu (Simulation Officer Team)

Il s’agissait d’un service fourni par l’ESA au CNES. En tant que tel, cette équipe n’était pas sous la responsabilité directe du CNES.

L’équipe Simu fournissait un soutien à des tests et aux entrainements nécessitant des simulateurs ainsi que l’expertise technique sur le comportement du simulateur. Ce soutien était coordonné par l’ATAC (ATV Training Academy).

Il s’agissait d’un service fourni par l’ESA au CNES. En tant que tel, cette équipe n’était pas sous la responsabilité directe du CNES.

L’équipe Simu fournissait un soutien à des tests et aux entrainements nécessitant des simulateurs ainsi que l’expertise technique sur le comportement du simulateur. Ce soutien était coordonné par l’ATAC (ATV Training Academy).
 

Russian Control Group Support et Houston Support Group

Des représentants du Tsup étaient présents à l’ATV-CC pendant les phases principales de préparation de la mission et durant les opérations.

Ce support fonctionnait de la même manière côté américain avec la présence d’ingénieurs de la NASA en qualité de représentants du MCC-H.

Ils facilitaient lors des opérations critiques la coordination entre les trois centres de contrôle de Toulouse, Houston et Moscou.
 

Training

Les formateurs à l’ATAC avaient la charge de la préparation et la certification de l’ensemble des équipes opérationnelles.
 

Site

Les activités du site étaient menées par le « gestionnaire site ». Il fournissait un support Voix et Vidéo à l’équipe Sol, qui gérait ces systèmes pendant les opérations.