Un vaisseau cargo dans le domaine spatial est un type de véhicule spatial sans équipage qui permet de transporter du fret à destination par exemple d'une station spatiale en orbite. Les vaisseaux cargo développés jusqu'à présent ont été utilisés pour transporter des consommables, des pièces détachées jusqu'à une station spatiale, rehausser l'orbite d'une station spatiale et ramener du fret sur Terre.
L'apparition des vaisseaux-cargos découle de la mise en orbite de stations spatiales occupées par des équipages durant de longues durées. La spécialisation qui a abouti à la création de ce type de véhicules permet de découpler ravitaillement et relève des équipages et de transporter plus de fret en supprimant certains équipements liés à la présence des hommes. Le premier vaisseau cargo, le Progress qui a effectué son premier vol en 1978, a été conçu pour ravitailler en consommables, pièces détachées et ergols la station spatiale soviétique Saliout. Pour ravitailler la Station spatiale internationale, quatre types de vaisseau-cargo ont été développés dans les années 2000, trois sont opérationnels et un a été retiré du service.
Les principales caractéristiques d'un vaisseau cargo sont :
Les vaisseaux cargo existants ou en développement ont des capacités très variables. Selon la nature du fret celui-ci est stocké :
Dans le cas de la station spatiale internationale le transfert d'objets de l'intérieur de la station vers l'extérieur via les sas aux faibles dimensions est limité aux petites pièces : il est donc nécessaire que les pièces détachées à installer à l'extérieur de la station arrivent dans une soute accessible depuis l'extérieur.
Le vaisseau cargo peut disposer d'une capacité à rehausser l'orbite de la station spatiale internationale dégradée régulièrement par la trainée engendrée par l'atmosphère résiduelle. Une telle capacité dépend de la puissance des moteurs et de la quantité de carburant disponible pour la propulsion. En 2017 seul le vaisseau-cargo russe Progress dispose de cette capacité essentielle à la survie de la station.
Le processus d'amarrage peut être complètement automatique ou nécessiter l'intervention d'un opérateur dans la phase finale du rendez-vous. Si celle-ci est manuelle, l'opération peut par exemple prendre le contrôle du vaisseau cargo ou manipuler celui-ci pour l'amarrer à l'aide d'un bras télécommandé. Différents équipements d'amarrage automatique coexistent : Kurs…
L'ensemble formé par le type d'écoutille et le système d'amarrage peut être par exemple circulaire de type sonde-cône ou APAS d'une superficie de 0,5 m2 utilisée sur les cargos ATV et Progress ou de format CBM propre aux ports la station de 1,61 m2 (partie non russe) mise en œuvre par le cargo japonais. Seul le port CBM permet de faire rentrer les équipements internes de la partie non russe de la station spatiale internationale.
Le vaisseau cargo peut avoir ou non la capacité de ramener à Terre du fret situé en orbite : résultats d'expériences scientifiques, équipements nécessitant d'être réparés (tenue spatiale), équipements scientifiques réutilisables. Cette capacité impose que le vaisseau cargo dispose d'un bouclier thermique lui permettant de résister à la chaleur produite durant la rentrée atmosphérique, de capacités de manœuvre durant cette phase et d'un dispositif lui permettant d'annuler pratiquement sa vitesse résiduelle avant d'atteindre le sol (parachutes…).
Tous les vaisseaux cargo utilisés ou ayant été utilisés pour le ravitaillement de la Station spatiale internationale.
| Vaisseau | Fret total | Fret pressurisé (m3) | Eau, oxygène et carburant | Fret non pressurisé |
Retour à terre |
Ergols pour rehaussement ISS |
Type écoutille |
Lancements prévus ou réalisés | Coût (cargo + lanceur) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| En activité | |||||||||
Progress  | 2,2 t à 2,3 t | 1,8 t (7,6 m3) |
|
non | non | 250 kg | Russe | 4 par an | 25 M€ + 25 M€ = 50 M€ |
Cygnus  | 3,2 t à 3,5 t | 3,2 t à 3,5 t (27 m3) | non | non | non | CBM | 10 lancements (de 2013 à 2019) | 190 M$ | |
| Dragon 2 | 6 t (théorique) | 3,3 t (11 m3) | 3,3 t (14 m3) | oui | non | NDS | 20 lancements (2 à 3 par an) | 133 M$ | |
| Retirés du service | |||||||||
| Navette spatiale | 16,4 t | 9,4 t (31 m3) 16 × racks ISPR | 16 tonnes (300 m3) | oui | non | APAS & CBM | 4 à 6 vols par an Retiré en 2011 | 1,2 Md$ | |
ATV  | 7,7 t | 5,5 t (46,5 m3) |
|
non | non | 4 700 kg | Russe | 5 lancements (1 tous les 18 mois) Retiré en 2014 | 150 M€ + 180 M€ = 330 M€ |
HTV  | 6,2 t | 5,2 t (14 m3) 8 × racks ISPR |
|
1,9 t (16 m3) | non | non | CBM | 9 lancements Retiré en 2020 | 92 M€ + 90 M€ = 182 M€ |
| SpaceX Dragon | 6 t (théorique) | 3,3 t (11 m3) | 3,3 t (14 m3) | oui | non | CBM | 20 lancements (3 à 4 par an) Retiré en 2020 | 133 M$ | |
Le cargo russe Progress peut transporter 3,2 tonnes de ravitaillement dont 1,8 tonne de carburant pour la station spatiale internationale. Il dispose d'une capacité de remorquage de la station significative. Le cargo s'amarre automatiquement à la station grâce au système Kurs qui utilise des impulsions radar pour calculer les corrections de sa trajectoire et s'amarrer.
L'ATV est un vaisseau cargo automatique développé par l'Agence spatiale européenne pour ravitailler la station spatiale entre 2008 et 2014. Il était lancé par une Ariane 5 ES ATV et se présentait sous la forme d'un cylindre de 4,85 mètres de diamètre sur 10 mètres de longueur. Il pouvait transporter jusqu'à 7,7 tonnes de fret dont 4 700 kg de carburant pour le remorquage, 860 kg de carburant pompés dans les réservoirs de la station spatiale, 4 500 kg de fret dans une soute pressurisée, 100 kg d'air ou oxygène et 800 kg d'eau. L'ATV disposait de quatre gros moteurs de propulsion qui lui permettaient de rehausser à la demande l'altitude de la station durant son temps d'amarrage (6 mois). Il était conçu pour s'amarrer automatiquement au module Zvezda. Son écoutille de modèle russe ne lui permettait pas de transporter de fret encombrant. Il n'avait pas de capacité de transport de fret non pressurisé. Les 5 vols programmés tous les quinze mois furent un succès.
Le vaisseau cargo japonais HTV, développé par le Japon dans le cadre de sa participation à la station spatiale, peut transporter 4,5 tonnes de fret dans sa soute pressurisée et 1,5 tonne dans un espace non pressurisé. Disposant d'une écoutille de grand diamètre qui permet une connexion directe aux ports de la partie non russe de la station spatiale, il peut, contrairement à l'ATV, transporter les pièces les plus volumineuses qui équipent l'intérieur de la station spatiale internationale (format rack). Pour opérer sa jonction avec la station spatiale le vaisseau cargo HTV, qui a été lancé par le lanceur japonais H-IIB, approche en mode automatique de la station spatiale en utilisant un GPS différentiel puis parvenu à 500 mètres un laser dont le rayon lumineux se réfléchit sur une mire installée sur la station. Arrivé à 10 mètres de la station, le bras téléopéré Canadarm agrippe le vaisseau et réalise la jonction. L'HTV a été lancé pour la première fois en . Six autres missions sont aujourd'hui planifiées.
Pour ravitailler la station spatiale après le retrait en 2011 des navettes spatiales américaines, la NASA a lancé les programmes COTS et CRS qui confient à des acteurs privés le développement et le lancement de vaisseaux-cargo. Deux vaisseaux ont été retenus en 2008 et sont entrés respectivement en service en 2012 et 2013 :
Le cargo chinois Tianzhou a effectué son premier vol en 2017 afin de tester le ravitaillement d'une station avec Tiangong-2. Son design est dérivé de celui des premières stations chinoises de type Tiangong.
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