| |
La réussite du premier des deux vols de qualification de la version
lourde d'Ariane 5 (Ariane 5 ECA) a démontré la viabilité des choix
technologiques et de conception du moteur Vulcain 2 de la ,
celui la même responsable de l'échec du vol inaugural d'.
Le Vulcain 2 est une version améliorée du Vulcain de la génération
précédente qui équipe les versions génériques de l'Ariane 5. Il
délivre une poussée de 1350 kN (130 tonnes) dans le vide, contre
1150 kN (110 tonnes) pour le moteur Vulcain et fonctionne lors des
540 premières secondes de vol. L'augmentation des performances avait
nécessité la conception d'un nouveau divergent, ainsi que d'un système
de refroidissement beaucoup plus élaboré.
Echec de la première tentative
Le 11 décembre 2002, le vol inaugural d'Ariane 5 ECA s'était soldé
par la destruction commandée de la fusée en vol car des problèmes
de refroidissement avaient entraîné une déformation de la tuyère
du nouveau moteur Vulcain-2 de son premier étage et rendu le lanceur
impossible à piloter.
60 secondes après le décollage, ce sont précisément les efforts
mécaniques sur le divergent du moteur Vulcain 2, dus en particulier
à la poussée dans le vide, qui ont entraîné une déformation de la
partie haute de celui-ci. Cette déformation s'est amplifiée jusqu'au
flambage (écrasement) du divergent à environ 130 secondes, et a
aggravé localement les flux thermiques, avec élévation de la température
jusqu'au point de fusion de l'alliage base nickel utilisé. Les circuits
de refroidissement qui composent cette pièce ont été perforés, entraînant
une perte de pression et une diminution du refroidissement. Le divergent
a été détruit au bout d'environ 180 secondes, entraînant la perte
de contrôle du lanceur.
Conséquences sévères pour l'ESA et Arianespace
Cet échec survenait au plus mauvais moment pour ,
parce qu'elle se trouvait sans lanceur de substitution (Ariane 4
sera retirée du service actif en février 2003) et confronté à la
montée en force des deux EELV américaines Atlas 5 et Delta 4. Cet
échec allait avoir des conséquences financières importantes, plombant
le bilan financier d'Arianespace les années suivantes mais surtout
pour l'Agence spatiale européenne.
Les deux vols de qualification nécessaires à Arianespace pour qualifier
Ariane 5 ECA, ont nécessité un financement exceptionnel de 100 millions
d'euros. Or, pour financer ce retour en vol et face à des arbitrages
budgétaires difficiles, l'Agence spatiale européenne a été contrainte,
entre autre, d'annuler la mission Eddington et de reconfigurer BepiColombo,
deux missions du programme Vision Cosmique.
La qualification du moteur Vulcain 2 est d'autant plus importante
qu'il contribue pour près d'un tiers à l'augmentation de charge
utile offerte par Ariane 5 ECA par rapport à l'Ariane 5 Générique.
Cette version lourde devrait être capable de placer jusqu'à 10 tonnes
en orbite de transfert au regard des 6,9 tonnes atteintes aujourd'hui
par la version d'origine. En plus du Vulcain 2, l'ECA est pourvue
d'un nouvel Etage Supérieur Cryotechnique A qui nécessite l'utilisation
d'une nouvelle table de lancement. Ariane 5 ECA.
Le retour en vol du moteur Vulcain 2
Suite à l'échec du lancement de la première Ariane 5 ECA, plusieurs
modifications ont été apportées, dont on relève :
- Un renforcement mécanique par soudage d'une jaquette en alliage
à base de Nickel, jaquette munie de raidisseurs axiaux pour reprendre
les mouvements de fléchissement.
Ces modifications ont concerné le divergent du moteur Vulcain2,
et plus particulièrement la partie médiane de la tuyère :
- Une augmentation du débit de refroidissement (le débit d'hydrogène
qui passe dans les tubes qui constituent la structure de cette partie
du divergent. le débit passe de 1.9 kg/s à 3 kg/s
- La mise en place d'une barrière thermique (couche de "zircone"
de quelques dixièmes de mm d'épaisseur) déposée à l'intérieur du
divergent.
Le planning des modifications s'est établi comme suit :
a) exploitation des mesures - description des phénomènes
observés.
b) modification et améliorations des modèles de simulation
thermique et mécanique du fonctionnement du divergent, afin de valider
le scénario détaillé de l'anomalie (plusieurs modèles ont été réalisés
séparément par Snecma Moteurs et ses coopérants européens, et les
résultats ont été comparés pour en assurer la validité, c'est ce
qu'on appelle le "cross-checking")
c) choix des modifications à appliquer au divergent (efficacité,
reproductibilité industrielle, mise au point des procédés industriels)
d) réalisation des premiers divergents modifiés, pour essais
de mise au point aux bancs d'essais moteurs.
e) essais à feu de plusieurs divergents pour s'assurer du
bon fonctionnement
f) fabrication des exemplaires de qualification des divergents.
g) essais de qualification : sur trois divergents en configuration
définitive, dans un domaine plus large que le domaine de vol, avec
un des essais réalisé avec un système permettant de s'approcher
des conditions de vide qui s'appliquent à la tuyère en vol.
|
