Le centre d'essai Marshall

MARSHALL SPACEFLIGHT CENTER

SATURN 5 DYNAMIC TEST STAND

La plupart des lanceurs et vaisseaux spatiaux engendrent des vibrations basses fréquences pendant leur envol. Afin de les mesurer, les visualiser et les amortir, ils passent un test de vibration GVT Ground Vibration Testing. Ces tests permettent de qualifier un véhicule sur aussi bien au sol qu'en vol. Les tests de vibration mesurent les caractéristiques dynamiques fondamentaux des véhicules spatiaux en simulant les différentes phases de vol. Il valide les pré-test FEM qui seront utilisés pour des analyses de vibration en charge. Ils sont réalisés avant les vols garantissant le succès des missions.

Ces tests sont réalisés avec des éléments du lanceur ou des vaisseaux à échelle 1 dans le bâtiment 4550 du centre Marshall, haut de 109,5 m, construit en 1964 pour le programme Apollo. En 1966, un lanceur complet Saturn 5, constitué des étages S1C-D (construit par Boeing et équipé d'un moteur F1 et 4 factices), le S2-F (qui remplace le S2-T détruit au banc), le S4B-D (étage avec une maquette de moyeur J2 et peint tout en blanc) et des maquettes du CSM-LES (CSM BP27) sont utilisés pour ces tests, dit DVT, Dynamic Vibration Testing. De l'eau dé ionisé est utilisée pour simuler le kérosène et l'oxygène liquide des étages, l'hydrogène liquide étant simulé avec de l'eau de base. Une énorme grue de 200 tonnes de charge au sommet du banc de test permet de soulever les étages et de les empiler comme sur le ML. 24 plateformes intérieures assurant l'accès à tous les niveaux du lanceur. Ces essais permettent d'analyser les réponses du lanceur soumis a des excitations latérale et longitudinale et en torsions, simulant les conditions de vol. Le lanceur est monté sur des supports hydrodynamiques constitués de 4 socles hydropneumatique. Les ingénieurs testent les vibrations dans chaque plan (tangage, lacet et roulis), mais un seul à la fois avec des quantités différentes d'eau simulant des moments critiques dans la trajectoire de vol.

L'étage S1C D quitte l'usine MAF pour rejoindre le centre Marshall en octobre 1965. Il est stocké au ME Lab, building 4755 jusqu'en novembre. Le 7 décembre, 4 simulateurs de moteur F1 et une maquette d'un moteur de vol sont installés à sa base. Le 13 janvier 1966, l'étage est hissé dans le stand dynamique. Les essais d'amortissement débutent le 24. Entre le 11 et le 18 février, des tests de suspension et d'amortissement sont réalisés. En mars, les techniciens installent les 4 ailerons, les carénages moteurs et les rétro fusées sur l'étage. La phase initiale des tests du S1C se termine le 24 juin.
En août, les essais de contrôle de vecteur de poussée débutent, les réservoirs de l'étage sont remplis d'eau. Les essais de terminent début septembre. Les essais de "shaker", décalé de quelques jours ont lieu en septembre et novembre. Le 22 novembre, l'étage S2 F-D, arrivé du KSC après l'opération 500F est assemblé au S1C D, le S4B D le 30 et le CSM-LES le 3 décembre, constituant le lanceur au complet. Cette configuration dite 1 commence ses essais de roulis en janvier 1967.

5 décembre 1966, le BP 27, SM 010 et le SLA 1 prêt pour être assemblé au sommet du Saturn 5.

Suivent les essais de tangage et de lacet. Le lanceur commence à être démonté mi mars. Le 30, le CSM-LES, le SLA, le S4B et le S2 sont enlevés, le S1C suit le 4 avril. Les tests en configuration 2 sans l'étage S1C commence le 11 mai 1967 et se déroule jusqu'au 28 juillet (essais de lacet, roulis et tangage). Un mois d'essais supplémentaires est demandé par les ingénieurs du centre. Les essais en configuration 3 avec l'étage S4B D et le CSM-LES (BP 27) ont été accomplit entre le 15 octobre et le 6 novembre 1965 dans le DTS du Saturn 1B. Les tests avec le lanceur complet ont donc duré près de 10 semaines avec 450 heures de simulation, 800 mesures seront relevées sur les différentes charges subies par la fusée au lancement et en vol. Au cours de certains tests, le lanceur s'est déplacé de jusqu'à 18 cm en hauteur et 9 cm en bas.

A l'appui de la mission Apollo 7, entre février et mars 1968, des tests structurels avec le CSM Block II sont réalises avec le vaisseau CSM 105 au Vibration and Acoustic Test Facility (VATF) du bâtiment 49 du Manned Spacecraft Center (MSC) de Houston. Les ingénieurs ont commencé une série de tests de vibrations à basse fréquence le vaisseau Apollo le 5 février 1968 Le CSM 105 est configuré comme le premier véhicule de vol habité avec les 3 sièges d'équipage, avait été livré au MSC en décembre 1967, placé sur un SLA, adaptateur de module lunaire et installé dans le VATF. Le programme d'essais a démontré l'intégrité structurelle du câblage, de la plomberie, de la structure secondaire et des sous-systèmes de l'engin spatial sous des contraintes de bruit et de vibration aérodynamiques simulées attendues pendant le vol. De plus, les critères de vibration de la mission lunaire CSM ont été vérifiés et le mécanisme de trappe unifié, une refonte résultant de l'incendie d'Apollo, a été qualifié dans l'environnement vibro-acoustique. Dans le cadre de la série de tests, les ingénieurs ont effectué un test habité le 10 février 1968 avec l'astronaute Gordon Cooper à bord du CSM 105. Des mannequins représentaient les deux autres membres d'équipage. Le but du test habité était de déterminer si les membres d'équipage rencontreraient des problèmes visuels lors des vibrations à basse fréquence du lanceur Saturn 5. Cooper a effectué deux essais d'une durée totale de 2 min 40 s au cours desquels il a effectué un certain nombre de tâches. Il a indiqué qu'il n'avait rencontré aucun problème lors des tests. La seule anomalie structurelle qui s'est produite au cours du programme de test global était une entretoise tordue dans le module de service. En conséquence, les procédures d'installation de cette jambe de force ont été modifiées pour éviter qu'elles ne se reproduisent lors d'un vol réel.

Le SC 105 monté sur le SLS 2. Le LES est boulonné directement sur le CM

L'astronaute Gordon Cooper dans le CM 105, le 10 février 1968

Une enquête a révélé que le contreventement simple conçu pour fournir une retenue en torsion à l'interface du CM et du SM n'était pas étanche. L'entretoise anti-roulis avait un trou surdimensionné à une extrémité pour permettre une installation facile de l'entretoise, et le test avait encore agrandit le trou. Une nouvelle entretoise stabilisatrice a été installée avec un boulon bien ajusté qui a réduit le mouvement de torsion mais ne l'a pas éliminé. Les entretoises anti-roulis de tous les vaisseaux spatiaux suivants ont été percées lors de l'assemblage et installées avec des boulons bien ajustés. Une retenue de torsion supplémentaire a été recommandée en septembre 1965. Comme il n'y avait pas suffisamment de preuves pour prouver qu'une modification était obligatoire, aucune modification n'a été apportée.
Plus tard, les données de test dynamique avec le lanceur au DTS à Marshall et l'analyse au MSC de Houston ont montré qu'un seul contreventement était insuffisant. Cinq entretoises ont été installées sur le bloc I SC-017 et le vaisseau 020, et 6 ont été installés sur tous les CSM Bloc II. La configuration à cinq entretoises a été installée sur le véhicule d'essai au MSFC et démontrée avec succès.

Appelé le Advanced Saturn Dynamic Test Facility, la tour est agrandie et devient en 1975 le Space Shuttle Mated ground Vibration test Facility, puis le Zero Gravity Drop toxer en 1981, le Microgravity Drop Tower en 2001. Il sera en 2010 le Ares I&V Dynamic Testing pour le programme Constellation. Avec la grue, le bâtiment fait 129 m. Le coté Nord possède une ouverture de 15 m sur 44 pour le passage des éléments ainsi que le toit (15 x 22 m).