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Vanguard sera toujours associé au souvenir
d'une spectaculaire explosion pour son premier vol orbital en décembre 1957.
Mais Vanguard est aussi un programme ayant permit un développement
technologique dont bénéficieront les autres lanceurs US.
Le premier étage du Vanguard est issue du
Viking lui même dérivé du V2 allemand.. Le second étage vient des fusées
sondes Aéerobie. Seul le troisième est de conception nouvelle.
| High Altitude Test Vehicle (HATV)
La société Glenn Martin
(maintenant Lockheed Martin) a participé en 1946, sous la direction de l'U.S.
Navy/Bureau of Aeronautics, à l'étude d'une fusée de recherche à haute
altitude HATV à un seul étage, brûlant de l'hydrogène liquide avec de
l'oxygène liquide. Ultérieurement, la fusée aurait pu se placer en
orbite, devenant ce qu'on appelle aujourd'hui un Single Stage To Orbite (SSTO),
ce que l'on a pas encore réussi à faire aujourd'hui en 2004.
Caractéristiques prévues: longueur:
26,2 mètres diamètre: 4,9 m poids au lancement: 45 805 kg poussée: 136
080 kg charge utile: 450 g
Autre participant: North American, devenu plus tard, Rockwell et
maintenant partie de Boeing. Aerojet, issu du GALCIT (Guggenheim
Aeronautical Laboratory, California Institute of Technology) en mars 1942
était le motoriste prévu.
Ce projet trop ambitieux n'a pas eu de
suite.
VIKING
Projet plus réaliste pour l'époque,
Viking, d'abord nommé Neptune, trouve aussi son origine en 1946, pour
remplacer le V-2 dans le sondage de la haute atmosphère et éventuellement
pour des observations astronomiques, en particulier, l'observation du
Soleil, les V-2 ramenés d'Allemagne après la guerre étant disponible
quantité limitée, le Naval Research Laboratory passa le contrat à Glenn
L Martin. Le Viking reprend en grande partie la technologie du V-2, mais,
sa structure en alliage d'aluminium, est plus légère que la structure en
acier du V-2 (le V-2, en tant qu'arme, avait été conçu pour supporter
la chaleur de la rentrée atmosphérique, l'ogive séparable n'avait pas
encore été inventé à l'époque de la guerre et de l'avant guerre, où
il avait été conçu). Le moteur du Viking, moins puissant que celui du
V-2, a été développé par Reaction Motor, qui avait été fondé en
1941, par des membres de l'American Rocket Society qui, originalement,
portait le nom très avant-gardiste de American Interplanetary Society,
fondé le 21 mars 1930, par un groupe d'auteurs de science fiction.
A noter, en passant, que Reaction Motor avait fait, en 1953, l'étude d'un
petit lanceur, le "modèle T", basé sur l'utilisation des
divers moteurs fusées qu'il manufacturait. Le moteur du Viking était prévu
pour développer une poussée de 9,1 tonnes, mais, au banc, il développera
9,5 tonnes, et lors des vols, la poussée variera entre 8,5 et 9,7 tonnes.
Contrairement au moteur du V-2, qui était fixe, le pilotage se faisant grâce
à des déflecteurs de veine en graphite, le moteur du Viking était
installé sur une articulation cardan qui permettait au moteur de
s'incliner sur 2 axes pour assurer la stabilité de la fusée, en contrant
les pertes d'équilibres grâce à l'information reçu du cerveau
stabilisateur gyroscopique situé dans la partie supérieur de la fusée.
Après l'arrêt du moteur, des jets de gaz intermittent assurait la
stabilité de la fusée.
Lors des 7 premiers vols, du 3 mai 1947
au 7 août 1951, la fusée aura un diamètre de 0,81 mètre pour une
hauteur variant de 13,79 à 14,81 mètre et un poids variant de 4375 à
5190 kg. En 1950, on avait décidé de grossir la fusée, le diamètre
passant à 1,14 mètres. Les vols de cette version se dérouleront du 6
juin 1952 au 4 février 1955. Pendant ces 5 vols, la longueur oscillera
entre 12,68 m et 13,72 m et le poids entre 5810 kg et 6805 kg. Les 2
derniers vols du Viking s'inscriront plus tard, dans le cadre du programme
Vanguard, les 8 décembre 1956 et premier mai 1957, lors de ce dernier
vol, la fusée transportera un prototype du troisième étage à propergol
solide du Vanguard. Ces 2 derniers vol se dérouleront à Cap Canaveral,
alors que les tirs précédent utilisaient la base de White Sands, au
Nouveau Mexique.
INTERMÈDE POUR LA RENTRÉE ATMOSPHÉRIQUE
En 1954, l'U.S. Air Force avait besoin
d'une fusée à plusieurs étages pour étudier la rentrée atmosphérique
dans le cadre du programme des missiles intercontinentaux Atlas et Titan.
A la demande du Western Development Division (U.S. Air Force), le Naval
Research Laboratory a réalisé une étude sur une fusée utilisant comme
premier étage, une fusée Viking surmonté de 2 étages à propergol
solide, le Viking M-10 et une autre utilisant un deuxième étage à
propergols liquide et un troisième étage à propergol solide, le Viking
M-15 (10 et 15 réfèrent à la vitesse lors de la rentrée atmosphérique
exprimé en Mach). Mais l'Air Force a finalement commandé à Lockheed,
une fusée à propergol solide à trois étages, le X-17, pour l'étude de
la rentrée atmosphériques, grâce à la récente disponibilité du
moteur Sergeant, qui constituait le premier étage. |
La genèse de Vanguard commence le 5
juillet 1955 quand le Naval Research Laboratory publie un rapport intitulé
"A Scientific Satellite Programme" (un programme de satellite
scientifique). Il recommande l'utilisation du Viking comme premier étage, et
des étages supérieurs consistant en 2 étages à propergol solide ou en un
deuxième étage à propergols liquide dérivé de la fusée sonde Aerobee et un
troisième étage à propergol solide. Le président des Etats-Unis, Dwight
Eisenhower a approuvé ce plan le 29 juillet 1955 de préférence au projet
Orbiter de l'U.S. Army, basé sur la fusée Redstone qui avait fait son premier
vol en 1953 et qui était plus grosse et plus puissante que le Viking. La Navy
était originalement participante au projet Orbiter. Le projet de lancement d'un
satellite artificiel entrait dans le cadre de la première Année Géophysique
International (1957-58) qui avait justement été mis sur pieds pour justifier
le lancement de satellites artificiels scientifiques. On espérait entre autre,
mettre en évidence, l'existence d'une ceinture de radiations autour de la
Terre. L'année Géophysique Internationale faisait suite à l'Année Polaire
International qui avait eu lieu en 1882 et 1932. On décida de réduire
l'intervalle de 50 à 25 ans, pour coïncider avec le maximum solaire de 1957-58
et aussi, avec le moment où le lanceur serait prêt. La préférence accordée
au projet Vanguard s'explique probablement par le fait que la fusée Vanguard était
entièrement américaine alors que le projet Orbiteur de l'Army utilisait un
premier étage conçu par d'anciens Nazis (l'équipe de Werhner von Braun capturé
en Allemagne lors de l'opération "paper clip" après la guerre de
1939-45). Certains ont même évoqué la forme plus élégante de la fusée
Vanguard.
Le premier étage reprenait le diamètre des
derniers Viking (Viking II), c'est-à-dire 114 cm, mais il sera propulsé par un
moteur développé par General Electric qui avait produit des moteurs de 6
tonnes, puis de 8 à 10 tonnes de poussée dans le cadre du programme Hermes de
l'Army (projets de missile Sol-Air puis Sol-Sol), telque le Hermes
A1, Hermes A3. Ce dernier avait une
impulsion spécifique de 242 sec., élevée pour l'époque. Le nouveau moteur
General Electric X-405 devra fournir une poussée de 12,7 tonnes grâce à
l'utilisation du kérosène (avec l'oxygène liquide comme oxydant) à la place
de l'alcool-eau des précédents moteurs. En fait, plusieurs variantes avaient
été envisagées pour augmenter le rendement comme l'utilisation d'un mélange
d'oxygène et de fluor comme oxydant, le fluor étant un oxydant plus fort que
l'oxygène. On avait aussi, précédemment proposé l'utilisation de l'ammoniac
comme combustible. Le deuxième étage, qui avait le diamètre des premiers
Viking, c'est à dire 0,81 mètre utilisait un moteur que l'on dit dérivé de
la fusée sonde Aerobie de 1181 kg de poussée mais plus puissant, le AJ-10 de 3
400 kg de poussée et aussi pilotable, monté sur un bâti cardan. Aerojet avait
aussi l'expérience du moteur de 16 tonnes du missile Bomarc qui
utilisait aussi des propergols stockable. Le deuxième étage du Vanguard brûlait
du unsymetrical dimethylhydrazine (UDMH) avec de l'acide blanc fumant comme
oxydant.
Il avait été un peu difficile de trouver un
troisième étage à propergol solide suffisamment performant. C'est Hercule
Powder qui a finalement fourni le moteur à propergol solide de 1 405 kg de
poussée, stabilisé par spin, le X-248. Le propergol utilisé aurait été un
double base (nitrocellulose + nitroglycérine) avec addition de perchlorate
d'ammonium et de poudre d'aluminium, comme ingrédients principaux. Le corps du
moteur aurait été en fibre de verre.
Le défi du Vanguard est considérable. Fin
1956, le cahier des charges Vanguard spécifie une sphère de 50 cm de diamètre
ce qui implique de redessiner le second étage à ce diamètre. De plus, il
devient nécessaire d'augmenter la poussé du premier étage. Le moteur Viking
n'a que 6000 kg de poussée alors qu'il est nécessaire d'augmenter de 3200 kg.
Vanguard va innover au niveau technologique
avec l'emploi d'aluminium pour réduire le rapport de masse, l'utilisation des
gaz de turbopompes pour contrôler le roulis du premier étage. Au niveau du
troisième étage, deux constructeurs sont choisit: Grand Central Rocket
Laboratory et Allegany Ballistics Laboratory ABL. Le moteur de ABL utilise de la
fibre de verre et un propergol à double base ce qui permet de doubler la charge
embarquée.
Le programme originel prévoit 12 lancements
de Viking. 14 seront réalisés, mais les deux derniers porteront la
désignation de Vanguard Test Vehicle TV 0 et TV 1. Les véritables lancements
commencent avec TV2. Le dernier lancement a lieu le 18 septembre 1959 après 12
lancements et trois satellites placés en orbite.
Les plans d'origine prévoyaient de lancer un
satellite pour le tir TV 6. mais le succès du Spoutnik soviétique en 1957
accélère les opérations. Le 6 décembre 1957, TV 3 est sur la ligne de
départ. C'est le premier tir en configuration complète avec trois étages
actifs. A grand renforts de publicité, le monde est devant sa TV ce jour là
pour assister au premier pas de l'Amérique dans l'espace. Mais 2 secondes
après l'allumage du premier étage, le lanceur explose sur son pad de tir. la
boule de feu détruit le lanceur en entier mais épargne le satellite qui
éjecté se retrouve intact sur le sol quelques centaines de mètres plus loin.
Comble de l'ironie, il commence à émettre comme s'il était sur son orbite!!
Le second lancement échoue lui aussi, mais le
troisième en mars 1958 place Vanguard 1 sur orbite. Vanguard 2 est satellisé
en février 1959 malgré le fonctionnement erratique du troisième étage. Le
programme se termine en septembre 1959 avec la mise en orbite de Vanguard
3.
 
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No TypeNo Serial No Type Date LS Payload
----------------------------------------------------------------------
1 1 Viking-1 3. 5.49 P* WS -
2 2 Viking-1 6. 9.49 P* WS -
3 3 Viking-1 9. 2.50 P* WS -
4 4 Viking-1 11. 5.50 * NS -
5 5 Viking-1 21.11.50 * WS -
6 6 Viking-1 11.12.50 F* WS -
7 7 Viking-1 7. 8.51 * WS -
8 8 Viking-2 6. 6.52 F* WS -
9 9 Viking-2 15.12.52 * WS -
10 10 Viking-2 7. 5.54 * WS -
11 11 Viking-2 24. 5.54 * WS -
12 12 Viking-2 4. 2.55 * WS -
13 1 TV0 Vanguard-TV0 8.12.56 * CC -
14 1 TV1 Vanguard-TV1 1. 5.57 * CC -
CC = Cape Canaveral
NS = USS Norton Sound
WS = White Sands
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No Serial TNo: Type Date LS Payload
------------------------------------------------------------------------------------
1 TV-2 1 Vanguard (1 st) 23.10.57 * CC (R&D)
2 TV-3 1 Vanguard 6.12.57 F CC Vanguard (6.5in Sat #1)
3 TV-3BU 2 Vanguard 5. 2.58 F CC Vanguard (6.5in Sat #2)
4 TV-4 3 Vanguard 17. 3.58 CC Vanguard 1 (6.5in Sat #3)
5 TV-5 4 Vanguard 28. 4.58 F CC Vanguard (20in X-ray #1)
6 SLV-1 5 Vanguard 27. 5.58 F CC Vanguard (20in Lyman-Alpha #1)
7 SLV-2 6 Vanguard 26. 6.58 F CC Vanguard (20in Lyman-Alpha #2)
8 SLV-3 7 Vanguard 26. 9.58 F CC Vanguard (20in Cloud cover #1)
9 SLV-4 8 Vanguard 17. 2.59 CC Vanguard 2 (20in Cloud cover #2)
10 SLV-5 9 Vanguard 13. 4.59 F CC Vanguard (13in Magnetometer #1) / Vanguard Balloon
11 SLV-6 10 Vanguard 22. 6.59 F CC Vanguard (20in Radiation balance #1)
12 SLV-7 (TV-4BU) 1 Vanguard (mod) 18. 9.59 P CC Vanguard 3 (20in Magnetometer, X-Ray, Env. #1)
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En fait, le lanceur Vanguard aurait du être le premier lanceur à mettre un satellite
américain sur orbite. Mais dans l'empressement de coiffer au poteaux leur
adversaire soviétique (qui viennent de mettre sur orbite un satellite de 50
kg), le programme est mal mené et les lancements échouent presque tous.
Sur 12 tirs, trois succès seulement:
_ Perte de contrôle à la 57 eme seconde lors du vol n°3;
_ Le troisième étage ne s'allume pas lors du vol n°5;
_ La défaillance restera inconnue pour les vols 6 à 8 et 10-11;
_ Enfin le troisième étage tombe en panne au largage de la charge utile;
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Vanguard est un lanceur de l'US NAvy à trois étage et à
propergols liquides et solides.
Sa masse avoisine les 10 tonnes au décollage pour une hauteur de 22 à 24
m avec un diamètre de 1,14 m.
Le premier étage mesure 13,4 m de haut et brûle du kérosène
associé à de l'oxygène liquide (moteur X 405 de 12,7 tonnes
fonctionnant 142 s).
Le second étage fonctionne à l'UDMH et acide nitrique. Il mesure 9,4
m de haut pour 81 cm de diamètre. Il fournit une poussée de 3,4 tonnes
durant 120 s (moteur AJ 10-37).
Le troisième étage est à "poudre". Il mesure 1,5 m de haut
pour 50 cm de diamètre et fournit une poussée de 1 tonnes (moteur GRC
133-KS-2800). Il se satellise avec la charge utile.
La version SLV 7 qui vola une seule fois en septembre 1959 est équipé
d'un nouveau troisième étage avec un moteur X 248-A2.
La capacité de lancement est de 45 kg en orbite basse. |
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