CHRONOLOGIE
SPACE SHUTTLE

Les deux boosters d' appoint du STS, les SRB produisent l' essentiel de la poussée au décollage et jusqu' à environ 45 km d' altitude. En plus, les deux boosters supportent le poids du réservoir externe et de l' Orbiter et transmettent les charges au travers de leur structure dans la plateforme de lancement. Chaque booster a une poussée au niveau de la mer de 1200 tonnes, ils sont allumés après les moteurs principaux après vérification de leur poussée. Les deux SRB fournissent 71% de la puissance au lancement et pendant la première phase d' ascension. Ils s' arrêtent de brûler après 2 mn 15 s, se séparent et retombent dans l' Atlantique, après être montés à 65 km d' altitude, à 230 km du KSC.

Les SRB sont les plus gros moteurs à propergols solides du monde et son également les premiers à être réutilisable. Chacun mesure 45 m de hauteur pour 3,7 m de diamètre. Un booster pèse 590 tonnes au lancement, dont 440 tonnes de propergols.

Les premiers éléments constituant les SRB sont le moteur proprement dit (comprenant le corps, le propergol, l' allumeur et la tuyère), la structure, les systèmes de séparation, l' instrumentation de vol, le système de récupération, la pyrotechnique, les système de décélération, le système de contrôle du vecteur de poussée et celui de destruction en vol.

Chaque SRB est attaché au réservoir extérieur par son cadre arrière au moyen de deux armatures pendulaires latérales et d' une fixation transversale, ainsi que par l' extrémité antérieure de sa jupe avant. avant. Sur le pad de tir, chaque SRB est aussi attaché au MLP au niveau de la jupe arrière par 4 boulons qui sont cassés au décollage par des explosifs.

Le propergol des SRB est une mixture composée de perchlorate d' ammonium (faisant office d' oxydant avec 69,7% du poids), d' aluminium (le carburant 16%), oxyde de fer (le catalyseur 0,4 %), d'un polymère (12,04 %, liant assurant la cohésion du mélange) et d' un agent siccatif époxy (1,96 %). Le propergol est disposé dans une cavité en forme d' étoile à 11 branches dans la section avant du booster et en forme de double cône tronqué percé dans les segments arrières. Cette configuration permet d' avoir le maximum de puissance à l' allumage et de la réduire d' un tiers après 50 secondes de vol, quand le maximum de charges est atteint, Q max.

Les SRB sont constitués chacun de quatre sections de propulsion et sont utilisés par paires. Pour chaque paire, les moteurs sont chargés strictement à l' identique garce à l' utilisation, dans chaque paire de sections, de composants de propergols issus de même lots, afin de réduire au maximum les déséquilibre de poussée. Après remplissage, les segments sont envoyés sur le site de lancement par rail sur des wagons spéciaux, recouverts de bâches de protection.

Le rapport de détente de la tuyère est de 7/79 depuis la mission STS 8. La tuyère est articulée autour d' une suspension à cardans qui permet d' agir sur la direction du vecteur de poussée, chaque booster possédant ses propres générateurs de puissance APU et pompes hydrauliques. Le débattement de la tuyère est de 8°. Elle est constituer de couches de carbone qui s' érode pendant le vol. La tuyère est de type convergent/divergent, à dessin mobile.

La jupe arrière en forme de cône subit les charges arrières à travers le booster et la plate forme MLP. Les quatre moteurs de séparation sont montés sur cette jupe. Elle contient également l' avionique, les vérins de contrôle avec les APU et les pompes hydrauliques, le système hydraulique et le système d' éjection de la tuyère extensible.

La section avant de chaque booster contient également de l' avionique, un séquenceur, les moteurs de séparation avant, le système de séparation du nez, les parachutes (trois de 35 m de diamètre), une balise, une lampe de récupération, une caméra parachute sur certains vols et le système de destruction en vol. Chaque SRB possède deux ensembles électroniques intégrés, un à l' avant l' autre à l' arrière.

Huit fusées de séparation, quatre à l' avant sur le nez et quatre à l' arrière sur la jupe, s' allument 1,02 s au moment de la séparation avec le réservoir. Chaque fusée mesure environ 79 cm de hauteur et 32 cm de diamètre.

Un bloc de secours est situé sur chaque booster et le système parachutes. Il comprend un émetteur, une antenne, une lampe stroboscope, une batterie et l' électronique pour résister à l' eau de mer salé. Ce bloc est conçue pour être opérationnel pendant 72 heures et réutilisable 20 fois. La lumière flash est une exception, elle opère pendant 280 heures. La batterie est utilisable une seule fois.

Les équipes chargées de la récupération des boosters, rapatrient les parachutes et les cônes avant. Les tuyères sont obturées, les moteurs sont purgés de l' eau de mer et les SRB sont tirés jusqu' au site de lancement par deux bateaux remorqueurs, les USS Freedom et Liberty. Chaque SRB est sorti de l' eau, démontés et lavés avec de l'eau claire pour limiter la corrosion du au sel. Les huit segments, les allumeurs et les tuyères sont ensuite envoyés chez Thiokol pour être restaurés.

SYSTEME ELECTRIQUE

Le système électrique du booster est relativement simple. Il relie d'abord toutes les composants électriques entre eux et la batterie. Le tout est alimenté par les systèmes de production embarqués sur la navette. Il y a 3 prises d'alimentation, pour palier à toute défaillance d'une des prises. On les nomme A, B et C. Si A et B tombent en panne, C les remplace, si C tombe en panne, B le remplace. Mais, en temps normal, ils fonctionnent tous ensemble.
Les signaux électriques sont en courant continu DC. La tension normale est de 28 volts, avec une limite maximale de 32 volts et un minimum de 24 volts.

Chaque booster emporte deux unités de production hydraulique. Chaque unité contient :
_ Une unité de production auxiliaire (APU),
_ Un réservoir pour cette APU,
_ Une pompe hydraulique,
_ Un réservoir pour la pression
_ Les lignes (tuyaux) pour l'alimentation au système hydraulique du booster.

SYSTEME HYDRAULIQUE

Les deux unités sont placés sur la partie en bas du booster. Ils sont montés entre les pistons de contrôle de l'angle de la tuyère. Ils fonctionnent de 28 secondes avant le décollage jusqu'à la séparation du booster du réservoir externe.
Ce système a donc pour but de produire la pression aux pistons qui vont permettre de bouger la tuyère pour contrôler la trajectoire, la direction de la navette.
L'unité de production auxiliaire APU va entraîner la pompe hydraulique. Ces APU ont un réservoir de 10 kg d'hydrazine (pressurisé à 70 bars), un combustible fonctionnant sans la présence d'oxygène. En le brûlant, l'APU va donc entraîner la pompe hydraulique et la pompe pour huiler les pistons.. L'APU peut être contrôlée en vitesse.

Pour l'allumage des APU, on ouvre une valve d'alimentation qui est refermée ensuite et le contrôle de la vitesse de l'APU se fait électroniquement. Si cette valve reste ouverte, l'APU se place en mode « Défaillance » et tourne en continu à 112 % de puissance.

Chacune des APU va alimenter son propre vérin (il y en a 2, un avant-arrière et un droite-gauche). Toutefois, si une APU tombe en panne, l'autre prend le relais et fait le travail de deux. Elle se met alors en mode 112 % pour permettre de conserver une pression correcte dans les circuits. De même, si dans un des deux vérins, la pression descend à moins de 141 bars, une valve va relier les deux APU pour qu'elles s'entraident.

La vitesse de fonctionnement des APU à 100 % est de 72000 tours/min. Cela signifie qu'en sortie d'APU, un arbre tourne à cette vitesse. A 110 %, la vitesse est de 79200 t/min. Enfin, à 112 %, la vitesse est de 80640 t/min.

SYSTEME DE GUIDAGE

Chaque booster à deux pistons de contrôle de l'axe de la tuyère. en la bougeant, on peut contrôler la direction de la navette.

Le logiciel de vol commande la poussée des trois moteurs principaux, leur orientation à chacun avec 2 vérins par moteur et commande aussi les 2 boosters avec 2x2 vérins. Cela permet de guider la navette sur une trajectoire précise et de maintenir une attitude ou position convenable . Les commandes du système de guidage sont transmis à des contrôleur du vecteur de vol qui transmettent un signal proportionnel à la commande souhaitée à chaque pistons (autour 6 pour la navette et 4 pour les boosters). Chaque piston recevant l'ordre commande alors l'ouverture de la valve de pression qui fait que le booster pousse ou tire.

Pour connaître la position en 3D de la navette, on utilise, hormis un repérage radar depuis le sol et par satellite, des gyroscopes. Ces appareils sont mis en marche au sol. Ils comportent une sorte de disque qui tourne à grande vitesse et peu importe l'angle que l'on donne à la navette, le disque qui tourne garde toujours la même position par rapport à son point de départ. On peut donc savoir avec plusieurs gyroscopes orientés différemment comment se trouve la navette, dans quelle position. Les boosters ont chacun deux unités de guidage comprenant chacune deux gyroscopes informant la navette. Selon l'angle qu'ils enregistrent, ils envoient un signal aux calculateurs de vol. Ils sont réutilisables pour 20 missions.

DEVELOPPEMENT

Le contrat initial de la NASA (centre Marshall) à Thiokol (396 millions $) comprenait la fabrication, l'assemblage, le test, la vérification et la livraison de 31 moteurs SRM, dont 6 sets de vol (SRM 1 à 6), 9 moteurs de tests DM 1 à 5 et QM de 1 à 4. Des agréments ont suivis pour 64 autres moteurs (set de vol SRM 7 à 25, plus les RSRM 1 à 13), 14 moteurs de test (DM8, EM9, QM 6 à 8, ETM 1, PVM 1 et TEM 1 à 11) pour un montant de 2,5 milliards $ jusqu'en 1995. Un 3eme agrément de 241 millions a permit la fourniture de 3 moteurs FWC (FWC 1 à 3) et 3 moteurs de test (DM 6 à 7 et QM 5) entre 1982 et 1988.
 

En 1989, un 3eme contrat de 4 milliards assure la fourniture de 142 moteurs, dont 67 sets de vol (RSRM 14 à 80) et 8 moteurs de tests (FSM 1 à 8) jusqu'en septembre 2001.

Le dernier contrat de 4 milliards $ couvre la période d'octobre 1998 à septembre 2010 pour la fourniture de 75 moteurs, dont 28 sets de vol (RSRM 81 à 88, 92 à 99 et 101 à 113), un LEON (Launch On Need), 15 moteurs d'essai (FSM 9 à 15 et 17, ETM 2 à 3, FVM 1 et 2, TEM 12 à 13 et PRM Production Rate Motors 90A et 91A.

Les moteurs SRM sont produits par Thiokol Corporation à Bringham City dans l' utah. United Space Boosters Inc USBI est le contractant principal pour les autres éléments des boosters qui sont fabriqués à Huntsville et au Cape Canaveral. Les premiers SRB de STS 1 à 7 produisaient une poussée de 1 11175 000 kg dans le vide qui a été augmenté pour atteindre maintenant 1 324 000 kg.

Chaque booster est en fait un montage de plusieurs sous ensemble, le cône, le moteur SRM et les 9574 kg de la tuyère. Chaque SRB est constitué de 11 cylindres individuels en acier D6AC. Assemblé ils forment un tube de 35 m de long et de 60 009 kg à vide. Les 11 sections constituent la partie avant, 6 sections cylindres au milieu, la section d' attache à l' arrière du réservoir externe, deux sections amidons et du dôme arrière. Les 11 sections sont jointées par des anneaux soudés tenu par 117 chevilles en acier. L' étanchéité étant assurée par des joints O ring en caoutchouc.

Quatre type de " caisses " sont utilisés pour les boosters. Les caisses standards STD ont été utilisés sur STS 1, 2, 3, 4, 5, 8 et 9. Les caisses allégées LTWT à parois moins épaisses (7 à 12 mm) ont servi sur STS 6 et 7 réduisant la masse de 2000 kg. Les caisses utilisées de 41 D à 51 L ont été du type LWC avec des parois de 5 à 10 mm offrant une réduction de poids de 1600 kg. Ce sont aussi des caisses allégées mais nommé LWC. Des caisses intermédiaire moins épaisse (2,5 à 5 mm) les MWC furent construites pour 41 B et C 51 G et F. En 1988 des caisses du type LWC redessiné sont utilisées depuis STS 26.

Afin de pouvoir lancer des charges importantes en orbite polaire depuis le pad SLC 6 de Vandenberg CA pour le Dod, notamment les satellites espions KH12, la NASA demande en janvier 1981 des études sur la faisabilité de boosters à filaments bobinés (Filament Wound Cases) en graphite époxy, plus léger que les segments métalliques utilisés au KSC (moins 11 tonnes) et capable d'augmenter la charge utile de 2100 kg. En novembre, la Cie Hercules prend en charge son développement. Ces boosters identiques aux SRB classiques étaient constitué de 4 segments avec le joint "double twang", nécessaire afin de garder le booster bien aligner lors du mouvement de balancement à l'allumage des moteurs SSME sur le pad et seulement 2 joints de caoutchouc assurant l'étanchéité. Hercules fabrique 3 moteurs FWC pour les essais au banc chez Thiokol, le DM6 et7 et le QM5. 1985, la base de Vandenberg doit être opérationnelle pour 1986 avec un premier lancement de Discovery en mars. Pour le DOD, même avec 2 SRB FWC et un fonctionnement des moteurs SSME à 109%, la charge a mettre sur orbite depuis la cote Est ne dépassait pas  12700 kg en orbite polaire, alors que 14500 kg étaient visés. Lors du tests DM6 en octobre 1984, le résultat des mesures montre que le SRB ne peut pas résister à des charges dépassant 20%, alors que 40¨% était prévue. Malgré l'opposition du NASA Aerospace Safety Advisory Panel, l'USAF a commencé le montage de SRB FWC sur le pad SLC 6 en 1986 pour le vol 62A en juillet. L'accident de Challenger remet tout en question et le SLC 6 est mis en sommeil. Les boosters FWC ont été détruits par Thiokol et la NASA, mais la modification avec 3 joints "O-ring" et le système de réchauffe sur le pad a été incorporé aux SRB du programme, les RSRM. Ces boosters sont depuis exposé avec l' orbiter Pathfinder et le réservoir du MPTA à Huntsville au centre Marshall. En 1989, ils sont peints couleur acier pour cacher le noir de sa structure. Il semblerait que les boosters exposés au KSC Visitor de 1994 à 2011 avec le réservoir externe STA soient composés de 2 segments FWC, les 2 de  l'avant, le reste étant en acier avec des cônes et jupes en fibres de verre. En août 2012, il sont transporté par route sur une remorque à travers les Etats Unis au centre Dryden en attente d'un transport au musée de l'aviation de Californie où ils seront accouplé au réservoir ET 94 et à l'Orbiter Endeavour.

Configuration du SRB FWC. Les 7 segments acier du SRB classqies sont remplacés par 4  segments en graphite époxy. Il  garde comme le SRB en acier le cône avant et la jupe avant (Frustum), la jupe arrière et le segment arrière d'attaque au réservoir. Chaque segment a un diamètre interne de 3,7 m. Le procédé de fabrication consiste à enrouler de la fibre de carbone Hercules AS4.12K afin de former un dessin hélicoidal (de plus ou moins 29°) ou en cercle (90°) sur un mandrin en métal. Le moule est ensuite remplit de résine époxy et chauffé. Le cylindre une fois terminé est enlevé du mandrin, les trous de goupilles sont percés et le cylindre contrôlé par une inspection avec des ultrasons. Les 4 segments mesurent de 5,9 à 8,2 m de long, l'épaisseur variant de 28,4 au milieu à 45,7 mm sur les extrémités. Le segment est ensuite collés et chauffé selon plusieurs cycles

3 moteurs FWC ont été fabriqué par Hercules Aerospace. Le DM6 est mis à feu chez Thiokol le 25 octobre 1984 et le DM 7 le 9 mai 1985. Le QM 5 prévu pour février 1986 est annulé. Les segments du DM6 finiront à Huntsville avec l'Orbityer Pathfinder.

2 sets de vol FWC sont fabriqués ainsi que des provisions pour un 3eme. Le premier segment du premier set de SRB FWC arrive à Vandenberg sur le SLC 6 en mai 1985 et laissé dans dans leur bâtiment de stockage. Des inquiétudes sont émises sur les efforts de flexion du boosters au moment de l'allumage des moteurs principaux de l'Orbiter lors du "twang". Des essais sont réalisés avec les boosters du vol STS 1V et validés. Après l'accident de Challenger, le programme est annulé. Le set reste à Vandenberg jusqu'en été 1988. Il restait chez Thiokol en Utah 2 set de vols et le moteur QM 5. Ils ont été vidé de leur propergol e fin 2000.

Après les améliorations des boosters dues au rapport de la commission Rogers suite à l' accident de Challenger, les équipes de Lockheed Missiles & Space Cie et Aerojet se voient confier en avril 1989 le développement du Advanced SRB pour un coût global de 1 milliard $ avec une première utilisation en 1996. Le ASRM devait être fabriqué dans une nouvelle usine dans le Mississippi sur l'ancienne usine de puissance nucléaire. Il était prévu que le ASRB remplace le RSRB avec une mise en œuvre plus facile (2 segments au lieu de 11), plus de propergols embarqué (482 042 kg contre 442656) notamment. Le ASRB était un peu plus large en diamètre (3,81 m contre 3,7), mais de même longueur que l' actuel SRB. Sa masse avoisinait les 537 838 kg contre 502665 kg. Par contre la poussée serait accrue 1394000 kg (+ 70 tonnes) augmentant la charge en orbite de 4000 kg.Les ASRM devait avoir une puissance accrue afin de pouvoir mettre en orbite les éléments de la station ISS. Malgré un bon début le programme est annulé par le congrès en octobre 1993 après 2 milliards $ dépensés. En 1994, il est question d'utiliser les SRB à filaments pour la mise en orbite des éléments de la station ISS. La proposition est rejeté pour des raisons techniques et économiques.

Début 1999, la NASA étudie un SRB à 5 segments au lieu de 4, le Five Segment booster équipé d'une nouvelle tuyère et d'un nouvel isolant thermique. Le contrat d'étude qui s'étend sur 4 ans est terminé en octobre 2000. L'utilisation d'un booster a 5 segment devrait permettre d'accroître la poussée au lancement et ainsi d'éliminer la possibilité d'un retour au site de lancement RTLS en gagnant plus rapidement l'orbite en cas de problème avec un moteur SSME. De plus, il permettrait d'augmenter la charge utile de 8 tonnes pour ravitailler la station ISS. Le nouveau booster devra aussi s'adapter aux installations sol du centre spatial avec le minimum de modifications. 

En octobre 2003, la NASA et ATK Thiokol Propulsion Division teste au banc ce booster à 5 segments ETM 3. Délivrant 1440 tonnes de poussée, il fonctionne durant 128 secondes, soit 5 de plus que le SRB du Shuttle. L'accident de Columbia enterre le programme pour le STS. D'autres mises à feu suivront dans le cadre du programme Constellation et SLS (DM 1 en septembre 2009, DM 2 en août 2010 et DM 3 en septembre 2010. En février 2005, le tir FVM 1 permet de mettre à feu un booster "vieux" de 4 ans! En mai 2008, c'est au tour d'un booster vieux de 7 ans (tir FVM 2).

En février 2010, ATK réalise le dernier essais au banc d'un SRB pour le Shuttle. Depuis 1977, il y aura eu 52 mises à feu, 70 tirs FSM entre août 1990 et février 2010, soit un par an. Les premiers tirs de démonstration et de qualification ont lieu entre 1977 1980 avec 4 tirs DM et 3 tirs QM, ces derniers avec des boosters en configuration de vol. Les vols STS 1 à 7 utilisérent ce moteur. EN 1983 appariat le SRM HPM (High Performance Motor) avec le changement du grain dans le dessin du propergol, un diamètre de col de tuyère réduit capable d'ajouter 1200 kg de charge utile en plus. 2 tirs au sol ont lieu pour le qualifier (DM6 et QM4) avant le premier vol sur STS 8.
En 1984 et 1985, 2 SRB à enveloppe bobiné sont testé au sol (DM6 et 7). L'essai QM 5 est annulé suite à l'accident de Challenger.
Après l'accident de Challenger en 1986, le moteur SRM est rédessiné pour donner naissance au RSRM. Il est testé au sol 8 fois avant le RTF de 1988 (ETM 1A, DM8, DM9, QM6, QM7 et PVM 1).
En 1987, Thiokol débute les tests FSM (Flight Support Motor) destiné à évaluer chauqe année les améliorations et les changements apportées au moteur. Entre août 1990 et février 2010 70 tests FSm ont eu lieu, soit un par an. Entre temps, des mises à feu ETM (Engineering Test Motor) ont lieu entre 1990 et 2006.

En septembre 2009, ATK met à feu un SRB à 5 segments pour le nouveau lanceur SLS. Suivront deux autres essais DM puis 2 tests de qualification en 2015-2015.

Tous ces tirs statiques ont été des succès depuis 1977. Plusieurs configurations ont été testé selon les tirs. De 1977 à 1988, une seule baie de test a été utilisé la T 24. Suivant les recommandations de la commission d'enquête sur l' accident de Challenger en 1986, un second banc est construit le T 97 utilisé pour la première fois en 1988 (QM 7). En 2002, le banc est modifié pour s'adapter aux SRB à 4 ou 5 segments et en 2009, il est modernisé pour le test DM1 du programme SLS.   

Le schéma de peinture des boosters est composé de 4 rectangles noirs peints sur la structure au niveau de l'attache inférieure. Ils servent d'aides pour les caméras optique lors du largage. A partir de STS 41D en 1984, des marques distinctes sont rajoutées dans la partie supérieure des boosters sur le cône pour différencier les boosters lors de leur séparation. Pour STS 51D en mars 1985, les rectangles noirs disparaissent. En 1993, dès STS 61, seul le booster gauche gardent une marque noire circulaire au sommet, le droit restant blanc.

ETAPES DE CONSTRUCTION D' UN BOOSTER