CHRONOLOGIE ARIANE

SYLDA, LE SYSTEME DE LANCEMENT DOUBLE POUR ARIANE

Avec le développement du lanceur européen Ariane va naître une idée  originale, un système ingénieux, le système de lancement double Ariane, le SYLDA. C'est Frédéric d'Allest, à la direction des lanceurs du CNES qui en a l'idée et qui demande à le développer auprès de son bureau d'études. L'ESA initie le développement en juillet 1978.

"Nous étions en compétition à cette époque avec les Américains et leur navette spatiale qu'ils vendaient à prix fracassés, à perte d'ailleurs explique Frédéric d'Allest. Nous avions donc en face de nous des prix complètement cassés et nous étions incapables de produire les lanceurs et de les lancer au prix de la Navette spatiale. Notre seule porte de sortie a été d'organiser le lanceur pour faire des lancements de deux satellites simultanément, deux satellites qui s'ignorent, qui n'ont pas été construits pour ça. Avant, nous avions fait les satellites empilés, en « grappe », comme les militaires, mais là il s'agissait d'avoir deux satellites, deux coiffes dans une si j'ose dire.

En 1976, la DLA pense directement à un successeur pour la première Ariane, Ariane 3. En fait, c'est à ce moment qu'est lancé le concept de famille Ariane pour pouvoir faire du lancement double. Ariane 1, c'est un Atlas Centaur de 1973 qui peut lancer un gros satellite Intelsat 5 (1800 kg). L'idée est de faire une Ariane 3 dérivée d'Ariane 1, mais capable de lancer 2 satellites de la classe navette avec le moteur d'apogée PAM Delta. Si Ariane 1 a essuyé les plâtres du lancement double, c'est Ariane 3 qui le finalise pour qu'il devienne la norme pour Ariane 4 par la suite. Pour cette dernière, encore l'esprit de famille avec la possibilité de lancer un satellite Intelsat 5 PAM Atlas et un satellite PAM Delta.

"C'est une totale innovation française, de faible coût, qui peut faire faire de grosses économies aux clients utilisateurs d'Ariane. L'idée consiste, avec un même lanceur, à lancer deux satellites sur deux orbites de transfert géostationnaire différentes. Et donc, pour les futurs clients, à diviser pratiquement par deux le coût du lancement. Une économie de près de quinze millions de dollars pour chacun. Le système est simple et vraiment astucieux : on installe le premier satellite au-dessus de la case d'équipement du troisième étage, on le recouvre d'un coquetier renversé sur le sommet duquel on installe le second satellite. La coiffe du lanceur recouvre l'ensemble et on lance." raconte Jean Pierre Morin dans son livre sur la naissance d'Ariane.

Les performances d'Ariane 1 permettent de placer en orbite de transfert GTO 200-36 000 km, une masse de 1700 kg, En lancement double, le vol L5 a permit de lancer 2 satellites, un de 1014 kg et l'autre de 420 kg.  Avec Ariane 3, la masse satellisable sera de 2580 kg en lancement simple classe PAM A et 2 fois 1195 kg en classe PAM D. 

Le SYLDA est développé et réalisé pour le compte de l'Agence Spatiale Européenne par la Société Aérospatiale, dans son établissement des Mureaux. Le développement des systèmes de séparation est sous-traité à la firme suédoise, SAAB. Le développement du SYLDA a débuté en mai 1978, à la suite d'un appel d'offres auprès de différentes firmes européennes. Le montant global du contrat de développement est de l'ordre de 20 MF, couvrant une période d'environ deux ans et aboutissant, après des essais sur un modèle mécanique, à la livraison d'un premier modèle de vol.
Le SYLDA représente une véritable prouesse technique. Il s'agit de la plus grande structure en fibre de carbone nid d'abeille, jamais réalisée en Europe. En effet, seul le carbone permet d'atteindre les performances de légèreté et de rigidité requises pour une telle mission.  

Le SYLDA est constitué essentiellement d'une structure porteuse, 3 systèmes de séparation (un pour chaque satellite et un pour la structure elle même). Dans sa configuration de base, il offre au satellite supérieur le même volume qu'un satellite US dans la soute de la navette avec un étage PAM D. Le satellite du bas est similaire en taille à MARECS. Les interfaces mécaniques et électriques au moment de la séparation sont les mêmes pour chaque satellites et identiques aux spécifications des étages PAM D US.

Des portes et des ouvertures dans la structure facilitent l'accès aux satellites du bas et le passage des ondes radio électriques. La séparation est faite par des bandes de serrage Marman découpées par des boulons pyrotechniques.

Les deux clients partagent donc le coût du lancement, ce qui rend Ariane compétitif avec les systèmes de lancement concurrents. Le SYLDA est dans un premier temps adapté à la version Ariane 1, SYLDA 3900, la hauteur en mm. Boulonné directement sur la case à équipements à a place de l'adaptateur standard, il permet l'emport d'un satellite du type STS/PAM D monté sur la partie supérieure de sa structure et d'un satellite du type MARECS monté à l'intérieur sur une structure porteuse conique.
Dans la version Ariane 3, dont le volume sous coiffe est augmenté, le SYLDA subi les modifications nécessaires pour permettre l'emport de 2 satellites de même type STS/PAM D, représentant une masse totale satellisable de 2260 kg et devient le SYLDA 4400.

Le SYLDA 3900 Ariane 1

    Intégration du SYLDA 3900 pour L6

1 Cadre interface satellite haut 2 Section haute 3 Cadre interface SYLDA, plan de séparation 4 Cadre interface satellite bas 5 Section intermédiaire 6 Cône inférieur 7 Section basse externe 5+6 8 Section basse interne 9 Cadre de jonction lanceur Y 10 Cadre interface lanceur

Le SYLDA est formé d'une coque en matériaux stratifiés, constitués d'une peau en carbone multicouche (4 à 8 selon les zones) collée à chaud sur une âme en nid d'abeille métallique (A-G5) de 10 mm d'épaisseur. Les peaux sont réalisées en carboform HMS code 87-100micro (Fothergill), par drapage quasi isotrope. Les renforts locaux sont en tissu (G 814/DX 210). Les peaux sont polymérisées sous vide à 170 °C après drapage. Les cadres de séparation et de liaison sont métalliques, obtenus par usinage d'ébauches forgées en alliage léger (A-Z5G T65 1).
L'emploi de cette technologie avancée pour SYLDA garantit pleinement les performances requises: rigidité élevée, masse minimale, grande capacité d'emport, souplesse vis-à-vis des adaptations de la configuration aux demandes particulières des clients, compatibilité avec les normes de propreté pour des satellites de la classe 100000.

La paroi du SYLDA est un sandwich de matériaux composite, peau en carbone (1) sur une structure en nid d'abeille (2)

Essai d'intégration du SYLDA dans la coiffe d'Ariane 1 au SIL des Mureaux

Les cadres de fixation et les systèmes de séparation des satellites haut et bas sont en principe identiques et les interfaces à des endroits correspondent à celle du PAM-D. Les deux satellites n'ont pas d'interfaces mécaniques ni électriques. L'injection en orbite et la libération des deux satellites se fait de la façon suivante:
Après l'arrêt du moteur du troisième étage, celui-ci est orienté dans la direction prévue pour a mission en question, puis mis en rotation jusqu'à 10 tours par minute maximum. Le système de contrôle d'attitude du troisième étage est ensuite inhibé. Le satellite supérieur est séparé par libération d'une sangle obtenue par la coupure de deux boulons. La vitesse de séparation est créée par quatre ressorts appuyant sur le satellite. Après séparation de la partie haute de la structure porteuse, la rotation est stoppée puis le composite ré orienté pour le second satellite. Nouvelle mise en rotation et largage du second satellite dans la direction souhaitée. Les ordres pour les trois séparations proviennent de la case à équipements du lanceur. Des microswitches faisant partie des équipements du SYLDA fournissent par télémesures les signaux de confirmation des séparations. Lors du vol, l'ambiance vibratoire à laquelle sont exposés les deux satellites est mesurée et transmise au sol.
Les vitesses relatives nécessaires pour une séparation sont déterminées individuellement pour chaque mission en fonction des caractéristiques des satellites, afin d'éviter des collisions à moyen et à long terme.

SEQUENCE LARGAGE SYLDA  A et B : Orientation du composite (3 eme étage + CU) avec le système de contrôle d' attitude et de roulis (SCAR) C : mise en spin par ordre du SCAR D : Séparation de la charge supérieure. E : La partie supérieure du SYLDA est éjectée. Réorientation de l' étage. F : mise en Spin et séparation de la charge utile de l' étage. G : Manoeuvres du troisième étage (mise en spin, éloignement, ouverture des valves LO2). Note : La séparation des CU peut aussi être réalisé en configuration "stabilisation trois axes".

Les interfaces mécaniques entre les satellites haut et bas et le SYLDA (dans ses deux versions) sont identiques. Les satellites reposent chacun sur un cadre dont le diamètre de centrage est de 937,62 mm au niveau du plan de séparation. Les structures du SYLDA comportent des supports pour recevoir les prises ombilicales - 2 prises culot 27 broches. En cas de besoin 19 ou 36 broches peuvent être montés.

Le satellite SIRIO posé sur l'adaptateur de la section basse du SYLDA

Vol L5, transfert du composite sur le lanceur. Le satellite MAREC B est au dessus de la structure, Sirio dedans

Le SYLDA 3900 n° 1 et 2 vole 2 fois sur Ariane 1. Premier vol sur L5 en septembre 1982. Malheureusement à H+640 s, une panne du 3e étage interdit la satellisation et le déploiement des satellites Sirio 2 et MARECS B. Il revole sur L6 en juin 1983 et remplit parfaitement sa mission larguant ECS 1, placé au dessus de la structure et AmSat 3B dedans.

La qualification du SYLDA 3900 ouvre la porte au SYLDA 4400, destiné à Ariane 3. Ce qui différencie les 2 structures est simplement l'allongement de la partie haute de 50 cm augmentant le volume interne.

Le SYLDA 440 vole lui 10 fois sur Ariane 3 (V10, 11, 12, 13, 15, 17, 19, 21, 24 et 25) et une fois sur Ariane 4, V40 en novembre 1990.

Les satellites ECS 3-4-5 seront placés en partie basse du SYLDA 4400 pour les vol V15, 17 et 24.

Upper et Lower SYLDA   

SEQUENCE LARGAGE SYLDA  A et B : Orientation du composite (3 eme étage + CU) avec le système de contrôle d' attitude et de roulis (SCAR) C : mise en spin par ordre du SCAR D : Séparation de la charge supérieure. E : La partie supérieure du SYLDA est éjectée. Réorientation de l' étage. F : mise en Spin et séparation de la charge utile de l' étage. G : Manoeuvres du troisième étage (mise en spin, éloignement, ouverture des valves LO2). Note : La séparation des CU peut aussi être réalisé en configuration "stabilisation trois axes".

SYLDA 4400 pour Télécom 1 (vol V10)

Fac similé Aerospatiale commémorant le premier vol du SYLDA sur Ariane L5 et pub Aérospatiale 80s.

V40, novembre 1990: SATCOM C1 sur Sylda 4400

ARIANE 4

Pour Ariane 4, il est plus rentable, en termes de masse, de prévoir une coiffe compartimentée que d'introduire une structure porteuse interne comme le SYLDA d'Ariane 1 et 3. Cette structure est une sorte de SYLDA externe sur lequel est posé la coiffe, baptisée SPELDA (pour Structure porteuse externe de lancement double Ariane). Son développement est confié à BAe Stevenage.

La SPELDA se compose de deux parties réalisées en nid d'abeilles d'alliage d'aluminium avec un revêtement en fibres de carbone.
La partie inférieure est un cylindre de 4 m de diamètre extérieur et de 2 m de hauteur; elle est fixée à la partie supérieure de la case à équipement VEB au moyen de 180 boulons.
La partie supérieure est un cylindre différentes hauteurs selon la configuration, de 4 m de diamètre extérieur terminé par un cône tronqué d' un mètre de hauteur présentant une interface de 1,92 m de diamètre avec la charge utile supérieure.
Ces deux parties sont reliées par un dispositif pyrotechnique et des ressorts montés à l'intérieur de la partie inférieure pour imprimer une vitesse de séparation à la partie supérieure.

La Spelda est proposée en 3 versions depuis 1996:
_ La Spelda courte (hauteur totale 3,8 m); 
_ La mini Spelda de 320 kg avec la partie cylindrique haute de 1,8 m (hauteur totale 2,8 m);
_ La mini Spelda "élargi" de 350 kg avec la partie cylindrique limitée à 2,1 m (hauteur totale 3,1 m);
Une Spelda longue (hauteur totale 4,78 m) a été étudié mais jamais utilisé;

Les configurations de la SPELDA avec Ariane 4. A noter une configuration avec le SYLDA 4400 d'Ariane 3, utilisé qu'une seule fois pour V40 en novembre 1990 avec le dernier SYLDA 4400, le 11e et placer sur orbite G Star 4 1250 kg, position basse et Satcom C1 1168 kg, position haute.

La coiffe est disponible 2 hauteurs, 8,6 m et 9,6 m. Combinée au SPELDA, la partie haute se décline en 6 versions. 

Les 7 versions de la PH Ariane 4: Type 01 (coiffe courte), type 02 (coiffe longue), type 02 SYLDA, type 03 (coiffe extra longue), type 11 (SPELDA court+coiffe courte), type 12 (SPELDA court+coiffe longue) et type 21 (SPELDA long+ coiffe courte).

Les demi-coiffes sont reliées par des rivets qui sont découpés par un cordeau pyrotechnique au moment de la séparation. Elles sont fixées à la partie supérieure de la VEB ou de la SPELDA par une sangle en acier en deux éléments tendue par deux boulons pyrotechniques.

Coiffe Ariane 3 et 4

Les masses de l'ensemble SPELDA éventuel et coiffe varient suivant les configurations de 725 à 1 130 kilogrammes. Les coiffes Ariane 4 ont une masse au mètre cube améliorée de 50 % par rapport aux coiffes Ariane 1 à 3. Cette performance est obtenue par l'utilisation de matériaux composites. 

SEQUENCE LARGAGE SPELDA COURT A et B : Orientation du composite (3 eme étage + CU) avec le système de contrôle d' attitude et de roulis (SCAR) C : mise en spin par ordre du SCAR D : Séparation de la charge supérieure. E : La partie supérieure du SPELDA est éjectée. Réorientation de l' étage. F : mise en Spin et séparation de la charge utile de l' étage. G : Manoeuvres du troisième étage (mise en spin, éloignement, ouverture des valves LO2). Note : La séparation des CU peut aussi être réalisé en configuration "stabilisation trois axes".

SEQUENCE LARGAGE MINI SPELDA A et B : Orientation du composite (3 eme étage + CU) avec le système de contrôle d' attitude et de roulis (SCAR) C : mise en spin par ordre du SCAR D : Séparation de la charge supérieure. E : La partie supérieure du SPELDA est éjectée. Réorientation de l' étage. F : mise en Spin et séparation de la charge utile de l' étage. G : Manoeuvres du troisième étage (mise en spin, éloignement, ouverture des valves LO2). Note : La séparation des CU peut aussi être réalisé en configuration "stabilisation trois axes".

Les 116 lancements d'Ariane 4 de 1988 à 2003 ont permit d'utiliser 23 Spelda courte (PF1 à PF  ), 14 mini Spelda, 6 mini Spelda +300, et un SYLDA 4400, dédié à Ariane 3 pour le vol V40, le 11e exemplaire en août 1990.

 

V22; courte PF1	V51 UV15 courte	V92 UV32 mini
V27 UV1 courte	V53 UV16 courte	V93 UV34 mini + 300
V29 UV2 courte	V58 UV18 mini	V95 UV35 mini
V31 UV3 courte	V61 UV17 courte	V97 UV36 mini
V33 UV4 courte	V62 UV23 mini	V99 UV28 courte
V36 UV5 courte	V63UV19 courte	V102 UV22 courte
V37 UV6 courte	V65 UV24 mini	V105 UV30 courte
V38 UV8 courte	V66 UV20 courte	V108 UV37 mini
V39 UV9 courte	V68 UV25 mini	V111 UV40 mini
V40 Sylda 4400	V71 UV21 courte	V113 UV38 mini + 300
V41 UV10 courte	V81 UV26 mini	V116 UV39 mini
V42 UV11 courte	V82 UV27 mini	V131 UV42 mini +300
V48 UV12 courte	V86 UV29 mini	V139 UV44 mini
V49 UV14 courte	V89 UV31 mini + 300	V149 UV43 mini+300
V50 UV13 courte	V90 UV33 mini + 300

SEQUENCE LARGAGE SYLDA  A et B : Orientation du composite (3 eme étage + CU) avec le système de contrôle d' attitude et de roulis (SCAR) C : mise en spin par ordre du SCAR D : Séparation de la charge supérieure. E : La partie supérieure du SYLDA est éjectée. Réorientation de l' étage. F : mise en Spin et séparation de la charge utile de l' étage. G : Manoeuvres du troisième étage (mise en spin, éloignement, ouverture des valves LO2). Note : La séparation des CU peut aussi être réalisé en configuration "stabilisation trois axes".

 

La coiffe et la SPELDA Ariane 4 sont une référence dans le domaine aérospatial. La firme US Martin Marietta acheta plusieurs coiffes à Contraves pour son lanceur Titan 34D7. La firme acheta aussi à BAe (British Aerospace) 3 SPELDA pour le même lanceur. Les Américains n'ont jamais fait de lancements double avec leur lanceur. Le premier lancement avec une SPELDA et une coiffe Ariane 4 a lieu le 1 janvier 1990 sur un Commercial Titan 3, vol CT1 avec Skynet 4A et JSat 2. Pour le second vol, l'étage 2 refuse de se séparer et la mise en orbite du satellite Intelsat se fait à une mauvaise altitude. Il sera sauvé en 1992 par les astronautes de la navette Endeavour. Le 3e vol, CT3 place Intelsat 604 en orbite et le dernier en septembre 1992 la sonde mars Observer. Martin Marietta n'arrivant pas à commercialiser son lanceur abandonne l'idée de "concurrencer " Ariane 4, qui avait son atout principal, Kourou, près de l'équateur.

ARIANE 5

Comme son prédécesseur, Ariane 5 permet l' emport de 2 voire 3 satellites par lancement. Le SPELDA d'Ariane 5, c'est le SPELTRA Structure Porteuse Externe Lancement TRiple Ariane). Comme les autres Ariane, Ariane 5 peut aussi utiliser le SYLDA, dans sa version 5.

Le SPELTRA est positionné entre l' étage supérieur et la coiffe. Un satellite est placé dans le SPELTRA alors que l' autre est monté sur le SPELTRA, dans la coiffe.
Le SPELTRA pèse dans la version longue 820 kg et dans la version courte 704 kg, chacune pouvant abriter un satellite de 4500 kg. Le SPELTRA est conique à sa partie inférieure et cylindrique au sommet. Le diamètre maximal est de 5,4 m comme l' étage principal du lanceur avec une partie cylindrique haute de 4,1 et 5,6 m en version courte et longue et la partie supérieure tronconique de 1,3 m de haut et 2,6 m de diamètre qui  permet d' adapter l' interface pour le second satellite.  
En plus du transport de satellites, le SPELTRA protège les charges utiles avant le lancement. En conséquence il reçoit constamment de l' air sec par une ligne ombilicale afin de maintenir les satellites "au frais" jusqu' au décollage. Des panneaux permettent d' accéder aux satellites tout autour de la circonférence de la structure.
Le SPELTRA est réalisé en fibre de carbone par DASA Dornier à Friedrichschafen Allemagne. Il n'a été utilisé que pour les 3 premiers vols d'Ariane 5, en version longue (5,66 m) pour AR501 V88, AR502 V101 et AR503 V112. De ce fait, la SPELTRA a été rapidement abandonnée au profit du SYLDA 5 développé pour Ariane 5. Les SPELDA et SPELTRA sont des structures externes du même diamètre que la coiffe qu'elle supportent et offrent un diamètre intérieur supérieur à celui des SYLDA situés à l'intérieur de la coiffe. Ces structures sont également soumises à des efforts généraux dus à l'aérodynamique plus importants donc plus coûteux en masse que le SYLDA. Ce dernier nécessite une coiffe plus longue, mais celle-ci est larguée assez rapidement et finalement le bilan masse est meilleur dans le cas du SYLDA car la structure SPELTRA reste sur le lanceur jusqu'à la mise en orbite des 2 CU.

Le SYLDA 5 est à l' intérieur de la coiffe d' Ariane 5. Il permet d' abriter deux charges utiles dans la même coiffe. A la fin du vol, le satellites du haut est largué en premier. Le Sylda est découpé en deux par des charges pyrotechniques permettant de libérer le second satellite par ressort.
Le Sylda 5 est une structure cylindrique et conique réalisée en nid d' abeille à base de carbone avec une structure en aluminium rivetée de 440 kg pour la version de base. D'un diamètre de base de 4,561 m, il s'adapte à la partie supérieur du lanceur ou du SPELTRA par un tronc de cône de 59 cm de haut et 5,4 m de diamètre. Sa hauteur varie de 4,9 à 6,4 m, selon des incréments de 30 cm pour s'adapter aux différentes charges utiles, offrant des volumes de 50 à 65 m3.
Le cône supérieur de 1 m de haut et 2,6 m de diamètre permet d' adapter la charge utile supérieure. Le développement du Sylda-5 s ‘est achevé en octobre 1999 et a volé sur Ariane-505. Depuis il vole sur quasiment tous les vols. Une 6e version a été développé, version K, haut de 7 m spécialement pour le satellite Rascom QAF 1R qui vole sur V196.

Dans la cadre d'un lancement simple, le satellite est placé sur l'EPS, avec optionnellement un adaptateur de charge utile. Dans la cadre d'un lancement double, un satellite est mis sous la cloche formé par la Speltra ou la Sylda-5. Ensuite, on place le second satellite sur la structure porteuse, toujours optionnellement avec un adaptateur.

Les Adaptateur de Charge Utile ACU font 2,6 m de diamètre. Si un satellite peut utiliser ce diamètre, pas d'adaptateur nécessaire. Toutefois, afin de satisfaire le plus grand nombre, on a développé 3 adaptateurs permettant des interfaces différentes.
_ Interface 1666V5 pour une interface de 1,666 m de diamètre, pesant 120 kg
_ Interface 1194V5 pour une interface de 1,194 m de diamètre pesant 130 kg
_ Interface 937VB5 et 937V5 pour une interface de 93,7 cm de diamètre pour 120 et 130 kg.
En 2000, pour le vol 507, un 4e ACU vole, le 1663 SP (en fibre de carbone) associé à un ASAP 5, un "dispenser" pour micro satellites réalisé en aluminium.

Ces adaptateurs peuvent supporter des charges utiles de 2 à 4,5 tonnes. Ils incluent un système de fixation par boulonnage, un système de séparation par ressort et un système d'alimentation électrique pour le satellite transporté.

La coiffe Ariane 5 est de 3 longueurs différentes :
- La courte, 12,7 m qui peut être combinée avec un SYLDA 5 interne ou un SPELTRA
- La moyenne, 13,8 m, entrée en service en 2002 qui peut être combinée avec un SYLDA 5 interne ou un SPELTRA
- La longue, 17 m, développé pour les grosses charges, comme l'ATV ou Envisat, utilisable avec le SYLDA 5.

Avec 3 types de coiffes, 4 modèles de bague d'espacement (de 0,5 à 2 m), 8 adaptateurs ACU, 6 versions du SYLDA 5, 2 SPELTRA (5,5 et 7 m) et 2 ASAP 5, Arianespace propose pas moins de 70 combinaisons possibles pour le client.

Un SPELTRA grandeur nature exposé au Dornier Air & Space Museum, Friedrichshafen, Allemagne.

Pour le lanceur VEGA, le système de lancement double s'appelle VESPA (VEga Secondary Payload Adapter) utilisé sur le vol VV02 en mai 2013.