Les 2 Etages d' Accélération à Poudre - EAP - d'Ariane 5 de forme cylindrique sont les boosters ou les fusées d'appoint du lanceur. On peut les comparer à deux énormes pétards qui contiennent 237,7 tonnes de poudre. Les EAP fournissent en effet la grande majorité de la poussée au décollage (90 %) pour 24 fois la masse d'un PAP d'Ariane 4.

Comparé au moteur Vulcain de l'EPC, les deux EAP ne peuvent être éteints une fois allumés, d'où leur danger en cas de défaillance. Leur allumage est irréversible. C'est d'ailleurs ce qui a coûté la vie aux 7 astronautes de la navette spatiale américaine Challenger en 1986. En effet, les joints ont fuit dès l'allumage des boosters et finalement, les flammes ont attaqué le réservoir de la navette qui a donc explosé. Il était impossible de stopper le vol une fois les boosters allumés. 

Les EAP assurent le maintien du lanceur au sol, la séparation du lanceur, la transmission des mesures et leur neutralisation (sur séparation intempestive provoquée par l' EAP ou de l' EPC). Chaque EAP mesure 27,343 m de hauteur 3,05 m de diamètre pour une masse à vide de 38 tonnes (238 tonnes de propergol solide).

Chaque EAP est composée d' un moteur MPS, une jupe arrière et avant JAR et JAV, d' un groupe d' activation tuyère GAT d' un dispositif d' accrochage avant et arrière DAAV et DAAR, d' équipements électriques et pyro ainsi que divers accessoires et capotages.

Le moteur MPS assure la propulsion du booster en délivrant au sol une poussée de 540 tonnes soit une Ariane 44L. La courbe de poussée est calculé pour minimiser les efforts aérodynamiques et optimiser les performances (maximale durant les 20 premières secondes avec un long pallier de 80 secondes).

Le corps de propulseur nu CPN est l' enveloppe externe du propulseur, il est constitué de 7 viroles obtenues par fluotournage d' ébauches en acier et 2 fonds. Les viroles et les fonds sont assemblés par des liaisons de type tenon-mortaise maintenues par des pions. Ces liaisons sont de 2 types, suivant le nombre de joint toriques qu' elles comprennent: les liaisons usines de type 1 avec un seul joint et les liaisons usines de type 2, les liaisons inter segments avec 2 joints.

L' EAP est composé de trois segments : le segment avant S1 est fabriqué en Italie et les deux autres S2 et 3 directement en Guyane dans l' usine UPG. Ils sont ensuite acheminés par la route sur le fardier une remorque à roues multiples conçues pour cet usage depuis l' usine jusqu'au Bâtiment d'Intégration Propulseurs BIP où ils sont préparés, assemblés en position verticale sur leurs palettes (dont ils resteront solidaires pendant toute la phase de préparation jusqu'au décollage) et tiré par un transbordeur (table mobile de 180 tonnes) préparés et équipés par la société franco-italienne Europropulsion.

Le segment, S1 mesure 3,5 m de long et contient 23,4 tonnes de poudre. Le segment central, S2 mesure lui 10,17 m de long et contient 107,4 tonnes de poudre. Le dernier segment à l' arrière, S3 mesure 11,1 m de long et contient 106,7 tonnes de poudre.

La tuyère à la base est chargée d' évacuer les gaz de propulsion à raison de 2 tonnes par secondes. Fixée sur le segment 3, elle peut s' orienter à 6° (7,3° maxi). Elle mesure 3,78 m de long, 2,99 m de diamètre et pèse 6,4 tonnes. Elle est conçu dans un alliage métallique et composite (avec de la silice) pour résister à la très haute température dégagée. La pression de combustion dans l'EAP est de 61,34 bars. Les segments du corps central sont en en acier  de 8 mm d'épaisseur. l' intérieur est recouvert d' une protection thermique à base de caoutchouc. Ils sont séparés par des lignes inter segments d'isolation. Ces joints sont placés entre les segments. 

Les segments sont chargés en poudre de manière cylindrique. Vu de dessus, on verrait à l'extérieur la coque, puis à l'intérieur, un long cylindre creux de poudre solide. Le milieu est troué pour faire sortir les gaz par le bas.
La poudre que l'on met dans les segments se décompose en :
_ 68% de perchlorate d'ammonium (oxydant de la réaction chimique) NH4 + et ClO4 -
_ 18% d'aluminium (réducteur de la réaction chimique) Al
_ 14% de polybutadiène et de divers (liant)
La combustion se fait de l'intérieur vers l'extérieur de chaque segment à raison de 7,4 mm-s. A l'intérieur la pression est de 61 nras, les gaz s'éjectant à la vitesse de 2 tonnes par seconde.

Le perchlorate d'ammonium et l'aluminium réagissent ensemble pour former les gaz de propulsion. La combustion libère des particules d'alumine (issue de l'aluminium) pouvant nuire à l'environnement, alors que l'hydrogène et l'oxygène liquide de l'EPC sont sans influence notable (sauf pour la couche d'ozone). Autour du centre de Kourou, de nombreux capteurs mesurent le taux en alumine de l'atmosphère. Le liant (polybutadiène) permet aux deux composants de bien se mélanger lors de leur préparation, car sinon, ils se sépareraient automatiquement (comme un peu l'huile et l'eau). Pour le vol 502, le propergol a été produit par Regulus, à l'UPS au CSG. Pour 501, il venait de l'américian Kerr McGee, ainsi que les vols 503, 504 et 505. McGee a été racheté par Wecco (American pacific). La SNPE à Toulouse sera le seul fournisseur de propergols pour Ariane 5 puisque McGee a annoncé arrêtter ses activités. La politique d'Arianespace voudrait un double approvisionnement des sources. L'usine de toulouse assure produire 5 000 tonnes de propergols, assez pour 14 vols Ariane 5 et dispose en plus d'un stock pour 10 vols.

Au sommet de l'EAP, l'allumeur mesure 1,25 m de long pour 47 cm de diamètre et une masse de 315 kg et 65 kg de poudre. Il va permettre d'allumer le booster en amorçant la combustion de la poudre qui va générer la combustion de tous les segment progressivement en 350 ms.

A l'avant (en haut), il y a un système comprenant un vérins d'amortissement pour éviter les à-coups (DIAS - DIspositif ASsouplisseur) relié au système d'accrochage DAAV - Dispositif d'Accrochage AVant.

Après l'épuisement de la poudre, l'EAP est largué. Pour cela, on amorce 8 fusées d'éloignement et on déconnecte les DAAR et DAAV. Ces 8 fusées se répartissent ainsi : 4 à l'avant (en haut) et 4 à l'arrière (en bas). Ces fusées contiennent chacune 18,9 kg de poudre. Elles fourniront entre 66 et 73 kN (100 kg) de poussée pendant une demi seconde.

L'EAP 238, dit version de base vole avec les premières Ariane 5. Avec les versions Evolution, Ariane 5ECA et ES, la quantité de propergols augmente de 3 tonnes, la tuyère et la carcasse sont allégées, ce sont les EAP 241. En réduisant le nombre de segments à 3 au lieu de 7, les boosters prennent la désignation de EAP 241A.

Les EAP peuvent être récupérés en vol intacts après leur fonctionnement afin d'effectuer des analyses. Pour cela, le haut du booster dispose dans sa jupe avant d'un système de parachute. Ces parachutes sont d'ailleurs fournit par les Russes, une petite contribution, mais très symbolique. Le plus grand des parachutes fait 1800 m2.

La jupe arrière, supporte au sol les EAP. Cette structure métallique est composée de 2 cadres rendus rigides par des renforts et recouverts d' un revêtement, des fixations du GAT, des fusées d' éloignement arrière, des équipements électriques et pyro et de matériaux isolants.  

Le GAT groupe d' activation tuyère est situé sur la jupe arrière. Il permet l' orientation de la tuyère grâce à de l' huile maintenue sous pression (200 litres sous 380 bars) par de l' hélium dans un réservoir de 4 m de long réalisé en fibre de carbone (masse totale 900 kg). Il permet le pilotage de l' EAP (asservissement de la tuyère et mesure de vitesse angulaire) par l' intermédiaire de 2 réservoirs d' huiles identiques et deux servo moteur disposés à 90° l' un de l' autre permettant des inclinaisons de 6°. Pour Ariane 5 GS, un réservoir a été enlevé, à la suite d'une étude menée par une ingénieure spécialiste du pilotage ASTRIUM.

Les boosters EAP-238 ont 2 réservoirs hydrauliques à la base de chaque booster (ceux-ci alimentent le système de vecteur de poussée). Sur l'EAP-241, celui-ci est remplacé par un seul plus grand.
 

LE MOTEUR MPS

Servant de base pour fixer les boosters EAP, l' Etage Principal Cryotechnique - EPC - une énorme bouteille thermos de 30,525 m de haut, 5,458 m de diamètre et pesant 12300 kg vide est réalisée en alliage d'aluminium 2219. 

L' EPC est constitué d' un réservoir isolé équipé RIE, la jupe avant équipée JAVE, le bati moteur équipé BME, le moteur Vulcain et les équipements associés (électricité, mécaniques et fluides).

Il est normal de noter qu'on emporte une masse plus importante d'oxygène dans un volume plus petit car l'oxygène liquide est beaucoup plus lourd pour un même volume que l'hydrogène liquide. L'épaisseur des réservoirs est de l'ordre de 4 mm sur les parois avec une protection thermique en polyuréthane expansé de 2 cm d'épaisseur (250 panneaux). Les deux réservoirs sont pressurisés (mis sous pression) quelques 4 h 30 min avant le décollage avec de l'hélium. Cet hélium provient d'une sphère situé à côté du moteur Vulcain. Cette sphère est isolé thermiquement par une poche d'air. Ces 145 kg d'hélium sont pressurisés à 19 bars au décollage puis 17 au cours du vol. Cet hélium va pressuriser les réservoirs à 3,5 bars pour l'oxygène et 2,15 pour l'hydrogène. Au cours du vol, l'oxygène sera pressurisé à 3,7 puis 3,45 bars toujours avec de l'hélium. Le débit moyen d'hélium dans le réservoir est de l'ordre de 0,2 kg/s. L'hydrogène liquide sera maintenu sous pression par de l'hydrogène gazeux. Cet hydrogène gazeux est prélevé en bas de l'étage avant le moteur, puis réchauffé et transformé en gaz (à environ -170°C), est réinjecté dans le réservoir d'hydrogène liquide. En moyenne, cela représente un débit de 0,4 kg/s. Il y a donc tout un jeu de valves et de vannes pour commander les différentes pressions. Un système spécial prélève le combustible dans le réservoirs. Il fournit au moteur, quelques 200 litres d'oxygène et 600 litres d'hydrogène par seconde.

L'EPC de base, H155 emporte 155 tonnes d'ergols et utilise un moteur Vulcain 1 cryogénique (oxygène et hydrogène). Les versions Evolution utilisent un moteur Vulcain 2, 22% de poussée en plus que le Vulcain 1, passant de 110 à 135 tonnes. La cloison entre les réservoirs a donc été déplacée pour obtenir les tailles de réservoir correctes. La masse de propergol embarquée passe à 173 tonnes pour la même hauteur, évitant des changements majeurs à la structuration (25 tonnes LH2 et 150 LOX). L'isolation thermique est aussi changée.

LE MOTEUR VULCAIN

L' Etage à Propergols Stockables EPS est l' étage supérieur d' Ariane 5, sa mission est d'ajuster la satellisation des charges utiles selon l'orbite visée et d'assurer leur orientation et leur séparation. Situé à l' intérieur du lanceur, il ne subit pas les ambiances extérieures. Sa conception est simple, c' est un étage pressurisé sans turbopompes de forme tronconique qui s' intercale entre la case et l' adaptateur de charge utile. L'EPS, réalisé sous la responsabilité d'Astrium EADS, est une structure de 1200 kg constituée d' un ensemble de 4 réservoirs en aluminium contenant au total jusqu'à 9,7 tonnes d'ergols classiques MMH (CH3 - N2H3 (CH6N2)) et N2O4  hypergoliques (3200 et 6500 kg respectivement). Il  mesure 3,356 m de hauteur avec la tuyère, 3,963 m de diamètre au niveau de l' interface de la case et 2,624 m au niveau de l' adaptateur charge utile.

A la version de base de l'EPS sera développé une version  SPES L10, issue du programme "perfo 2000"  avec 260 kg d'ergols MMH en plus (réservoirs allongés et 30 secondes de combustion en plus. Cet étage volera avec des réservoirs remplit à 100% pour la mise en orbite des satellites Galiléo et à moitie pour les missions ATV.

La Case à équipements est le véritable cerveau d'Ariane 5. En effet, Ariane 5 n'est pas pilotée du sol mais se télécommande elle-même avec ses propres capteurs et calculateurs. Les années ont montré qu'on ne peut pas se fier toujours à la technologie, qui peut subir des problèmes divers et variés. C'est pourquoi, tous les systèmes de vol sont doublés dans la case à équipements pour palier à toute interruption d'un appareil.

La Case à équipements mesure 5,43 m de diamètre à sa base et 5,46 m au sommet pour permettre d'y fixer soit la structure SPELTRA, soit la coiffe. Elle mesure 1,56 m d'épaisseur pour une masse de 1,5 tonne. L'interface avec l'EPS qui va se glisser dans l'anneau mesure au sommet 3,97 m de diamètre. Le plateau pour poser les instruments mesure alors 33,4 cm de large.

Réalisée sous la responsabilité industrielle d'Astrium, elle est est constituée d'une structure cylindrique externe (système de séparation des composites inférieurs et supérieur du lanceur) un cône interne supportant l'EPS et abritant une partie des équipements électriques nécessaires au déroulement de la mission, 2 plateaux servant de support aux équipements électroniques et une membrane séparant le volume case du volume charge utile. 

La virole cylindrique est constituée de 2 parties séparées par une bride intermédiaire, au niveau de laquelle est aménagé le système de séparation case/EPC. La base du cône supportant l' EPS repose également sur cette bride. Après séparation, la partie inférieure de la virole externe, haut de 51 cm reste solidaire de l' étage EPC. La partie supérieure de la virole, équipée de 8 portes d' accès aux équipements internes supporte les platines tuyère du SCA, les réservoirs d' hydrazine, les tuyauterie du SCA, les 2 antennes de télémesure et les plaques de remplissage vidange de l' EPS.

La partie supérieure de la virole comporte aussi une bride assurant l' interface mécanique entre la case et le SPELTRA , des supports pour les connections électriques SPELTRA. La partie inférieure supporte aussi les 8 vernis pyro pour la séparation de l' EPC composite supérieur, les prises ombilicales de la charge utile basse. 

Le cône interne de 870 mm de hauteur supporte les 2 plateaux porte équipements, par l' intermédiaire de consoles, le toron principal de câblage de connections charge utile, une bride située à la partie supérieure du cône et servant d' interface mécanique case / EPS et 2 plaques circulaires situées également à la partie supérieure du cône, équipées des connecteurs électriques de l' EPS. Il est constitué d' une structure en nid d' abeille aluminium avec peaux en fibre de carbone et est protégé du coté de l' EPS par une protection thermique multicouches. 

Les volumes entre la case, la SPELTRA ou coiffe sont séparés par une membrane en matériau léger capable de supporter une variation de pression de 100 mbars entre les 2 volumes. Elle assurent aussi une isolation complète du volume charge utile. 

Fonctionnement du SCA

Durant la première phase du vol, les deux EAP permettent de contrôler le roulis (la rotation sur lui-même) du lanceur. En effet, si le lanceur se met en rotation, il perd de l'énergie et cela fait que le carburant (oxygène ou hydrogène liquides) remontent sur les parois du réservoirs sous l'effet de la force centrifuge. Or, les sondes qui mesurent la quantité d'ergols restants et les canalisations sont placées au milieu du réservoir. Cela pourrait occasionner un arrêt prématuré des réservoirs. Cela s'est produit sur le vol de qualification n°2 (vol 502).

Les instruments de la case à équipements

Sur le plateau horizontal de 33,4 cm situé dans l'anneau, on trouve tous les instruments de vol. En fait, le système n'occupe que la moitié, l'autre moitié étant la copie du système en cas de défaillance. Voici la description dans le sens des aiguilles des instruments vus de dessus:
_ Passage ligne MMH, trou permettant de faire passer la canalisation alimentant l'EPS en MMH, qui est un des combustibles utilisé.
_ Électronique Séquentielle
_ Interface électrique avec l'EPS
_ Électronique de pilotage électrique
_ Centrale de commutation, sans doute l'appareil qui doit basculer sur l'autre système en cas de défaillance du premier
_ Connexion électrique Speltra / Coiffe, interface électrique vers la coiffe ou via la SPELTRA
_ Un module Système de Correction d'Attitude
_ La pile puis la batterie
_ Le trou pour le câblage venant de l'EPC
_ L'antenne émettrice et réceptrice de télémesure avec les radars au sol
_ Trous pour la ventilation
_ Trous pour le câblage avec la charge utile
_ Boîtier de commande de sauvegarde, qui commande la destruction du lanceur
_ Le calculateur OBC, qui en utilisant les infos des SRI commande les moteurs du lanceur pour qu'il atteigne son but : le largage des satellites. Il calcule la trajectoire de vol.
_ L'Unité d'Acquisition
_ Les conditionneurs, sans doute pour la climatisation de l'étage (?)
_ Les Systèmes de Référence Inertielle SRI, pièce maîtresse du contrôle du vol d'Ariane 5. Elle intègre 3 centrales inertielles qui donnent la position du lanceur dans l'espace ainsi que 4 accéléromètres qui donnent l'accélération que subit le lanceur.
_ Unité de centrale télémesure, unité qui traite les infos reçues et à envoyer du/au sol.
_ Vannes d'isolement SCA, vannes permettant de contrôler les SCA (?)
_ Enfin, un réservoir sphérique en titane contenant l'hydrazine pour le SCA.

Le Sylda 5 Standard vole sur V128 en mars 2000, le +900 sur V140 en mars 2001, le +1500 sur V157 en décembre 2002, le +300 sur V131 en juin 2003. Une version +2100 vole sur V196 en aout 2010, une version +1200 sur VA207 en juillet 2012, la version + 600 sur VA214 en juillet 2013.
Le Sylda st, +300, +600, +900, +1200 peut être monté sous une coiffe courte, moyenne et longue.
Le Sylda standard, +300, +600, +900 peut être monté sous une coiffe courte, moyenne et longue.
 

Dans la cadre d'un lancement simple, le satellite est placé sur l'EPS, avec optionnellement un adaptateur de charge utile ACU. 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.

Vue interne développé du Sylda 5 de référence (user manuals 2000). L'accessibilité des CU pour les autres versions du Sylda est proportionnelle étendue en respectant les hauteurs "x" 300, 600, 900, 1200 et 1500 mm.
Sylda 5 F de référence, user manuals 2008, haut de 3,836 m. En bleu, les trou pour l'accès aux CU, d'un diamètre de 60 cm.

ACU, ACY DISPENSEURS...

Toutes les interfaces charge utile sur l'EPS, la Speltra ou le Sylda font 2,624 m de diamètre. Si un satellite peut utiliser ce diamètre, un adaptateur n'est pas nécessaire. Toutefois, afin de satisfaire le plus grand nombre, 3 adaptateurs charges utiles ACU ont été développés permettant d'avoir des interfaces de diamètres différentes:

- Interface 1666SP5 et V pour une interface de 1,666 m de diamètre, pesant 120 kg
- Interface 1194V et H 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.

Ces adaptateurs peuvent supporter des charges utiles de 2 à 4,5 tonnes. Ils assurent outre la continuité mécanique entre la partie supérieure de l'EPS ou la Speltra et la charge utile, les transmissions des liaisons électrique entre le lanceur et les satellites, la séparation entre le satellite et le lanceur au moment de la mise en orbite. Chaque adaptateur se compose d'une bride supérieure, en alliage d'aluminium, constituant l'interface directe avec le satellite, il contient aussi l'ensemble des éléments de séparartion et d'éjection de la charge utile. La partie centrale est tronconique, faite d'une structure en sandwitch nid d'abeille en aluminium et peau en fibre de carbone. La bride inférieure assure l'interface directe avec le lanceur, étage EPS ou Speltra. La séparation est assurée par 2 boulons diamétralement opposés qui relient les demi-sangles et permettent de les mettre en tension, de 2 cisaille pyrotechniques assurant la découpes des boulons et 4 ressorts permettant l'éjection de la charge utile

Les viroles externes Adapteur CYlindrique, ACY sont des structures cylindriques qui se placent entre la coiffe et le haut de l'étage supérieur pour augmenter la hauteur utile sous la coiffe. Elles sont disponibles en 4 hauteur de 50 cm, à 2 m. Il existe des ACY de 2624 mm de diamètre, disponible eux aussi en 4 hauteurs de 250 cm à 2 m destinés à être placé au sommet du Speltra ou du Sylda.

Les dispenseurs sont des structures porteuses de charges utiles multiples, par exemple pour les constellation de satellites ou les lancements de charges auxiliaires, bien adaptées aux programmes scientifiques, de recherche industrielle et universitaires.
Le dispenseur Ariane porte les satellites et assure le système de séparation. Il reste accouplé au lanceur après les séparations de charges utiles. Deux conceptions sont proposées :
- Dispensateur avec tube central (dispensateur à perche), cet équipement peut être utilisé en configuration de lancement simple ou en configuration de lancement double aussi bien à l'intérieur qu'au-dessus de SPELTRA. Le diamètre du tube est optimisé afin de maximiser le volume offert à la charge utile et le nombre de satellites. Le satellite est fixé par l'une de ses faces longitudinales sur cette structure.
- Dispensateur avec plaque structurelle (dispensateur plateforme), cette structure reçoit un adaptateur ou une adaptation par satellite. Le satellite est accouplé par sa base. La définition du système de séparation et des interfaces est coordonnée avec l'utilisateur.

Le lancement de 3 satellites envisagé durant le développement d'Ariane est abandonné en 1992. Les études préconisait l'utilisation de 2 Speltra, puis le développement du SPILMA, Structure Porteuse Interne de Lancement. Multiple pour augmenter la performance et réduire la hauteur du lanceur. Depuis 1992, l’étagement du lanceur a subi des évolutions essentiellement au niveau des configurations de partie haute pour s’adapter au marché. Le lancement triple a été abandonné stoppant de fait le développement de la SPILMA, la hauteur de la version longue de la coiffe a été réduite de 1800 mm du fait de l’abandon du programme Columbus, les adaptateurs de charge utile ont été modifiés, ils se montent directement sur l’EPS et sur la SPELTRA au diamètre 2624 et non plus sur une virole conique intermédiaire ce qui permet la suppression d’une bride de liaison.