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LE DEVELOPPEMENT D' ARIANE 5
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1979 16 mai, en même temps que l' existence d' études concernant Ariane 4, Frédéric d' Allest révèle qu' une version à plus long terme est envisagée: Ariane 5. Les premières réflexions datent de 1977 avec l' étude de planeur orbital habité lancé par un lanceur capable de satelliser 10 tonnes en orbite basse. On pense "gonfler" l' étage de base d' Ariane 3 à 180 tonnes et de le doter de 4 boosters à poudre et d' un étage supérieur cryogénique de 60 tonnes de poussée.
Le véhicule habité devient Hermès et l' étage de base passe à 210 tonnes. Il est flanqué de propulseurs à poudre Ariane 3, la version AR4 avec des propulseurs liquide n' existe pas encore. Au dessus, un étage cryogénique de 45 tonnes et comme charge utiles soit le véhicule habité Hermés ou un étage H10 sous carénage pour les missions GTO. La charge sur cette trajectoire passe de 4750 à 5500 kg, l' orbite basse étant devenu secondaire.
Les projets vont évolués avec des concepts allant de l' utilisation plus importante de la propulsion à poudre à l' utilisation quasi exclusive de la propulsion cryogénique en passant par un mélange des deux techniques. Le concept "Ariane 5 prime" comprend un étage H82 motorisé par un moteur cryogénique HM60, flanqué de deux boosters à poudra P150 et un réservoir latéral largable H38 pour l' orbite basse, soit deux boosters P75 (moitié d' un 150) et surmonté d' un H10 pour les missions GTO.
1981 Les objectifs du projet Ariane 5 se cristallisent sur la performance économique et commerciale du lanceur. Ariane 5 ne sera pas seulement un lanceur de satellites géostationnaires et le moyen de permettre une autonomie en matière de vols habités en Europe, il sera l' outil d' Arianespace pour la fin du siècle afin de garder sa compétitivité en matière de lancement GTO. 1982 Janvier, le CNES organise un colloque sur l'
évolution des moyens de lancements spatiaux en Europe. Le but est de définir
les principales caractéristiques du successeur d' Ariane 4. Les études s' arrêtant
au début des années 90, il est difficile d' imaginer ce que sera le
marché et les missions pour l' an 2000. La charge utile en orbite basse sera de
15 tonnes et 8 tonnes en GTO (4 tonnes en GO). Le diamètre de la coiffe doit
être équivalent à la largeur de la soute de l' Orbiter US soit 4,8 m. Le but
est d' obtenir un coût de lancement à 80 % à celui d' une Ariane 44L. Pour la
première fois, un projet de lanceur est optimisé pour réduire le coût du
kilogramme en orbite, ce qui déteint sur le coût du programme, ne pas
dépasser une fois et demi le montant du programme Ariane, soit un plafond de 15
milliard de Fr. Ariane 5 sera opérationnelle pour 1995 afin de prendre le
relais d' Ariane 4. Sur tous les lanceurs envisagés, la propulsion cryogénique
est nécessaire avec un moteur d' une poussée de 100 tonnes. A partir de juillet, l' Aerospatiale est choisie par l’ESA pour l’étude des FLS Future Launch System, un lanceur biétage à propulsion totalement cryogénique à décollage vertical et atterrissage horizontal. Dès que la définition d' Ariane 4 avec des
propulseur liquide PAL est arrêtée, une version Ariane 5 avec cet étage de
base est étudiée, nommé Ariane 5 de référence, A5R.
_ En version biétage, le H9R est remplacé par un petit étage à ergols stockables (300 kg) MOTCA, Module de Transfert et de contrôle d' attitude. Il grandira de 1 à 5, puis 10 tonnes pour devenir l' actuel EPS.
Deux autres concepts sont étudié en parallèle, notamment une Ariane 5 à poudre, A5P avec deux propulseur P170 comme étage de basse et une Ariane 5 cryogénique, A5C avec un étage H160 équipé de 4 moteurs HM60. Ces 3 concepts A5R, A5P et A5C sont longuement comparés avant le choix final.
1984 Octobre, le CNES présente aux industriels et
à l' ESA les études effectuées sur les différentes configurations d' Ariane
5. La balance penche pour la version Ariane 5P, un lanceur avec deux propulseurs à
poudre P170, un étage cryogénique H120 et un étage supérieur L5. L' avantage
de cette configuration par rapport au concept A5C et A5R est la fiabilité
compte tenu de l' allumage du moteur HM60 au sol. Les propulseurs à poudre pouvaient
en outre être allongés par adjonction de segments.
1985 31 janvier, le conseil ministériel de l'ESA à Rome adopte le programme préparatoire Ariane 5. Mars, appel d' offre aux industriels pour le développement d' Ariane 5. Juin, au 37e salon du Bourget, à Paris, la SEP présente le moteur HM60 Vulcain. Développé avec MBB (Allemagne) et Volvo (Suède), il sera le plus puissant moteur cryogénique construit en Europe. Pesant 1200 kg, pour une hauteur de 3 m, il développera une poussée de 80 tonnes au sol et 100 tonnes dans le vide. Petit bijou de technologie, il consommera 20 tonnes d' hydrogène et 100 tonnes d' oxygéné liquide brûlés sous une pression de 100 bars dans la chambre de combustion, soit les spécifications de l' ancien moteur américain J2.
Ariane 5 lancera à l'horizon 1995-2000 des satellites en orbite GTO et SSO, l'avion spatial Hermes et les éléments du système Colombus. Pour les missions GTO, 80% des satellites seront lancés en configuration double avec des charges de 3200 et 2800 kg. Le reste correspond à des charges lancés en triple. Ariane sera capable de placer 6800 kg en un ou plusieurs satellites en GTO, 18 000 kg en orbite à 550 km, 12 000 kg à 800 km (orbite polaire) et 21 000 kg sur une orbite de transfert à 500 km. Le côut avec Ariane 5 devrait être 10% inférieur à Ariane 44L.
Après la phase de développement des différents éléments, en Europe et sur site au CSG (P230, moteur HM60 et étage H155), 3 vols de validation seront réalisés; 501 pour placer un satellite en orbite SSO, 502 pour un satellite en GTO et 503 pour l'avion Hermes. Le développement du programme démarrera en janvier 1988 après la revue conceptuelle. La qualification des étages au sol se fera en 1993-94, le nouveau pad de tir ELA 3 sera disponible en 1992 pour débuter les essaie en 1995. Le premier vol est espéré en 1996. La phase entre Ariane 4 et 5 devrait durer 3 ans entre 1996 et 1999, Ariane 5 réalisant 7 à 9 vols par an.
Ariane 5 sera composé d'un étage principal H155, allumé au sol équipé du moteur HM60 de 155 tonnes de poussée (LOX+KH2), de 2 boosters à poudre P230 délivrant 750 tonnes de poussée, d'un étage supérieur à propergols stockables L5, une case à équipement, un SPELTRA et une coiffe. Dans le cas de mission avec Hermes, l'étage supérieur sera enlevé.
Volume offert par la coiffe de 4,75 m de diamètre 1986 Création du GIE Europropulsion associant à part égale la SEP (groupe Snecma) et BPD Difesa e Spazio (groupe Fiat) pour le développement du moteur MPS du propulseur à poudre destiné à Ariane 5. La Sep se chargera de la mise au point de la tuyère et du corps du propulseur (développé par MAN) tandis que BPD se chargera du chargement, des aménagements intérieurs et de l' allumeur. Ces boosters seront testés à échelle réduite puis grandeur réelle sur le banc d' essai de Kourou qui sera construit en Guyane.
1987 Juin, une nouvelle révision du lanceur Ariane 5 modifie légèrement ses spécifications. L' étage central contient désormais 155 tonnes de propergol H155 et les boosters 230 tonnes de poudre P230. l' étage supérieur est le L5 avec une coiffe de 11 ou 20 m de long. 9 et 10 novembre, le conseil
ministériel de l'ESA à La Haye adoption le programme de développement Ariane
5 pour 3496 millions d' Unités de Compte MUC (24 milliards F 1987). A ces 3496
MUC s' ajoutent les 618 MUC de la phase préparatoire, soit un total de 4114 MUC
(28,2 milliards F). Douze états membres de l'Agence
Spatiale Européenne (ESA) souscrivent à ce programme et participent aux taux
suivants:
Le CNES s'appuie sur plusieurs maîtres
d'oeuvre industriels européens pour le développement des grands sous-ensembles
(étages), ainsi que sur un Architecte Industriel. Les maîtres d'oeuvre,
assurant généralement la tâche d'intégration du sous-ensemble passent, à
leur tour, des contrats à divers industriels pour le développement des
équipements et composants.
1988 18 mars: Aerospatiale et l’Air Liquide créent Cryospace pour le
développement et production de réservoirs cryotechniques destinés à Ariane
5. 1989 15 février, signature du contrat cadre (P9) pour la livraison de 50
Ariane 4 entre Arianespace et Aerospatiale, MBB-Erno, Matra et la SEP. Novembre, le CNES signe avec Europropulsion un
contrat de 3,8 milliards F pour le développement et la qualification des
boosters d' Ariane 5. Europropulsion en sera le maître d' oeuvre ainsi qu' avec
la SEP pour la tuyère et la structure et BPD pour les protection thermiques, l'
allumeur et le chargement des propulseurs. 14 décembre, premier essai à feu d'un propulseur à poudre Ariane 5 à échelle réduite au CAEPE. C' est le premier tir d' un booster segmenté en Europe. Le propulseur de 1,5 m de diamètre était chargé de 15 tonnes de poudre. il a brûlé 81 secondes. Le premier tir en grandeur réelle sera réalisé en 1991 à Kourou. 1990
Avril, le moteur Vulcain est au banc d'essai sur le banc PF50 de Vernon. Ce moteur a été assemblé fin 1990. Le 5 juillet, premier allumage d'un moteur Vulcain sur le PF50 de Vernon après 15 essais en 1990 de courte durée. Le moteur M2 subit quand à lui, les mêmes essais sur le banc P5 de Lampoldshaussen.
1991 Janvier, le moteur Vulcain M3, équipé d'une longue tuyère est sur la banc PF50 de Vernon. Il endure des tests de longue durée durant 7 mois, avec 600 s en juin, 900 s en juillet. Le moteur accumule 2300 s de fonctionnement fin aout. Le moteur M1, restauré fonctionne 600 s en juillet.
13 mai, inauguration du site d’intégration d’Ariane 5 aux Mureaux
par le Premier Ministre, Michel Rocard. Le SIL qui s' étend sur 24 000 m2
comprend:
13 juin, essai au banc d'un moteur Vulcain pendant 590s à Vernon, France. 3 niveaux de test sont planifiés pour les composants, les sous système et le moteur dans 3 configurations moteur, prototype, maturation et démonstration. Chaque sous système, comme les turbopompes, le générateur de gaz et la chambre est testé dans des installations spécifiques, PF52 à Vernon pour les turbopompes, P5.9 à Ottobrunn pour le générateur et la pompe LOX et P3.2 à Lampoldshaussen pour la chambre. La durée de vol de 600 secondes sera réalisée par un moteur tests. 500 moteurs tests et 90 000 secondes d'opération sont prévus avant la fin du développement pour démontrer le haut niveau de fiabilité et de sécurité du moteur.
24 octobre, mise en service de l'Usine de Propergol de Guyane (UPG) à Kourou. Elle a été conçue pour réaliser le chargement en propergol les segments centraux S2 et arrière S1 des EAP ainsi que leur contrôle et celui du segment avant S3 livré par l' Italie avant leur mise en oeuvre dans le bâtiment d' intégration BIP. L' usine fabriquera le propergol, le coulera dans les segments préparés et assurera leur contrôle. Le premier EAP sera destiné à l' essai B1 en 1992 sur le banc BEAP.
Novembre, un incident de coulée dans l' Usine de Propergol UPG rend inutilisable le segment arrière S3 du premier modèle d' essai d' un EAP d' Ariane 5. Pendant la phase de malaxage une fuite sur le système de dosage a fait qu' au lieu de s' écouler dans le malaxeur, une partie est retournée dans la citerne d' alimentation. Le segment n' a pas pu polymériser ou durcir comme prévu. Cet incident ne remet pas en cause la production de l' usine mais va retarder la coulée des autres segments et par la même les essai au banc. Le segment de 106 tonnes est détruit le 29 juin 1993 sur une aire prévue à cet effet. L'élément est maintenu au banc en position verticale par des haubans et par clampage sur une palette. L'explosion pneumatique a lieu à H+20 s, le segment est alors tombé au sol sans toutefois causer de gros dégâts (débris sur 600 m et nuage de fumée rampant).
pylône EAP au banc en juillet 1991
Validation du banc EAP avec un booster inerte fin 1991. La principale particularité du programme de développement des EAP a été la possibilité de le tester avec tuyère en bas et en condition réelle. De plus, le propulseur peut être préparé dans les mêmes installations utilisées pour le vol. Le banc test BEAP est à coté du BIP, le bâtiment d'intégration propulseur sur l'ELA3. 10 mises à feu sont prévues, dont 2 avec avec des segments de carcasse épais, essais B. B1 est prévu sans attendre la fin du développement des carcasses de vols et B2 comprendra un segment de plus de 20 tonnes pour augmenter le temps de combustion de 15% afin de qualifier la tuyère. Les 4 tirs M précéderont les 4 tirs Q de qualification. Les 2 derniers tirs utiliseront de vrais EAP de vol. Apres 7 années de développement, le moteur Vulcain M1 cumule 48 tests totalisant 3300 s de fonctionnement. Les principaux sous systèmes, chambre, turbopompes et générateur de gaz ont démontré leur capacité de fonctionnement. Il reste néanmoins près de 500 tests moteurs et 90 000 s de fonctionnement à faire. Décembre, essais de déploiement mécanique table-palette-maquette EAP (les pylônes) sur l'ELA3.
Photo montage d'Ariane 5 roulant vers le pad 1992
Février, les éléments de l'étage Battle Ship ou Banc d' essai Etage Lourd BEL simulant l'étage EPC d'Ariane 5 arrivent au CSG. La structure constituée de réservoirs renforcés et d'une partie basse abritant le moteur Vulcain sera montée sur la table de lancement Ariane. C'est Aérospatiale qui la construite avec Air Liquide et, Eschar and HCG (Pays Bas). L'étage BS servira pour valider les installations de propergols sur l'ELA 3 cet été. Au second semestre 1993, la partie basse avec le moteur Vulcain et l'électronique associée sera ajoutée pour des essais de mises à feu en ZL3 en janvier 1994.
Validation du BIP, pour intégrer les EAP Mars, les installations modifiés de l' usine UPG permettent de réaliser deux malaxages de propergols de validation. Suivront durant les prochains mois d' autres coulées d' essais. Juin, l' étage Battle Ship BS qui servira en fin d'année à des essais de remplissage et de mise à feu du moteur Vulcain est installé sur la zone de lancement de l' ELA 3. Le BS participera à la validation de l'ensemble de lancement Ariane n° 3 dans de nombreux domaines comme les procédures de mise en configuration thermodynamique des ergols (assainissements, remplissage/vidange, pressurisation/dégazage), les tests des automates de sécurité, la participation au développement de l'étage principal cryotechnique, en validant des séquences de mise en configuration thermodynamique des ergols avant le tir (assainissements, remplissage, vidange, compléments de plein et opérations anti-geyser, mise en froid du moteur, séquence synchronisée et mise à feu du moteur Vulcain). Les essais à feu permettront de mettre au point l'ensemble propulsif fonctionnel, l'allumage et le pilotage du moteur Vulcain, la vérification de certaines fonctions étage (par exemple: pressurisation) à divers points de fonctionnement et sur des durées variables.
Juin, l'émission "Club Dorothée" de TF1 est tournée au CSG sur l'ELA 3 où se trouve le BS. Michel Chevalet interview Michel Mignot, le nouveau directeur du CSG. Juillet, l' étage BS retourne au bâtiment d'
intégration BIL pour quelques travaux.
Septembre, livraison des segments arrière S3 et
central S2 du booster B1 au bâtiment d' intégration BIP. Ils vont être
intégrés avant l' acheminement du B1 sur le banc BEAP pour février 1993. Le
banc d' essai a été validé dans l' été avec des essais d' activation de la
tuyère du B1 montés sur une jupe arrière. En décembre, la tuyère intégrée
au segment S3 du B1 est essayé sur le banc BEAP. 23 novembre, le programme Hermes est arrêté après 10 ans d' études et 8 milliard de F dépensés.
Fin 1992, premiers essais sous vide du moteur
Aestus à Lampoldshausen, en Allemagne.
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