Juin, à l' occasion du
salon du Bourget à paris, le président du CNES Frédéric d' Allest annonce
que le premier vol d' Hermès est prévu le 1er avril 1995. Le plan de
développement a été avancé de deux ans afin de coïncider les mises en
service d' Ariane 5 et Hermès. hermès sera le passager du troisième vol d'
essais du lanceur. Le CNES et l' ESA préparent actuellement ensemble le dossier
de présentation du programme qui sera remis au cour de la réunion de mars 1986
aux états membres. Après les études préliminaires de définition le
programme pourrait démarrer dès mi 1987.
Maquette de
Dassault au salon du Bourget en 1985
Les scaphandres
Français pour Hermès
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Maquette de travail à l' échelle de Hermès au Mureaux dans les locaux
de l' Aerospatiale. Cette maquette en bois de la partie avant peut être
positionné soit à la verticale (condition de lancement) ou à l'
horizontale (condition d' atterrissage).
A gauche, la cabine avec ses 4 siéges (pilotes et passagers). Les
rangements sont disposés à l' arrière et derrière les siéges avec
le sas de sortie dans l' espace. L' échelle au dessus permet l' accès
quand la navette est en position de lancement.
Au centre, la cabine en position verticale.
A droite, le poste de pilotage avec les deux siéges réglables en
hauteur et inclinaison. Noter le mini-manche et les 5 écrans
cathodiques. |
18 octobre, Aerospatiale est
choisie par le CNES pour la maîtrise d’oeuvre de l’avion spatial Hermes.
Cette décision attendue depuis près de un mois a été retardé suite à
quelques démêlés politique, le CNES avait choisit Dassault comme maître d'
oeuvre mais la proposition avait été refusé par le premier ministre. Dassault
a été nommé maître d' oeuvre délégué chargé de l' aéronautique pour la
construction d' Hermès. Les deux industriels se partagent donc la maîtrise d'
oeuvre de l' avion basé sur le dessin de Dassault Breguet.
Dassault est chargé de la définition de l' avion spatial, de la conception
aérodynamique et de l' aérothermie, des trajectoires de rentrée
atmosphériques, des qualités de vol, du système de pilotage en phase
atmosphérique, des essais en vol subsonique, de la conception de l' ensemble de
la structure et des essais associés, ainsi que de la conception et la
fourniture de la protection thermique. La société propose aussi la
réalisation d' un prototype démonstrateur à l' échelle 1/4 d' Hermès pour l'
étude de la rentrée atmosphérique le "Maia".
L' avion de Dassault est un planeur hypersonique à gros fuselage porteur et
aile delta dotée d' importantes dérives à ses extrémités. La partie avant
étant occupé par la cabine de pilotage et l' équipage, la partie médiane par
la soute de 53 m3 et la partie arrière par les propulseurs.
La protection thermique d' Hermès sera plus sophistiquée que celle du Shuttle
US. La SEP sera chargée de concevoir les structures chaudes et très chaudes de
l' avion à base de matériaux composite céramique au carbure de silicium
(SiC-SiC) notamment pour les parties exposées à des températures de 1400 ° C
pendant 20 minutes (nez, bord d' attaque).
La
proposition de l' Aérospatiale pour le cockpit d' Hermès est basé sur l'
avion de transport Airbus.
Le CNES
envisage un coût de 1,9 milliards $ dont un milliard pour le développement et la
construction de deux avions. La France espère que 50% du financement viendra
des autres états membres de l' ESA.
Le 25 octobre, l'Agence spatiale européenne
et le CNES présentent le programme Hermès à l'ensemble de l'industrie et des
organismes européens. Bien qu' aucune décision ne soit prise, l' ESA souligne
que le trio Ariane 5, la station orbitale Colombus et l' avion spatiale Hermès
sont une nécessité pour aboutir à l' autonomie européenne. Leur définition
doit se faire simultanément afin d' assurer leur cohérence même si cela est
indépendant du calendrier de développement de chaque projet. Des décisions
pourraient être prise dès 1987.
dans le même temps, le CNES annonce les intentions de participations des états
européens pour hermès avec 50% pour la France, 15% pour l' Allemagne, 13% pour
l' Italie, 7% pour la Belgique, 5 % pour les Pays Bas, 4% pour l' Espagne, la
Suisse et la Suède, 1,5% pour l' Autriche, 1% pour le Danemark, 0,6% pour l'
Irlande, le Canada et la Norvège n' ayant pas donné de chiffre, soit un total
de plus de 100%. le CNES ne devrait pas avoir de mal à trouver les 80%
nécessaire au lancement du programme en 1987.
Les missions sont de trois types:
_ Dans le premier type de mission, Hermès intervient seul. Ces missions dites
autonomes s'étendent sur une période allant d'une semaine à un mois sur des
orbites d'inclinaison quelconque sur l'équateur, jusqu'à une altitude de 800
kilomètres pour l'observation de la terre ou des expériences de microgravité.
de biophysique ou de technologie.
_ Le deuxième type de mission exige un rendez-vous pour ravitaillement,
maintenance ou réparations de grandes plates-formes automatiques, de satellites
d'application (météorologie. ressources terrestres, océanographie) et de
satellites scientifiques ce type de mission se déroule à des altitudes de 500
kilomètres inclinées à 98 degrés sur l'équateur en général et pour des
durées de deux semaines.
_ Enfin les missions d'accès à une station orbitale incluent les opérations
d'assemblage avant mise en service puis les opérations de ravitaillement et de
relève d'équipage. L'orbite à atteindre est inclinée à 28,5 degrés sur
l'équateur (cas de la station américaine) ou à 60 degrés (cas de la station
autonome européenne). L' altitude est comprise entre 400 et 500 kilomètres. La
durée de la mission va de une semaine à quatre-vingt-dix jours (dans ce
dernier cas Hermès reste amarré à la station). La charge utile est alors de 4
500 kilogrammes et quatre à six astronautes trouvent place à bord d'Hermès.
Pour des missions de sauvetage, dans une version ultérieure, la soute d'Hermès
pourrait être équipée d'un module pressurisé, ce qui permettrait de
rapatrier un total de dix personnes
L'Hermès 35 a une
longueur de 17,9 mètres et une envergure de 10.2 mètres. La structure
principale est en matériaux composites sauf la cabine pressurisée, en
aluminium. En ce qui concerne la voilure, c'est la solution aérodynamique type
Dassault qui a été retenue ailes en delta très incliné (74 degrés),
équipées de dérives en bout d'aile et sans dérive centrale sur le fuselage.
La finesse en hypersonique permet un départ latéral de part et d'autre de la
trajectoire directe de rentrée qui va jusqu'à 2 500 kilomètres. Un tel
départ signifie que si Hermès est lancé de Kourou sur l'orbite de la station
américaine inclinée à 28.5 degrés sur l'équateur, orbite qui l'entraîne
passer en un point le plus au nord au-dessus du Caire, il est capable de revenir
atterrir à lstres, près de Marseille.
La cabine pressurisée offre
un volume de 25 mètres cubes, volume auquel peut s'ajouter celui du sas
disposé à l'arrière de la cabine dans l'avant de la soute. La soute a un
volume de 35 mètres cubes, un diamètre de 3 mètres ét une longueur de 5
mètres.
Pour une mission de ravitaillement de station orbitale et de relève
d'équipage sur une orbite de 110 kilomètres de périgée et 360 kilomètres
d'apogée inclinée à 28 degrés sur l'équateur, la masse totale d'Hermès
avec 4 500 kilogrammes de charge utile est de 16750 kilogrammes.
Pour une
mission en orbite héliosynchrone de 110 kilomètres de périgée et 760
kilomètres d'apogée inclinée à 98 degrés sur l'équateur, la masse totale
d'Hermès avec 1 000 kilogrammes de charge utile est de 13 100 kilogrammes. Sur
ces orbites, les capacités maximales d'Ariane 5 sont respectivement de
17 300 et de 13 350 kilogrammes, ce qui ne laisse qu'une marge faible (il faudra
donc augmenter la mass des ergols du lanceur pour porter
à 20 tonnes la charge utile sur orbite faiblement inclinée).
La mise en orbite
définitive sur orbite circulaire de 360 kilomètres pour la mission station
orbitale et de 760 kilomètres pour la mission héliosynchrone incombe au système de propulsion propre d'Hermès. Le système comporte deux moteurs
utilisant comme ergols de la monométhylhydrazine (MMH) et un mélange de
péroxyde d'azote et monoxyde d'azote (MON) qui constituent le carburant. Les
ergols sont chassés des réservoirs vers les moteurs par un système de
pressurisation à l'hélium. Normalement, une masse de 2 tonnes d'ergols est
embarquée à bord d'Hermès. Des réservoirs supplémentaires peuvent être
ajoutés dans la soute et ainsi apporter une capacité plus grande de 2 ou 3
tonnes. Chaque moteur a une poussée de 2 tonnes. Ces moteurs servent aussi aux
changements d'orbite effectués lors des manoeuvres de rendez-vous. Pour les
manoeuvres fines d'approche en phase finale de rendez-vous et le contrôle
d'attitude c'est-à-dire les rotations, Hermès dispose d'un second système de
propulsion désigné système de contrôle d'attitude dix-huit tuyères, huit à
l'arrière et dix à l'avant permettent tous les types de mouvement. Seize de
ces tuyères fonctionnent avec de la MMH et du MON comme les mateurs principaux.
Les tuyères de l'arrière utilisent d'ailleurs des ergols puisés dans les
réservoirs des moteurs principaux. Les moteurs de l'avant disposent de leurs
propres réservoirs pressurisés par l'azote utilisé dans le système de
contrôle de l'atmosphère de la cabine. Deux des tuyères du bloc avant sont
des tuyères à gaz froid consommant directement de l'azote gazeux. Leur
poussée est très faible. Elles sont utilisées pour les manoeuvres finales de
rendez-vous et d'accostage où une grande précision est exigée.
L'énergie
électrique de bord est fournie par deux piles à combustible qui consomment de
l'hydrogène et de l'oxygène gazeux et ont l'avantage de produire de l'eau
potable. Un système de secours est installé sous forme d'un petit moteur
thermique entraînant un alternateur. Le moteur thermique utilise également de
l'hydrogène et de l'oxygène gazeux. Hydrogène et oxygène sont stockés à
l'état liquide dans deux jeux de trois réservoirs. Chaque jeu de réservoir
peut alimenter l'une ou l'autre des piles à combustible et le moteur thermique
mais chaque réservoir peut également être isolé au cas où il fuirait. Comme
pour les moteurs principaux cette disposition augmente la fiabilité. La
puissance maximale disponible est de 10 kilowatts. La consommation en orbite
varie entre 2 et 5 kilowatts. Pendant le lancement elle est de 2 à 4 kilowatts
et à la rentrée elle peut culminer à 6,5 kilowatts.
Le système de contrôle
d'environnement a pour mission de maintenir à l'intérieur de la cabine toutes
les conditions favorables à la vie et même au confort. Il comprend un système
de stockage et de fourniture d'oxygène et d'azote, un système de contrôle de
température, un système d'alimentation et de traitement de l'eau.
Le système
de stockage et de fourniture d'oxygène et d'azote alimente la cabine sous une
pression de 1 atmosphère identique à celle qui règne au niveau du sol. Le
système est dimensionné pour alimenter un équipage de 4 personnes pendant 10
jours.
Le système de contrôle de la température comporte un circuit à air
(celui de la cabine), un circuit à eau et un circuit à fréon. La chaleur
passe d'un circuit à l'autre dans des échangeurs pour être évacuée à
l'extérieur par des radiateurs disposés dans les portes de la soute. Les
radiateurs sont exposés au vide ambiant lorsque les portes sont ouvertes.
Lorsque les portes sont fermées pendant les phases de lancement ou de rentrée,
la chaleur est évacuée par un évaporateur à ammoniac et un évaporateur à
eau. Dans le circuit air de l'air cabine, est disposé un container d'hydroxyde
de lithium qui sert à enlever le gaz carbonique. La teneur en vapeur d'eau est
également contrôlée au moyen d'un échangeur qui condense l'eau en excès,
celle-ci étant stockée pour réutilisation. Cet échangeur est aussi celui qui
réfrigère l'air de la cabine en transférant la chaleur dans le circuit eau.
L'air est aussi utilisé pour le refroidissement des équipements
électroniques.
Le système de fourniture et de traitement de l'eau comporte des réservoirs de stockage qui reçoivent l'eau produite par les piles à
combustible à raison de 18 kilogrammes par jour. Cette eau est utilisée pour
la boisson et pour alimenter le circuit de toilette qui est également alimenté
par la condensation de l'eau en excès dans l'air de la cabine.
Le système de
gestion de données de bord est le cerveau et le système nerveux d'Hermès. Le
cerveau est constitué par trois ordinateurs à fonctions générales, un
ordinateur de contrôle, des mémoires de masse et des enregistreurs. Les
informations circulent sur un bus de données triple. Les informations de
navigation sont fournies par une centrale inertielle, des senseurs stellaires,
le radar altimétrique, le radar de rendez-vous, les antennes du système
d'atterrissage à micro-ondes, le système de navigation par satellite. Le
système assure la saisie des nombreuses mesures effectuées partout sur l'engin
et leur retransmission au sol et sur les écrans du tableau de bord. Les
ordinateurs sont mis à contribution pour toutes les opérations de pilotage.
Toute commande envoyée par les pilotes au travers des mini-manches à balais
latéraux est traitée par les ordinateurs, que ce soit en phase de rendez-vous
et amarrage ou en phase de rentrée. Par exemple. si dans l'espace un pilote
désire commander une rotation en inclinant le mini-manche, l'ordinateur traduit
l'inclinaison par une vitesse de rotation désirée et fait fonctionner les
mateurs de contrôle d'attitude jusqu'à ce que cette vitesse soit atteinte. En
vol atmosphérique de rentrée et en cas de pilotage manuel, l'ordinateur prend
en compte les informations en provenance du mini-manche et les informations de
navigation et des senseurs atmosphériques (attitude et vitesse) pour commander
les gouvernes avec plus ou moins d'amplitude. Il est des phases de vol où les
mouvements des gouvernes peuvent s'inverser par rapport à ce qui se fait sur un
avion normal. Pour le pilote, ces phases ne sont pas perceptibles et fort
heureusement la commande du mini-manche s'exerce toujours dans le même sens.
Au
début de la rentrée à très haute altitude et très grande vitesse, les
gouvernes sont inopérantes et les moteurs de contrôle d'attitude sont seuls
efficaces. Au fur et à mesure de l'augmentation de la densité de l'air, les
gouvernes deviennent de plus en plus efficaces. La mise en fonction des
gouvernes n'a pas lieu au même moment sur chaque axe lacet, tangage roulis de
l'engin. C'est en général la commande de roulis qui peut être exercée en
premier, puis la commande de tangage et enfin assez tard la commande de lacet.
De plus lorsqu'une gouverne devient opérante on ne passe pas brutalement d'une
commande par les moteurs de contrôle d'attitude à une commande par la gouverne
celle-ci étant encore trop peu efficace il existe une phase où la gouverne et
les moteurs de contrôle d'attitude sont utilisés simultanément. Là encore,
grâce aux ordinateurs de bard, les pilotes ne voient pas tous ces changements
et pour eux le mini-manche à balai se manoeuvre toujours de la même façon. On
comprend que dans ces conditions l'engin ne sait plus pilotable sans les
ordinateurs et que le fonctionnement
d'au moins l'un d'entre eux soit absolument vital. C'est pourquoi ils sont au
nombre de quatre.
Pour supporter sans dommage la rentrée dans
l'atmosphère, Hermès est équipé d'une protection thermique. Cette protection
est réutilisable. On distingue trois types de protections thermiques suivant
leur emplacement et la température à laquelle elles sont soumises. Les plus
chaudes sont situées sur le nez, sur les bords d'attaque des ailes et sur toute
la surface des dérives latérales et des ailerons. En ces endroits les
températures dépassent 800 degrés et atteignent même 1400 degrés (bords
d'attaque des ailes) et 1 850 degrés (nez). Seule une structure composite en céramique au carbure de silicium (fibres de céramique noyées dans une matrice
céramique) peut à la fois tenir à la température et à l'oxydation. Ces
structures seront fournies par la SEP. La deuxième catégorie de protection
thermique occupe tout l'intrados et la majeure partie de l'avant de l'appareil.
En ces points la température est limitée à 1200 degrés. Les protections
seront constituées d'un sandwich de deux feuilles de composite en céramique
fixées sur une âme ondulée également en céramique. Cette protection
légère participe à la tenue structurale de l'ensemble au contraire des
briques de protection thermique de la navette américaine qui sont simplement
collées sur la peau. La protection choisie pour Hermès évite de plus tous les
inconvénients de tenue des collages rencontrés sur la navette américaine. Ces
protections thermiques seront fournies par la SEP.
La
dernière catégorie de protections équipe les zones où la température est
inférieure à 500 degrés. Cette protection est composée de matelas flexibles
en tissus de silice.
Simulation aérothermique par
ordinateur chez dassaukt et visualisation en soufflerie hypersonique.
Configuration générale de la
protection thermique d' Hermès, structure chaude en mauve (1400 à 1900°C), tièdes en orange (700 à 1000°C) et froides en jaune (moins de
700°C).
Le projet Hermès, c'est aussi un important ensemble
d'installations au sol et d'équipements de servitude aussi bien au sol que dans
l'espace. Cet ensemble doit assurer la préparation de l'avion, de la mission,
des équipages puis le contrôle de la mission lors du vol et enfin la
réception et la mise en sécurité de l'avion spatial à son retour sur terre.
Certaines installations de préparation sont localisées en Europe comme le
centre d'entraînement des équipages, le centre de préparation des charges
utiles et le bâtiment de préparation de l'avion spatial. D'autres
installations de préparation sont situées à Kourou. Il s'agit du centre de
réception des équipages, d'un deuxième centre de préparation des charges
utiles, d'un deuxième bâtiment de préparation de l'avion spatial, et, bien
entendu, de l'installation de lancement, I'ELA 3, nouvel Ensemble de lancement
Ariane qui sera mis en service pour Ariane 5 à partir de 1994.
Pour les
transferts entre l'Europe et la Guyane, Hermès est placé sur le dos d'un avion
gros porteur. Un autre avion est prévu dans le programme; spécialement
modifié pour voler comme Hermès, il servira à l'entraînement des pilotes. En
cours de mission sont utilisés un centre de contrôle de mission
vraisemblablement situé à Darmstadt qui sera impliqué également dès les
opérations de préparation; un centre de gestion des télécommunications entre
tous les centres concernés; un centre d'opération des stations de
télécommunications avec Hermès réparties sur terre; un centre de contrôle
des satellites relais de télécommunications et les satellites relais
correspondants placés en orbite géostationnaire; enfin un centre de contrôle
des opérations charge utile. Sera également impliqué, lorsque la station
orbitale européenne Colombus sera opérationnelle, un centre de contrôle de la
station orbitale.
Les opérations de récupération et remise en sécurité
impliquent évidemment des pistes d'atterrissage, en particulier lstres et
Kourou pour les opérations nominales, et d'autres pistes de secours un peu
partout dans le monde. A quoi il faut ajouter au moins un bateau à 1 000
kilomètres de Kourou pour la récupération de l'équipage en cas d'amerrissage
forcé et un ou plusieurs ensembles mobiles de conditionnement, vidange, mise en
sécurité, destinés à prendre en charge l'avion spatial dès son
atterrissage. Le cycle complet d'un Hermès du début de préparation à la fin
de la mise en sécurité et repos après une mission sera de onze mois en début
d'opérations puis de quatre mois après plusieurs années. la campagne de
lancement proprement dite sera de 40 jours. La navette sera transporté sur le
dos d' un airbus en Guyane où commencera la préparation (J-37) pour le
vol. Après l' arrivée de l' équipage (J-12) et l' intégration des
charges utiles (J-9), la navette sera installé sur le lanceur (J-3) qui aura
été précédemment érigé sur le pad de tir ELA 3. Le compte à rebours
commencera à H-3.
Hermès peut revenir se poser à
Kourou jusqu' à H+ 84 s ou en mer, au large de Kourou ou près des îles du Cap
vert jusqu' à H+ 360 s. Ensuite Hermès peut se poser sur des aérodromes
de secours, en France Istres ou en d' autres points du globe.
L'ensemble du programme est évalué à un peu
plus de 14 milliards de francs dont 9,5 milliards pour le développement de
l'avion spatial lui-même et la construction de deux exemplaires. On a évalué
à 2,2 milliards les installations au sol et à 860 millions les deux premiers
vols, achat du lanceur compris.
Le développement du programme
Hermès phase C et D doit débuter fin mars début avril 1987.
Particulièrement délicate sera l'étude du
comportement aérodynamique et thermique d'Hermès à la rentrée dans
l'atmosphère. Lors du retour, l'avion spatial traverse une large gamme de
vitesses de Mach 27 à 80 kilomètres d'altitude jusqu'à 300 kilomètres/heure
au niveau du sol. Les températures aux bords d'attaque passent de 1850 degrés
à zéro. Le comportement aérodynamique, (efficacité des gouvernes, stabilité
naturelle de l'avion) doit être déterminé avec suffisamment de précision
avant le premier vol pour que l'appareil reste manoeuvrable. Cela implique des
essais dans des souffleries très variées. Et même cela sera insuffisant I
L'ensemble des souffleries disponibles en Europe ne permet pas de couvrir toute
la gamme de fonctionnement d'Hermès. De plus, il n'est pas possible de tirer
parti des enseignements apportés par l'orbiter de la navette américaine ses
dimensions et sa forme sont différentes. Il est donc envisagé de réaliser une
maquette à l'échelle 1/4 d'Hermès, de la lancer au moyen d'une fusée Ariane
4 en 1989 et d'en mesurer finement le comportement aérodynamique et thermique
avant d'aborder la dernière phase du développement. Cette maquette est
baptisée " Maia ". Le coût de l'opération, 1 milliard de francs,
est à ajouter au coût affiché du programme.
La fabrication du premier Hermès commencera en 1991, celle du second en
1992.
Des essais en vol plané auront lieu en 1994 sur l'Hermès 02 largué de son
avion porteur au-dessus d'Istres pendant que le 01 servira aux essais de
compatibilité avec la base de lancement en Guyane. Cet Hermès 01 sera lancé
sur la troisième Ariane 5 le premier avril 1995, suivi six mois plus tard par
Hermès 02. Avant la mise en service de la station orbitale européenne, deux
vols par an seront réalisés. Après mise en service de la station, la cadence
atteindra quatre à six vols annuels.
Chaque avion sera conçu pour
supporter trente vols, aussi deux avions seront suffisants pour quinze années
d'opérations. La probabilité de succès de chaque lancement est visée à 99 %
mais la probabilité de récupérer l'équipage est bien plus élevée 99,99 %.
La sauvegarde de l'équipage en cas de défaillance du lanceur est assurée par
différents moyens arrêt de l'étage H120; séparation et retour vers un
aéroport de fortune lorsque la défaillance du lanceur Ariane 5 a lieu
tardivement, même scénario mais obligation d'amerrir si la défaillance
survient peu après l'arrêt des propulseurs à poudre; éloignement du lanceur
par quatre fusées à poudre développant 40 tonnes de poussée chacune pendant
5 secondes si la défaillance survient sur les gros propulseurs à poudre, donc
en début de vol.
Comparaison de la taille d'
Hermès et du Shuttle
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