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La Fusée Ariane 5

Ariane 5, c'est la dernière génération de lanceur européen, conçue pour placer des charges lourdes en orbite géostastionnaire (GEO) comme en orbite basse (LEO, Low Earth Orbit). Ce lanceur permettra de consolider la position de l'Europe au premier rang mondial du transport spatial commercial, acquise grace à la fiabilité d'Ariane 4.
Les demandes du marché évoluent, et on a vu apparaitre des besoins pour des satellites de plus en plus lourds, ou alors des grappes de satellites (notamment pour les communications, comme le système Iridium), et ce pour des orbites de plus en plus diverses. L'Europe spatiale a donc décidé de développer un lanceur répondant aux exigeances de performance et de fiabilité du transport spatial du XXIème siècle.

Voyons donc comment s'est décidé son développement, comment cela s'est passé, qu'est-ce qui fait d'Ariane 5 une bête de course pour envoyer en l'air des charges pouvant aller jusqu'a 20 tonnes!



Décision

Contrairement à ce qu'on pourrait penser, le début du développement d'Ariane 5 ne date pas d'hier, puisque c'est en 1977 qu'on a commencé à étudier la succession d'Ariane 4. Mais c'est en 1985 puis en 1987 que l'ESA (l'Agence Spatiale Européenne) décide du développement du nouveau lanceur. Le CNES (Centre National d'Etudes Spatiales) est désigné maitre d'oeuvre. A partir de là, ils ne choment pas les p'tits gars.
Pour un projet aussi important, il fallait innover. L'objectif était la performance, la fiabilité et la compétitivité. C'est donc pour cela qu'on a réduit le nombre d'étages, qu'on a decidé l'emploi de propergols liquides à haute énergie (oxygène et hydrogène liquide) ainsi que des propergols solides (boosters) tout en gardant toujours à l'esprit l'évolutivité, pour un accroissement futur des performances.

Il a fallu se retrousser les manches, et concevoir un nouveau moteur cryogénique: le Vulcain. Tout simplement 18 fois plus puissant que son prédécesseur! Et aussi des propulseurs à poudre 20 fois plus gros qu'avant. Et comme la fusée s'annoncait radicalement différente d'Ariane 4, il a fallu penser à construire un nouveau pas de tir à Kourou.



Technologie

Pour développer assez de poussée pour emmener 20 tonnes en orbite, il faut mettre le paquet. Et pour mettre le paquet, rien de tel qu'un moteur cryogénique. C'est le Vulcain qui joue ce rôle. Son développement a commencé dès 1985. Il marche pour la première fois en juillet 1990, et effectue des tests sur le site de Vernon, en France. Parce que c'est la Snecma, groupe français de la propulsion, qui développe et construit entre autres les moteurs M88 du Rafale, les moteurs CFM des Airbus, et tout plein d'équipements plus ou moins cher, plutôt plus que moins en fait, c'est la Snecma donc, qui est chargée de sa conception. Et ça marche bien.
Parallèlement à ce moteur, qui équipe l'étage principal d'Ariane 5, est développé le moteur Aestus. C'est un moteur plus petit, utilisant des ergols stockables, qui propulse l'étage supérieur, celui qui contient la charge utile. C'est quoi des ergols stockables? Ce sont en fait des ergols contenus dans des réservoirs sous pression, et c'est cette seule pression qui alimente le moteur. Contrairement au Vulcain, qui est alimenté en hydrogène liquide (LH2) et en oxygène liquide (LOx) par des turbopompes. Les ergols stockables sont ici du peroxyde d'azote (N2O4) et du monométhylhydrazine (MMH). Un petit tour par l'encyclopédie pour en savoir plus, si vous voulez. Bref, le Aestus est là pour finir la mise en orbite précise de la charge.

Il ne manque plus que les propulseurs à poudre, conçus spécialement pour arracher les 725 tonnes du lanceur (à titre de comparaison, la station MIR ne pèse ''que'' 100 tonnes) de la pesanteur terrestre. Autant dire que ça booste, d'ailleurs on les appelle ''booster'' (c'est l'équivalent des boosters de la navette spatiale). Constitués de 237 tonnes de propergols solides (de la ''poudre à canon'' compactée), ils participent à 90% de la poussée au décollage, et ne fonctionnent que pendant 130 secondes!



Chiffres

On va parler chiffres maintenant, pour voir à quoi on a affaire.
51 m : c'est la hauteur moyenne du lanceur. En fait cette hauteur varie de 45 à 55,4m en fonction des coiffes utilisées.

30 m : c'est la hauteur du corps central, l'EPC, qui contient les réservoirs cryogéniques. Cet étage porte le moteur Vulcain. Sont accrochés sur ses flancs les deux accélérateurs à poudre (EAP) et au sommet se trouve le deuxième étage avec la charge utile. Le corps central fonctionne pendant 589 secondes. Il n'est pas récupérable, puisqu'il se désintègre en retombant dans la haute atmosphère au-dessus de l'Océan Pacifique (les réservoirs vide et un Vulcain sont perdus à chaque lancement).

2 : nombre d'étages d'Ariane 5. La plupart des fusée en ont trois. La réduction du nombre d'étage permet une réduction des coûts, et une meilleure fiabilité.

6 200 kg : masse que Ariane est capable d'emporter actuellement en orbite de transfert géostationnaire (GTO). Cette masse est de 4,4 tonnes pour la plus puissante des Ariane 4. Il est en plus prévu de passer cette masse à 11 000 kg dès 2005 avec le programme Ariane 5 Plus.

0,5 G : c'est l'accélération du lanceur au décollage.

125 000 secondes : c'est le temps d'essais cumulé du moteur Vulcain.
21 000 chevaux : la puissance de la turbopompe à hydrogène qui alimente le Vulcain en LH2. L'équivalent de deux rames TGV, rien que ça!

116 tonnes : ça, c'est la poussée dans le vide du Vulcain. Avec le développement du Vulcain 2, cette poussée devrait passer à 138 tonnes. En comparaison des 720 tonnes du lanceur au décollage, on voit que le Vulcain ne participe pas beaucoup au décollage. C'est les Etages d'Accélération à Poudre (EAP), les boosters quoi, qui font tout le boulot.

1370 tonnes : on y arrive, c'est la poussée combinée des deux EAP au décollage. En moyenne, sur les 130 secondes de fonctionnement, ils fournissent une poussée de 1100 tonnes.

237 tonnes : c'est la masse de propergol solide dans chaque booster. Quand on sait qu'une fois allumé, rien ne peut arrêter la combustion, vaut mieux pas louper son coup!

70 km : c'est l'altitude à laquelle sont largués les EAP. Ils fonctionnent encore un peu, et retombent au-dessus de l'Océan. Ils sont freinés par des parachutes, et récupérés pour expertise.

9,7 tonnes : la masse d'ergols stockables dans le deuxième étage. Répartie en 6,5 tonnes de peroxyde d'azote et 3,2 tonnes de monométhylhydrazine dans des réservoirs sous 400 bars. Ces ergols sont amenés dans la chambre de combustion du moteur Aestus sous 21 bars, et s'enflamment par simple contact.

3 tonnes : c'est la poussée du moteur Aestus. C'est largement suffisant pour emmener le peu qui reste du lanceur. En effet, au moment où il est allumé, les boosters ont été largués depuis longtemps, le corps central vient de l'être, et il n'y plus de coiffe au-dessus de la charge utile. Il ne reste donc que la case à équipements et ... la charge utile, c'est tout!

0,001° : c'est la précision de l'inclinaison de l'orbite d'une maquette de satellite lors du vol 503, le dernier vol de qualification d'Ariane 5. C'est assez impressionnant, et surtout comparable à la précision d'Ariane 4, qui vole depuis...pfff...plus que ça. En tout cas c'est la référence mondiale.

19 km : après la précision en inclinaison, c'est la précision de l'apogée de l'orbite visée. Cette orbite étant une GTO, il faut ramener ces 19 km aux 36000 et des poussières de son apogée. Pas mal.

503 : vous l'aurez compris, c'est le numéro d'Ariane 5 pour son premier vol réussi (le V112) du 28 octobre 1998. Pendant ce vol, le largage d'une capsule ARD pendant la séparation des premier et deuxième étages à constitué une source de fierté pour les gars d'Arianespace. Joie.

37 secondes : ça, c'est moins marrant, puisque c'est le temps de vol de la première Ariane 5, le 4 juin 1996. La défaillance du logiciel de pilotage a provoqué le basculement du lanceur (qui contrôle son attitude grâce à des vérins qui orientent les tuyères des moteurs) et son explosion en vol. Un beau feu d'artifice, qui a au moins eu un bon coté: en plus d'avoir viré un informaticien, on a changé de fournisseur de système d'exploitation

22 jours : c'est la durée de la campagne de lancement d'une Ariane 5. Ça comprend la mise en place des étages, le contrôle, la mise en place de la charge utile , les transferts et la séquence de lancement. Tout ça à Kourou, en Guyane Française.
12 000 : c'est le nombre de personnes travaillant sur le programme Ariane 5.

14 : c'est le nombre de lanceurs commandés par Arianespace pour la première tranche d'exploitation commerciale

98,5% : l'objectif de fiabilité d'Ariane 5. A comparer aux 97,4 % de fiabilité d'Ariane 4.

Plus que ça : c'est le prix d'une seule Ariane 5. Demandez pas, vaut mieux pas savoir!

Bon, voilà pour les chiffres. Un lancement d'Ariane 5, ça à l'air d'être simple comme ça, un mec décompte, un autre appuie sur un bouton, et tout le monde applaudit à la fin. En fait, c'est un peu plus compliqué.



Préparatifs

Si vous avez été attentifs tout au long de la rubrique, vous avez sûrement remarqué la durée de la campagne de lancement, hein, forcement. 22 jours. Tout ça pour préparer les étages, les mettre à la verticale, les assembler, les transférer, etc... Nous allons voir ça en détail.

Jours J1 à J13 Préparation et assemblage du corps central (Etage Principal Cryogénique, EPC), de la case à équipements, de l'Etage à Propergols Stockables (EPS). Les Etages Accélérateurs à Poudre (EAP) sont préparés dans leur hall d'assemblage, puis transférés vers le Bâtiment d'Intégration Lanceurs pour y être montés avec l'EPC.
Les raccordements électriques entre les étages sont effectués, contrôlés et recontrôlés. Puis on prépare le transfert.

Jours J14 à J21 Le transfert de tout ce beau monde vers le Bâtiment d'Assemblage Final a lieu. Dans ce bâtiment on réalise l'assemblage de la charge utile sur le lanceur, et la pose de la coiffe.
On procède aux ultimes vérifications, à l'assainissement. Les réservoirs de l'EPS sont remplis.
Le lanceur est sur la Table de Lancement.

Jour J22 La Table de Lancement emmène le lanceur vers l'air de lancement ELA-3 spécial Ariane 5.
Tout est prêt. Le compte à rebours va pouvoir commencer.



Le compte à rebours

La phase suivante prend 7h30. C'est pendant cette période que les derniers contrôles au pied du lanceur ont lieu. On y fait le plein de propergols liquides et on prépare la séquence finale.

H-7h30 On contrôle les différentes installations électriques du lanceur pour sa mise en tension, ainsi que les liaisons entre le Centre de Lancement et la Table, pour s'assurer de la synchronisation des commandes.
L'Etage Principal Cryogénique et le moteur Vulcain sont préparés pour le remplissages des réservoirs (il va faire assez froid à ce moment-là).

H-6h00 Les dernières sécurités sont enlevées, les portes refermées, le circuit fluides est paré au service: la Table de Lancement est en configuration finale.
Le lanceur reçoit son programme de vol. Celui-ci est téléchargé dans les deux calculateurs de la case à équipements.
On fait un dernier contrôle des liaisons hertziennes entre le Centre de Lancement et les différents acteurs du vol, comme la Télécommande, la Trajectographie, etc... ("un, deux, un, deux, tu me reçois Gérard?" Ah c'est beau la technologie!)
Les centrales inertielles (les trucs qui vont servir à faire savoir à l'ordinateur de bord comment est la fusée, et où elle est pendant le vol) sont alignées.

H-5h00 Tout le monde doit évacuer l'aire de lancement, le remplissage des réservoirs va commencer.
On met en pression les réservoirs au sol, qui contiennent les propergols. On prépare les circuits du lanceur au froid (c'est la "mise en froid", à -253°C, ça pèle).
Une demi-heure plus tard, on rempli les réservoirs du lanceur, tout doucement. Il faudra compléter les pleins jusqu'au début de la séquence synchronisée (ça s'évapore vite les propergols liquides!).

H-3h00 Le moteur Vulcain est mis en froid à son tour.

H-30min La séquence finale est préparée. Tout est contrôlé automatiquement, normalement en 10 min, mais on se laisse un peu de marge au cas où.
Quand tout est OK, on commence la séquence synchronisée.



La séquence synchronisée

Là, tout se déroule automatiquement. Il y a tellement de paramètres à vérifier que l'Homme ne pourrait en contrôler qu'une fraction pendant les 6 min 30 sec que dure la "séquence synchronisée". Si quelque chose ne va pas, un voyant passe du vert au rouge da la Salle du Centre de Lancement et la séquence est interrompue. Elle reprendra à H-6min30 (au début quoi).

H-6min30s On ferme les vannes d'alimentation des réservoirs qui servaient au complément de plein. On arme le système mécanique des lignes pyrotechniques.

H-4min30s Les réservoirs du lanceur sont isolés des alimentations de la Table de Lancement, mis en pression, et les tuyaux purgés.

H-3min30s Les calculateurs de vol sont informés de l'heure du départ et sont hiérarchisés: l'un passe en mode surveillance de l'autre.

H-2min Les vannes d'alimentation du moteur Vulcain sont ouvertes.

H-1min à H-22s Les différentes alimentations électriques passent du sol vers le lanceur. Ariane 5 est de plus en plus autonome. Les enregistreurs sont activés, les systèmes électriques des lignes pyrotechniques sont armés, les circuits fluides sont contrôlés, les systèmes de pilotage sont activés, le calculateur de bord est autorisé à prendre le contrôle des opérations, on est Go! A partir de là tout s'accélère.

H-12s On contrôle les pressions des réservoirs cryogéniques.

H-6s Les charges pyrotechniques sont allumées. Elles consomment l'hydrogène de mise en froid du Vulcain.

H-3s Le calculateur principal d'Ariane 5 prend les choses en main: il active le programme de vol, et les centrales inertielles passent en mode vol.

H-0s La séquence d'allumage du Vulcain commence. Une montée en pression et en puissance constamment contrôlée par le calculateur de bord. Là, ça va chauffer sérieusement.

H+6,9s Le système de sécurité au sol, permettant de vérifier la séquence d'allumage, est désactivé. L'ordinateur du lanceur cessent le contrôle de bon fonctionnement du Vulcain. Tout est OK. On peut allumer les pétards!

H+7,05s Les Accélérateurs à poudre sont allumés, la poussée augmente rapidement. Sur la Table de Lancement, c'est l'Enfer!

Les EAP crachent toute leur puissance, les verrous sont ouverts, la fusée commence son vol dans un fracas épouvantable...



Le décollage

Voila, Ariane 5 décolle. Les premiers applaudissements se font étendre dans le Centre de Lancement. Mais la mission d'Ariane ne fait que commencer. Le vol va durer 31 minutes. Ariane 5, c'est beau comme un papillon, mais ca vit beaucoup moins longtemps...



Le vol

Le vol en lui-même commence à H+7,05s. Les étapes s'enchaînent ensuite plus ou moins rapidement suivant le type de mission. Les temps donnés ici sont indicatifs, mais peuvent changer. En tout cas une mission dure entre 30 et 45 minutes.

H+7,05s Le décollage. La poussée est maximale, le bruit insoutenable, la poussière soulevée, et la cage thoracique des spectateurs tremble de l'intérieur. La fusée s'élève dans le ciel de Guyane.

H+1min07s La pression dynamique est à son maximum, le lanceur accélère.

H+3min13s Ariane 5 est sortie de l'atmosphère terrestre. La coiffe protégeant la charge utile est devenue superflue. Elle est larguée.

H+8min35s La station de Natal, au Brésil, capte Ariane. Tout va bien.

H+9min53s Le moteur Vulcain, qui assurait la propulsion seul, depuis le largage des EAP, est arrêté. Il a bien bossé.

H+9min59s Le Vulcain étant arrêté, l'EPC ne sert plus à rien. Il est largué à environ 168 km d'altitude. Il décrira une trajectoire balistique, tout en tournant sur lui-même pour augmenter son freinage atmosphérique (l'air est raréfié en altitude, mais toujours un peu présent. A la vitesse où il va, l'EPC est quand même ralenti par les frottements de l'air). Il retombera et se désintégrera au-dessus du Pacifique
L'étage supérieur vole sur sa lancée pour l'instant.

H+12min53s La station de l'Ile de l'Ascension (Royaume-Uni), dans l'Atlantique, acquiert Ariane 5 sur ses écrans.

H+15min14s l'EPS (Etage à Propergols Stockable) est allumé.

H+21min57s La station de Libreville (Gabon) capte le lanceur.

H+23min12s Puis c'est au tour de la station de Malindi, au Kenya

H+31min L'EPS est éteint. La charge utile est injectée en GTO. Elle va orbiter entre 600km et 36000km d'altitude. C'est la fin de la mission pour Ariane 5.

La mission s'est bien déroulée. Il reste la passivation de l'EPS, qui subsistera en orbite autour de la Terre. Il faut vidanger les réservoirs pour éviter toute explosion future, ce qui aurait pour effet d'éparpiller des milliers de débris dans l'espace. Jusqu'au bout, on pense à l'environnement!

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