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Planification préliminaire et objectifs pour la mission EM-2
Le début des années 2020 devrait voir le 2 ème lancement du SLS pour la mission EM-2, Exploration Mission-2. Ce sera le premier vol avec équipage du vaisseau spatial Orion pour une mission circumlunaire de plusieurs jours.
La date de cette mission ayant été reculée, la NASA a décidé de stopper les études sur le 2 ème étage du SLS (Bloc 1) appelé « Interim Cryogenic Propulsion Stage » (ISPC) pour le remplacer par un étage plus puissant dénommé « Exploration Upper Stage » (EUS) qui devait initialement voler sur EM-3. L’élaboration de cet étage ISPC a été fortement décriée par le gouvernement et le groupe consultatif de la sécurité aérospatiale de la NASA (ASAP- Aerospace Safety Advisory Panel) car ne devant servir qu’une seule fois pour un coût d’environ 150 millions de Dollars.
Problème, ce sera le 1er vol, qui plus est habité, pour cet EUS, à la différence de l’ISPC qui est lui, issu du 2 ème étage des lanceurs Delta III et IV appelé « Cryogenic Second Stage » (DCSS), et qui a déjà fait ses preuves…
La solution qui a été retenue est donc de lancer la mission « Jupiter Europa – Clipper » avec le SLS en 2022, avant la mission EM-2 et avec l’étage EUS, ce qui placerait le lancement d’EM-2 au plus tôt en 2023, 5 ans après EM-1.
Malgré l’incertitude des dates, la NASA a débuté la planification des opérations pour le vol EM-2 : charges secondaires utiles, liste des ressources, exposition aux risques (débris orbitaux, micrométéorites ...), objectifs pour l’équipage etc.
Les options d’EM-2 :1er point important : le véhicule devra, à chaque étape de sa mission, avoir la possibilité de revenir directement sur Terre dans les cinq jours si une situation d'urgence se présente.
Ensuite, l'injection trans-lunaire (TLI) devra placer le vaisseau sur une trajectoire libre lui permettant de revenir sur Terre par l’effet de fronde de la Lune, en cas de défaillance du module de service.
Principe de la mission EM-2 :Une orbite complète de la Terre avant le transit vers la Lune. Ensuite, après le largage de l’EUS, le module de service propulsera le vaisseau pour un survol de la Lune à une altitude de 100 km puis sur une orbite de 100 X 10000 km.
Après trois jours en orbite lunaire, l'injection Trans-Terre (TEI) propulsera Orion et son équipage sur une trajectoire de retour pour conclure une mission d’approximativement 9 à 13 jours.
Cependant, la NASA évalue 2 autres options.
Option 1 :Répéter le vol EM-1 (DRO - Distant Retrograde Orbit) mais avec 4 astronautes à bord ou se rendre au point de Lagrange L2 lors d’une mission de 25 à 26 jours, ce qui implique une augmentation conséquente des consommables.
Option 2 :Une mission moins risquée de 3 orbites elliptiques autour de la Terre.
La première proche de la Terre avec l’utilisation de l’EUS pour élever l'orbite à 391 x 71333 km avant sa séparation.
Une deuxième orbite d'une période de 24 heures permettant à l'équipage de vérifier leur vaisseau spatial et ses systèmes avant d'engager un survol de la lune. En cas de problème, possibilité de refaire cette même orbite pour tenter une réparation ou retourner sur Terre en moins de 12 heures.
Enfin, si tout se passe bien, mise à feu du module de service pour une injection trans-lunaire au périgée de 391 km.
Concrètement, cette injection ferait effectuer un survol lunaire au point de Lagrange L2 à une distance de 61,548 km de la surface de la Lune. A ce stade, une nouvelle poussée du module de service renverrai l’équipage sur une trajectoire de rentrée terrestre.
Cette mission aurait une durée de 15 à 16 jours mais avec plusieurs passage de la ceinture de Van Allen exposant les astronautes à des niveaux de radiation comparable à ceux subis pendant 6 mois dans l’ISS.
Evaluation d'une nouvelle technologie acoustique appelée « Direct Field Acoustic Testing »
Lorsque le vaisseau Orion transportera ses astronautes dans l'espace d’ici quelques années, ce sera au sommet de la fusée la plus puissante jamais construite par la NASA. Lors du lancement, le grondement des moteurs et des boosters va quelque peu secouer Orion… Tout comme lors d’un concert de Rock qui vous fait vibrer, au sens propre du terme.
Voilà pourquoi Lockheed Martin, qui construit la capsule Orion, a saturé d’ondes sonores un module de test par plus de 1500 haut-parleurs. Ce premier test, assez standard pour les engins spatiaux mais différent des précédents, a eu lieu le 2 Mars dans le Colorado.
Normalement, ces épreuves se réalisent dans une chambre acoustique spéciale : les parois réfléchissent les ondes sonores afin de reproduire la répartition de l'énergie acoustique que l'engin spatial subit pendant le lancement. Parfois, ces tests fissurent des supports voire la structure même de l'engin, révélant ses points faibles et permettant une correction avant le lancement.
Le problème avec ces chambres est que, souvent, le vaisseau spatial doit être démonté, expédié au centre de test, remonté, puis son fonctionnement re-testé avant de pouvoir être soumis à l'essai acoustique. Tout cela est coûteux et prend du temps.
Au lieu de cela , Lockheed veut amener le test acoustique au vaisseau spatial. La semaine dernière, ils ont installé 1510 haut-parleurs en anneau autour du module puis monté la puissance acoustique jusqu’à 143 décibels, niveau de bruit similaire à 15 mètres d'un moteur à réaction.
Ce nouveau système de haut-parleurs pourrait être installé n’importe où, à condition qu’il y a suffisamment de prises électriques à proximité… Le tout tenant dans 3 semi-remorques.
Mais ce n’est pas non plus juste un tas de haut-parleurs empilés les uns sur les autres. Le système utilise un algorithme informatique qui dirige des ondes sonores exactement comme elle serait ressenties et aux même niveaux que lors d’un lancement. 70 à 100 microphones placés au-dessus et tout autour de la capsule Orion fournissent un retour d’information, de sorte que les ingénieurs savent si les ondes sonores se diffusent correctement.
Shane Roskie, responsable des tests d’ingénierie et des opérations de lancement chez Lockheed Martin et son équipe ont comparé les résultats de la configuration portable par rapport à un laboratoire acoustique traditionnel et ont trouvé que leur système expérimental était sur la bonne voie. Ils vont probablement l’utiliser pour le reste des tests acoustiques de la mission Orion, ainsi que pour d'autres projets spatiaux.
Tests d’évaluation de la sécurité de l'équipage par des mannequins
Les ingénieurs du Langley Research Center de la NASA à Hampton, Virginie, se préparent à une série de tests d’impacts dans l’eau pour évaluer le comportement du vaisseau spatial Orion et la sécurité de l'équipage à leur retour sur terre.
Ces essais auront pour but de simuler divers scénarios en faisant amerrir une maquette d'Orion, couplée avec le bouclier du premier vol d’Orion EFT-1 dans le bassin d'impact de Langley.
Les ingénieurs y installent aussi des mannequins dotés des mêmes combinaisons qui seront portées par le futur équipage, ceci afin de s’assurer qu’aucune blessure ne puisse les affecter.
L’analyse de ces tests aidera la NASA à évaluer la façon dont le vaisseau se comportera lors de l'amerrissage sous parachutes dans différentes conditions de vent et de hauteur de vagues. Des dizaines de « splash-tests » avec une maquette moins sophistiquée ont déjà été réalisés mais c’est la première fois que cela se fera avec un prototype bien plus proche de la réalité.
Deux mannequins du même type que ceux utilisés dans l'industrie automobile - l'un représentant une femme de 48 kg, l'autre un homme de 100 kg - ont été installés manuellement dans les sièges du vaisseau spatial. Une multitude de capteurs miniatures ont été placés à l’intérieur desdits mannequins afin de mesurer les charges et impacts ressentis.
Au cours des prochaines semaines, les ingénieurs vont appliquer une couche imperméable sur la surface de la capsule et effectuer les ultimes vérifications entre les capteurs et le système d'acquisition de données. Le vaisseau lui-même comporte aussi des capteurs permettant aux ingénieurs de recueillir des données au cours de l'impact avec l’eau.
Une série de neuf essais est prévue au début du printemps. Au cours des trois premiers essais, les ingénieurs largueront la capsule verticalement mais à des angles différents dans le bassin. Pour ces essais, les mannequins ne seront pas équipés de combinaisons et de casques. Ce n'est que lors du quatrième test que les ingénieurs équiperont les mannequins de scaphandres et de casques.
Pour les cinq derniers tests, même procédure, sauf que la maquette sera larguée après un mouvement de balançoire.
La collecte de données sur les mannequins avec et sans combinaison spatiale permettra aux ingénieurs de faire des comparaisons qui les aideront à la modélisation informatique de l'amerrissage d'Orion.
« La combinaison a une certaine influence sur la façon dont le corps réagit aux charges » a déclaré Jim Corliss, ingénieur du projet à Langley. « Imaginez que vous portiez un casque qui pèse un certain poids. Les charges latérales contribuent à jeter votre tête d’un côté et de l'autre. Il y a donc avantage à comprendre comment les mannequins réagissent avec et sans casque. »
Préparation du module de service pour les tests sur les panneaux solaires
20 février: Les ingénieurs et les techniciens de Plum Brook Station à Sandusky dans l'Ohio, se préparent pour le premier test majeur de la campagne de vérification de l'intégrité structurelle du module de service de test d'Orion. Il consistera au déploiement des panneaux solaires afin de vérifier leurs fonctionnements.
Le samedi 20 février, une équipe internationale d'ingénieurs et de techniciens à soulevé et incliné le module de service - qui comprend le STA européen, l'adaptateur au module d'équipage et l'adaptateur au SLS - d'un angle de 90 degrés pour le positionner avant un contrôle de déploiement d'un des quatre panneaux solaires.
La prochaine étape sera la fixation du panneau solaire puis l'essai de déploiement, le 29 février. Ceci est le premier d'une série de tests cruciaux de vérifications d'intégrité et de capacité de résistance à l'environnement du lancement au sommet du SLS de la structure du module de service.
29 février: Airbus Defence & Space a développé et livré un modèle de qualification de panneau solaire pour le module de service européen (ESM) d’Orion. Lors du test de déploiement effectué hier 29 février, le modèle s’est comporté comme espéré. Cette « aile » de qualification est constituée d'un support et de trois panneaux factices.
"Une mission avec équipage vers la Lune implique de grandes exigences pour la conception et le développement des panneaux solaires. Pour limiter les contraintes en raison de la poussée requise vers l'orbite lunaire et le retour vers la Terre, l'aile doit être capable de s’incliner de 60 degrés vers l'avant et l'arrière, tel un oiseau. Ce vaste mouvement signifie une conception avec des panneaux épaissis et des charnières et poutres renforcées, ce qui nécessite des tests approfondis" a déclaré Arnaud de Jong, responsable de l’équipe « panneaux solaires » chez Airbus Defence & Space à Leiden, aux Pays-Bas.
Lors de l’injection trans-lunaire (TLI) les calculs ont démontré que les extrémités des ailes solaires pourront dévier jusqu’à 1,06 mètre. Une caméra sur chaque extrémité de l'aile, pointée vers le vaisseau spatial Orion, suivra de près ce mouvement. En plus du test de déploiement, le programme de tests de l'aile de qualification implique des essais acoustiques, des vibrations et des chocs, tests qui auront lieu dans les mois suivants.
Les modèles de vol des panneaux solaires sont déjà en cours de fabrication pour une première livraison prévue début 2017. Le réseau d’alimentation solaire, d'un poids total de plus de 260 kg, comprend quatre ailes, composées chacune de trois panneaux de 1.242 cellules par panneau . Les 15.000 cellules au total fourniront au module de service 11,1 kW.
