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Orion EM-2 passe l'épreuve de conception critique
Au début du mois de décembre, le programme Orion de la NASA a achevé son « Critical Design Review (CDR) Delta » - examen critique de conception Delta - de la configuration du vaisseau spatial avec équipage qui volera pour la première fois lors de la mission EM-2. Ce CDR était axé sur les modifications entre la configuration de l’engin spatial non habité qui volera sur EM-1 et celui d’EM-2.
Ce CDR était principalement axé sur les différences entre deux domaines : L’ECLSS, le système de contrôle de l’environnement et de support-vie et sur l’affichage des données sur écran pour l’équipage. N’étant pas destiné à couvrir les systèmes qui n’ont pas changé, il s’est cantonné uniquement aux nouveaux systèmes ajoutés car ils consomment de l'énergie, ajoutent de la masse, ainsi que de la charge thermique.
206 demandes d’actions ont ainsi été exigées et depuis septembre, 37 d’entre-elles ont été clôturées. Reste donc 169 demandes sur lesquelles les ingénieurs doivent se pencher et les résoudre avant la fin du mois de mai prochain. Par comparaison, lors de la première évaluation critique de conception du véhicule EM-1, il y avait plus d'un millier d'appels à modifications…
Par rapport au 1er vol d’Orion (EFT-1), EM-1 dont le lancement est actuellement prévu pour le second semestre 2020, ajoute des éléments comme l’adaptateur de module d'équipage (CMA), le module de service européen (ESM), des fournitures et une propulsion indépendante pour le vaisseau spatial pour la première fois dans une mission de longue durée.
EM-2 ajoute tout le matériel et les fournitures supplémentaires nécessaires à un équipage de quatre personnes pour une mission de 21 jours. Cela inclut les réserves d'oxygène et d'azote principalement stockées dans le module ESM, des systèmes permettant de gérer l'atmosphère de la cabine dans le module d'équipage, les filtres pour le dioxyde de carbone, les écrans d’affichage et les commandes, une cuisine pour la préparation des repas, des toilettes et une salle de stockage de nourriture et autre matériels...
Le deuxième module de service de l’ESA qui volera sur EM-2 sera en grande partie identique au premier module de vol EM-1, mais le maître d’œuvre Airbus Defence & Space apportera quelques modifications tout en réduisant sa masse totale.
Ces changements concernent le mécanisme de commande des panneaux solaires afin d’augmenter la quantité de courant pouvant être appliquée aux moteurs d’articulation, essentiellement pour donner aux panneaux solaires une capacité de maintien et de rotation plus forte. En effet, lors des missions suivantes, des rendez-vous avec d’autres vaisseaux ou modules auront lieu, il est donc nécessaire d’avoir une amplitude plus importante et plus fréquente des panneaux afin de les protéger des mise à feu des RCS bien plus nombreuses.
Un autre changement prospectif consiste à regrouper certains des propulseurs RCS afin de faciliter le contrôle d'attitude d'Orion lors de ses rendez-vous avec la future plate-forme cis-lunaire. Actuellement ils sont positionnés à 45° sur les axes de tangage et de lacet. En les regroupant, on obtient plus d'autorité de contrôle en tangage ou en lacet pour les rendez-vous et amarrages.
Un troisième changement ajoute une certaine redondance au système de propulsion ESM. Ce système doit être mis sous pression avec des réservoirs d'hélium en amont et, à l'heure actuelle, les deux systèmes sont indépendants l'un de l'autre. L’idée est d’ajouter une alimentation transversale pour pouvoir remplir un réservoir d’hélium à partir d’un autre, en cas de blocage ou de fuite d’une vanne.
Etat du matériel pour EM-2
Les éléments du vaisseau spatial EM-2 sont encore en grande partie en montage structurel. La « cuve » pressurisée du module d'équipage achevée a été livrée au bâtiment « O & C » du KSC à la fin du mois d'août, où le maître d'œuvre d'Orion, Lockheed Martin, assemble le module d'équipage avec son adaptateur CMA et effectue l'assemblage final du vaisseau spatial.
L’assemblage, l’intégration et les tests du deuxième modèle de vol ESM, (Flight Model-2 / FM-2), se poursuivent sur le site AIT (Assembly, integration, and testing) du maître d’ouvrage d’Airbus Defence & Space, à Brème, en Allemagne. Avec l’envoi du modèle de vol 1 de Brême vers le KSC au début du mois de novembre, FM-2 a pris sa place au début du mois de décembre sur le stand d'intégration. Son achèvement est prévu au premier trimestre 2020 pour un lancement prévu actuellement en septembre 2022.
Le financement acquis d'un deuxième lanceur mobile (ML) a permis de lancer une série de mises à jour et de modifications de la mission EM-2 et de sa date de lancement. Le vol EM-2 utilisant un 2ème étage de type ICPS, la date de lancement visée pourrait être quelque peu indépendante du lancement d’EM-1 et finalement la date prévue est passée de 2023 à 2022.
Bien que la date de prévision pour EM-2 se soit améliorée avec le retour à la configuration du SLS Block 1, la prévision pour la date de lancement d’EM-1 a continué de glisser, ce qui a réduit le temps estimé entre les lancements. Il faut savoir que pour des raisons économiques, seulement 3 avioniques pour 3 capsules seront utilisés pour tous les vols. Ainsi, celui d’EM-1 devait servir pour EM-2, avant l’achat d’un 3ème pour EM-3. Mais comme le temps entre les 2 premiers vols s’amenuise, le plan est donc d’acheter l’avionique d’EM-3 pour l’utiliser sur EM-2 et ainsi pouvoir réduire le temps entre EM-1 et EM-2 et à l’avenir, réaliser 1 vol par an
Mise à jour de la mission EM-2 par la NASA
Exploration Mission-2 est toujours un vol d'essai pour vérifier Orion avec les mises à niveau du système d'équipage et faire le tour de la Lune, mais la première partie de la mission a été retravaillée pour prendre en compte le changement de configuration du SLS.
Les Boosters et l’étage central du SLS largueront l’étage supérieur avec Orion sur une orbite d’insertion supérieure pour EM-2. Après une séquence de vérifications post-insertion, l'étage supérieur amènera Orion et son équipe sur une orbite encore plus haute et plus elliptique que les plans précédents. Puis, après s'être séparé de l'étage supérieur, Orion passera près d'un jour de plus que prévu en orbite terrestre au début de la mission, avant de quitter la Terre pour un survol lunaire.
En termes de lancement et d’insertion, les premières minutes d’EM-2 ressembleront au premier lancement du SLS lors d’EM-1. Cependant, avec le lancement d’un SLS Bloc1 utilisant un second étage ICPS (Interim Cryogenic Propulsion Stage) au lieu d’un EUS (Exploration Upper Stage) plus performant, la nouvelle base de référence EM-2 modifie également certains paramètres de mission importants par rapport à EM-1. Le premier changement consiste à faire passer le haut de l’orbite d’insertion de 1800 km à 2200 km grâce à l’étage central qui poussera pendant un peu plus de huit minutes et plus haut que lors d’EM-1.
De plus, l'augmentation de l'apogée du véhicule lors de la séparation de l’étage principal fournit également une amélioration à la période globale de jours de chaque mois où Orion est capable d’atteindre la Lune car l'orbite de stationnement elliptique limite les possibilités de lancement dans le mois, ne permettant d’y aller que lorsque la Lune est dans la direction de l'apogée. Pousser la performance sur l'ICPS augmente donc le nombre de jours (8 à 10 dans notre cas).
EM-2 révisé
Le deuxième changement réorganise la séquence des événements post-insertion après qu'Orion et ICPS se soient séparés de l’étage central après le MECO (Main Engin Cut-Off). En effet, à ce moment, le duo Orion / ICPS et étage central sont toujours sur une orbite avec un périgée d’environ 37 km que l’ICPS doit élever à une altitude supérieure pour rester en orbite.
Pour EM-1, la manœuvre de remontée du périgée est effectuée par l’ICPS lorsque le véhicule atteint l’apogée de l’orbite d’insertion, environ 40 minutes après le décollage et plus de trente minutes après le MECO, afin de porter le périgée à 185 km. Pour EM-2, l’allumage de l’ICPS a été déplacé avant le déploiement des panneaux solaires d’Orion (qui se fait normalement après le largage de l’étage central) avec un allumage dix minutes seulement après le MECO, en partie pour fournir un intervalle de temps plus important entre les différentes mises à feu de l’ICPS pour les vérifications initiales du vaisseau Orion et le déploiement des panneaux solaires.
EM-2 aura donc un périgée et un apogée d’environ 185 X 2685 km. Dans la ligne de base précédente, lorsque Orion volait avec EUS, ils devaient rester sur une orbite de «stationnement» à basse altitude pendant deux orbites. Dans ce cas, Orion et l’EUS volaient sur une orbite circulaire d’environ 185 km, ce qui est largement inférieur aux altitudes présentant un risque élevé de MMOD (Micrometeoroid Orbital Debris) qui commence vers 900 km.
Cependant, avec ICPS et l'orbite elliptique, des problèmes de MMOD vont apparaitre dès que l'apogée dépassera les 900 km
L’avantage de la mise à feu d’ICPS plus tôt est donc de renforcer l’apogée, pour obtenir une orbite légèrement plus longue, terminer toutes les tests sur Orion, et disposer encore de suffisamment de temps pour effectuer les vérifications de passage en TLI (Trans-Lunar Injection).
Configuration SLS Block 1 pour EM-2
Le troisième changement sera l’ARB (Apogee Raise Burn) qui permettra d’atteindre un apogée encore plus élevé que prévu (HEO - High Earth Orbit - 380 X 110 000 km), augmentant la durée de l'orbite terrestre haute de 24 à 42 heures, juste après la première orbite effectuée après le MECO.
L’orbite longue permet une évaluation approfondie des performances des nouveaux systèmes dont le système de contrôle de l’environnement et de maintien-vie (ECLSS), les écrans pour l’équipage et autres systèmes, et cela tout proche de la Terre (à 1 ou 2 jours).
Ensuite seulement viendra la TLI, et l’augmentation de l’apogée réalisée par l’ARB demandera à ce moment-là moins de performance en delta-V pour l’ICPS ce qui laisse de la marge en cas d’abandon de mission.
Cette mise à niveau tient compte bien-sûr des périodes de repos nécessaire à l’équipage. L’HEO aurait pu être fixée à 27 heures mais cela aurait entrainé une TLI pendant la période de sommeil des astronautes, ce qui n’est évidemment pas envisageable.
L'ICPS s'allume pour la TLI
La suite du voyage reste inchangée, avec trajet vers la Lune en quatre jours et retour aussi en quatre jours. La seule différence en tant que durée est le temps passé plus important en HEO qui fait passer la mission de 9 à10 jours.
Bien que les grandes lignes de la mission soient maintenant établies, elle continuera d’être affinée régulièrement avec sans doute des modifications ultérieures mais généralement de moindre ampleur. Et l’une des questions à examiner à présent est de savoir s’il existe une capacité de charge utile secondaire…
Test de redressement d'Orion
L’équipe Orion a terminé avec succès deux tests du système de redressement du modules d’équipage ( Crew Module Uprighting System - CMUS) au large des côtes de Galveston, au Texas, entre les 1er et 3 décembre derniers.
Le système CMUS est conçu pour gonfler cinq sacs une fois que le vaisseau spatial et son équipage aient amerri, permettant ainsi à la capsule de se relever toute seule. La NASA a collaboré avec les équipes des Gardes côtes et de la Force aérienne des États-Unis ainsi que du "Texas A & M University" de Galveston pour effectuer ces opérations.
