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Préparatifs des tests sur banc du 2 ème étage du SLS
Le 19 juin, après 5 heures de voyage le long de la rivière Tennessee, une version test de l’ICPS (Interim Cryogenic Propulsion Stage) - 2 ème étage du SLS - a été transportée de chez United Launch Alliance à Decatur au Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville en Alabama.
Cet ICPS à base d'hydrogène et d'oxygène liquide donnera à Orion la poussée nécessaire pour voler au-delà de la Lune lors de la mission EM-1, fin 2018. Il ne sera utilisé qu’une fois car remplacé par un étage plus puissant dénommé UES (Exploration Upper Stage) lors des prochaines missions SLS. Voir "Planification préliminaire et objectifs pour la mission EM-2"
Au Marshall Space Flight Center la version d'essai ICPS va être accouplée à d'autres articles de test structurels et des simulateurs qui composent la partie supérieure de la fusée. Lorsque toutes les différentes structures seront à disposition, les ingénieurs les « empileront » et déplaceront l’assemblage haut de 17 mètres sur un banc d'essai. Là, le matériel sera soumis aux forces semblables à celles rencontrées lors du lancement et du vol. Cela permettra de s'assurer que l’ensemble sera apte à gérer les forces subies sans compromettre l'intégrité structurelle de chaque pièce.
Les structures de tests additionnelles qui vont être assemblées sont, en plus de l’ICPS :
- Un simulateur du vaisseau spatial Orion avec bouclier, système d’abandon au lancement et module de service européen.
- Un adaptateur Orion / ICPS dont la technologie a déjà été éprouvée lors du 1er vol EFT-1.
- Un simulateur du 1er étage du SLS de 3 mètres de haut pour 8,2 mètres de diamètre.
En plus de ces matériels, un adaptateur inter-étage (Launch vehicle stage adapter - LVSA), reliant le simulateur d'étage principal au 2 ème étage ICPS vient d’être terminé et équipé de centaines de capteurs pour recueillir des données du test.
Concept d'artiste de la façon dont les articles de test structurels seront empilés dans le banc d'essai.
Pour l'ICPS, Boeing a modifié la conception du 2 ème étage cryogénique existant du lanceur Delta IV d’ULA. Il sera alimenté par un moteur RL-10B d’ Aerojet Rocketdyne, actuellement utilisé sur la Delta. Des modifications ont été apportées telles l'allongement du réservoir d'hydrogène liquide, l’ajout de bouteilles d'hydrazine pour le contrôle d'attitude et quelques changements mineures de l’avionique pour répondre aux paramètres de conception et aux caractéristiques de performance nécessaires pour atteindre les objectifs de vol.
Ultime test à froid d'un booster de SLS
Malgré la prévision d'un été plus chaud que la normale en Utah par le « Old Farmer's Almanac », rien ne peut empêcher les techniciens et ingénieurs d’Orbital ATK à Promontory de préparer un booster du futur SLS pour un essai à froid prévu le 28 juin.
Il sera refroidi à environ 4,5°C pour son second et dernier essai de qualification. Cet essai aux extrêmes limites thermiques qu’il pourrait subir sur la rampe de lancement est important afin de comprendre les effets de la température sur la performance et le fonctionnement des moteurs et de la combustion des propergols. Les données et l'analyse des programmes antérieurs habités ont fixé les limites de température pour un booster entre 4,5 et 32°C. Pour rappel, le test réalisé et réussi en mars 2015 s’est fait à 32°C
La taille massive du booster signifie qu'il faudra plus d'un mois pour atteindre la température désirée à l'intérieur du banc d'essai. Trois grandes unités de climatisation - similaires à celles utilisées pour les patinoires en extérieur - ont été placées autour du bâtiment et y injectent en continue de l'air à -4°C. Des capteurs à l'intérieur et à l'extérieur du booster mesurent la température des propergols, permettant aux modèles analytiques de prédire le temps qu'il faudra pour atteindre les 4,5°C (plus d’un mois).
« La température des propergols ne doit pas être confondue avec la température du booster quand il est mis à feu » a déclaré Mat Bevill, ingénieur en chef adjoint du Bureau SLS Boosters au Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, Alabama. « Le booster peut être conditionné à 4,5°C, mais une fois qu'il se déclenche, il devient extrêmement chaud - environ 3300°C - ce qui est assez chaud pour faire bouillir l'acier. » D’ailleurs, une grande partie du sable à l'arrière du booster va se transformer en verre à cause de la chaleur intense des gaz d'échappement et la zone devra refroidir pendant une période prolongée avant qu'elle ne soit considéré comme sûr et puisse être approchée par le personnel.
Le booster sera sorti le matin même du test, en veillant à ce qu’il conserve une température aussi froide que possible. Même dans ces conditions, les ingénieurs auront besoin de le refroidir de quelques degrés au-dessous de la température cible pour tenir compte de l'échauffement de l’air chaud ambiant de l'été.
Les deux minutes de mise à feu seront le dernier test grandeur nature pour qualifier le matériel des deux premiers vols du SLS. Quelques 82 objectifs de conception seront mesurés à travers plus de 530 canaux des données sur le booster. En même temps que la mesure de performance à basse température, le test intègre également des essais de commande et de contrôle d'allumage du moteur et de la buse de direction comme lors d’un vol réel.
Peu de temps après la fin du test, les données seront transmises au Marshall Space Flight Center et intégrées dans le logiciel de simulation de vol, permettant aux ingénieurs d'effectuer des tests supplémentaires, mais dans un environnement virtualisé
Après le 28 juin, la prochaine mise à feu d’un booster se fera sur un pas de tir…
Inspection du booster par un technicien
Mise à jour du 28 juin 2016: Succès du test de mise à feu.
Assemblage de l’ESM – Zoom sur l’électronique de propulsion
Plus de 20 000 pièces et composants dans le module de service européen doivent être assemblés - de l'équipement électrique pour les moteurs, les panneaux solaires, les réservoirs d'ergols et de soutien-vie, ainsi que des centaines de mètres de câbles. Son assemblage est en cours sur le site d’Airbus Defence and Space (Airbus DS) à Brême, en Allemagne.
Le module dispose d'un système de 33 « thrusters » pour son contrôle d'attitude et de propulsion qui doivent être surveillés avec précision grâce aux données provenant de plus d'une centaine de signaux de pression et de capteur de température. Cela se fera par le « Propulsion Drive Electronic » (PDE) qui a été conçu, développé et construit par le département Avionique, Ingénierie & Design d'Airbus DS à Brême. Chaque module de service sera équipé de deux PDE pour la redondance requise et la tolérance aux pannes.
Le PDE est basé sur la conception de l’ATV et est relié au contrôleur de gestion du véhicule situé dans la capsule Orion par un réseau Ethernet à déclenchement temporel (extension temps-réel du protocole Ethernet Standard). Son logiciel a été développé au plus haut niveau des normes de l'ESA pour assurer la tolérance aux pannes extrêmes.
Les trois premiers modèles d'ingénierie ont été livrés chez Airbus DS aux Mureaux en France. Chaque PDE comprend des équipements de tests électriques dédiés à la vérification de son fonctionnement dans l'environnement de tests et de simulations qu’il va subir dans les prochaines semaines et mois aux Mureaux afin d’assurer la performance et la qualification de la conception de l’ESM.
La prochaine étape pour l'équipe Airbus-PDE est de fabriquer, tester et qualifier les unités de vol PDE qui seront utilisées lors du premier vol EM-1, d'ici la fin de cette année.
Orion passe les tests de mise sous pression
Le squelette de la capsule Orion prévu pour le lancement fin 2018 a passé avec succès un test de pressurisation au Centre Spatial Kennedy en Floride.
Le vaisseau vert-olive est arrivé au port spatial le 1er février pour deux ans et demi d'assemblage et d'essais à l'intérieur du Neil Armstrong Operations and Checkout Building, après avoir été assemblé par soudage au Michoud Assembly Facility à la Nouvelle-Orléans.
Le test de mise sous pression qui aura duré en tout 2 jours complets pour atteindre la pression maximale, était la 1 ère étape de la campagne devant permettre de vérifier la qualité et la réponse aux contraintes des soudures. Les ingénieurs de Lockheed Martin ont installé quelques 850 jauges de contraintes à l’intérieur et à l’extérieur du vaisseau spatial. Elles ont fourni des données en temps réel des changements subis au cours du test. Les analystes, eux, étaient installés dans une salle de contrôle située à côté de la cellule de pression. Puis, les grandes portes ont été fermées, scellées et Orion a été mis sous une pression 1,25 fois plus importante que celle maximale qu’il devrait rencontrer sur orbite.
Le test terminé et les données récupérées, les ingénieurs vont maintenant vérifier l'intégrité de toutes les soudure par une technique d'imagerie à ultrasons appelée "Phased-Array".
Rappelons qu’en novembre 2012 des fissures étaient apparues dans trois montants adjacents du panneau arrière du cône avant du vaisseau en cours de préparation pour la mission EFT-1 de décembre 2014.
« Nous avons apporté quelques modifications à l'outillage. Nous avons aussi apporté des modifications à la structure elle-même qui facilite certaines des opérations ici en Floride, et nous avons réorganisé nos activités en salle blanche » a dit Mike Hawes, directeur du programme Orion chez Lockheed Martin.
« Nous n’en sommes plus qu’à seulement sept soudures», a-t-il ajouté. «Nous avons appris beaucoup de choses sur la fabrication, en particulier sur les panneaux de cône. Nous avons été en mesure de fabriquer le « tunnel » en un seul élément ainsi que la cloison arrière. Donc, nous avons réduit considérablement le poids et le nombre de soudures. »
Cet été, les prochaines étapes consisteront à équiper le vaisseau de ses réservoirs de carburant, d'installer des centaines de crochets à l'extérieur de la cuve pour maintenir les lignes propulsives et celles du liquide de refroidissement puis à l'automne installer toute l’avionique, les ordinateurs de vol et des unités de traitement.
D’après Hawes, le calendrier est très serré mais le vaisseau devrait être prêt pour le vol d'ici fin Septembre 2018, soit deux mois avant la date officielle du lancement de la mission EM-1.
L'intégration du module de service de vol a commencé chez Airbus Defense and Space à Brême, en Allemagne (livraison prévue au KSC début 2017) pendant qu’une maquette du module de service est en cours de test de bruit et de vibrations à Plum Brook Station dans l'Ohio.
Les deux sections du vaisseau spatial Orion (modules de l'équipage et de service) seront accouplées en Floride et transportés à Plum Brook pour une deuxième série de tests - cette fois avec le matériel de vol – courant 2017.
Puis, le vaisseau spatial sera de retour au Centre spatial Kennedy fin 2017 pour commencer les préparatifs de lancement finaux, tels que l'avitaillement et l'intégration avec son enveloppe aérodynamique et son système d’abandon au lancement LAS.
La NASA travaille d’arrache-pied pour un lancement d’EM-1 dès septembre 2018.
Les directeurs des programmes du SLS, d’Orion, et du développement des systèmes et des opérations-sol (GSDO) ont déclaré le 10 mai qu'ils sont en bonne voie pour un premier lancement du SLS dès Septembre 2018.
Ces commentaires sont intervenus après une présentation faite plus tôt par Mark Kirasich, le gestionnaire du programme Orion, qui a discuté des préparatifs d’EM-1, montrant des photos de l'engin spatial assemblée au Centre spatial Kennedy. « Ceci est la cabine pressurisée et dans environ 28 mois, elle sera sur le chemin de la lune pour une orbite rétrograde lointaine » at-il dit, délai correspondant à un lancement en Septembre 2018.
La NASA, elle, n'a pas fourni de date de lancement pour la mission EM-1. "Novembre 2018 est la date liée à l’examen du programme SLS effectué en Août 2014" a déclaré Mike Bolger directeur du développement des systèmes-sol et du programme opérationnel, concluant qu'il y avait 70% de chance que le SLS soit prêt pour son premier vol en Novembre 2018.
John Honeycutt, directeur de programme du SLS a déclaré que le travail sur les différents composants se déroule comme prévu. «Nous nous dirigeons rapidement vers la rampe de lancement » a-t-il dit. « Les grandes pièces structurelles de l'étage principal devraient être achevées d'ici la fin Juillet, un mois après le deuxième et dernier test de qualification des cinq segments des boosters réalisé dans l’Utah. Quant aux anciens moteurs principaux de la navette spatiale qui seront utilisés sur le premier vol, ils ont déjà terminé leurs tests d'acceptation » a-t-il ajouté.
Mark Kirasich annonce lui, que le travail se déroule correctement sur le module d'équipage Orion qui est maintenant équipé de divers sous-systèmes. Ce composant a récemment terminé une série de tests de pression et va bientôt recevoir ses systèmes de soutien-vie et de propulsion.
Le travail sur les améliorations du Vehicle Assembly Building au KSC, sur le transporteur mobile qui portera la fusée sur la rampe de lancement et sur le PAD lui-même se déroulent parfaitement, permettant aussi pour le moment, un gain de 2 mois sur la date de lancement.
L’étage supérieur appelé Exploration Upper Stage (EUS) fait lui aussi des progrès, d’après John Honeycutt, car le Congrès a obligé la NASA à dépenser au moins 85 millions $ sur l’EUS en 2016. Par contre, la NASA n'a pas demandé suffisamment de fonds dans le budget 2017 pour soutenir le développement de l'EUS à temps pour EM-2…
Un projet de loi de financement pour 2017 approuvé par le Comité des finances du Sénat le 21 Avril a donc fait mettre de côté 300 millions $ sur les 2,15 milliards $ prévus pour le SLS afin de poursuivre les travaux sur l’EUS. Ce projet de loi n'a pas été repris par le Sénat et la Chambre n'a pas encore validée un projet de loi d’accompagnement sur ces dépenses.
Le point sur les travaux en cours...
Aux Etats-Unis comme en Europe, ingénieurs et techniciens se mettent la pression…
Dans le « Neil Armstrong Operations & Checkout Building » du Centre spatial Kennedy en Floride, où le module d'équipage d'Orion est en cours d'assemblage, une équipe de la NASA et de Lockheed Martin se prépare pour des essais de pression sur le vaisseau qui doit permettre de vérifier l'intégrité de sa sous-structure. Ce travail est une étape importante pour Orion vers sa mission au-delà de la lune, au sommet du SLS en 2018.
A Plum Brook Station dans l'Ohio, les ingénieurs ont commencé les tests acoustiques et de vibration sur le Module de Service ESM ...
...alors qu’au Centre de recherche de Langley à Hampton, en Virginie, les ingénieurs testent différents types d’impacts dans l’eau sur une maquette d’Orion avec à son bord des mannequins bardés de capteurs. 3 tests sur les 9 à accomplir sont d’ores et déjà achevés. Les ingénieurs de Langley vont maintenant ajouter scaphandres et casques aux mannequins afin de recueillir davantage de données.
Pendant ce temps, l’équipe européenne qui fabrique le module de service a également fait des progrès : Cette semaine, le premier vrai module de service qui volera sur EM-2, fourni par l'ESA, a été livré par Thales Alenia Space à Airbus Defence & Space à Brême, en Allemagne. Là, les éléments du module de service seront intégrés avant qu'il ne soit livré en Floride pour son intégration avec le reste du vaisseau spatial au début de l'année prochaine.
Début d’intégration du Module de Qualification de Propulsion
En Février, le modèle d’essai de qualification de propulsion d'Orion -Propulsion Qualification Module (PQM)- est arrivé en Suède pour son assemblage. Bien que ce modèle ne volera pas dans l’espace, il joue un rôle important dans son développement: s’assurer que tout fonctionnera comme prévu.
Le PQM dispose de quatre cuves en inox d’1 cm d’épaisseur et d’une contenance de 2000 litres chacune. Ces réservoirs contiendront les propergols à une pression de 25 bar d’une capacité totale de 9 tonnes.
Les autres éléments du PQM sont 2 réservoirs d'hélium à haute pression, les systèmes de commande et de détection de pression, les lignes propulsives avec vannes d'arrêt, des filtres, et bien sûr, les moteurs de propulsion et d’orientation.
Les moteurs qui font partie du système de propulsion comprennent un moteur SSME de navette spatiale comme moteur principal, huit propulseurs auxiliaires et 12 petits propulseurs RCS de contrôle de réaction réalisés par Airbus D&S à Lampoldshausen en Allemagne.
L'intégration de tous ces éléments se déroule en Suède avec une livraison prévue pour Juillet / Août 2016 à la NASA. Le modèle sera testé fin 2016 - début 2017, y compris la mise à feu des moteurs sur le banc d’essais de White Sands au Nouveau-Mexique.
Orion: Software et hardware en étude chez Lockheed Martin
Voici deux photos intéressantes prises à l'usine de Lockheed Martin à Littleton dans le Colorado.
Les scientifiques et ingénieurs testent sur une maquette grandeur nature le câblage, les logiciels et matériels informatiques qui voleront sur le prochain vaisseau spatial Orion lors d’EM-1 prévu en novembre 2018.
Tests acoustiques pour le Module de Service ESM
Les tests sur les panneaux solaires étant terminés, cette semaine, ingénieurs et techniciens ont déplacé de la baie d’assemblage et à travers la chambre à vide, le Module de Service de test d'Orion (ESM) dans la chambre d'essai acoustique du centre de recherche de Plum Brook Station à Sandusky dans l’Ohio. Les premiers tests tant attendu sont prévus pour débuter lundi 18 Avril.
Tous les câbles et capteurs ont été raccordés et vérifiés pour les 6 prochaines semaines d’essais. Le test aura lieu dans le RATF (Reverberant Acoustic Testing Facility), l'une des 3 chambres de test de classe mondiale qui mettra le Module de Service à l'épreuve. En plus du « RATF », Plum Brook Station propose également la plus grande chambre à vide du monde et la table de vibration la plus puissante, tous les trois situés au sein du Plum Brook’s Space Power Facility.
Une fois arrivé sur place, l’ESM a été positionné sur un support spécial de soutien conçu de telle sorte qu’il soit suffisamment éloigné du sol pour qu’il baigne entièrement dans le flot d’énergie acoustique qu’il va recevoir.
Un certain nombre de simulateurs de masse (en bleu) destinés à imiter la distribution de masse du module d'équipage ont été installés au-dessus du module.
Les essais devraient de poursuivre jusqu'à cet été. Il y en aura plusieurs séries composées chacune de 4 tests différents permettant de glisser lentement vers le spectre acoustique final. Et c’est cela qui prend des semaines…
L’ESM sera donc soumis à toutes sortes de forces à des endroits différents. Lors d’une mission, le profil acoustique n’est pas identique suivant que vous vous trouvez sur le pas de tir ou à mi-chemin dans l’atmosphère. Chaque cas de charge doit donc être testé et cela sur tous les parties du module.
Mise à jour, 27 mai 2016:
La série de tests a été réalisée en deux configurations - une avec des réservoirs remplis d'un produit simulant la densité du carburant embarqué dans l’ESM et une vide pour déterminer si le bruit affecte la structure différemment .
L’essai en charge a duré environ trois minutes. Les ingénieurs en ont également profité pour qualifier les panneaux solaires du module de service : ils ont placé un microphone dans le logement des ailes solaires et ont ainsi pu déterminer que le bruit dans la chambre correspondait à l'environnement acoustique prévu à l'intérieur du module de service où l'aile est logée.
L’ESM de test va maintenant être déplacé vers le « Mechanical Vibration Facility » pour des tests de vibrations mécaniques, toujours à Plum Brook Station, qui permettra d'évaluer la capacité du module à résister aux tremblements qu'un lancement de SLS produira.
Nouveaux tests d'impact dans l'eau pour Orion
Les ingénieurs du Langley Research Center de la NASA à Hampton, en Virginie, ont débuté une série de neuf tests sur une maquette d’Orion avec à son bord des mannequins afin comprendre ce que l'engin spatial et les astronautes peuvent ressentir lors d’un amerrissage dans l'océan Pacifique.
Le prototype, très fidèle au vrai vaisseau spatial, couplé avec le bouclier thermique du premier vol d'Orion EFT-1 de décembre 2014, a été hissé à environ 5 mètres au-dessus de l'eau et a chuté verticalement dans l’ « Hydro Impact Basin » profond de 6 mètres.
Les mannequins ont été bardés de tout un tas de capteurs et solidement fixés à l'intérieur de la capsule pour aider à fournir aux ingénieurs toutes les informations nécessaires à la protection des astronautes contre toute blessure lors de l'amerrissage.
Chaque test simule différents scénarios de conditions de vent, de vitesses et de hauteurs de vagues que le vaisseau spatial pourrait rencontrer sur l’océan.
