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La NASA a identifié les charges utiles secondaires pour EM-1
La NASA se penche actuellement sur les charges utiles secondaires qui voleront sur la mission EM-1. Elles seront composées de Cubesats visant à enquêter sur les aspects biologiques lunaires et humains ainsi que sur l’étude d'un astéroïdes proche de la terre.
Cette décision découle de l'identification des lacunes au niveau des connaissances qui doivent être abordées avant d'entreprendre des missions habitées dans le système solaire interne : santé et performance humaine dans des environnements à haut rayonnement, potentiel des ressources lunaire et identification de l’astéroïde et son interaction avec la surface (mission EM-2).
Ces trois concepts sont les Cubesats « BioSential », « Lunar Flashlight et « Near Earth Asteroid Scout ».
BioSential
BioSential portera spécifiquement sur la santé humaine et sa performance dans les environnements hauts en rayonnement.
Sa conception lui permettra d'étudier les dommages sur l'ADN des organismes vivants induit par le rayonnement dans l'espace proche de la Lune et corréler ces mesures avec d'autres résultats obtenus à partir d'études réalisées dans la Station Spatiale Internationale et sur Terre.
Plus précisément, BioSential examinera l'effet du rayonnement dans des environnements de gravité variables, aspect de l'exposition aux rayonnements qui n'a pas été systématiquement étudié avant. Il utilisera un bio-capteur de rayonnement sur une souche de levure afin d’évaluer les dommages et réparations sur l’ADN. Des capteurs surveilleront aussi les niveaux d'exposition aux rayonnements.
BioSential est un Cubesat de 6U (6 unités) dont un bio-capteur de 3U et un spectromètre de rayonnement d’1U et nécessitera moins de 10 W de puissance moyenne sur la durée de la mission.
Lunar Flashlight
C’est l’étude et la compréhension de la quantité et de la distribution d'eau et d'autres substances volatiles dans les endroits froids et retranchés de la Lune.
La NASA et d'autres entreprises spatiales cherchant à monter des expéditions humaines vers des corps célestes dans le système solaire interne, l'utilisation des ressources in situ est devenue un point de discussion important. Dans le cas de la lune, la ressource principale est l'eau.
Lunar Flashlight devra localiser des dépôts de glace dans des cratères de la Lune en permanence à l'ombre et identifier les sites favorables à une utilisation in situ grâce à 4 lasers de 50 à 75 watts qui « éclaireront » un kilomètre carré de la surface lunaire et devront analyser les quatre bandes spectrales intéressantes pour la mission, à une altitude de 20 km.
Ce Cubesat de 6U sera capable de produire un delta V de 290 m/s à l’aide un système de propulsion vert.
Near Earth Asteroid Scout
Sa mission est de déterminer la taille, l'état de rotation, les propriétés de surface et l'environnement d'un NEA - Near Earth Asteroid - représentant d'une cible potentielle pour une mission humaine par un survol ou un rendez-vous.
Les paramètres clés de cette mission comprennent des opérations de cartographie de 80% ou plus de l’objet avec une résolution inférieure ou égale à 50 cm/px et d’une autre de 30% de la surface avec une résolution inférieure ou égale à 10 cm/px.
Le Cubesat de 6U sera doté d’une voile solaire de 85 m² lui permettant de cibler un NEA à 1 UA de la Terre. 1 UA correspondant aux limites de télécommunication et non à la voile solaire elle-même ou au SLS.
Les ingénieurs affinent la protection thermique d'Orion
Le système de protection thermique d'Orion est une des parties les plus critiques de l'engin spatial, responsable de la sécurité des futurs astronautes.
Il se compose d’un bouclier thermique principal qui fait face à l'atmosphère lors de la rentrée afin de ralentir le vaisseau mais aussi d’un réseau de tuiles sur la coque arrière appelé «back shell».
Au cours de la prochaine mission EM-1, Orion naviguera dans l'espace pendant plus de trois semaines et reviendra sur Terre dans des conditions encore plus rapides et plus chaudes que lors de son dernier vol
En effet, alors que pour le 1er vol EFT-1 le vaisseau spatial a rencontré des vitesses de plus de 9000 ms et des températures d'environ 2200° C, EM-1 connaîtra un retour plus rapide de l’ordre de 11 000 ms. Bien que la différence de vitesse puisse sembler minime, la chaleur dégagée augmente de façon exponentielle lorsqu’elle voit la vitesse s’accentuer.
D’une part, un revêtement de contrôle thermique métallique à base d’argent sera lié au système de protection thermique des tuiles de la coque arrière. Ce revêtement, similaire à celui utilisé sur le bouclier thermique principal, permettra de réduire la perte de chaleur pendant les phases spatiales qui subissent des températures très froides mais aussi très élevées lorsqu’une face du module est tournée vers le soleil. Il pourra ainsi maintenir une plage de température d'environ – 65 à +300°C et protégera le vaisseau des charges électriques sur sa surface à la fois dans le vide spatial et lors de la rentrée atmosphérique.
D’autre part, les ingénieurs ont affiné la conception du bouclier thermique afin d’améliorer son processus de fabrication et réduire la masse du vaisseau. Au lieu d'une couche extérieure homogène, le bouclier sera constitué d'environ 180 blocs pouvant être fabriqués simultanément avec les autres composants afin de rationaliser le travail, le temps et le processus de fabrication.
Les ingénieurs ont aussi trouvé le moyen de réduire la masse de la structure sous-jacente de l'écran thermique composée d’un squelette en fibre de titane et d’une sorte de peau en fibre carbone. Les équipes ont optimisé l'épaisseur de ce squelette et de la peau en se basant sur les pressions que les différentes zones connaitront pendant le vol et la rentrée, rendant la structure plus homogène tout en l’allégeant.
Lockheed Martin a récemment terminé une unité test de ce bouclier que les ingénieurs vont utiliser pour vérifier les améliorations apportées avant de l’utiliser sur le matériel dédié au vol. Les équipes ont déjà commencé la construction du bouclier thermique pour EM-1.
Poursuite des soudures sur EM-1
Comment réduire le poids de la structure d'un vaisseau spatial, tout en utilisant les mêmes matériaux que la version plus lourde et maintenir le calendrier de fabrication?
Ce mois-ci, les ingénieurs qui ont contribué à répondre à cette question ont vu leur travail acharné récompensé. Les techniciens ont terminé le soudage des 3 panneaux en forme de cône qui composent une partie du module d'équipage Orion EM-1.
La partie pressurisée d'Orion se compose de sept grandes pièces en aluminium, dont trois sont des panneaux en forme cône. Ces trois panneaux forment la demi-section angulaire du module de l'équipage où se trouvent les fenêtres et la trappe d’accès. Alors que les techniciens ont déjà assemblé d'autres éléments de la structure dès début septembre, les panneaux de cône ont présenté un défi unique pour la NASA et Lockheed Martin car les ingénieurs, qui ont cherché à réduire le poids global du module d'équipage, ont rencontré et surmonté d’énormes défis techniques.
« Quand vous regardez le module d'équipage Orion de l'extérieur, il ressemble au vaisseau qui a volé lors d’EFT-1», a déclaré Charlie Lundquist, responsable du CSM. « Mais le vaisseau spatial que nous bâtissons pour notre prochaine mission incorpore beaucoup d'ingéniosité d’ingénierie et de procédés de fabrication améliorés. Ces processus améliorés ont également contribué à une réduction du poids global de l'engin spatial. »
La version test de la structure d'Orion était lourde car la section conique originale composée de 6 panneaux et 6 longerons (minces bandes de métal) exigeaient 12 soudures pour les lier ensemble. La fabrication des panneaux a pris un temps considérable et les soudures ont également ajouté du poids non négligeable.
En affinant la conception d'Orion et en se fondant sur les enseignements tirés d’EFT-1, suivi d'une analyse assidue et d’évaluations de conception, les ingénieurs ont trouvé la manière de réduire le nombre de panneaux de cône ainsi que les soudures, réalisant un gain de poids pour EM-1.
Lorsque les techniciens ont commencé à fabriquer ces 3 nouveaux panneaux, chacun faisant un tiers de la circonférence du compartiment et fait d'une seule pièce de métal, ils ont déjà rencontré un problème lors du processus d'usinage : les grands panneaux incurvés avaient tendance à s’aplatir ou se détendre plus que prévu. Mais les problèmes ne se sont pas limités à l’usinage…
Les ingénieurs ont dû redéfinir les conditions spécifiques dans lesquelles les opérations de soudage devaient se dérouler, a savoir la température et l'humidité dans la chambre, la vitesse de rotation de la tête de soudure et sa vitesse de déplacement lors du soudage.
Ce processus n’est pas la seule mesure d’économie de poids réalisée. Outre la réduction du nombre de pièces et de soudures, le système de protection thermique, qui protège le vaisseau spatial lors de sa rentrée atmosphérique sera lui aussi moins lourd d’environ 550 kg. Une fois terminé, le module de l'équipage sera d'environ 20% (1800 kg) plus léger que ne l'était EFT-1.
Reste maintenant aux techniciens d’effectuer les 2 soudures finales afin d’intégrer les autres éléments de la structure primaire. Ensuite, elle sera expédié au Centre spatial Kennedy en Floride, où elle sera équipée et traitée en préparation de son lancement au sommet du SLS.
La NASA définit les étapes pour le vol EM-1 de 2018
Trois ans avant le vol inaugural du SLS, la NASA a divulgué les différentes étapes qui conduiront au lancement d'EM-1. Ces règles qui décrivent tous les jalons nécessaires pour le vol inaugural de 2018, permettent de tracer le chemin du SLS vers son vol, y compris le calendrier de lancement une fois celui-ci entièrement intégré.
Avec le CDR (Critical Design Review - Examen Critique de Conception) terminé, le travail pour assembler tous les éléments constitutifs du SLS commence sérieusement. Mais chacun des principaux composants de ce que sera finalement le HLV (Heavy Lift Vehicle – Véhicule de Lancement Lourd) ainsi que le matériel au sol nécessaire ont encore des trajectoires individuelles à suivre avant leur achèvement et leur convergence dans le Vehicle Assembly Building (VAB) au Kennedy Space Centre en Floride pour leur intégration.
Le LAS (Launch Abord System)
La fabrication du LAS ainsi que son ogive ont débuté en Octobre 2015.
La construction du moteur de séparation (Jettison Motor - JM) est prévue pour débuter en janvier 2016 suivi par le démarrage de la production du moteur de contrôle d'attitude (Attitude Control Motor - ACM) en mars.
La fabrication du moteur d’abandon (Abort Motor - AM) est quant à lui prévu pour septembre.
Après plus d'un an et demi de production, le JM sera livré au KSC en mai 2017 suivi par les livraisons de l’ACM en Août 2017 et de l’AM en Octobre 2017.
Enfin, le LAS et son ogive seront livrés au Launch Abort System Facility (LASF) du KSC en février 2018.
Le module d’équipage Orion (CM - Command Modul – Module de commande)
Les premières soudures ont débuté en septembre au Michoud Assembly Facility (MAF) en Louisiane.
Fin janvier-début février 2016, la structure du CM sera achevée puis livrée à l’Operations & Checkout (O&C) building au KSC pour l’intégration de ses équipements.
Un test de pressurisation sera ensuite réalisé en avril 2016 suivie par des tests de fuite en septembre 2016.
Le Module de Service Européen (ESM)
L’ESA construit l’ESM dans les bâtiments de Turin en Italie.
Une structure de test est en cours d’acheminement à Plum Brook Facility à Sandusky dans l’Ohio.
L’intégration de tous les composants de l’ESM devrait être terminée pour mars 2016 avant une longue série de tests prévus jusqu’en janvier 2017.
Une fois tous les tests terminés, l’ESM complet sera livré à l’O&C building en mars 2017.
Le module de commande et de services (CSM)
Le CM et l’ESM assemblés, ils formeront le CSM qui sera envoyé à Plum Brook pour des tests thermiques à vide.
À l'issue de ces tests, le CSM sera retourné à l'O&C en Octobre 2017 pour des essais d’opérations-sol en janvier 2018 puis déménagé au MPPF (Multi-Payload Processing Facility).
Après trois mois dans le MPPF, le CSM sera livré au Launch Abort System Facility (LASF) pour y être intégré au LAS en mars 2018.
L’étage de propulsion cryotechnique intermédiaire (ICPS)
A Decatur en Alabama, United Launch Alliance a prévu de commencer la production de la première unité de vol en janvier 2016 pour un achèvement prévu en janvier 2017.
Il sera ensuite expédié au KSC pour des opérations-sol en janvier 2018 puis installé dans le MPPF où il y passera environ 4 mois avant de rejoindre le VAB en avril 2018 pour son intégration avec le SLS et le CSM/LAS.
L’étage principal et les moteurs
Les 4 moteurs devraient avoir terminés leurs essais à la fin de cette année 2015 avant d’être livrés au MAF (Michoud Assembly Facility) à la Nouvelle-Orléans entre avril et septembre 2016.
Au MAF, un étage central de test devrait être terminé en décembre 2016. S’en suivra l’installation des moteurs de vol sur ce dernier et l’achèvement de la fabrication de la section inter-cuve de l’étage principal en janvier 2017.
L’étage principal sera ensuite entièrement assemblé fin février-début mars avant son intégration totale au MAF en aout 2017.
À ce stade, le tout sera transporté en une journée par barge au centre spatial Stennis (SSC) dans le Mississippi où il sera hissé sur le banc d'essai B2 pour une mise à feu à une date encore indéterminée.
Cet essai terminé, l’étage sera transporté au KSC aux opérations-sol en janvier 2018.
Enfin, il sera transféré au VAB pour accouplement avec ses 2 boosters.
Les boosters
Suite aux tests QM-1 (Qualification Motor – 1) du mois de mai dernier, Orbital ATK a débuté la construction des 5 segments qui composent chaque booster.
Elle a commencé en juillet 2015 et doit s’achever en février-mars 2017.
En parallèle, un 2ème test de qualification (QM-2) doit se dérouler en mars 2016.
Une fois les 10 segments construits, ils seront acheminés par bateau au KSC au cours des années 2017 et 2018: selon le planning actuel, les segments avant et centraux doivent être acheminés en septembre et octobre 2017, les jupes arrières en novembre-décembre 2017 et les segments arrières fin janvier-début février 2018.
Le segment sol
Toutes les structures d'appui au sol au Centre Spatial Kennedy et au Johnson Space Center sont également en cours de préparation pour le vol inaugural du SLS.
En Octobre 2015, les équipes du GSDO (Ground System Development and Operations) ont débuté leur propre CDR pour l'ensemble de l'équipement soutien-sol et les opérations qui seront nécessaires pour le Programme SLS. Le CDR est prévu jusqu’en décembre 2015.
Au KSC, les modifications structurelles de la tour mobile de lancement (LM - Mobile Launcher) se sont achevées cet automne.
De plus, la version 3.0 du système de commande et de contrôle du port spatial pour le GSDO devrait être livrée en avril 2016. Une version 4.0 vérifiée et validée devrait être installée en mars 2017.
Toutes les modifications pour la plateforme de transport devront être terminées pour décembre 2016 et l’installation de l’ombilical pour janvier 2017.
A la suite de ces modifications, le ML et les systèmes d’intégration du VAB seront validés en avril 2017 et le VAB considéré « prêt » pour le SLS en mai 2017.
Les modifications sur les déflecteurs du Pad 39B seront achevées en avril 2017 et les vérifications Pad – ML fin septembre-début octobre 2017. Le Pad devra être déclaré « prêt » pour janvier 2018 et le Mission Control Center au JSC en février 2018.
Intégration du SLS et opérations sur le Pad
Une fois tous les éléments du SLS réunis, la NASA réalisera quelque chose qu’elle n’a pas fait depuis 1979 : l'empilement et l'intégration d'un tout nouveau véhicule de lancement à l'intérieur du VAB. Après la validation définitive du VAB en juillet 2017, le ML sera transporté dans la High Bay 3 pour les dernières préparations avant l’empilement du SLS.
En mars 2018, 6 mois environ avant le lancement, les boosters seront installés dans le VAB et installés sur le ML. Cette opération durera 2 mois jusqu'à fin avril.
Ensuite le 1er étage sera levé et inséré entre les booster tout comme l’External Tank de la Navette Spatiale l’était.
Le tout assemblé sera raccordé au ML fin mai-début juin. Mi-juin, l’étage de propulsion cryotechnique intermédiaire (ICPS) et Orion seront assemblés à l’étage principal et des tests y seront réalisés fin juin en même temps que la Revue d'Aptitude au Vol (Flight Readiness Review - FRR).
Début aout, débutera le premier des 2 roll-out prévus vers le Pad 39B où le SLS y subira des tests de répétition à sec suivi d'une répétition avec tous les composants fluides (Oxygène et hydrogène liquides, cryogénie etc.) pour permettre aux équipes de lancement d'évaluer leurs opérations de décompte, de valider le pad et les performances du véhicule.
Après tous ces tests le SLS sera retourné au VAB pour ses opérations finales, à la différence du Shuttle où elles se faisaient sur le Pad.
Le SLS retournera au Pad 39B en septembre2018 avant son lancement en novembre.
Si tout se passe comme prévu…
Préparatifs des tests sur l'ESM
Le Super Guppy de la NASA a livré le 3 novembre à Plum Brook Station dans l’Ohio, le support d’assemblage du Module de Service d’Orion afin de le tester.
L'ensemble consiste en une bague qui sert d’interface avec le module permettant son déplacement dans les différentes parties de l’usine.
L'ESM ( European Service Module) arrivera sur le site aux alentours du 30 novembre pour y subir de rigoureux tests afin de s’assurer qu’il supportera l’environnement spatial.
Ce module est une copie exacte du modèle de vol mais sans ses fonctionnalités. Il permettra de déterminer si les spécifications structurelles et de poids ont été respectés et s’il est à la hauteur des exigences de sécurité requise pour le futur équipage de la NASA.
6 novembre: Airbus Defence and Space édite une nouvelle photo, cette fois côté propulsion de la version test de l'ESM.
La conception de l'ESM est basé sur le véhicule de transfert automatique (ATV), le ravitailleur européen pour la Station spatiale internationale. C'est un module cylindrique d'un diamètre de 4,5 mètres et d'une longueur totale - moteur principal exclu - de 2,7 mètres. Il est équipé de quatre panneaux solaires d'une envergure de 18,8 mètres. Outre la propulsion et l'énergie, l'ESM est également équipé de réservoirs d'oxygène pour l'équipage.
9 novembre: Arrivée de l'ESM au Glenn Research Center par un Antonov 124.
Déchargé, il est prêt a partir pour Plum Brook Station à Sandusky dans l'Ohio (une centaine de km) pour ses tests structurels et autres.
