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Le traitement d'Orion continue au KSC
Après son retour le 25 mars dans l'avion-cargo Super Guppy de l'agence spatiale, le deuxième article de vol d'Orion (après EFT-1) a été installé dans le bâtiment appelé « Armstrong Operations and Checkout » (O&C), déballé et retiré de son conteneur d'expédition, puis ramené dans la cellule « Final Assembly System Test » (FAST). L'entrepreneur principal d'Orion, Lockheed Martin, poursuit ses travaux d'assemblage, de tests et d’opérations de lancement (Assembly, Test, and Launch Operations, ATLO) sur le vaisseau spatial alors que la NASA continue d'évaluer jusqu'où poursuivre le traitement.
En effet, la crise sanitaire actuelle devrait faire en sorte que le vaisseau spatial Orion attende des éléments de son lanceur, le SLS, pendant une période de temps supplémentaire car les tests au centre Stennis sur le corps central ont été suspendus.
De sa position verticale à la fin des tests à Plum Brook station, Orion a été positionné à l’horizontal grâce au « verticator », fixé dans un cadre d'expédition et recouvert de couches d'emballage (une couverture souple puis une enveloppe type bateau) pour son voyage. Après avoir retrouvé son orientation verticale à l'intérieur du bâtiment O&C, le vaisseau spatial, débarrassé de ses protections et du cadre de transport, a été transféré dans la cellule FAST le 30 mars où le travail consiste maintenant à effectuer des inspections et des tests « après-vol ».
Le premier point a été de vérifier que cet emballage a évité tout dommage pendant le voyage. Les panneaux extérieurs de l'adaptateur de module d'équipage ainsi que le cône supérieur ont donc été retirés. Les quelques inspections réalisées ont alors permis de s’assurer que les réservoirs qui remplissent les sacs de redressement lors de l’amerrissage ainsi que la baie des parachutes n’ont pas subi de dommages.
Orion, qui doit voler pendant près de quatre semaines (voire six en fonction de la période de l'année où il sera lancé), entrer et sortir d'une orbite rétrograde éloignée de la Lune avant de retourner sur Terre, vient de passer quarante-sept jours sous vide, suivi de deux semaines de tests d'interférence électromagnétique.
Avant ces tests, il existait des modèles permettant de prédire la vitesse du véhicule, son échauffement et son refroidissement dans l'environnement spatial. Mais grâce aux données recueillies sur la façon dont le vaisseau spatial se comporte, les ingénieurs ont appris qu’ils devront réchauffer et refroidir le véhicule plus rapidement que sur les modèles initiaux et ainsi injecter ces données dans le logiciel embarqué et dans le système actif de contrôle thermique.
« Cela nous a aidé à mieux prédire quand allumer ou éteindre les radiateurs, quand refroidir l’ensemble ainsi que d’autres choses » a déclaré Scott Wilson, directeur des opérations de production de la NASA pour le programme Orion. « Ce sont probablement les phénomènes les plus importants que nous ayons appris là-bas. »
Coté interférence et compatibilité électromagnétique, tous les différents systèmes du vaisseau ont été mis sous tension afin de s’assurer que tout ce qui crée de l'énergie en radiofréquence n'interfère pas avec les autres systèmes du vaisseau et tout cela s'est très bien passé.
Seules certaines fréquences émises par nos amplificateurs externes à différents niveaux d'énergie ont interféré certaines communications, mais c'était une condition connue, et le test a permis d’approfondir les seuils tolérables.
Et pendant ce temps-là, le KSC a reçu, le 13 avril, le moteur du système d'abandon au lancement d'Orion (LAS) pour la mission Artemis 2, de chez Northrop Grumman à Promontory, dans l'Utah où il sera soumis à des tests en vue de sa préparation pour la deuxième mission Artemis.
Orion de retour au Kennedy Space Center
Arrivé à Plum Brook station le 26 novembre dernier et après avoir subi avec succès deux mois de tests de mise en températures extrêmes et d'interférences électromagnétiques dans le vide, Orion et son ESM sont de retour au KSC le 25 mars.
«Le test s'est exceptionnellement bien déroulé, d'autant plus que nous faisions tout cela pour la première fois», a déclaré Nicole Smith, chef de projet test au Glenn Research Center de la NASA.
Arrivé au Kennedy Space Center à bord du Super Guppy de la NASA, Orion est maintenant prêt à subir sa prochaine phase de traitement. Avant de pouvoir être intégré au Space Launch System (SLS), le vaisseau spatial passera par une dernière série de tests et d'assemblage, y compris une vérification des performances de bout en bout de ses sous-systèmes et d’éventuelles fuites dans les systèmes de propulsion. Ensuite, viendra l’installation des panneaux solaires, les tout derniers préparatifs et la mise sous pression du sous-ensemble de ses réservoirs en préparation du vol.
Orion entamera ensuite son parcours de traitement au sol avec les techniciens de l’EGS (Exploration Ground Systems). La première étape sera son installation au Multi-Payload Processing Facility (MPPF) pour alimenter et pressuriser ses réservoirs puis la mise en place du système d'abandon du lancement (LAS). Enfin, les ingénieurs transporteront Orion dans le VAB, où ils installeront le vaisseau spatial au sommet du SLS, lorsque le lanceur arrivera au KSC. Une fois intégré au SLS, une équipe de techniciens et d'ingénieurs effectuera des tests et des vérifications supplémentaires pour s’assurer qu’Orion et SLS fonctionnent ensemble comme prévu.
«Avec Orion de retour à Kennedy, nous sommes prêts», a déclaré Scott Wilson, directeur des opérations de production d’Orion. «Prêt à finaliser le véhicule et l'envoyer pour être intégré pour son voyage dans l'espace lointain, abordant la prochaine ère de l'exploration spatiale humaine.»
Début des tests de radio-fréquence sur Orion EM-1
Deux semaines après la fin des tests thermiques et environnementaux à Plum Brook station, les tests de radiofréquence ont débuté sur Orion EM-1.
La compatibilité électromagnétique ou tests EMC (ElectroMagnetic Compatibility) sont courants pour les engins spatiaux. Tous les appareils électroniques émettent une certaine forme d'ondes électromagnétiques qui peuvent provoquer des interférences avec d'autres appareils comme le bourdonnement que des haut-parleurs émettent juste avant un appel entrant sur un téléphone mobile.
L'électronique des engins spatiaux peut provoquer des interférences similaires, mais dans l'espace, ces interférences peuvent avoir des conséquences désastreuses, de sorte que tous les systèmes doivent être vérifiés avant le lancement.
Les tests EMC ont souvent lieu dans une salle blindée spéciale construite avec des murs, des portes métalliques et des absorbeurs (des pointes en mousse) qui bloquent les rayonnements électromagnétiques externes indésirables, comme la chambre Maxwell de l'ESA sur son site technique aux Pays-Bas.
Bien qu'il ne s'agisse pas d'une chambre EMC, la chambre à vide thermique de Plum Brook est en aluminium et fournit donc un blindage électromagnétique, ce qui en fait un substitut approprié.
Pour tester l'électronique, le vaisseau spatial simulera un vol dans des conditions réalistes avec la plupart de ses sous-systèmes et équipements alimentés et en mode opérationnel.
L'électronique sera tout d'abord testée pour sa compatibilité dans cette chambre blindée électromagnétique. Ensuite, les équipements seront mis sous tension afin de vérifier qu’ils ne se perturbent pas entre eux.
Lors de la deuxième série de tests, des champs électromagnétiques seront appliqués à l'aide d'antennes autour de l'engin spatial pour tester la sensibilité des équipements aux interférences provenant de ces sources externes. Pour ce faire, la capsule Orion est équipée de capteurs de champ électromagnétique qui prendront des mesures lorsque les fréquences de perturbation sont injectées dans la chambre.
Bien que tous les sous-systèmes soient une source potentielle de bruit, les émetteurs qui génèrent intentionnellement ces radiofréquences sont particulièrement intéressants. Ceux-ci peuvent facilement perturber d'autres équipements sensibles au bruit électromagnétique, comme les récepteurs GPS, les modules de télécommande et d'autres éléments de communication.
Des experts de l'ESA surveillent sur place tous ces tests, aux côtés de collègues de la NASA.
Orion Artemis 1 est à mi-chemin de ses deux mois de tests de vide thermique à Plum Brook Station
Les tests vérifient non seulement que la conception du vaisseau spatial répond aux exigences, mais que les données collectées aident à calibrer les modèles analytiques de la façon dont la structure réagit aux conditions thermiques en vol et comment le système de contrôle thermique du vaisseau spatial réagit et à son impact sur la consommation d'énergie globale. Des tests fonctionnels ont déjà été effectués à deux points d'équilibre thermique froid, les tests actuels sont effectués à un point d'équilibre chaud.
Au début du test, l'intérieur de l'engin spatial a été dépressurisé à des conditions proches du vide pour évaluer les performances du système en condition d'urgence.
« Le test se déroule de manière fantastique », a déclaré Mark Kirasich, directeur du programme Orion de la NASA. « 27 jours se sont écoulés depuis le début et grâce à quelques étapes franchies plus rapidement que prévu, nous terminerons probablement quelques jours plus tôt que les 63 jours attribués ».
Orion est enfermé dans un carénage cryogénique et un système de flux de chaleur pour refroidir et chauffer différentes parties de l'engin spatial et la chambre est vidée jusqu'à environ 3 × 10 -6 Torr* pour simuler les conditions de vide observées dans l'espace.
*Le Torr ou millimètre de mercure est indexé sur la pression atmosphérique normale : 1 bar correspond à 750 Torr. Ici, 3 × 10 -6 Torr correspond à 4 × 10 -9 bar soit 0,000004 millibar.
« Nous sommes allés à deux différents points de froid fixés », a déclaré Kirasich. « La première consistait à simuler ce à quoi le véhicule se trouverait le plus souvent exposé, là où l’arrière de l'engin spatial est dirigée vers le Soleil et toutes les autres surfaces orientées à un certain degré vers l'espace lointain.»
Cette descente a duré 9 jours avant que la température sur le véhicule se stabilisent. Il y a environ un millier de transducteurs de température et chacun possède quatre ou cinq ensembles de critères. Au rythme de moins d’un degré de refroidissement par heure, chaque étape collecte des données et les enregistre, permettant de créer un modèle thermique. Et une fois le point froid atteint, il a été procédé à une vérification complète du vaisseau, tant sur les communications que sur les systèmes de propulsion, les pompes de refroidissements de l’avionique, etc.
Les premiers résultats montrent que certaines parties du véhicule réagissent un peu plus lentement que les modèles l'avaient prédit, alors que d'autres parties réagissent plus rapidement. Cela permet de mettre à jour les modèles de consommation d'énergie.
Le deuxième point d’équilibre froid a consisté à éteindre les radiateurs simulant le Soleil. La conséquence fut que la température du vaisseau spatial est encore descendue et la même collecte de données a repris jusqu’au 2ème point froid. Et Mark Kirasich de reprendre « Tout au long du test, c'était incroyable, le véhicule a été superbement performant ».
Un fois ces 2 tests terminés, le système de flux de chaleur a été réactivé pour atteindre un point thermique chaud extrême. Les mêmes données ont été récoltées jusqu’au niveau le plus chaud, c’est-à-dire lorsque les transducteurs ne changent plus d’état. Et à ce moment-là, on recommence les vérifications complètes du vaisseau.
Dans les jours à venir, la dernière étape consistera à refroidir de nouveau Orion au deuxième point froid puis le repressuriser. Dès lors, les conduites deviendront très froides à cause de l’expansion des gaz et cela permettra de s’assurer que toute la plomberie fonctionne, que rien ne gèle, rien ne s'arrête dans cette situation extrême.
Tout au long de ces différents essais, Orion restera sous tension. Il fonctionnera donc durant environ 1500 heures.
Une fois les tests thermiques terminés, la chambre sera reconfigurée pendant quelques semaines pour effectuer des tests d'inférence et de compatibilité électromagnétique (EMI / EMC - ElectroMagnetic Inference / Compatibility).
A la suite de cela, Orion retournera au KSC pour la suite des préparatifs…
Début des essais thermiques pour Orion Artemis 1
Maintenant que le vaisseau spatial Orion se trouve à Plum Brook Station, les techniciens se sont mis de suite au travail.
Orion a été placé dans une cage thermique appelée TES (Thermal Enclosure Structure) qui va émettre des rayonnements infrarouges en vue d'obtenir sa première sensation d'espace.
Ensuite, et durant les 2 mois que dureront ces essais dans la chambre à vide, afin de faire subir au vaisseau des changements de température allant de –115°C à 75°C (les mêmes températures que celles rencontrées à la lumière directe du soleil ou à l'ombre de la Terre ou de la Lune pendant un vol spatial), un système nommé « Heat Flux » a été spécialement créé.
Le vaisseau, toujours dans sa cage thermique, sera entouré par ce « Heat Flux », un système capable de chauffer des parties spécifiques de l'engin spatial de n’importe quel côté grâce à un ensemble de grands panneaux, appelé carénage cryogénique.
Les tests devront démontrer que le vaisseau spatial fonctionne comme prévu et respecte les règles de sécurité les plus strictes pour les vols spatiaux habités.
Une fois installé dans la chambre à vide, on distingue Orion dans sa cage thermique et au-dessus ainsi que sur les côtés, les panneaux cryogéniques.
Crédit : S. Corvaja – ESA.
Vidéo crédit : J.Zunt - Nasa
Orion à Plum Brook Station
Orion est donc arrivé à Plum Brook Station le 26 novembre. Il s'agissait du premier voyage du vaisseau spatial complet - de la taille d'une maison de deux étages - comprenant le module équipage, l'adaptateur de module d'équipage et le module de service européen de l'ESA.
Chargé dans le «Super Guppy» de la NASA, l'un des seuls transporteurs aériens capable de transporter d'aussi grosses charges, il a décollé du KSC pour atterrir sur l'aéroport de Mansfield, dans l'Ohio, à 80 km de sa destination finale.
Le reste du voyage s’est effectué sur un camion spécialement affrété et un «couloir spatial» a été dégagé pour lui permettre de passer en toute sécurité, avec notamment la suppression de plus de 700 lignes aériennes qui bloquaient le passage du convoi.
Soumettre au vide, alterner froid et chaud.
Les tests qui seront menés au cours des prochains mois devront démontrer que le vaisseau spatial fonctionne comme prévu et respecte les règles de sécurité les plus strictes pour les vols habités : Le module de service européen comprend 33 propulseurs, 11 km de câbles électriques, quatre réservoirs de propergol et deux de pressurisation qui fonctionnent ensemble pour assurer la propulsion et tout ce qui est nécessaire pour maintenir les astronautes en vie loin de la Terre.
Orion sera soumis à des températures allant de –115°C à +75°C sous vide pendant plus de deux mois - les mêmes températures que celles rencontrées à la lumière directe du soleil ou à l'ombre de la Terre ou de la Lune lors du vol spatial.
Conformité électromagnétique.
Chaque composant électronique émet un champ électromagnétique pouvant affecter les performances des autres composants électroniques.
Une deuxième série d'essais, devant durer deux semaines, vérifiera la résistance d'Orion à ces perturbations électromagnétiques afin de s'assurer que ses composants électroniques fonctionnent correctement et ensemble.
Tous ces tests devraient débuter en décembre et durer quatre mois. Après cela, Orion retournera au Kennedy Space Center pour les derniers préparatifs avant son lancement.
Orion en partance pour Plum Brook Station
Le « Space Environments Complex (SEC) » est la plus grande et plus puissante installation de tests d’environnements spatiaux au monde. Elle est localisée à Plum Brook Station, un établissement déporté du NASA Glenn Research Center de Cleveland, Ohio.
Situé sur 2600 hectares dans la localité de Sandusky, sur le lac Érié dans l’Ohio, le SEC abrite une chambre à vide de simulation spatiale mesurant 30 mètres de diamètre pour 37 mètres de hauteur, une chambre d'essai acoustique réverbérant capable de simuler le bruit d'un lancement d'engin spatial jusqu'à 163 décibels ou aussi fort que la poussée de 20 réacteurs et une installation de vibration mécanique (Mechanical Vibration Facility ) soumettant les articles à tester aux conditions de lancement rigoureuses.
Une visite virtuelle à 360° du site et des installations est accessible à cette adresse : https://www.nasa.gov/specials/sec360/#
C’est vers ce lieu que le vaisseau spatial Artemis-1, accouplé au module de service ESM-1, doit s’envoler à bord du «Super Guppy» de la NASA - l'un des rares aéronefs pouvant transporter un engin spatial de la taille d'une maison à deux étages, dimanche 24 novembre 2019.
Mais pour ce voyage, il a d’abord fallu extraire Orion du « Final Assembly and System Testing (FAST) », puis le fixer à un outil appelé « verticator » qui fait pivoter l’ensemble en position horizontale pour un transport plus aisé. Les quatre panneaux solaires seront eux acheminés séparément. Les capots rouges visible sur la photo ci-contre protègent les 36 propulseurs du module de service européen pendant le transport.
Le tout a ensuite été "emballé sous film" pour le vol, puis fixé dans un cadre métallique, un peu comme une cage, avec des anneaux maintenant Orion dans la soute Super Guppy.
Après son atterrissage sur l’aéroport régional de Mansfield Lahm situé à cinq kilomètres au nord de Mansfield, dans le comté de Richland, dans l’Ohio, Orion poursuivra son voyage en camion afin de se rendre à Plum Brook pour sa prochaine série de tests, notamment des tests de vide et d’interférence électromagnétique, qui doivent débuter en décembre.
Ces essais dureront au moins jusqu'en mars 2020.
Un simulateur de masse pour les essais au sol d'Artemis 1
Afin de réduire les risques, préserver les coûts et le calendrier d’Artemis I, un simulateur de masse pour Orion (MSO - Mass Simulator for Orion) a été construit et est en cours de test structurel afin de remplacer le véritable vaisseau spatial Orion lors des essais au sol du système de lancement spatial (SLS) durant l'année prochaine.
Cet ensemble de quatre grands fûts en acier simulera la masse et le centre de gravité d’Orion au sommet du lanceur. Les fûts sont en cours de construction au Centre de recherche Langley de la NASA à Hampton, en Virginie, depuis février 2018. Entièrement assemblé, le MSO pèsera environ 34 tonnes.
Une fois les essais terminés au Centre de recherche Langley, le simulateur sera envoyé au Kennedy Space Center de la NASA et assemblé sur le SLS pour des tests intégrés dans le VAB.
Artemis 1 complet
Le vice-président Mike Pence s’est rendu samedi 20 juillet dans le Neil Armstrong Operations and Checkout Building en Floride pour commémorer le 50e anniversaire de l’atterrissage d’Apollo 11 sur la Lune et a annoncé l'achèvement du vaisseau spatial Orion pour la première mission lunaire Artemis.
Il était accompagné de Ron DeSantis, gouverneur de la Floride, Jim Bridenstine, administrateur de la NASA, Buzz Aldrin, pilote du module lunaire d'Apollo 11, Robert Cabana, directeur du Kennedy Center, Marillyn Hewson, PDG de Lockheed Martin et Rick Armstrong, fils de Neil.
Maintenant que les deux modules sont assemblés, les ingénieurs vont installer un panneau de protection thermique sur le vaisseau spatial et le préparer pour un vol en septembre à l'intérieur du Super Guppy à destination de Plum Brook Station à Sandusky, dans l'Ohio. Les tests effectués à Plum Brook permettront de s'assurer que les modules ainsi réunis peuvent résister à l'environnement de l'espace lointain.
Une fois les essais terminés dans l’Ohio, l’engin spatial sera renvoyé au Kennedy Space Center pour traitement final et inspections. Ensuite, les équipes alimenteront en fluides l’engin spatial et le transporteront dans l’emblématique Vehicle Assembly Building du KSC pour l’intégrer au SLS avant de le déployer sur le Launch Pad 39B pour le lancement d’Artemis 1.
Livraison du moteur d'abandon au lancement pour Artémis 1
Le moteur d’abandon au lancement, l'un des trois moteurs essentiels du système d'interruption au lancement d'Orion, a été livré le 6 juin 2019 au Centre spatial Kennedy de la NASA en Floride et installé dans le LASF (Launch Abort System Facility). Ce moteur sera plus tard intégré aux sous-composants d'Orion et préparé pour l’ex mission EM-1 de la NASA, maintenant renommée mission Artemis 1.
Il a été fabriqué par Northrop Grumman. Les autres moteurs du LAS sont le ceux de contrôle d’attitude et de largage. Ensemble, ils sont situés sur la tour d’abandon au lancement. Le LAS est conçu pour mettre la capsule Orion et son équipage à l'abri en cas d'urgence lors de l'envol du SLS.
Au cours d’Artemis 1, la sonde spatiale non habitée Orion sera lancée au sommet du SLS du Launch Pad 39B au KSC. Orion entreprendra une mission d'environ trois semaines qui le conduira à des milliers de kilomètres de la Lune. Orion reviendra sur Terre pour amerrir dans l'océan Pacifique au large des côtes de Californie, où il sera récupéré et renvoyé au Kennedy Space Center.
