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ARTA, un programme qui tire à feu
Par Marie-Christine Contino
Responsable programme ARTA, Direction des lanceurs, ESA
Dans le cadre du programme d'accompagnement et de recherche technologique Ariane, un propulseur va être mis à feu au BEAP en novembre. Explications sur le pourquoi et le comment.
Avant d'être mis sur le marché, tout lanceur doit être qualifié. Cette reconnaissance indispensable ne s'arrête pas, cependant, le jour du premier vol commercial, loin de là. Les différents éléments qui composent le lanceur subissent en effet des contrôles réguliers; ceci afin de pouvoir garantir la qualification du lanceur tout au long de sa phase d'exploitation. Et c'est le programme de l'Agence spatiale européenne (Esa) dénommé ARTA (Accompagnement et Recherche Technologique Ariane) qui joue ce rôle pour le lanceur européen. Pas moins de douze pays de l'Esa y participent.

Le but premier des essais ARTA est de vérifier le bon comportement d'un spécimen par rapport à sa qualification. Mais il s'agit également de tester les améliorations et de traiter correctement les éventuelles obsolescences. Des essais de prélèvement, effectués à intervalles réguliers sur la production, permettent d'atteindre ces objectifs.

Un exemple tout particulier du programme ARTA va nous être fourni le mois prochain. Le 8 novembre en effet est prévu l'essai à feu d'un propulseur d'Ariane 5 (dit MPS pour moteur à propergol solide) au banc d'essai des accélérateurs à poudre (BEAP) du CSG. Cet essai sera le troisième, après les tirs à feu ARTA 1 du 16 mai 2000 et ARTA 2 du 20 novembre 2001.

En préparation du "lot PA"
Le propulseur MPS ARTA 3 qui sera testé en novembre est le premier spécimen de production dans la configuration dite "viroles soudées". Les trois segments du propulseur sont en effet composés chacun de plusieurs viroles qui étaient jusqu'à présent boulonnées entre elles.
Ce tir à feu est particulièrement important pour l'évolution des performances du lanceur Ariane 5. En effet, le lot de production PA va introduire le nouveau procédé de fabrication des segments par soudure des viroles élémentaires. Cette technique permet de réduire la masse du lanceur et donc d'embarquer une charge utile plus importante. Le décollage du premier lanceur de cette série est prévu en 2006.
Les objectifs de l'essai ARTA 3 sont de qualifier et de vérifier les principales améliorations suivantes:
" Configuration de corps de propulseur nu en viroles soudées. Cette méthode de fabrication supprime les liaisons boulonnées des viroles. Ceci permet d'une part l'optimisation du processus de fabrication ainsi qu'une meilleure tenue structurale et d'autre part un gain de performances du lanceur.
" Segment S1 surchargé. Testé une première fois lors de l'essai ARTA 2.
" Nouvelle protection thermique de face interne (PTFI-3D). Constituée d'une membrane monobloc, cette protection sera testée sur le segment S3. Elle contribue à la réduction des oscillations de poussée et donc des contraintes dynamiques induites sur le lanceur.
" Nouvelle tuyère P2005. Celle-ci intègre des modifications suite aux obsolescences de la tuyère P2002 testée sur l'essai ARTA 2. Elle permet également des réductions de coûts (optimisation de la protection thermique du divergent amont).
" Nouvelles méthodes de fabrication. Ceci afin de permettre la réduction des coûts des matériaux de gomme EG2 et GSM55B utilisées comme protections thermiques sur les segments S2 et S3.

Dans un souci permanent de se prémunir contre toute interruption de production - et pour faire suite à l'accident de l'usine de perchlorate du fournisseur SME à Toulouse - une seconde source d'approvisionnement de propergol sera qualifiée à l'occasion de l'essai ARTA 3. Le propulseur sera donc chargé à la fois avec du perchlorate SME ainsi qu'avec du perchlorate de seconde source (d'ailleurs déjà testé lors du précédent essai).

On peut encore citer quelques-unes des obsolescences qui seront testées lors du tir de novembre prochain :
" Nouveau tissu en silice phénolique entrant dans la fabrication du divergent aval.
" Nouvelle membrane en silicone moulée sur la tuyère.
" Nouveau procédé de fabrication du carter de la tuyère moulé en aluminium (au lieu de forgé précédemment).
" Nouvelle graisse servant de barrière thermique dans les liaisons du MPS et de la tuyère.

Evolutions futures
Le respect des réglementations européennes oblige par ailleurs à qualifier une nouvelle peinture. Servant de protection anti-corrosion à la partie structurale interne en acier du spécimen, cette peinture permet également de coller la protection thermique interne.

Les évolutions futures des propulseurs ne sont pas oubliées. Ainsi, un nouveau matériau de gomme EG2, destiné à remplacer le matériau actuel GSM55B, sera testé sur le segment S3. D'autre part, un nouveau matériau EG11 pour les protections thermiques sera expérimenté sur le segment S1, ainsi que partiellement sur les segments S2 et S3.

Instrumentation
Parmi les moyens de mesure utilisés, citons des mesures ultrasons qui permettront de mesurer l'épaisseur de propergol brûlé. Au chapitre des nouveautés, de nouveaux capteurs à courant de Foucault seront également implémentés afin de mesurer le déplacement de la nouvelle protection thermique de la face interne du spécimen.

Le BEAP adapté
La campagne d'essai ne concerne pas uniquement le propulseur en question. Elle se prépare aussi au sol. Ainsi, le BEAP a été réactivé le 24 mai dernier. Le retour d'expérience découlant de l'essai ARTA 2 a permis d'y apporter des modifications. La canne de refroidissement en azote a été remplacée par une canne à eau et des portes en forme de rideaux de protection permettant d'abriter le propulseur en cas d'intempéries ont été installées. Enfin, le système de sécurité a été adapté avec la mise en place de couteaux à doubles pointes qui doivent empêcher l'envol du propulseur suite à la rupture éventuelle d'un segment pendant l'essai.

La campagne a démarré en mai avec la recette des segments S2 et S3 et leur chargement en propergol, en juin, par Regulus au CSG. Le segment S1, le seul à être chargé en Europe, a été envoyé à Kourou en juillet (en même temps que la tuyère P2005) et recetté en août. Début septembre, les éléments du spécimen ont été transférés au Bâtiment d'intégration propulseurs (BIP). La campagne se déroule de manière nominale. Une fois les essais terminés, l'exploitation des résultats durera plusieurs mois et comprendra l'expertise, entre autres, de l'érosion du col de la tuyère.

Cet essai à feu revêt donc une importance toute particulière pour le programme Ariane 5. Il permettra en effet de tester et de qualifier plusieurs améliorations et modifications s'inscrivant dans le cadre du prochain lot de production PA. En contribuant à réduire les coûts de production et en maintenant la qualification du lanceur en phase d'exploitation, le programme ARTA permet ainsi de confirmer Ariane 5 sur le marché mondial très concurrentiel des lanceurs commerciaux.

Photo: Tuyère.jpg
Vue de la tuyère tronquée du moteur à propergol solide.
© Snecma Propulsion Solide

3 Questions à Jacques Bertrand
responsable de la Sous-Direction Sol du Cnes en Guyane

En quoi consiste la participation de la Sous-Direction Sol du Cnes dans ce programme, et plus précisément dans la mise en oeuvre de ce 3ème essai
La Sous Direction Developpement Sol de la Direction des Lanceurs du Cnes participe au programme ARTA à deux niveaux :
- En tant que maître d'œuvre des modifications du banc d'essai (BEAP) pour l'adapter aux objectifs de l'essai ARTA3. La maîtrise d'œuvre du programme ARTA a été confiée par l'Esa à la Direction des lanceurs du Cnes. Les aspects concernant le BEAP sont traités par la DLA/SDS.
- En tant que réalisateur de l'essai ARTA3. Le maître d'œuvre de l'essai est Europropulsion qui s'appuie sur les autorités techniques responsables de la fabrication du MPS ARTA : EADS, Avio, Snecma, Man et SME. Europropulsion définit les objectifs de l'essai et fabrique le spécimen à essayer. La SDS est chargée de l'exécution de l'essai et de la fourniture des résultats d'essai.

Concrètement, comment avez-vous préparé le BEAP à cet essai
Les modifications du BEAP ont été définies est étudiées deux ans auparavant. Le BEAP était en sommeil depuis le dernier essai (ARTA2 en novembre 2001) et les premiers travaux ont commencé en juin 2003 pour s'achever fin septembre 2004. Ces travaux consistaient à :
- remplacer les anneaux de sécurité par des couteaux de sécurité,
- installer des portes à rideaux sur les trois faces ouvertes du banc,
- améliorer le fonctionnement de la canne de refroidissement,
- créer une zone climatisée au niveau de la tuyère du MPS,
- et enfin traiter les obsolescences du banc de contrôle.
De plus, nous en avons profité pour anticiper les adaptations du banc pour le P80 (1er étage de Vega).

La préparation du BEAP pour l'essai proprement dit a commencé en juin 2004 avec l'arrivée de l'équipe d'essai, constituée d'une quinzaine de personne du Cnes et des sociétés Clemessy, Man, Peyrani et Vitrociset.
Dans un premier temps, il a fallu procéder au "reveil" du banc. Il s'agissait de mettre en configurations mécaniques et fluides des installations d'essai et de réaliser les contrôles réglementaires. Ensuite, l'équipe d'essai a validé les modifications du banc pour le P80 grâce à la mise en place d'une maquette représentative (l'ILM). En parallèle, les équipes mesures ont réalisé le déploiement des moyens d'acquisition auxquels viennent s'ajouter des mesures technologiques de type ultrason et courant de Foucault. En particulier, la mesure de la poussée du MPS, qui est un des paramètres principaux de l'essai, a été réactivée. Le dispositif de mesure de la poussée est un équipement de 20 tonnes qu'il faut étalonner sur place. Cette opération a eu lieu à la mi septembre. Globalement, 370 mesures seront enregistrées pendant l'essai ARTA3.
D'autre part, il a fallu reprendre les validations de toutes les procédures automatiques sur le nouveau banc de contrôle : procédure de réception des chaînes servogouvernes et séquences de tir.
Enfin, le carneau a été vidangé pendant 1 mois et demi et il a été expertisé pour s'assurer qu'il est en état pour l'essai.

Quelles actions devrez-vous réaliser après l'essai
Il faudra fournir tous les résultats dès le lendemain du tir. Les équipes d'exploitation travailleront sur place, en Guyane. En outre, le plan de mesures d'impact environnemental sera exploité par la sauvegarde du CSG.
Des inspections de du MPS après l'essai sont aussi prévues. Le démontage du MPS segment par segment sera pris en charge par Europropulsion et les segments seront transportés à l'UPG pour des expertises fines.
Le banc sera bien sur remis en état. Un essai à feu est toujours très agressif pour les installations et il faudra réparer et nettoyer toutes les zones impactées. Les eaux du carneau polluées par l'essai à feu seront neutralisées.
Enfin, le banc d'essai sera remis en sommeil en attendant le prochain essai qui devrait être le premier essai du P80, au dernier semestre 2005.

 
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Mise à jour le 24 novembre 2004