PROJET CONSTELLATION

2006 partie 2

Janvier, la NASA a demandé de passer à la phase 2 de sa demande de proposition. Cet "call for improprement" va incorporer les résultats additionnels des analyses et des études. La phase 2 ajoute un design détaillé et les conditions de développement et de production. La phase 2 permettra de sélectionner un seul contractant pour le CEV cette année. La phase 1 avait été passé en juillet 2005 avec les équipes de Northrop Grumman et Lockheed Martin. Les propositions de la phase 2 seront closes le 20 mars. 

Parallèlement, la NASA a décidé de laisser tomber la propulsion au méthane pour le CEV, mais il pourra être proposé lors de la phase 2. Elle sera en fait développer pour le Block 2 à destination de Mars en 2018.

La propulsion du CLV inquiété la NASA. Pour l'étage supérieur, la NASA avait tablé sur le RS 25, un moteur SSME adapté pour le fonctionnement dans le vide et rallumable en vol. Les trop nombreuses modifications à réaliser vont obligées les techniciens à utiliser le moteur J2S, dérivé du moteur J2 cryogénique du Saturn 5. Ce moteur est moins puissant que le RS 25, la performance orbitale sera atteinte par l'utilisation d'un booster SRB à 5 segments comme premier étage au lieu des 4 originel équipant le Shuttle. L'utilisation d'un booster a 5 segment permettra de gagner du temps dans le développement du lanceur lourd.+

Le moteur J2. P&W fournira 7 moteurs pour le développement et la qualifications, deux en rechange, 2 moteurs pour les tests et un pour le premier vols habité. 

Concernant le module CEV, le diamètre sera ajusté, passant de 5,5 à 5 m ce qui permettra de réduire le poids. Le CEV utilisera pour les rendez vous avec ISS un système de jonction russe à la place du système américain prévu originellement. 

Février

La NASA laisse tomber le booster dérivé du booster SRB pour les tests Abort du CEV pour des raisons de budget et cherche une solution avec le SR 19. La NASA économisera ainsi 6 à 8 segments SRB et 3 à 4 jupe arrière. D'autre part, l'agence cherche un nom pour le CLV "stick". L'étage supérieur du CLV ne sera pas recouvert de FOAM orange comme les STS ou les Delta 4. Les ingénieurs envisageraient plutôt un matériel plus léger comme le liège (Ariane 5). Le but de cette protection est d'empêcher les propergols cryogénique des réservoirs de bouillir.

Lockheed Martin propose de réaliser les travaux d'assemblage du CEV au centre Kennedy, en Floride si  l'industriel est sélectionné par la NASA pour son développement et sa construction. LM s'engage à moderniser et utiliser les infrastructures disponibles sur ce centre et donner la formation nécessaire au personnel. Il utilisera pour cela l'aide financière proposée par la Floride, destinée à maintenir l'activité industrielle de vol habité dans cet Etat après le retrait de la Navette. Si elle est approuvée au niveau fédéral, cette aide pourrait atteindre 45,5 millions de dollars. L'équipe menée par Northrop Grumman et Boeing, concurrent direct de Lockheed Martin pour le CEV, n'a pas encore annoncé son plan de développement du CEV et la localisation des différents travaux.

Tests en soufflerie du CLV au 144. 

Quels noms auront les futurs vaisseau d'exploration lunaire et martien ? Selon des sources de la NASA, l'agence aurait commencé à travailler sur quelques propositions. Ainsi le CEV pourrait se nommer "Altair", comme l'étoile double de la constellation de l'aigle et le LSAM Artemis, la déesse vierge de la chasse et de la lune, soeur jumelle d'Apollo. 

Le CLV aura comme nom Arès 1, en hommage au premières études sur l'envoie d'hommes sur la lune. Ariès est le fils de Zeus et Hera et souvent identifié comme le dieu de Mars pour les Romains. LE CaLV sera lui Arès 5 en référence au Saturn 5.

Mars, la NASA envisagerait d'utiliser le moteur RS68 à la place du SSME sur le CaLV, le lanceur lourd du programme Constellation. Le RS68 est un moteur cryogénique de forte puissance capable de produire une poussée de 260 tonnes au sol. Construit par Pratt & Witney, il équipe le Delta 4. Dans la configuration du CaLV, le lanceur est équipé de 5 moteurs SSME, un moteur dont le coût unitaire est estimé à 50 millions $ par moteur contre 14 millions pour le RS68, plus facile et simple à produire. Comparé au SSME, le RS68 est certes plus puissant en poussée, mais son impulsion spécifique ips est plus faible.

20 mars, La NASA demande une Request for Information (RFI) pour l'étage supérieur du CLV. Le lanceur aura une masse de 907 tonnes, soit 100 de plus que prévue et une hauteur de 94,21 m, soit 6 m de plus. L'étage supérieur a toujours un diamètre de 5,5 m, le même que le CEV. La charge utile satellisable sera de 25 tonnes. Le premier étage sera un RSRM à 5 segments, le second quand à lui sera équipé de moteur J2S, dérivés de ceux du Saturn Apollo. 

Avec le retirement prochaine des Shuttle en 2010, la NASA va devoir à nouveau modifier ses installations sol pour le projet Constellation et ses lanceurs CDL et caLV. Le LC39A sera le nouveau pad de tir pour le CaLV, opérationnel en 2016. Le pad devrait assurer les derniers vols STS avant d'être modifier pour le CaLV. Les tours FSS et RSS seront démontées et remplacées par une tour ombilicale nouvelle ainsi qu'une tour de service mobile. Le pad servira aussi de secours pour lancer le CDL en cas d'explosion détruisant le LC 39B. Une nouvelle MLP sera construite adapté au lanceur.. Le réservoir d'eau restera, tandis que de nouveaux réservoirs d'hydrogène et oxygène liquide ainsi qu'un réservoir de méthane seront construits. Le LC39B sera mis hors service en 2007-2008 et débarrassé de ses tours FSS et RSS. Seul resteront le château d'eau et les réservoirs d'hydrogène et d'oxygène liquide.

Un réservoir pour le méthane sera construit pour le remplissage du module de service du CEV. Une MLP sera modifié pour accueillir le CLV. Elle sera comparable au ML des Saturn 5 Apollo avec la tour ombilicale fixée sur la plateforme. Une tour de service identique à celle du CaLV, mais plus courte assurera l'accès des techniciens au CEV.Le bâtiment d'assemblage VAB sera modifié pour pouvoir assurer l'assemblage simultanée du CLV et du CaLV dès 2009. La baie 1 du VAB devrait être transformée la première pour l'assemblage des exemplaires de tests du CLV, les ADFT ( Ascent Development Flight Test) qui seront lancés du 39B. Quand le CLV sera opérationnel pour lancer le CEV vers ISS, il sera assemblé dans le baie 2. La baie 3 restera pour le Shuttle jusqu'en 2010. Pour les vols lunaires, les baies 3 et 4 seront assigné au CaLV qui sera lancé du 39B, la baie 1 restant pour assembler le CLV.  La NASA envisagerait aussi la construction de deux autres pads pour le CLV et CaLV, les LC 39C et D, ou de modifier le LC 34 pour le CLV, version cargo. Le pad pourrait ressembler au SLC 6 de Vandenberg AFB.

Configuration de l'étage supérieur	Moteurs de séparation
Bâti-moteur	Les réservoirs de carburant

Le scénario développé par le rapport de septembre 2005 (rapport ESAS) prévoit de lancer pour une mission lunaire un CLV surmonté du CEV et un CaLV embarquant l'étage de transfert EDS et le LSAM. Cette configuration dite 1.5 EOR-LOR doit être remise en question à l'issue des derniers changements dans l'architecture des vaisseaux et des lanceurs.

L'architecture du CLV est modifiée: Les boosters SRM ont maintenant 5 segments au lieu de 4, l'étage supérieur est équipé d'un moteur J2X au lieu de deux SSME. L'injection en orbite terrestre se fait sur une orbite à 180 km d'apogée au lieu de 290. La réserve de charges utiles est augmentée de 10 à 15%.

Les récents changements sur le CaLV font qu'il n'est maintenant plus assez "costaud" pour lancer les 125 tonnes de charges utiles en LEO nécessaire aux missions lunaire dans cette configuration. Le corps central s'est vue remplacer ses 5 moteurs SSME par 4 moteurs RS68, moins efficace et surtout moins cher, ce qui va alourdir la masse de la baie de propulsion, donc de l'étage à vide. A cela s'ajoute le changement dans la composition du propergol solide des SRM (PBAN au lieu de HTPB). Enfin, l'étage supérieur EDS est maintenant équipé de 2 moteur J2S associé au Block 2 (à moteur J2X) et la masse de la coiffe augmentée. 

Un nouveau plan de mission doit être validé pour "verrouiller" une configuration définitive du voyage lunaire. Parmi les solutions, réduire la taille du LSAM et ses capacités (2 hommes au lieu de 4 à bord, pas de sas limitant la  capacité à atterrir sur des sites proche de l'équateur lunaire), raccourcir le temps des missions  ou placer le le point de rendez vous CEV-LSAM sur le point de Lagrange L2 derrière la lune, ce qui limiterait la masse d'ergols embarquée, l'attraction lunaire étant moins important à cet endroit. Une autre solutions serait de lancer deux CaLV "moyen" à la place d'un gros CaLV. Dans cette configuration, 2 CaLV place chacun 90 tonnes de charges utiles en LEO, l'étage EDS et le couple CEV-LSAM. L'amarrage a lieu en orbite terrestre. Cette solution permet de développer un lanceur de capacité moyenne à un coût largement inférieur à un CaLV de 125 tonnes. La capacité de 90 tonnes permettant d'avoir une marge substantielle sur les charges utiles. 

Mai

C'est le centre de Langley en Virginie qui fabriquera les "boiler plate" du CEV pour les tests de "pad abort" du lanceur CLV. Il réalisera les deux premières maquettes de cabine, le futur contractant les deux dernières plus fidèles au modèle de vol. Toutes les cabines seront récupérées ainsi que le système d'éjection en vol. Le dernier "pad abort" devrait voler sur le premier CLV, avec un premier étage actif et le second inerte.  

La NASA accuse beaucoup de retard dans le développement du CEV et de ses lanceurs. La date de 2014 pour la mise en service sera probablement retardée de 4 ou 5 ans, le premier CEV devant desservir ISS qu'à partir de 2020. La masse du véhicule se cesse d'augmenter ce qui oblige les concepteurs à utiliser un lanceur à base d'un booster SRB à 5 segments qu'il faudra qualifier pour les vols habités "manrated". C'est un lanceur de près de 100 m de hauteur pour 4 m de diamètre qui sera installé sur son pad de tir dont il faudra étudier le comportement structurel et aérodynamique au sol et en vol. Le module de commande du CEV est trois fois plus volumineux que le CM Apollo pour une masse de 11 à 14 tonnes. Le système de récupération par parachutes envisagé semble bien léger pour freiner une telle masse. Concernant les coûts de mise en oeuvre, le CEV-CLV devra être moins cher que les 500 millions de dollars du STS, ce qui selon la cour des comptes US ne sera pas le cas, à moins d'ouvrir le lanceur sur le marché civil et militaire.

La NASA sélectionne officiellement le moteur RS68 pour propulser l'étage principal du CaLV. Ce moteur de 260 tonnes de poussée au sol a été préféré au SSME du STS (170 tonnes de poussée au sol). Le RS38 produit par Pratt & Witney à Canoga Park est utilisé par LM pour le Delta 4. L'utilisation de 5 de ces moteurs pour propulser l'étage principal Core Stage Engine (CSE) du CaLV oblige la NASA à augmenter le diamètre des réservoirs de propergols de 8,3 à 10 m.

La NASA demande à ILC Dover de développer les coussins d'air chargés d'atténuer l'atterrissage du module de commande du CEV. ILC a déjà développer les airbag de la sonde Pathfinder, Spirit et opportunity et les scaphandres spatiaux du STS et d'ISS depuis 30 ans. Le contrat d'une durée de 5 ans est estimé à 2 millions $.  

La NASA envisagerait de pus en plus d'abandonner le développement du CEV et de passer directement au CaLV. Les deux lanceurs reprennent en effet la même architecture, une paire de booster SRB à 5 segment et un étage supérieur cryogénique propulsé par des moteurs J2X. En septembre 2005, la NASA présentait les 725 pages de son rapport sur le projet Constellation, sur la base de lanceurs dérivés du STS, largement éprouve depuis plus de 30 ans. Force est de constaté aujourd'hui que miser l'exploration de la lune et de Mars  sur une technologie certes éprouvée mais qui a  coûté la vie à 14 astronautes est trop dangereuse. Les lanceurs proposés aujourd'hui n'ont plus rien de commun avec ceux exposés dans le rapport ESAS de 2005. Bref, la NASA se retrouve à l'heure actuelle revenu en arrière en 2004, avec des lanceurs "classiques" basés sur la technologie Apollo et des EELV. Le remplacement des moteurs SSME par des J2 en est le premier exemple. La modification des SRB un autre. Un moteur SRM à 5 segment c'est 25% de plus de temps de combustion dans la même tuyère qu'un SRM à 4 segments. C'est un nouveau centre de gravité, une nouvelle tuyère et un nouveau mélange de combustible. C'est un booster plus lourd, donc nouveau système de parachutes pour la récupération et une nouvelle avionique. A Huntsville, les ingénieurs du centre Marshall et Thiokol pensent de plus en plus vers le boosters "classique" comme ceux des Titans, dont le contrôle hydraulique de la tuyère est réalisé par de l'azote sous pression dans un réservoir accolé à la structure. Bref, le nouveau SRB devra être teste et qualifié pour sa mission.
Dans la même ligné, le CaLV se voit abandonner ses moteurs SSME au profit de RS 68, moins performant mais aussi moins cher à produire. Conséquence directe, le corps central du lanceur passe de 8 à 10 m de diamètre pour limiter sa hauteur dans le VAB, alors que l'on espérait réutilisé le ET du STS.

On se demande réellement ce que veut la NASA. Ces changements (SRB 5 segments et moteurs J2X) vont exigé un développement plus tôt que prévu avec un coût qui va déplacer le budget jusque vers 2007-2010, rentrant en conflit direct avec le STS et ISS. Le STS en sortira il gagnant ? Bien des voix s'élèvent pour affirmer que le CLV sera purement et simplement annulé, remplacé par un Atlas 5 ou Delta 4. Le développement du nouveau CLV va prendre beaucoup de retard, on parle de 4 à 5 ans. Que fera la NASA en 2010 après l'arrêt des vols STS ? Quel est l'objectif réel de la NASA ? Où va le programme Constellation ?