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CHRONOLOGIE
SPACE SHUTTLE

ANNEXE 5

LES ETAGES SUPERIEURS DU STS

Le système de transport spatial a été conçu uniquement pour l' orbite basse, la déserte de station orbitale , le dépôt ou la réparation de satellites. Le marché des années 1980 se situe sur l' orbite géostationnaire GO. Cette orbite à 36000 km de la terre permet au satellite de tourner en exactement 24 heures et donc s' il est situé sur l' équateur de paraître immobile pour un observateur terrestre. L' avantage est considérable pour les communications et télécommunications car cet unique relais va remplacer des milliers de faisceaux d' antennes, d' émetteurs partout dans le monde.

Malheureusement le STS n' a pas été développé dans cet optique au début des années 1970. Tout au moins, la NASA avec l' USAF avait décidé de développer un étage remorqueur le "Tug" dérivé du téléopérateur destiné lui à sauver la station orbitale Skylab en 1979. Les retards s' accumulant, le Tug fut annulé et le téléopérateur aussi après la retombée prématurée de Skylab en juillet 1979. 

Le STS possède trois types d' étages supérieurs lui permettant la mise en orbite GO de satellites commerciaux et autres, le PAM ou SSUS, l' IUS et le Centaur.

PAM, Payload Assit Module.  

C' est le seul étage à propergols solide, le PAM existe en trois versions pour le STS. Il est capable de placer en GTO 1100 kg pour la version PAM D, 1660 kg pour la version PAM D2 et 1760 kg pour le PAM A.  
A noter que le PAM peut être utilisé sur des orbites autres que GTO.
Le PAM se compose de trois parties, le berceau attaché à l' Orbiter, la table de rotation (spin) et le moteur proprement dit.
Le berceau est la structure support attachée en cinq points dans la soute de l' Orbiter. Large de 4,5 m et longue de 2,3 m, elle est réalisée en tubes d' aluminium, de longerons et d' attache en acier chromé.  
La table de spin permet de stabiliser par rotation le satellite pour l' éjection avant l' allumage du moteur.  
Deux moteurs électriques permettent de faire varier la vitesse de spin de 45 à 100 tours par minute.
Une fois le satellite mis en rotation et vérifié, l' étage est éjecté du berceau par des ressorts à la vitesse de 0,9 m/s.



John Hills: "Voici une image des moteurs satellites Star 30 et Star 48 que nous avons fabriqués à Morton Thiokol, Elkton, MD. C'était le premier satellite commercial déployé par la navette spatiale le 11 novembre 1982, STS5. Je travaillais dans l'installation depuis juin 1981 tout juste à la sortie de Virginia Tech. J'ai travaillé sur ce moteur. Je me souviens avoir travaillé avec Joe Lehman notre chimiste QC en faisant beaucoup de tests de moisissure sur l'isolation qui posée à l'intérieur de la carcasse en Titanium du moteur et qui devait être aussi totalement exempt d'humidité car cela pourrait éventuellement causer des "vides" dans l'interface entre l'isolation et le propergol. Nous avons également effectué des test aux rayons X sur le moteur fini pour vérifier les vides. Le jour où ce moteur a été coulé, j'ai aidé l'équipe de production avec le timing de la cure. Rappelez-vous, une fois que le propulseur est mélangé et que l'IPDI curatif est ajouté, il commence à devenir de plus en plus épais jusqu'à ce qu'il se solidifie. Toutes les 30 minutes, j'appelais la production et je leur donnais un temps de rhéologie actuel. Ils avaient un certain temps pour faire le moteur avant que le carburant ne coule plus et ne se pose correctement. Et rappelez-vous, c'était chargé sous vide à travers quelque chose que nous appelons des « plaques fendues » qui étaient vraiment minces dans un morceau de métal circulaire. Cette étape permettrait de garantir qu'aucun vide d'air de quelque type que ce soit ne reste dans le carburant alors qu'il tombait. Le test de rhéologie était incroyablement simple mais très efficace. Lorsque le lot était terminé, je recevais un échantillon de 1 gallon « G-Block » pour effectuer divers tests. J'en ai versé dans un bécher et j'ai fait le test de rhéologie. Il consistait en un minuteur comme une horloge à bras tournant qui plongeait lentement un poids de plomb dans le propergol et remontait à nouveau dans un mouvement rythmique. Alors que le propergol se recroquissait et s'épaississait, on pouvait voir le plomb avoir de plus en plus de mal à s'enfoncer dans le propergol épais. Au moment précis où le plomb ne pouvait plus entrer dans le propulseur, ou être retiré s'il coulait et restait coincé, c'était la limite du temps de coulage. Plus aucun propergol ne pouvait être ajouté après ce point. Croyez-moi, nous avons eu quelques lots qui ont vraiment poussé la limite à la vitesse à laquelle une Star 30 ou une Star 48 pouvait être remplie sans défauts. Je suis très fier d'avoir fait ma part avec ce moteur, et cet événement. Et j'ai continué à le faire tout au long des années 1980.

Dans la soute le berceau, l' étage et le satellite sont recouvert d' une couverture thermique en Mylar très léger qui protège les cotés du berceau du rayonnement solaire lorsque les portes de la soute sont ouvertes en orbite. En plus le haut de cette protection s' ouvre au moment du largage pour laisser passer le satellite. Elle permet de loger des satellites de 2,2 m de diamètre au maximum pour la version PAM D et 2,9 m pour la version PAM D2.

Les moteurs des PAM sont des Thiokol Star (version 63D pour le PAM D2), l' avionique des deux versions étant commune. Le PAM est développé par Mc Donnell Douglas Astronautics Co, à Huntington Beach en Californie.

Le PAM D a été utilisé pour la première fois sur le Shuttle à l' occasion de la mission STS 5 en novembre 1982. L' étage PAM A n' a jamais été utilisé avec le STS, car Intelsat en annonçant le lancement de ces satellites avec Ariane ou l' Atlas a condamné le programme, car le PAM A était prévu pour les Intelsat 5.     

annexe5 PAM 01.jpg (88976 octets) annexe5 PAM 03.jpg (77011 octets)

IUS, INERTIAL UPPER STAGE

L' étage IUS est utilisé principalement avec le STS pour la mise en orbite des gros satellites relais TRDRSS ainsi que quelques sondes spatiales, Magellan, Galileo et Ulysses (2340 kg en GTO).

L' IUS a été conçu au départ comme un remorqueur réutilisable et a donc été nommé Interim Upper Stage. Le nom a changé en Inertial Upper stage, qui signifie qu' il est stabilise par une centrale à inertie et non par spin, quand la NASA a réalisée que l' étage pouvait servir après les années 1990.  

L' IUS a été développé et construit sous contrat de l' USAF, le Air Force Materiel Command's Space & Missile Center Division. Cet organisme est l' agent exécutif du DoD pour les missions militaires utilisant le STS et l' IUS. En août 1976, après deux années de compétition, la firme Boeing de Seattle obtenait le contrat de fabrication de l' étage. Le Space and Missile Systems Center est l' agent exclusif pour le DoD associé au système STS et pour toutes les missions NASA avant Chandra. Pour ce dernier, l' étage IUS a été fournit par le centre Marshall. Le centre a travaillé en coopération avec le  United States Air Force 3rd Space Launch Squadron pour les opérations de pré-lancement et le United States Air Force 5th Space Operations Squadron pour les opérations en orbite. 
C' est un engin de 13000 kg constitué de deux étages à propergols solides, plus sur et moins coûteux qu' un étage à propergol liquide. Il mesure 5,1 m de long pour 2,85 m de diamètre. Il est constitué
d'un moteur dit de périgée contenant 8560 kg de carburant, générant 18 tonnes de poussée, d' un inter-étage et d' un moteur d' apogée contenant 2400 kg de carburant produisant 7400 kg de poussée (tuyère extensible repliée au lancement).

Les moteurs utilisés sont du type SRM 1 et 2. Leur tuyère est flexible à plus ou moins 4° pour celui de périgée et 7° pour celui d' apogée. Le premier brûle durant 145 secondes et le second durant 14,5 secondes. En plus de petits moteurs à hydrazine disposés autour de l' étage lui permette de corriger sa trajectoire en vol.  
L' IUS est attaché en huit points dans la soute de l' Orbiter en position horizontale sur un large berceau. La séquence de vol comprend:

_ l' ouverture des portes de la soute de l' Orbiter;
_ mis en position de l' Orbiter;  
_ l' étage est déployé à 29° dans la soute de l' Orbiter;  
_ après vérification de l' étage, l' inclinaison passe à 59°;  
_ l' IUS est séparé de son berceau, l' Orbiter s' en éloigne doucement (0,12 cm/s);  
_ le berceau se remet presque à l' horizontale dans la soute (6°);  
_ après 19 mn, l' Orbiter s' éloigne définitivement de l' étage;  
_ 45 mn après la séparation le premier moteur est allumé, l' Orbiter s' étant retourné pour présenter son ventre aux gaz d' échappement du moteur; le second moteur est allumé après 145 secondes et permet soit l' injection en GO soit une mise sur trajectoire inter planétaire;  


  

La firme Boieng assure le développement de l' étage IUS aidé par plusieurs sous traitant:  
- Chemical systems division of United technologies, pour les tests des moteurs à poudre;  
- TRW, Cubic, Hamilton Standard Division of United technologies avec
Boeing pour l' avionique;  
- TRW et Cubic pour la télémétrie et les systèmes de transmission de données;  
- Hamilton standard pour les systèmes de guidage,  
- Delco en
sous-traitance avec Hamilton standard pour les ordinateurs.

En plus, Boeing est responsable du développement des systèmes au sol et des logiciels pour le contrôle et la manutention de l' étage au KSC. Il intègre l' IUS avec les satellites et les assemble avec l' étage, effectue les contrôles, vérifications avant la mission et pendant le vol. Il développe aussi toute l' interface avec l' Orbiter pour les opérations de largage en orbite.  

L' IUS avec ses deux moteurs SRM est fabriqué et testé chez Boeing à Kent, prés de Seattle. Les moteurs SRM sont envoyés de chez Chemical Systems division, en Californie directement au KSC. Dans le même temps, Boeing envoie tous les sous systèmes de Washington. Au KSC, L' IUS/SRM est assemblé dans le SMAB des Titan 3 de l' USAF. La charge utile est montée sur l' étage dans le bâtiment d' intégration des charges utiles verticale, le VPF. Le tout est installé dans la soute de l' orbiter par la tour de service RSS.

Boeing a construit 22 IUS sous contrat de l' USAF pour être utilisés aussi bien par le STS que les fusées classiques Titan 3. Le premier IUS a été lancé en décembre 1982 par un titan 34D et la mission STS 6 a lancé en 1983 le premier TDRS de la NASA avec un IUS.  

L' étage IUS a été utilisé sur les missions STS 6 en 1983 pour lancer TDRSS A, 51 L en janvier 1986 TDRSS B, STS 26 en septembre 1988 TDRSS C, STS 29 en 1989 TDRSS D, STS 30 Magellan, STS 34 Galiléo, STS 41 en 1990 Ulysse, STS 43 en 1991 TDRSS E, STS 54 en 1993 TDRSS F, STS 70 en juillet 1995 TDRSS G et sur STS 93 en 1999 pour Chandra.

 

ETAGE CENTAUR G POUR LE SHUTTLE