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LES CENTRES DE LA NASA
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LE MARSHALL SPACE FLIGHT CENTER MATED VERTICAL GROUND VIBRATION TEST La plupart des lanceurs et vaisseaux spatiaux engendrent des vibrations basses fréquences pendant leur envol. Afin de les mesurer, les visualiser et les amortir, ils passent un test de vibration, dit GVT Ground Vibration Testing. Ces tests permettent de qualifier un véhicule sur aussi bien au sol qu'en vol. Les tests de vibration mesurent les caractéristiques dynamiques fondamentaux des véhicules spatiaux en simulant les différentes phases de vol. Il valide les pré-test FEM qui seront utilisés pour des analyses de vibration en charge. Ils sont réalisés avant les vols garantissant le succès des missions.
TESTS DE VIBRATION AU SOL Les tests de vibration du Shuttle, Mated Vertical Ground Vibration Test MVGVT se déroulent dans le stand dynamique 4550 construit en 1964 pour Apollo et les Saturn. En 1975-77, il a été réaménagé pour le Shuttle avec notamment un élargissement du stand (29,7 sur 37 m pour 109 m de haut) afin de pouvoir passer la voilure de l'Orbiter dans le cylindre prévu pour Saturn 5 (Les travaux de 2 880 000 $ se terminent en avril 1978). L'Orbiter Enterprise est équipé de capteur qui seront stimulés comme pour un vol réel pour étudier les résonances et les vibrations de la structure. Le programme GVT, Ground Vibration Test a été conçu pour acquérir des données dynamiques en tout début de programme afin d'apporter des solutions fiables avec un minimum de coût et d'impact dans le développement. Le centre Langley en Virginie a été le premier à démarrer ces tests en utilisant une maquette au 1/8 représentant le STS de façon assez réaliste. Les premières données indiquèrent la présence de fréquence basses structurelles associé à une configuration à 4 éléments. Afin de développer les données expérimentales nécessaire, 3 programmes ont été mis en place entre 1974 et 1978, les tests de vibration horizontale HGVT, une maquette GVT au 1/4 et un test en configuration de vol vertical MVGVT.
Dans chaque tests, des vibreurs ont été utilisés pour exciter les structures et des accéléromètres ont ainsi mesurer les réponses structurelle grâce au système SMTAS (Shuttle Modal Test and Analysis System). Les fréquences envoyés avaient la forme d'ondes pures ou de sirènes allant de 1,5 à 50 Hz. Les maquettes étaient équipés de 300 accéléromètres. TESTS HORIZONTAUX La phase des tests horizontaux fut réalisé avec l'Orbiter 101 Enterprise dans l'été 1976 à Palmdale, Californie, avant la présentation de l'Orbiter et le démarrage des vols ALT. Ce fut la première opportunité de vérifier les données réelles avec les prévisions mathématiques. Enterprise n'était pas un modèle destiné au vol dans l'espace, les pods OMS étaient factices et la structure de la dérive verticale était faite de longerons recouverte d'une peau au lieu d'être usiné comme les Orbiter de vol, il existait quelques différences avec l'Orbiter 102, premier modèle de vol. La charge utile durant ces tests était le DFI, qui sera utilisé lors des premiers vols pesant 400 kg. Deux tests de base ont été réalisé, un en configuration "libre" simulant la rentrée et l'atterrissage (Soft) et l'autre avec un simulateur attaché aux connexion avec le réservoir externe pour simuler l'avion porteur 747 (rigid). On testa l'Orbiter avec les portes de soute ouverte simulant le vol en orbite. Les tests ont fait vibrer l'Orbiter à des fréquences de 0,5 à 50 hertz, déterminant les fréquences naturelles ou de résonance et leur amortissement. D'autres mesures ont déterminé la réponse en fréquence aux emplacements des capteurs utilisés pour le guidage et le contrôle. Une fois les essais terminés, des modifications mineures ont été apportées au véhicule avant le déploiement public. Les résultats montrèrent que que les formes de modes structurelles étaient plus compliqués et pas généralement favorables aux descriptions classiques.
TESTS MAQUETTE AU 1/4 Les tests sur la maquette au 1/4 ont démarré
en 1975 en collaboration avec le centre de Houston (JSC) et le constructeur
Rockwell, avec un modèle représentant fidèlement l'Orbiter de vol 102 en
configuration de vol avec un réservoir et 3 jeu de boosters. La livraison des
premiers éléments débutent fin 1976 et s'étalent jusqu'au début de 1977. Les
essais de ces maquettes démarrent en novembre 1976 et continuent jusqu'en mars
1980. Les tests sur le les éléments et le véhicule intégré se terminent en
décembre 1977, tandis que les essais continuent avec les charges utiles jusqu'en
1980.
TESTS VERTICAUX
Le programme MVGVT Mated Vertical Graund Vivration Test a été le test majeur dans le programme d'essai structurel. Ces essais ont été conduit entre l'été 1978 et le début de 1979 au centre Marshall à Huntsville avec l'Orbiter 101, un réservoir externe et une paire de booster inerte afin de tester les modes de réponses structurelles, les fréquences, les données d'amortissement durant l'ensemble du vol propulsé, OV-ET-SRB et OV-ET. Ces tests de vibration se déroulèrent dans le stand dynamique construit en 1964 pour Apollo et les Saturn 5. En 1975-77, il a été réaménagé pour le Shuttle avec notamment son élargissement (29,7 sur 37 m et 109 m de haut) afin de pouvoir passer la voilure de l' Orbiter dans le cylindre prévu pour Saturn 5 (coûts 2 880 000 $). Un système original a été conçue pour simuler les phases de vol. Au lieu de suspendre le vaisseau par des câbles, il est simplement posé sur des supports hydraulique qui transmet les charges du véhicule directement par le sol.
L'intérieur du stand a été modifié pour s'accommoder au Shuttle. 3 colonnes et tous les connecteurs horizontaux ont été enlevé. 5 nouvelles colonnes sont ajoutées et la grue au sommet repositionnée du fait que la porte d'accès a été élargie de 8 m pour pouvoir passer l'Orbiter en entier (43 m de haut sur 22 m de large). Le toit fait en 3 partie offrent une ouverture de 15 m sur 22.
Le Shuttle sera testé en 5 configuration lors des tests dynamiques, 2 avec l'Orbiter, le réservoir et les boosters pour simuler le décollage, les premières minutes de vol et l'extinction des boosters avant leur séparation et 3 avec l'Orbiter et le réservoir seulement pour simuler la phase de vol après le largage des boosters. La première partie des tests associe Enterprise et un réservoir pour simuler la portion de vol après le largage des boosters jusqu' à la mise en orbite. La seconde partie associera en plus deux boosters SRB pour simuler le décollage et les premières minutes de vol. Enfin la dernière partie utilisera des SRB vides pour simuler la portion de vol après le largage de ces derniers.
Le 15 mars, l'Orbiter Enterprise arrive au centre Marshall sur le dos du 747 porteur en provenance du centre Dryden. Un mois plus tard, l'Orbiter est prêt à être hisser dans le stand. Les pods OMS ont été remplacé par des "mass simulators" et la soute est remplie de 6400 kg de ballasts.
Enterprise sur le dos du SCA 747 atterrit sur aéroport du centre Marshall. Les opérations de démâtage durent toute la nuit.
Sur son transporteur, Enterprise prend la Hale road SW et rejoint la Rideout Rd et passe devant le Building 4200, servant pour les expositions.
L'Orbiter se dirige vers le building 4755 où il est provisoirement stocké. Pour rejoindre le banc de test, plus au Sud du centre, Enterprise prendra Saturn Rd. 31 mars, le réservoir externe arrive au centre Marshall en provenance de l'usine de Michoud.
21 avril, Enterprise est hissé dans le stand dynamique en fin de journée et assemblé au réservoir extérieur au cours de la nuit.
Le 30 mai débute la phase 1 des essais avec Enterprise et son réservoir externe simulation de la phase de vol précèdent la mise en orbite après le largage des boosters (début, milieu et fin de poussée). Elle dure jusqu' au 14 juillet. Le réservoir LOX contient entre 13 000 et 454 500 litres d' eau dé-ionisé, celui de LH2 est vide mais pressurisé. L' ensemble Orbiter et réservoir qui pèse 480 000 kg est suspendu, calé à 9° par une combinaison d'airbag et de câbles attachés au sommet du bâtiment.
31 mai, les deux boosters SRB chargés mais inerte arrivent au centre Marshall. Ils seront assemblés au réservoir externe et à Enterprise à l'automne pour la phase 2 des essais dynamiques. Ces boosters n'ont pas de tuyères et des joints de pression ont été installé au niveau des points d'attache du réservoir pour simuler la pression interne du booster. 15 juillet, deux boosters SRB vides sont livrés au centre Marshall pour la phase 3 des tests de vibration qui auront lieu en 1979. 26 juillet 1978, Enterprise est enlevé du Dynamic Test Stand à la fin des tests de la phase 1.
20 septembre, début de la phase 2 des essais de vibration. Enterprise est assemblé au réservoir externe et à deux boosters SRB chargés mais inertes pour la première fois dans le programme. Cette partie des tests simule le décollage et la phase propulsée jusqu' au largage des boosters. 632 700 litres d' eau dé-ionisé sont versés dans le réservoir LOX, l' ensemble pesant cette fois 1 600 000 kg que supportent quatre stands hydro-dynamiques, deux sous chaque booster autorisant 6 degrés de liberté. Le banc d' essais contient pour ces tests 4500 litres d' huile spéciale dans des vérins sous 1500 psi (pound square inche). Des structures porteuses au sommet du banc crée les efforts voulus au moment voulu (stabilité et mouvement de pitch et yaw) grâce à des airbags sur la jupe arrière et avant des boosters. Les tests se terminent le 2 décembre.
30 janvier 1979, début de la phase 3 des tests associant Enterprise, son réservoir externe et 2 boosters vide. Ils simulent a partie du vol avant la séparation des boosters. La configuration est la même que lors de la phase 2. Le 26 février 1979, les tests dynamique sont terminés. Enterprise sera transporté au centre Kennedy le 10 avril pour être assemblé avec son réservoir et ses deux boosters et amené sur le pad de tir 39 A du KSC pour des tests de validation. Le réservoir externe utilisé pour les tests dynamiques arrive au KSC le 28 mars. Les données recueillit ont été très différentes de celle avec la maquette au 1/4. Les résultats montrèrent que des résonances au niveau des gyroscopes des boosters qui pouvait les mettre hors d'usage pendant le vol. D'autres anomalies ont été montré sur les gyroscopes montés sur le coté de l'Orbiter.
Février 1979, les boosters SRB sont retirés du stand dynamique
En 1981, le stand devient le Zero Gravity Drop toxer et le Microgravity Drop Tower en 2001. Il sera en 2010 le Ares I&V Dynamic Testing pour le programme Constellation.
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