CHRONOLOGIE
SPACE SHUTTLE

UN PARACHUTE POUR LA NAVETTE

Nous, observateurs du programme spatial, nous sommes habitués aux atterrissages des navettes spatiales, presque autant qu'à leurs lancements. À plus d'une centaine de reprises entre avril 1981 et juillet 2011 , nous avons vu ces élégantes navettes noires et blanches apparaître dans le ciel de Floride, de Californie ou dans le cas de la mission STS 3 du Nouveau-Mexique, plonger comme des briques lancées à toute vitesse vers leurs pistes et se poser avec une précision chirurgicale sur des pistes en béton ou des lits de lacs asséchés. La plupart atterrissaient sans incident, même si quelques-unes ont subi des crevaisons, STS39 , des défaillances de freins, et l'une d'elles a même failli se cabrer, STS 3 . Il serait imprudent de penser que les atterrissages de navettes étaient une routine, et leurs dangers inhérents ont incité au développement de technologies complexes pour assurer la sécurité des véhicules et de leurs équipages. Il y a trente ans ce mois-ci, en juillet 1990, la NASA commençait à tester l'une de ces technologies qui allait améliorer considérablement la sécurité et devenir un élément immédiatement reconnaissable des navettes : le parachute de freinage.

L'idée d'un parachute de freinage pour ralentir la navette spatiale sur la piste n'était pourtant pas nouvelle. Dès le début de son développement par North American Rockwell au début des années 1970, il était prévu que la navette utilise un tel système lors de ses quatre premiers vols d'essai orbitaux. Cependant, en 1974, ce concept fut abandonné, car on savait que la vaste étendue de lac asséché disponible sur la base aérienne d'Edwards, en Californie – principal site d'atterrissage de ces premiers vols d'essai – se révélerait parfaitement adaptée à un freinage adéquat lors de l'atterrissage et du roulage.

Cependant, lors de plusieurs atterrissages avant l'arrivée de Challenger, des incidents ont suscité des inquiétudes. Un exemple significatif s'est produit en avril 1985 , lorsque la navette Discovery a atterri avec un vent de travers de huit nœuds au Centre spatial Kennedy (KSC) en Floride. Le commandant Karol « Bo » Bobko a alors dû utiliser davantage le frein et le gouvernail droits que les gauches pour maintenir la navette sur l'axe de la piste. Ce freinage différentiel a provoqué le blocage du frein droit intérieur, suivi peu après par celui du frein extérieur. Il en a résulté l'éclatement d'un pneu. Depuis l'intérieur de la navette, l'astronaute Don Williams a entendu un bruit sourd et répétitif, l'équipage comprenant immédiatement qu'un pneu avait éclaté. « Nous étions presque à l'arrêt de toute façon », a-t-il confié des années plus tard à un historien oral de la NASA, « donc finalement, ce n'était pas grave. »

Williams craignait que la perte d'un pneu n'entraîne des problèmes de débris, susceptibles de provoquer la crevaison d'un autre pneu, voire un incendie. Heureusement, Discovery s'est immobilisée en douceur et ce n'est qu'après avoir débarqué que les astronautes ont constaté l'étendue des dégâts : une traînée de débris s'étendant sur une bonne distance le long de la piste. Le personnel au sol était si inquiet que l'équipage n'a pas été autorisé à effectuer son inspection habituelle de la navette, de peur qu'un autre pneu sous pression n'éclate.

Les atterrissages sur la piste relativement étroite du Shuttle Landing Facility (SLF) du KSC furent suspendus pour le reste de l'année, le temps d'améliorer les pneus et les freins, dans l'espoir d'une reprise en 1986. La destruction de Challenger anéantit cet espoir et il fallut attendre novembre 1990 pour qu'un autre équipage de navette se pose sur les côtes de Floride. Après Challenger, les efforts s'intensifièrent pour mettre en place des dispositifs d'arrêt, tandis que des mécanismes de sécurité supplémentaires étaient envisagés pour les pistes et les patins d'atterrissage, permettant un atterrissage sur jante et un roulage prévisible en cas de crevaison. Le parachute de freinage a également été réexaminé.

Le 18 juillet 1990, la NASA annonçait le début des essais de parachute de freinage au centre de recherche en vol Ames-Dryden d'Edwards. Ce nouveau système devait remplir une double fonction : compléter le système de freinage de la navette pour ralentir sa vitesse après l'atterrissage, lui permettant ainsi d'atterrir en toute sécurité sur une distance plus courte et réduisant l'usure des pneus et des freins. Les essais furent menés à bord de l'avion porteur NB-52 de la NASA, piloté par l'ancien commandant de navette Gordon Fullerton , et portés à une altitude d'environ 12 000 mètres (40 000 pieds).

Les exigences de conception du parachute incluaient la capacité d'immobiliser complètement une navette de 112 500 kg (248 000 livres) en moins de 2 400 mètres (8 000 pieds) avec un vent arrière de 10 nœuds et par temps chaud, un freinage maximal à une vitesse sol de 140 nœuds et des températures diurnes pouvant atteindre 39,4 °C (103 °F). Le parachute était logé dans un compartiment à la base de la dérive de la navette et devait être déployé manuellement par le pilote avant la descente du train d'atterrissage avant sur la piste.

Suivant le véhicule lors de sa descente vers la piste, le parachute serait finalement largué à une vitesse sol de 60 nœuds afin d'éviter d'endommager les tuyères des trois moteurs principaux de la navette spatiale (SSME) situés juste en dessous . Dès le départ, il était prévu que le parachute puisse être utilisé aussi bien sur des pistes lacustres que sur des pistes en béton, sauf en cas de vents latéraux supérieurs à 15 nœuds ou de problèmes de repositionnement des tuyères des SSME. Le déploiement pouvait s'effectuer à différentes vitesses, la procédure privilégiant 195 nœuds, sans toutefois dépasser environ 230 nœuds.

Durant l'été 1990, des essais en vol à Edwards ont permis de tester le parachute à des vitesses d'atterrissage comprises entre 260 km/h et 370 km/h, sans incident. Bien que la navette puisse atterrir à des vitesses atteignant 420 km/h, la vitesse maximale d'atterrissage du NB-52 était limitée à 370 km/h. Le parachute de la navette étant légèrement plus petit que celui du NB-52, un compartiment de parachute de freinage modifié a dû être ajouté à l'arrière de l'appareil. Cela a nécessité un renforcement de l'empennage. Des instruments ont enregistré les charges à différents endroits et des caméras orientées vers l'arrière ont surveillé les essais de déploiement.

Test du parachute qui équipera les Orbiter avec un B52 de la NASA, NB-52B 52-0008 au centre Dryden, base d'Edwards Californie

Suite à ces essais, les ingénieurs prévoyaient une réduction de la distance de roulement à l'atterrissage des navettes entre 300 et 600 mètres. En janvier 1991, la NASA modifia son contrat de production avec le maître d'œuvre Rockwell International Corp pour la navette Endeavour, alors en développement, afin d'y intégrer le parachute. Les travaux furent menés dans les usines de Rockwell à Downey et Palmdale, en Californie. Le parachute fut utilisé pour la première fois lors du vol inaugural d'Endeavour, la mission STS-49, en mai 1992. Les trois autres navettes bénéficièrent ensuite de cette modification : Columbia fut la deuxième à en être équipée, suivie de Discovery, puis d'Atlantis.

Lancée le 7 mai 1992, la première voile de freinage de 12 mètres fut mise en service neuf jours plus tard, lorsque Endeavour s'élança sur la piste 22 à Edwards, concluant ainsi la mission STS-49. Le commandant Dan Brandenstein réussit un atterrissage parfait, les six roues – principales et avant – restant fermement sur la piste, avant que le pilote Kevin Chilton ne déploie la voile. Comme prévu, la porte du compartiment de la voile s'ouvrit et un obus de mortier déploya la voile pilote de 2,7 mètres de large. Celle-ci libéra ensuite la voile principale de 12 mètres de diamètre, qui se réduisit à 40 % de sa taille totale pendant 3,5 secondes afin de diminuer les contraintes structurelles initiales sur Endeavour. Elle suivait l'orbiteur à 27,2 mètres de distance, sur une colonne montante de 12,6 mètres de long.

Finalement, le coupe-ligne a permis au parachute principal de se déployer complètement. L'analyse photographique de l'atterrissage de la mission STS-49 a révélé que le parachute replié avait un angle légèrement supérieur à celui prévu et que la trajectoire de la porte du compartiment du parachute différait de celle observée lors des essais de la mission NB-52. De plus, son comportement et sa proximité avec l'axe longitudinal de la navette ont été attribués à l'effet du flux aérodynamique induit par l'aérofrein entièrement déployé.

« Nous n'avons pratiquement rien senti au moment de l'ouverture », a déclaré Brandenstein à propos de la réduction de la voilure. « Mais lorsqu'elle s'est complètement déployée, nous avons subi une forte traction sur nos harnais et notre vitesse de décélération atteignait environ 0,5 mètre carré par seconde. » Il a laissé le parachute les ralentir jusqu'à environ 100 nœuds, avant d'actionner progressivement les freins d'Endeavour. À 60 nœuds, le parachute a été largué.

Lors des missions suivantes, le parachute de secours se déployait généralement entre le train d'atterrissage principal et le contact du train avant avec la piste. Cependant, lors de la mission STS-47 en septembre 1992, on constata que la verrière « traînéait » sensiblement la navette latéralement sur la piste. Ce phénomène fut également observé par l'équipage de la mission STS-52 quelques semaines plus tard, qui constata un décalage latéral d'environ 4,5 mètres (15 pieds) vers leur gauche sur la piste de 90 mètres (300 pieds) de large. Le commandant Jim Wetherbee perçut une légère traction contre le vent lorsque la verrière se replia complètement. Il estima que cela ne posait pas de problème majeur sur une piste aussi large, tout en soulignant que les sites d'atterrissage d'urgence transocéaniques (TAL) dotés de pistes plus étroites pourraient présenter des problèmes de maniabilité plus importants.

De la mission STS-49 en mai 1992 à la mission STS-135 en juillet 2011, le parachute de freinage a accompagné des dizaines de navettes spatiales lors de leur retour, jouant un rôle crucial pour permettre à leurs équipages de s'immobiliser en douceur sur la piste, minimisant ainsi l'impact sur les freins et les pneus. Globalement, ses performances durant le reste du programme ont été remarquables. Un incident exceptionnel s'est produit en octobre 1998 lors de la mission STS-95 – le « vol John Glenn » – lorsque le panneau de la porte du compartiment du parachute de freinage s'est détaché et est tombé au décollage. La porte en aluminium, mesurant 46 cm sur 56 cm et pesant environ 5 kg, a heurté le moteur principal supérieur de la navette avant de disparaître de la vue.

La mission de neuf jours de la navette Discovery s'est déroulée sans incident, mais face à l'incertitude quant à l'état du parachute de freinage dans son compartiment désormais dépourvu de porte, la NASA a préféré la prudence et a choisi de ne pas le déployer à l'atterrissage. En réalité, personne ne savait même s'il était encore intact et, le cas échéant, s'il risquait de se déployer accidentellement en vol.

Le commandant Curt Brown et le pilote Steve Lindsey reçurent des instructions sur la procédure à suivre en cas de problème. Si le parachute se déployait accidentellement à une altitude inférieure à 15 km (9 miles), ils devaient s'attendre à ce que le nez de la navette se cabre légèrement. Dans ce cas, Brown devait lâcher le manche et Lindsey actionner les interrupteurs ARM, DEPLOY et JETTISON pour se débarrasser du parachute. Si le déploiement avait lieu à une altitude plus basse, par exemple à moins de 50 mètres (170 pieds) au-dessus de la piste, les pilotes devaient réagir rapidement, sous peine de voir le parachute cabrer Discovery, augmentant ainsi sa vitesse de descente et provoquant un atterrissage brutal.

Dans le courrier du matin du jour de l'atterrissage, le 7 novembre 1998, il a été dit à Lindsey de garder les mains sur le tableau de bord, avec les couvercles des interrupteurs ARM, DEPLOY et JETTISON relevés, lui permettant de basculer les trois avant même que le parachute puisse se dérouler et se gonfler.

Finalement, Discovery atterrit sans incident. L'avion d'entraînement de la navette (STA), piloté par l'astronaute en chef Charlie Precourt, avait auparavant effectué des observations météorologiques et était désormais chargé de surveiller visuellement le parachute de freinage. Tout se déroula sans problème et la navette se posa sur la piste 33 en béton du Centre spatial Kennedy (KSC) en Floride, sans que Brown et Lindsey ne rencontrent de difficultés de pilotage.

À la fin de leur carrière en 2011, les parachutes de freinage avaient permis à 86 navettes de s'arrêter en douceur sur les pistes d'Edwards ou du KSC, jouant un rôle important dans la réduction de l'usure des freins et des pneus et dans l'amélioration de la sécurité globale des vols de cette machine volante expérimentale et intrinsèquement dangereuse.

Chaque parachutes a été reconditionnées et réutilisées. Seuls 12 exemplaires ont été fabriqués. Elles ont été produites par Irvin Aerospace Inc. (Irvin Air Chute) de Hope Mills, en Caroline du Nord.

La porte en aluminium recouverte de TPS de 12 livres était consommable. La porte suit alors la navette spatiale en tournoyant derrière elle jusqu'à ce qu'elle touche la piste et s'immobilise en glissant. Il est surprenant de constater comment cette porte volante défie souvent la gravité et reste en formation avec la navette bien plus longtemps que prévu.