La naissance d' Ariane 1 partie 3

1976, TESTS GRANDEUR NATURE

Livraison du premier réservoir de l'étage L140 destiné à la maquette dynamique au SIL en mars

Première opération impliquant une fusée presque complète, les essais de la maquette dynamique commencent dans le bâtiment d'intégration SIL de la SNIAS aux Mureaux en août 1976. Ces essais sont destinés à vérifier les caractéristiques dynamiques d'Ariane (modes et fréquences de vibration, amortissements) qu'il est indispensable de connaître pour dimensionner correctement les structures et les équipements, assurer le pilotage de l'engin et éviter les phénomènes POGO. Les accéléromètres et gyromètres qui permettent le pilotage détectent en effet ces modes de vibration de l'ensemble du lanceur qui ne traduisent pas les mouvements réels du centre de gravité ou les mouvements réels de rotation. Si les organes de pilotage ne comportaient pas des filtres destinés à éliminer les fréquences correspondantes, les mouvements de correction commandés aux moteurs pourraient amplifier le phénomène et aller jusqu'à la destruction du lanceur.
Le phénomène POGO est un couplage entre les modes de vibration structuraux (principalement verticaux) et les modes hydrauliques liés aux compressibilité de liquides et élasticité des tuyauteries. Ce couplage se répercute en oscillations de poussée des moteurs, lesquelles excitent à nouveau les vibrations structurales et ainsi de suite. Non maîtrisé, le phénomène peut détruire le lanceur ou au moins le satellite, comme ce fut le cas du premier lancement Diamant B, par exemple. L'étude du phénomène POGO et l'introduction sur les ensemble propulsifs de systèmes anti-POGO ont été prévues dans le programme Ariane dès le début.
Pour éviter la construction aux Mureaux d'un banc d'essais coûteux de 60 mètres de haut, capable de contenir la fusée complète, on a choisi de procéder en deux étapes avec des essais d'une part, sur le premier étage surmonté d'un lest simulant la masse des étages supérieurs, et, d'autre part, sur les deuxième et troisième étages assemblés. Durant ces essais, des pots vibrant excitent les étages à l'emplacement des moteurs, ce qui permet d'analyser les modes de vibration obtenus à diverses fréquence.

Les essais commencent sur le premier étage L140 mais doivent être interrompus lorsque l'un des réservoirs est enfoncé sous l'effet d'une dépression intérieure lors d'une opération de remplissage en eau. L'eau remplace en effet les ergols, trop dangereux à manipuler lors de ces essais dynamiques, quand on veut étudier le comportement du lanceur à différentes étapes du vol donc à différents remplissages des réservoirs. L'incident s'explique par le fait que, arrivant très tôt dans le programme de développement et utilisant les premiers ensembles construits, l'exercice maquette dynamique est le premier à inaugurer certaines procédures de mise en oeuvre. C'est pour la même raison qu'il fait apparaître certains défauts de jeunesse des matériels. Les essais des deuxième et troisième étages sont handicapés par l'apparition de criques dans le réservoir du deuxième étage, problème qui retarde l'exécution du premier essai d'ensemble propulsif à janvier 1978.

Dans l'été, l'ESA annonce une augmentation de la performance orbitale d'Ariane. Un certain nombre d'amélioration en cours de réalisation ont permis d'offrir aux utilisateurs futurs une augmentation de la masse sur orbite GTO de 1500 à 1600 kg. Selon l'ESA et les industriels, il est même certains que cette masse pourra être augmenté et qu'elle sera équivalente au lanceur américain Atlas Centaur. Ariane pourra donc lancer des satellites Intelsat 5. Les mesures prises ou à l'étude pour augmenter la performance portent sur l'amélioration du moteur HM7 du 3e étage (plus forte ips), l'augmentation de la charge d'ergols des étages, optimisation de la forme de la tuyère des moteurs Viking 5 du L140 (plus forte ips et poussée) et l'allégement de l'équipement des second et 3e étage.

Cotes de la coiffe d'Ariane

4 vols d'essai sont programmé par l'ESA et le CNES pour qualifier Ariane entre 1979 et 1980. L'ESA a décidé d'associer à ces vols l'envoi de charge utile gratuite en orbite comme passagers sur les vols L02, 03 et 04. En réponse aux offres du programme APEX, 93 expériences ont été préposés et l'ESA ne devra en retenir qu'un petit nombre. Pour le vol L02, avec une mise en orbite à 17,7°, l'ESA devra choisir entre le second modèle du satellite COS B, GEOS B, COSARI (un COS modifié), APPLE (Inde) et AMSAT (radio amateur). Les 3 premiers sont en pole position comme passagers principal avec les 2 autres en secondaire. APLLE est aussi prévu sur le vol L03. Ce vol 03 devrait embarquer soit OTS, Méteosat, Symphonie et un satellite canadien. Pour le dernier vol d'essai, L04, les candidats restent à choisir. La décision finale des passagers des vols L02 et 03 sera prises fin 1976.

26 mars 1976, CSG, Kourou, les opérations de relevage de la tour de montage d'Europa ont permet de gagner 6,5 m de hauteur. La tour, une fois rééquiper mesurera 52 m de haut et pèsera 1200 tonnes.

Avril, le nombre d'expérience du programme APEX est passé de 71 à 37, en raison notamment de l'abandon d'expérience françaises, suite à des problèmes de financement. Les scientifiques peuvent assurer le cout des expériences mais pas les coût associés de la plateforme d'accueil ni les couts d'intégration. Le satellite radio mateur OSCARI serait un des candidats pour le vol L02. Pour les autres vols, le choix se fera entre un satellite lourd type OTS, Meteosat, Symphonie ou CTS (Canada)

Octobre, la capacité de lancement d'Ariane passe de 1500 à 1600 kg grâce aux mesures prises et aux études faites par les ingénieurs, comme l'amélioration du 3e étage, augmentation de la masse d'ergols des étages de base, optimisation de la forme des tuyères du moteur Viking et allégement d'équipements.

17 novembre, sur la banc PF20 de la SEP, à Vernon, la baie de propulsion de l'étage L140 fait son premier tir avec une mise à feu de 57 secondes, G1. La SEP prévoit de réaliser 10 tirs G avec 4 baies moteurs équipées de réservoirs lourds. Suivront 4 essais M de mise au point d'octobre 1977 à mai 1978 avec des baies équipées de réservoirs de vol, et 3 essais de qualification Q, dans la même configuration entre septembre 1978 et février 1979.

L'ESA prépare la production et l'utilisation d'Ariane. L'agence spatiale se prépare à commander 6 exemplaires de série d'Ariane pour janvier 1978, après les 4 destinés aux tirs de qualification. La décision finale sera prise à la mi 1977, sachant qu'il faut 3 ans pour construire un lanceur et que la SNIAS ne peut en produire que 2 par an pour une mise à disposition dès fin 1980, début 1981. L'ESA se prépare aussi à proposer Ariane à la vente, au delà des 6 vols opérationnels déjà plus ou moins planifiés (Exosat, ECS, Marots, Météosat et un satellite de TV directe "lourd"). Des études semblent montrer que 2 à4 tirs par an sur 10 ans pourraient rentabiliser Ariane.

1977

26 janvier, seconde mise à feu de la baie "Drakkar" du L140 durant 40 secondes sur le banc PF20 de la SEP. La Société Européenne de Propulsion emploie 2500 personnes avec un CA de 750 millions FF.

Premier trimestre, début de la fabrication du matériel destiné du premier vol Ariane qui aura lieu d'ici 2 ans, le 15 juin 1979. L'assemblage des 3 étages est prévu pour novembre 1978.

Mars, CSG, la première des 3 nouvelles stations de télémesure Ariane a été recetté à Chateauroux. Cette station en bande S fait partie des 3 qui seront installées sur la montagne des des Pères à Galliot mi aout, sur le mont Montabo en novembre et natal au brésil en mars 1978. Chacune a une antenne parabolique de 10 m de diamètres permettant avec celle de l'Ascension d'acquérir les données du lanceur en vol depuis Kourou jusqu'à la mise en orbite.

Mai, la capacité de lancement d'Ariane est porté à 1700 kg contre 1600 il y a un an. Selon les dernières études, elle serait de 1763 kg en GTO. Une performances rendue possible grâce à un programme d'amélioration mais aussi une meilleure connaissances de l'aérodynamisme du lanceur suite aux essais maquette de l'ONERA. Ariane pourra ainsi mettre en orbite des satellites de 925 à 965 kg selon le moteur d'Apogée embarqué.

Juin, les structures et la majeure partie des essais de qualification est terminée., la réalisation des moteurs est terminée et essais de qualification sont en cours comme ceux de longues durées. Les essais de la baie de propulsion L140 sont en cours en utilisant 4 baies . Les essais de la maquette électrique ont commencé.

De début juin jusqu'au 15 août reprennent les essais dynamiques du premier étage et la campagne maquette dynamique atteint ainsi la majorité de ses objectifs. Avec tous les essais de sous-systèmes systèmes POGO, essais moteur Viking ou HM7 et d'ensembles propulsifs, il est ainsi possible de prévoir, au début de 1978, l'inutilité de systèmes anti-POGO sur le troisième étage. Le H8 n'est donc pas équipé de tels systèmes.

Configuration dans le dock 3 du SIL, aux Mureaux pour les essais dynamique d'Ariane en 1977. Le lanceur est à l'échelle 1, au standard des modèles de vols, les équipements électriques et les câblages sont représentés par des lests. Ces essais sont réalisés en soumettant la maquette à des excitations longitudinales et transversales pour les principales configurations de vol. Pour simuler les ergols, les étages sont remplis d'eau, sauf le 3e laissé vide. Les canalisations d'alimentation sont remplis jusqu'au niveau d'entrée pompe. LA pressurisation des réservoirs est assurée par une alimentation extérieure de bouteille d'azote. La maquette, placée en configuration de vol, moteur en ligne de tir est suspendue de telle sorte que les liaisons des différents sous-ensembles puissent travailler en compression de la même façon qu'en vol. La suspension des étages est assurée par des sandow de différents diamètre, 25 mm pour le L140, 18 mm pour le L33 et 12 mm pour le H8. Un système de 4 bras à la partie supérieur de la maquette assure la stabilisation statique et dynamique. De gros excitateurs montés à la base de chaque éléments de la maquette, là où se trouvent les moteurs assurent les mouvements lors des essais d'excitations longitudinaux

	La maquette dynamique du L140 aux Mureaux en cous d'installation dans son stand.

Au début de 1979, il apparaît probable que l'activation des systèmes anti-POGO du deuxième étage ne sera pas nécessaire. Les résultats du premier vol feront revenir en arrière sur ce point et à partir du troisième vol les systèmes du deuxième étage seront utilisés. Pour le premier vol ne seront activés que les systèmes du premier étage du côté N204. Très tôt dans le programme était apparue l'inutilité de système anti-POGO, côté UDMH sur ce premier étage.

L'étage L140 M1 est mis en container avant son transport à Vernon pour le premier test de mise à feu d'un étage.

Les essais par la SNIAS des maquettes pilotage ont lieu de fin 1976 à mi-1978. Le système de pilotage vise à assurer l'équilibre immédiat de la fusée en envoyant des ordres de braquage aux moteurs à partir d'informations reçues concernant les mouvements de la fusée. Les essais de pilotage ont pour but de définir les caractéristiques de la chaîne de pilotage depuis le calculateur jusqu'à l'orientation des moteurs. Ils mettent en oeuvre des maquettes réalistes des fonds arrières des étages avec les servomoteurs qui orientent les moteurs.

Les essais SIM de maquette électrique, également de responsabilité SNIAS, se déroulent d'avril 1977 à novembre 1978.
Ces essais servent à démontrer la compatibilité électrique entre les différents éléments du lanceur ainsi qu'entre les éléments et le banc de contrôle. Le banc de contrôle est une installation sol qui permet d'actionner et de vérifier les équipements électriques de la fusée. Les essais SIM valident également les programmes informatiques de contrôle utilisés sur le banc.

Des essais de vibration d'ensembles importants, bâti-moteur et tore d'eau du premier étage, fond avant et fond arrière du L 33 puis fond arrière du H 8, permettent d'étudier la tenue des matériels à des niveaux vibratoires élevés, représentatifs du vol, et de concevoir les renforcements nécessaires en certains points localisés. En ce qui concerne les différents systèmes de découpe et séparation, des essais du système pyrotechnique de séparation des étages et d'éjection des fusées d'accélération sont conduits par la SNIAS; en particulier un essai met en oeuvre les tronçons réels de la jonction entre deuxième et troisième étage.

En ce qui concerne la partie haute de la fusée, le développement de la coiffe prévoyait d'utiliser 3 unités, DMU (modèle dynamique), SM1 et 2 (modèles statiques) avant la livraison des 4 premiers modèles de vol. Le DMU a servit pour le contrôle globaux du lanceur. Il sert également pour pour la compatibilité électromagnétique et radio lors des essais de maquette électrique au SIL. Les qualifications statiques et dynamiques sont réalisés par le modèle SM1 dans la grande chambre à vide à l'ESTEC, la coiffe étant rénové après chaque essai. 3 essais de séparation de la coiffe, fabriqué par Contravès sous la responsabilité de la SNIAS ont lieu dans la grande chambre à vide de I'ESTEC en Hollande de juin 1977 à mars 1978. Le premier essais a lieu le 18 juin avec succès en utilisant la coiffe SM1 et un système de séparation fournit par Mc Donnell Douglas. 2 autres essais de séparation ont lieu les 20 octobre 1977 et 7 avril 1978 avec le système de séparation vertical européen VSS. Le second modèle de coiffe SM2 est utilisé pour les essais de qualification (système d'attaches, ombilicaux, ventilation et climatisation). Il sera notamment déployé au CSG avec la maquette ergols du lanceur. Si tout se passe normalement, feu vert sera donné pour fabriquer le premier modèle de vol pour L01.

Test de séparation de la coiffe SM1 en octobre 1977 en chambre dynamique à l'ESTEC (10 m de diamètre, 14 m de hauteur), Pays Bas. Le système de séparation vertical VSS a été qualifié début 1977 avec 5 panneaux de 1 mètres.

Dès 1977, les essais aérodynamiques conduits par I'ONERA en soufflerie sont terminés. Ariane n'est pas une fusée imaginée pour une mission donnée avec une force aérodynamique optimisée. Le L3S qui est devenu Ariane est un projet français repris par l'ESA. Cette dernière ayant refusé toute innovation pour obtenir un programme à bas prix, seul acceptable sur le "vieux continent". L'étage L140 a un diamètre de 3,8 m parce qu'il reprend l'étude du premier étage d'Europa 3. Le 3e étage H8 fait 2,6 m de diamètre parce que la France ne sait pas fabriquer de réservoir cryogénique plus gros ! La coiffe offre un volume comparable aux concourants US, comme l'Atlas Centaur. Seul le second étage a du être inventé avec le même diamètre que le 3e. Réalisés en différentes configurations, fusée complète ou étages séparés, et à différentes vitesses, les essais menés par l'ONERA permettent de déterminer les efforts liés à l'aérodynamique, donc leur incidence sur les structures, le pilotage et les séparations d'étages. Des essais dits aérothermiques sont également effectués par I'ONERA. Ils ont pour but de mesurer les ambiances thermiques et acoustiques en différents points du lanceur. En particulier, une maquette au 1/20eme de la fusée et de son aire de lancement font l'objet d'essais à Palaiseau. Sur la maquette, quatre petits moteurs de 600 kg de poussée utilisant, comme les vrais, de I'UDMH et du peroxyde sont mis à feu pour deux secondes, à différentes altitudes. Cette maquette passe également dans la soufflerie S2-MA de Modane à des vitesses variant de Q à Mach 2,7. Des essais qui ont permis de déterminer la longueur des carénages du L140, ajuster le bouclier thermique à la base du lanceur et régler la longueur des tuyaux d'échappement des gaz chauds des Viking 5. Les moteurs Viking maquette sont aussi allumés en soufflerie pour recréer les circulations de gaz donc les échauffements à la base du premier étage.

Test de la coiffe en chambre à vide à Toulouse au CNES.

30 septembre 1977, la coiffe d'Ariane 1 L01 est transportée de Katwijk Harbour vers le centre ESTEC au Pays Bas.

L'ESA facturera pour un de ces pays membre le lancement de satellite par Ariane 28 millions d'UC, soit 155 millions FF. Du coté Américains, un lancement classe "Atlas Centaur" (900 kg en GTO) est facturé 166 millions FF et classe "delta" (450 kg en GTO) 100 millions FF. Ariane avec ses 1700 kg en GTO est en bonne position. Les amélioration du premier étage permettront par la suite de lancer 2 satellites classe "Delta" sous la même coiffe. Pour concurrencer la navette spatiale, dont le prix se situerait entre 10 et 20 millions $, l'ESa a déjà proposer des prix sur Ariane pour lancer les derniers satellites Intelsat V. Ariane a été lancé avec un potentiel de 30 à 40 lancements pour la décennie 80