RETOUR A LA PAGE D'ACUEIL

CHRONOLOGIE ARIANE

LES MOTEURS VIKING

Quatre moteurs Viking 5 sur le premier étage, un moteur Viking 3 sur le deuxième étage équipent la fusée Ariane. Ce Viking est le successeur des moteurs qui furent autrefois utilisés sur les Veronique et Vesta, Vexin et Valois (1er étage des lance-satellites Diamant A et B), Coralie (2e étage Europa 1et 2) dont le développement a commencé il y a 25 ans au LRBA de Vernon. La mise au point du Viking a été poursuivie à partir d' octobre 1971 par la Société Européenne de Propulsion qui a repris les activités propulsion de l' établissement militaire de Vernon.

Le Viking est un moteur à turbopompe à la différence de ses prédécesseurs sur lesquels l'alimentation en ergols de la chambre de combustion était assuré par la pression qui régnait  dans les réservoirs: les gaz nécessaires à l' établissement de cette pression étaient  fournis par un générateur qui brûlait des ergols, solides ou liquides, refroidis par de l' eau. Cette technique convient particulièrement par sa simplicité, à de petits engins. Cependant lorsque on augmente la pression des réservoirs pour accroître la pression de combustion, donc l' impulsion spécifique ISP, c' est à dire la vitesse d' éjection divisé par l' accélération de la pesanteur, on est obligé d' utilisé des réservoirs plus épais donc plus lourds. Le gain en ISP est vite compensé par l'augmentation de poids à vide de l' engin et l'utilisation de turbopompes s' impose. Dans ce cas la pression maintenue dans les réservoirs sert seulement à éviter la cavitation des pompes ou l' effondrement du lanceur sur lui même et ce sont les pompes qui fournissent la pression élevée nécessaire à l'alimentation de la chambre. Les études sur ce type de moteur commencent à Vernon en 1966. Il s' agit du M 40 (40 tonnes de poussée) dont les premiers essais avec un moteur complet ont lieu en juin 1969. Dix-sept essais dont deux de 100 s sont réalisés jusqu' en 1970. A cette époque, le M 40 sert de base à l' établissement du projet Europa 3 B. Quatre M 40 assurent la propulsion du 1er étage L 120. Par la suite, le projet évolue: on envisage bientôt l'utilisation de 5 moteurs M 40 puis de 4 moteurs de 55 tonnes de poussée, enfin de 4 moteurs de 60 tonnes alors que la masse d' ergols du 1er étage passe de 120 à 154 tonnes. Pour répondre à cette évolution sont dessinés puis construit le moteur Viking 1 (55 tonnes de poussée) et le moteur Viking 2 (60 tonnes).

Ariane1 Viking au banc PF2.jpg (114688 octets)

Lorsque Europa III est remplacée par le L III S en décembre 1972, le nouveau projet utilise au maximum l' acquis de mise au point en conservant le Viking du 1er étage dont la masse d' ergols est réduite de 150 à 140 tonnes et en l' introduisant sur le second étage L 33. Les pompes du moteur sont améliorées par addition d' un inducteur pour éviter la cavitation avec les pressions faibles des réservoirs du L33. Avec un long divergent galbé, adapté au fonctionnement dans le vide, un cadran pour permettre l' orientation du moteur suivant toutes les directions pour le pilotage en lacet et en tangage du L33, et une modification des angles d' entrée des ergols vers les pompes, le moteur Viking 2 prend le nom de Viking 4. La version avec divergent conique pour les essais au sol est désignée Viking 3. Plus tard, le Viking 2 adoptant un divergent galbé de performances légèrement supérieures deviendra le Viking 5.

Viking 2

1er étage, essais au sol
591 kN de poussée au sol
698 kN de poussée dans le vide
239,3 s d' impulsion spécifique au sol
282,4 s d' impulsion spécifique dans le vide
53,45 Bars de pression de combustion
3,028 m de hauteur
828 kg
Divergent conique

Viking 5

1er étage, essai de qualification et vol
611 kN de poussée au sol
692,8 kN de poussée dans le vide
247,5 s d' impulsion spécifique au sol
280,6 s d' impulsion spécifique dans le vide
54,4 Bars de pression de combustion
durée de fonctionnement 142 s
3,028 m de hauteur
818 kg
Divergent coquetier (dérivé du Viking 2)

Viking 4

2eme étage, essais en vol et sous vide au sol 
721,4 kN de poussée dans le vide
265 s d' impulsion spécifique dans le vide
52,36 Bars de pression de combustion
3,684 m de hauteur
905 kg
Divergent coquetier

La version Viking 3 était équipée d'un divergent conique court pour des essais au sol.

 

Les ergols

Le moteur Viking est le plus puissant développé un Europe à ce jour. Il utilise trois ergols: N2 04 (tétraoxyde d'azote), UDMH (dyméthyl-hydrazine assymétrique) et eau. Trois vannes montées sur les canalisations d'alimentation isolent les réservoirs du moteur. Entre celles-ci et l'entrée des pompes, des tibias autorisent les mouvements du moteur nécessaires au pilotage. Les trois pompes sont montées avec la turbine à deux étages sur un arbre unique et tournent donc à la même vitesse (9 600 tours par minutes). A la sortie des pompes une faible partie de l' UDMH et N2O4 est envoyée avec toute l' eau dans le générateur où ils produisent des gaz à 600° C et 33 bars. 10% de ces gaz sont utilisés pour pressuriser les réservoirs et actionner les vérins et les servitudes. Après détente les 90% restants entraînent la turbine et sont éjectés à l' extérieur par deux tuyères dont la poussée , 700 kg dans le vide, vient s' ajouter à la poussé de la tuyère principale.

Les 97,6 % du débit qui passe dans les pompes sont envoyés vers l' injecteur cylindrique et brûlent dans la chambre sous une pression de 55 bars et à une température de 2 850° C. 15 % du débit d'UDMH est injecté en film à la base de l'injecteur protégeant ainsi la tuyère de la température élevée des gaz de combustion. En fonctionnement la tuyère vire cependant au rouge et atteint 1100° C. Le système de régulation est hydropneumatique et remplit deux fonctions. La fixation du niveau de poussée est obtenue par asservissement de la pression de combustion sur une pression de référence ou pression pilote en jouant sur l'alimentation du générateur donc la vitesse de rotation de la turbopompe. La fixation du rapport de mélange incombe à un régulateur d'équilibre qui égalise les pressions d'injection des deux ergols dans la chambre de combustion.

viking 5 ecorche .jpg (376832 octets)

Démarrage

Le moteur démarre sous l'effet de la pression qui règne dans les réservoirs. D'abord, l' installation de la pression de référence, seule commande nécessaire au démarrage, ouvre les vannes. Chassés par la pression des réservoirs, les ergols parviennent dans la chambre principale et dans le générateur où ils s'allument spontanément car ils sont hypergoliques. Le régime de rotation monte ensuite en 1,3 s à la valeur fixée par la régulation. L'extinction peut être commandée par suppression de la pression de référence, ce qui referme les vannes, ou par épuisement de l'un des ergols. Par rapport à des moteurs de performances équivalentes, le Viking se caractérise par sa simplicité de construction et de mise en oeuvre: 
_ trois vannes seulement; un arbre unique donc pas de réducteur ni de système de lubrification associé; 
_ un refroidissement par film de la chambre principale qui, par rapport au refroidissement régénératif, évite l'emploi d'une tuyère ouble paroi ou formée de tubes, dont la réalisation est délicate; 
_ un démarrage autonome et n'utilisant qu'un seul ordre; un système de régulation qui fixe la poussée à la valeur voulue sans longs étalonnages préalables et garde un rapport de mélange constant pendant le vol malgré les variations d'accélération et de niveau de liquide dans les réservoirs; 
_ un générateur capable de fournir aux réservoirs N204 et UDMH les gaz dépressurisation nécessaires. Cette simplicité entraîne une fiabilité élevée.

De nombreux essais du moteur Viking 1 ont lieu: la turbopompe seule tourne pour la première fois le 9 décembre 1970. puis, comme l'ELDO demande 60 tonnes de poussée au lieu de 55, le régime de fonctionnement du moteur est poussée à ce niveau par simple élévation de la pression pilote. Le premier essai du moteur complet a lieu le 8 avril 1971. 34 essais suivent dont l'un de 150 s dépasse le temps prévu de fonctionnement du moteur sur le L3S (139 s au premier étage et 129 au second).

Le premier essai de la turbopompe du Viking 2 a lieu le 21 juin 1973.