ARIANE 1, NAISSANCE D' UNE FUSEE
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Dès
1970 le développement spectaculaire des applications spatiales contraint
l’Europe à prendre conscience de l’importance politique et économique que
constituait l’utilisation de l’espace. Tout laisse présumer que la décennie
1980-1990 verra la mise en place de systèmes spatiaux à des fins
commerciales dans le domaine des télécommunications, de la télévision
directe, de la météorologie ou de l’observation de la Terre. 1973 En ce début d' année, le projet L3S est affiné par le CNES et les industriels français, SNIAS, SEP, Air Liquide et Matra. Ce lanceur Comporte trois étages à ergols liquides; le troisième étage utilise hydrogène et oxygène liquide comme le deuxième étage d'Europa III B. Mais il est plus petit que ce dernier et son moteur est techno logiquement moins ambitieux, ce qui accroît les chances de succès du programme. Le L3S, qui a pour mission de satelliser 700 à 800 kilogrammes en orbite géostationnaire, doit être opérationnel en 1980 et être d'un coût d'utilisation comparable aux lanceurs américains de taille analogue. Il est conçu pour utiliser au mieux les technologies déjà développées et sûres. Cette contrainte fige ses caractéristiques, les travaux de l'Air Liquide exécutés de 1962 à 1970 sur des réservoirs cryotechniques limitent à 2,60 m le diamètre du troisième étage. Les travaux de la SEP sur les moteurs cryotechniques de 4 à 7 tonnes de poussée HM4 et HM7 et par MBB sur les chambres de combustion conduisent au choix du moteur HM7 pour la propulsion de ce troisième étage. Celui-ci est, de ce fait, limité à 10 tonnes d'ergols au maximum ce qui implique, pour obtenir les performances voulues, l'utilisation de deux étages inférieurs à ergols classiques alors qu'Europa III B avec son gros étage cryotechnique de 20 tonnes se contentait d'un seul étage inférieur à ergols classiques. Les étages à ergols classiques étant désignés L et à ergols cryotechniques H avec un chiffre désignant la masse d'ergols en tonnes, on étudie plusieurs combinaisons dont L140/L33/H8. Cette dernière solution est finalement retenue. Le L140 est une version allégée du L150, premier étage d'Europa III B, utilisant les mêmes ergols, peroxyde d'azote (N204) comme oxydant et dimethyl hydrazine asymétrique (désigné UDMH) comme carburant et les quatre mêmes moteurs Viking 2 de 60 tonnes de poussée au sol. Le deuxième étage est propulsé par une variante à long divergent du moteur Viking 2, adapté au fonctionnement dans le vide, le Viking 4 qui développe 71 ,3 tonnes de poussée dans le vide. L'amélioration des moteurs dans la suite du programme portera la poussée totale du premier étage à 245 tonnes au sol ou 277 tonnes dans le vide et celle du deuxième étage à 72 tonnes. Le troisième étage cryotechnique est propulsé par le moteur HM7 de 6 tonnes de poussée. Au printemps, à la veille de l' ouverture de la conférence de Bruxelles, de nombreux problèmes sont à régler: préparation de la convention créant la nouvelle agence spatiale, la dimension européenne du programme L3S, les "surenchères" des Anglais, les pressions Américaines en vue d' une coopération avec le "Space Shuttle" (intéressant l' Italie et l' Allemagne). Le 30 avril, le programme Europa 2 est définitivement mis aux oubliettes.
Le 10 mai 1973, le projet L3S est présenté à l’ industrie
Européenne à Paris. Le CNES en est le gestionnaire technique, l' Aerospatiale
le maître d' oeuvre (division des Mureaux Paris). Le CNES a déjà passé 4
contrats avec l' Aerospatiale (structure premier et second étages,
inter-étages et coiffe, intégration des étages), Air Liquide (structure
troisième étage), SEP (propulsion) et MATRA (case à équipement et banc d
contrôle au sol). La France s' engage sur 60 % du programme, le reste étant à
trouver d' ici deux mois auprès des autres partenaires. Le L3S devra être
opérationnel pour 1980 et la mise en orbite du satellite de télécommunication
européen et être comparable en coût aux Atlas Centaur américain. Il est décidé d’ utiliser les techniques déjà développées
et sures. Au lieu d' un lanceur deux étages équipés d' un gros moteur
cryogénique, le L3S en possède trois et seul le dernier est cryogénique ce
qui limite les risques. Cet étage aura un diamètre de 2,6 m et le moteur HM7 de
la SEP assurera la propulsion. Il contiendra 10 tonnes de carburant. Les deux étages
inférieurs utiliseront des carburants classique avec des moteurs Viking. Plusieurs formules sont proposées : L’ étage L140 est plus petit que le L150 d’ Europa
3B et il utilise les mêmes ergols, UDMH et N2O4, la propulsion étant assurée
par 4 moteurs Viking de 60 tonnes de poussée. Du coté des moyens d'
essais, de nouveaux banc d' essais seront construit à Vernon. Les banc actuels
PF 2 et 4 seront utilisés pour les moteurs Viking seul et le second étage avec
réservoirs "lourds". Un banc PF20 sera construit pour le premier
étage ainsi qu' un autre pour les essais en configuration de vol réel. Pour le
moteur cryogénique, 4 bancs seront aussi construit à Vernon en plus de celui
d' Allemagne (Ottobrunn), un pour les essais de turbo pompe PF41, un pour moteur
complet, un pour les étage avec réservoirs lourds PF42 et un pour l' étage en
configuration de vol PF43. L' intégration du lanceur sera réalisé aux Mureaux
ou l' Aerospatiale construira un bâtiment pour l' intégration à l' équerre (premier étage horizontal, second et troisième vertical et les essais
dynamiques complet.) Le 12 juillet, la Conférence spatiale européenne se réunit pour confirmer les décisions de principe de décembre. Coup de théâtre moins d'une heure après son ouverture, la réunion est ajournée. Les délégués de l'Italie, des Pays-Bas et de la Suède ne sont pas mandatés pour prendre immédiatement des engagements. L'inquiétude est grande, en additionnant le pourcentage de chaque membre, les 100ù ne sont jamais atteint. La France est d' accord pour financer le L3S à concurrence de 60% et assumer le coût des risques supplémentaires. elle est aussi d' accord pour le Spacelab à condition d' obtenir un accord sur le lanceur. Les Britanniques acceptent de participer modestement au Spacelab, mais n' ont aucun intérêt pour le L3S. L' Allemagne enfin se dit prêt à participer au L3S à la hauteur d' un certain pourcentage exprimé en Mark et non en pourcentage. De plus, elle lie sa participation au lanceur à celle du Spacelab. La Belgique s' engage pour 4% dans le Spacelab et le L3S, l' Espagne prend 2%, les Danois donnent leur accord pour 0,5% tandis que la Suède, la Norvège et les Pays Bas ne se décident pas . La réunion est ajournée et les décisions sont reportées au 31 juillet. Sur les conseils de M Charbonnel, Charles
Hann, ministre Belge de la recherche (1973 à 76) qui préside la réunion
entreprends un tour d' Europe afin de convaincre les responsables scientifiques,
mais sans réel succès.
Le 1er août, le programme L3S est déclaré
projet spécial CERS-ESRO, chaque pays étant libre d’ y participer ou pas. En ami, la France propose de prendre à sa charge 60% du
financement du programme, celui devant couté 2060 000 000 F (1973). Une marge
de 20% pour aléas porte le coût du programme à 2472 000 000 reportés sur 7
ans. Octobre, le L III S trouve un nom : il s'appellera Ariane.
Pourquoi Ariane? L'histoire raconte que des noms tels que Vega ou Phoenix (celui
qui renaît de ses cendres, allusion à peine voilée aux problèmes des
lanceurs européens précédents), sont sortis d'un concours interne à l'Agence
spatiale européenne. Le choix final est alors proposé au ministre de
l'industrie et du développement scientifique, M. Charbonnel. Le ministre
choisit "Ariane ", nom qui ne figure pas dans la liste! Pourquoi?
Parce que n'ayant que deux fils, M. Charbonnel avait toujours souhaité une
fille qu'il aurait appelée Ariane ! Une autre légende affirme que M Charbonel
pensait au fils d' Ariane, qui dans la mythologie grecque permit à Thesée de
se retrouver dans le labyrinthe après avoir triomphé du minotaure.
Le 6 décembre la responsabilité du projet dénommé est confié au CNES par l’
ESRO, le protocole d’ accord étant définitivement
signé le 7 février 1974. Dans l’ arrangement final, le 28 décembre la France
accepte de couvrir les surcoûts du programme jusqu’ à 35% des 2472 millions. L' ORGANISATION INDUSTRIELLE ET FINANCIERE 1974 Janvier, début de la construction du SIL le Site d' Intégration des lanceurs aux Mureaux près de paris dans les locaux de l' Aerospatiale. Dans ce bâtiment, les lanceurs seront assemblés en deux parties, le premier étage et l' ensemble second troisième car sa hauteur ne permet pas de dresser le lanceur complet comme sur le pad. D' une superficie de 4000 m2, le SIL est divisé en 4 zones de travail avec une nef centrale de 33 m de hauteur équipée d' un pont roulant.
Le 7 février, le protocole d'accord de décembre 1973 est définitivement signé, la responsabilité du programme
a été confiée au CNES par l'ESRO. En ce
qui concerne la répartition financière, la France a dû accepter de payer plus
que les 60 % qu'elle proposait au printemps 1973. A quoi il faut ajouter pour certains de ces pays d'autres investissements dans le programme spatial européen. A côté du lanceur, ne l'oublions pas, il y a aussi le projet Spacelab pour lequel se mobilisent l'Allemagne et l'italie, et le projet Marots de télécommunications maritimes qui retient l'attention du Royaume-Uni. L'ensemble du programme L III S, lui, doit coûter 2060 millions de francs aux conditions économiques de janvier 1973. Une marge de 20 % pour aléas porte le total à 2 472 millions répartis sur 7 ans. Pour la France, le financement supporté est équivalent à la construction de 20 à 40 kilomètres d'autoroute par an et représente 25 % du budget spatial français. Dans l'arrangement final qui entre en vigueur le 28 décembre 1973, le gouvernement français s'engage à couvrir les surcoûts éventuels du programme jusqu'à concurrence de 35 % au-dessus de 2 060 millions. Au-delà de ce plafond, il est convenu que les états participants se concerteront sur la suite à donner au programme. chacun étant libéré de ses engagements. La contribution de chaque pays est exprimée
en monnaie nationale et est réévaluée en fonction de l'inflation dans ce pays
(qui par ailleurs reçoit un montant de travaux au moins égal à 80 % de sa
contribution), mettant ainsi le programme à l'abri de l'érosion monétaire et
des modifications de parité. 1 avril, dissolution et incorporation à l'Agence spatiale européenne du CECLES/ELDO. Valery Giscard d' Estaing arrive à l' Elysée suite au décès du président Pompidou en avril. En mai juin, il demande à revoir certains des grands projets "Gaulien" dans le cadre de la préparation du budget 1975. Le projet Ariane avec quelques autres lui paraissent trop "grand". Pendant 4 mois, le programme est suspendu. Le CNES se voit interdire de passer des contrats avec les industriels en vertu d' un accord passé avec l' ESRO Michel d' Ornano ministre de l' industrie supprime tous les crédits pour Ariane. Un Lobi intellectuel et industriel se crée et le programme redémarre le 16 octobre mais avec un retard induit de quatre mois sur le premier vol : la date objectif glisse du 15 mars au 15 juillet 1979. Les budgets étant signé, il faut taxer plusieurs ministères, les PTT, la Défense et les Transports, le CNES devant réduire ses programmes nationaux. L'expérience technique sur laquelle s'appuie la définition du lanceur Ariane et l'homogénéité technique recherchée ont conduit à retenir le CNES en tant que maître d'oeuvre du programme. Pour la phase de développement, le CNES a passé cinq contrats directs (niveau 1) auprès des industriels français- un contrat "d'architecte industriel" à la SNIAS-DSBS. Au titre de ce contrat, la SNIAS est responsable des études "système", des essais "système", de la gestion de la configuration du système et des différentes opérations d'intégration du lanceur jusqu'à la présentation en recette au CNES du lanceur complet aux Mureaux. - un contrat "d'étagiste" à la SNIAS Centre Technique des Mureaux. Au titre de ce contrat, la SNIAS réalise les structures des deux premiers étages, la coiffe et les inter-étages et assure l'intégration des trois étages et les présente en recette au CNES. - un contrat pour le développement des ensembles propulsif s des trois étages à la SEP. En ce qui concerne le premier étage, la SEP est en outre chargée du développement et de la fourniture de la baie de propulsion. - un contrat pour le développement des structures cryogéniques du 3ème étage à l'AIR LIQUIDE. - un contrat pour la fourniture de la case à équipements à la MATRA. En outre, un contrat pour la fourniture du banc de contrôle du lanceur a été passé à la firme beige ETCA. En vue d'assurer le retour des travaux dans l'industrie européenne, à 80% de la contribution de chaque état participant, des appels d'offres ont été faits par chacun des contractants de niveau En raison des délais
d'approvisionnement et de fabrication d'un lanceur, la production de
lanceurs opérationnels a été entamée bien avant l'achèvement de la
phase de développement pour éviter une rupture entre les lancements de
développement et les lancements opérationnels. La décision
d'entreprendre la production des lanceurs Ariane a été prise par les
états membres de l'Agence en avril 1978. Cette décision couvre la
fabrication et le lancement sous la responsabilité de l'Agence d'une
première série, appelée "série de promotion", de six
lanceurs opérationnels (le sixième lanceur ayant été ajouté
ultérieurement). L'agence négocie et conclut les contrats les utilisateurs d'ARIANE. Les contrats fabrication pour la fabrication des lanceurs sont passés par le CNES qui effectue pour l'Agence les opérations de lancement. L'organisation industrielle a été
adaptée au caractère spécifique de la phase de production, Elle se
présente comme suit sous la responsabilité du CNES:
La gestion du projet par un organisme unique, le CNES, doté des pouvoirs
nécessaires, qui a derrière lui l'expérience du programme Diamant et
s'enrichit de celle de l'ELDO par transfert d'un certain nombre de personnes
chargées du programme Europa, est déjà un gage de cohérence et
d'efficacité. Dans les grands projets complexes il faut aussi s'appuyer sur des
techniques de gestion du type de celles développées aux Etats-Unis pour les
programmes Polaris ou Apollo. La recette du lanceur se fait en Europe au niveau des étages, de la case et de la coiffe qui sont transportés ensemble en Guyane pour le lancement. Le calendrier de fabrication prévoit la livraison d'un lanceur tous les trois mois, le premier lanceur opérationnel devant être fourni en novembre 1981 ; les lanceurs de la série de promotion seront en principe lancés en 1982 et début 1983. Août, les équipes de l' ESRO et de Mc Donnel Douglas réalisent une étude sur l' implantation d' un pad de tir pour les lanceurs Delta (2314, 2914 et 3914) sur le CSG. Une décision finale sera prise en octobre. Dans le cas d' une construction, un premier tir de delta depuis Kourou sera réalisé dès juin 1977 avec des satellites européen OTS, Marots et Aerosat.
Maquette de la baie de propulsion du L140
Les premiers réservoirs du L140 en fabrication.
Maquette du moteur cryogénique de la SEP le HM7 avec ses turbopompes. 1975 Banc PF20, PF42 et 43 Les travaux sur le banc d' essais PF 20 de le SEP Vernon destiné aux essais de l' ensemble propulsif du 1er étage se poursuive normalement . Construit entre les bancs 4 et 5, le PF20 permettra les essais du groupement des quatre moteurs à partir de janvier 1976. Six essais de ce type avec réservoirs lourds de banc sont prévus jusqu'au troisième trimestre 1976. L' ouvrage comprend un massif en béton armé de 20000 tonnes avec déflecteur de jet non refroidit garni de 800 tonnes de plaques d' acier épaisse de 8 cm surmonté d' une dalle permettant le passage des quatre jets des moteurs. L' étage sera amarré sur des machoîres capable de retenir 100 tonnes chacune. L' alimentation se fera par des réservoirs de banc de 52 tonnes d' une capacité moitié des réservoirs de vol. Le poste de contrôle enterré à coté possédera de moyens de calculs et de mesure très moderne et circuit TV. L' aire de stockage des ergols est à quelques centaine de mètres et comprend 3 cuves de 125 m3 pour 500 tonnes de N2O4 et 3 autres pour 300 tonnes d' UDMH. L' UDMH nécessaire à Ariane sera produit par l' URSS (les USA n' en n' ont plus pour l' instant). 1500 tonnes seront acheminé par l' intermédiaire de la société d' importation de produits chimique soviétique Sogo. Juste à coté, trois autres bancs pour l'
étage cryogénique, les PF 41, 42 et 43. Le PF42 servira pour la baie de propulsion du HM7. L' ouvrage en béton repose sur un massif d' ancrage supportant l' étage et muni d' un déflecteur et d' un portique de manutention avec réservoirs lourd. le PF 43 enfin est comparable au 42. Il servira pour la qualification de l' étage et pourra servir de doublure au 42. 450 personnes travaillent à la SEP directement sur Ariane qui recevra 820 millions de F pour l' ensemble des essais moteur. Le moteur Viking 2 du 1er étage a subit ses premiers essais en configuration turbopompe seule en 1973. la qualification du moteur est prévu en avril 1976. Le premier essai d' ensemble propulsif avec des réservoirs de vol (c' est-à dire d' un premier étage sans ses systèmes électriques) est programmé en décembre 1976 et après 4 essais de ce type, le premier essai de qualification en décembre 1977. La livraison de l' étage de vol doit intervenir le 30 avril 1978 ainsi que celle des étages 2 et 3, de la case et de la coiffe. Le second étage doit subir ses premier essais d' ensemble propusif en octobre 1976 et après 4 essais de ce type, son premier essai de qualification en octobre 1977.Les essais Viking nécessiteront 52 moteurs.
En ce qui concerne le moteur HM7 (héritier des HM4) les essais débuteront en
dès avril sur les bancs de Villaroche avant de se poursuivre à Vernon en 1976.
Les essais avec réservoirs lourds de banc devraient s'étendre de l' été 1976 à la fin 1977 et les essais d'ensemble
propulsif d'octobre 1976 à novembre 1977 suivis par les essais de qualification
sur une période de 7 mois. La qualification des sous-systèmes moteurs,
structures doit occuper l'année 1976. Le développement du HM7 utilisera 14
moteurs dont trois en configuration de vol. et 6 pour la qualification finale. Juillet, Kourou le CNES démarre les travaux de modification de la BEC pour Ariane. Dans un souci d' économie, le CNES pensait réutilisé les installations Europa 2 d'où une seule fusée Europa avait décollé en 1971. La solution de 1973, de construire un nouveau pas de tir à 1 km au nord du pad de tir Diamant est abandonné. Il est prévu de refaire le massif de béton supportant le lanceur en avant de l'aire de lancement Europa 2 d' y "enterrer" le lanceur de 6 m et de rehausser la tour de lancement de 6 m également pour rentrer Ariane dedans. Le local blindé du centre de lancement est réutilisé. La fin des travaux de construction est prévue le 31 décembre 1976 et les essais de mise au point des installations doivent s'achever durant le premier trimestre de 1978 avec des exercices de mise on oeuvre d'un lanceur complet jusqu'à une répétition de chronologie de lancement. Le lanceur ne doit pas voler mais à pour objet de représenter suffisamment la configuration du lanceur réel pour que toute les opérations de mise on oeuvre, mise en place des étages les un sur les autres, remplissage en ergols, pressurisation, commandes et compte rendues des organes électriques se fassent comme sur le premier modèle de vol. Celui ci doit arriver le 1er janvier 1979 en Guyane et décoller le 15 mars 1979. Novembre, le Site d' Intégration Lanceur aux Mureaux est terminé, il a coûté 29 millions de F sans compter le banc de contrôle fournit par ETCA Belgique. Le SIL, propriété de l' ESA permettra d' intégrer jusqu' à 5 lanceurs par an. Il a été construit volontairement au fond d' une ancienne carrière en craie pour limiter aux 20 m autorisés par la présence de l' aérodrome voisin la hauteur apparente de l' édifice. Mesurant 100 m de long, il possède plusieurs postes d' assemblage des réservoirs et bati-moteur, ainsi que deux cellules d' intégration du premier étage L140, ainsi qu' une cellule pour l' intégration du lanceur complet en deux parties, l' une (étages supérieurs) verticale et l' autre (1er étage) horizontale. Un seul lanceur est intégré à la fois sur deux mois. A partir du lanceur L05, l' intégration du lanceur complet ne se fera plus au SIL mais en Guyane, Aerospatiale intégrant toujours les premiers et troisième étage aux Mureaux, ERNO le second dans ses usines allemandes. Le SIL va permettre en 1976 les premiers essais au niveau lanceur complet,
les essais de la maquette dynamique. Ces essais sont destinés à vérifier les caractéristiques
dynamiques d'Ariane (modes et fréquences de vibration, amortissements) qu'il
est indispensable de connaître pour assurer le pilotage de l'engin ou éviter
les phénomènes POGO. Les accéléromètres et gyromètres qui permettent le
pilotage détectent on effet ces modes de vibration de l' ensemble du lanceur
qui se traduisent par les mouvements réels du centre de gravité ou de
rotation. Si les organes de pilotage ne comportaient pas des filtres destinés
à éliminer les fréquences correspondantes, les mouvemente 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 hydroélastiques
liés aux compressibilité des liquides et élasticité des tuyauteries, coulage
qui se répercute en oscillations de poussée de moteurs, lesquelles excitent à
nouveau les vibrations structurales et ainsi de suite. Non maitrisé, le phénomène
peut détruire le lanceur ou au moins le satellite (cas du premier lancement
Diamant B, par exemple). Au niveau système lanceur
complet sont aussi préparés des essais de maquette électrique destinés à
démontrer la compatibilité électrique entre les différents éléments du
lanceur et également entre les éléments et le banc de contrôle. Ces essais
doivent aussi valider les programmes informatiques de contrôle utilisés sur ce
banc, ils sont prévus au SIL de mi 1976 à la fin 1977.
Le premier réservoir de l'étage L140 destiné à la maquette dynamique au SIL
Après le dernier tir du Diamant BP4 en fin d' année, le CSG va se retrouver en
période de' attente jusqu' en 1978-79. Quelques 168 emploies vont être
supprimés sur les 600 travaillant en Guyane. Après la fin des tirs
Diamant, le pad sera mis sous "cocon" et la BEC d' Europa modifié
pour Ariane ne qui nécessitera plus de personnes dès 1976. Le centre sera en
outre modernisé (informatique, télémesure, radar), et quelques
infrastructures réparés (toiture, route).
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