La naissance d' Ariane 1 partie 3

1976 TEST GRANDEUR NATURE

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 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 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.

De début juin au 15 août 1977 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.

	La maquette dynamique du L140 aux Mureaux

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.

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, trois essais de séparation de la coiffe Contravès ont lieu dans la grande chambre à vide de I'ESTEC en Hollande de juin 1977 à mars 1978.

Dès 1977, les essais aérodynamiques conduits par I'ONERA en soufflerie sont terminés. Réalisés en différentes configurations, fusée complète ou étages séparés, et à différentes vitesses, ils 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 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. 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.

LA NAISSANCE D' ARIANE ARIANE MR