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CHRONOLOGIE ARIANE

ARIANE 6

CARACTERISTIQUES D'ARIANE 6

Ariane 6, déclinée dans ses 2 versions, A62 et A64, sera à même de répondre aux attentes du marché des lancements de satellites de masse moyenne (jusqu'à 5t) et de masse lourde (jusqu'à 10,5t) en orbite de transfert géostationnaire (GTO).

C'est en avril 2016 que la version définitive est adopté. 22 pays la construisent sous la direction d'ArianeGroup. Le lanceur mesure 70 mètre de hauteur pour un diamètre de base de 5,4 m. Selon le nombre de boosters accolés au corps central, la masse va de 500 à 800 tonnes et la poussée de 800 à 1500 tonnes.

Les boosters ERS (Equiped Solid Rocket), dénommés aussi P120C sont au nombre de 2 ou 4 selon la version. Il mesure 22 m de hauteur pour 3,4 m de diamètre et brule ses 140 tonnes de propergols en 130 secondes. Chaque ESR est composé d'une jupe cylindrique arrière qui s'adapte aux palettes de la table de lancement, le moteur P120C et la jupe avant avec son cône qui s'adapte au corps central d'Ariane 6. Avio en Italie réalise l'enveloppe du booster en fibre de carbone. La tuyère, entièrement nouvelle est réalise près de Bordeaux par le groupe B-Line d'ArianGroup au Halian. Le cône avant est fabriqué en Espagne.

Outils d'assemblage du ESR dans le BIL

Le premier étage est dénommé LLPM (Lower Liquid Propulsion Module), C'est un "EPC" raccourci. Il contient 140 tonnes d'ergols cryogéniques. Sa propulsion est assuré par un moteur Vulcain 2.1 de 135 tonnes de poussée qui fonctionne 460 secondes. L'étage est constitué de 2 réservoirs LH2 et LOX (2 fonds et un cylindre pour le réservoir LOX et 2 fonds, 4 cylindres pour le réservoir LH2), une interface de jonction (Inter Tank Structure) assurant aussi les efforts de charge des ESR et la baie du moteur Vulcain (Vulcain Aft Bay).

La VuAB ou bâti-moteur du Vulcain

LLPM ou étage inférieur AR

Les interfaces sol de l'étage LLPM, les MANG, module d'avitaillement nouvelle génération, qui remplace les EPC LBS, liaisons bord-sol, les PCR, prise culot pneumatique et les valves isolées d'Ariane 5. Ces interfaces se composent de 2 parties, la partie bord sur l'étage et sol, éjectable qui se séparent du lanceur au décollage. La partie bord est boulonnée à l'étage, la partie sol est attaché à un ombilical. Avant le décollage, la partie bord et sol est connectée ensemble par 2 fusible, les PACKC. Au décollage, les vérins pyrotechniques crées une force précise pour tirer les bras, induisant un couple pour casser les PACK. L'interface MANG est composée d'un orifice principal de large diamètre pour le propergol avec un clapet qui se ferme mécaniquement à la déconnexion et qui peut être actionné pour la fermeture lorsqu'il est connecté. La déconnexion peut se produire juste au décollage, en positif temps. Fonctions gaz supplémentaires jusqu'à 400 bar sans clapet. L'étage LLPM est équipé de 8 MANG de 4 diamètres différents pour le remplissage , la pressurisation des réservoirs et 2 petits diamètres pour la purge moteurs. Ces MANG de petits diamètres avec clapet assurent aussi le refroidissement, supprimant les les valves de refroidissement présentes sur Ariane 5.


       

Le Vulcain 2.1 destiné à Ariane 6 est un moteur cryogénique brûlant des propergols cryogéniques, LOX et LH2 et utilisant un générateur de gaz et 2 turbopompes indépendantes. Il est une évolution du Vulcain 2 d'Ariane 5E avec les mêmes performances (poussée de 137 tonnes dans le vide) mais introduisant de nouvelles technologies, notamment impression 3D, permettant de réduire les couts sur le lanceur et les opérations au sol.

Vulcain 1 vs Vulcain 2

Le Vulcain 1 est un moteur à flux dérivée dans lequel les turbopompes qui alimentent la chambre de combustion, sont entraînées par la combustion, dans un générateur de gaz unique, des ergols prélevés (3 %) sur le circuit principal. Un fort excès d'hydrogène a pour effet de limiter la température des gaz, tout en les rendant réducteurs, de façon à protéger les aubes de turbine. Les ergols sont injectés dans la chambre de combustion sous très grande pression, 110 bars à travers un injecteur frontal avec 516 éléments coaxiaux. Le refroidissement de la chambre est assuré par la circulation du LH2 à l'intérieur même par l'intermédiaire de 320 canaux longitudinaux usinés dans la paroi. Les gaz du générateur sont evacués par deux échappements de chaque coté de la tuyère. La tuyère aussi est refroidit par circulation dans ses parois de l'hydrogène liquide à -250°C, procédé "dump cooling". La version Vulcain 2 est plus puissante, 20% de plus de CU avec une tuyère nouvelle dont le refroidissement est assuré par la circulation de l'hydrogène dans 300 petites canalisations, soit moitié moins que la version 1. Les gaz chauds de la tubine sont réinjectés dans la tuyère.

Vulcain 2

 

La version Vulcain 2.1 utilise le même principe de fonctionnement avec un rapport de mélange LOX-LH2 de 6,03, un débit de 326 kg/s d'ergols dans la chambre (sous118,5 bars), une poussée de 137 tonnes dans le vide pour une masse de 2150 kg. Il brule 154 tonnes d'ergols en 500 secondes de vol.
Le moteur utilise, par exemple une nouvelle tuyère réalisée en matériaux sandwichs (SWAN), à la place de la technologie en tubes, un générateur de gaz réalisé par impression 3D, une nouvelle vanne gaz chauds électrique, ou encore un réchauffeur oxygène dans les conduites d'échappements pour la pressurisation du réservoir oxygène de l'étage principal du lanceur Ariane 6, à la place de l'hélium liquide très couteux. Le tore de ré-injection des gaz chauds situé à mi hauteur sur la tuyère est supprimé et 2 lignes d'éjection similaire à la version Vulcain 1 sont rajoutées. Une protection thermique a été rajoutée sur la tuyère (tuiles d'iconel renforcées) et les lignes d'éjection (couches de Nextel, Fibermax et Nextel) protégeant de l'environnement des boosters ESR. Le moteur pèse près de 2000 kg pour 3,6 m de hauteur et 2,1 m de diamètre en sortie de tuyère. Les modifications adoptées sont destinées à la réduction du coût de production et n'ont pas vocation à accroître les performances du moteur. Vulcain 2.1 contribue ainsi à l'atteinte des objectifs de coûts du lanceur Ariane 6, tout en conservant l'efficacité et la fiabilité démontrées sur Ariane 5.

La tuyère du Vulcain 2.1. Fabriqué par GKN Aerospace. Elle mesure 2,5 m de diamètre, intègre des technologies innovantes avec des performances plus élevées, des délais d'exécution plus courts et une réduction substantielle des coûts. L'utilisation à grande échelle du soudage au laser et du dépôt de métal au laser (fabrication additive) pour les principales caractéristiques structurelles a entraîné une réduction de 90 % des composants, passant d'environ 1000 pièces à 100 pièces

La chambre de combustion du vulcain 2. Sur la partie haute viendra de fixer le dôme avec les injecteurs LOX et LH2. C'est aussi par ce dôme qu'arrive l'oxygène liquide. En bas, le tore par lequel arrive le LH2. Il circule dans les parois de la tuyère pour la refroidir ainsi que dans les parois de la chambre avant de remonter vers le dôme ou il sera injecté à l'oxygène.

Modèle M1 du Vulcain 2.1 en octobre 2017 a son arrivée au DLR à Lampoldshausen, Allemagne: hauteur 3.6 m pour 2.1 m de diamètre ne sortie de tuyère

Les différentes modifications apportées au moteur ont été qualifié au travers de 3 campagnes de tests avec les moteurs M1 (développement), M2 (qualification) et M1R (tests d'acceptance et sur l'ELA4), réalisées entre début 2017 et mi 2019. Parallèlement, les bancs P5 en Allemagne et PF50 en France sont aussi modifiés pour les tests de mises à feu. Les tests du moteurs débutent en 2018 et poursuivent les essais du Vulcain 2 réalisés au cours des campagnes M201 à 209 et ARTA, la consolidation pour les programmes Galiléo ATV et ECA et de quelques 80 vols Ariane 5 ECA.

Ce moteur Vulcain 2, la "tête à l'envers" a servit pour qualifier les nouveaux moyens de montage du Vulcain 2.1 à Vernon. il a été baptisé "le mulet".

Premier moteur Vulcain 2.1 début 2016

Le Vulcain 2.1 ressemble au Vulcain 1 dans son aspect externe avec ses 2 échappements du générateur de gaz

Le premier moteur Vulcain 2.1 M1 est testé pour la première fois le 23 janvier 2018 sur le site de Lampoldshausen en Allemagne durant 630 secondes. Suivent 12 autres mises à feu jusqu'à la mi 2018 totalisant 6315 secondes de fonctionnement. Il a  constitué la première étape de validation technique du bon fonctionnement du moteur et de ses nouveaux composants ainsi que les adaptations du banc d'essai. Le second moteur M2 est mis à feu pour la première fois en novembre 2018 et cumule 5610 secondes de fonctionnement en 9 tests jusqu'en juillet 2019. Le moteur a permit de le tester tous son domaine de fonctionnement vol (poussée, rapport de mélange, conditions d'alimentation en ergols). Tous les essais de réception des moteurs de vol en phase de production, à partir de 2019, sont réalisés au banc PF50 du site ArianeGroup de Vernon. Le moteur M1, remis en état devient le M1R. Après ses essais d'acceptance, il est  monté sur l'étage LLPM aux Mureaux et sert pour les essais de qualification CTM-L au CSG sur l'ELA 4.

       

 

Le second étage est le ULPM (Upper Liquid Propulsion Module). Il est équipé du moteur Vinci rallumable en vol de 18 tonnes de poussée. Il contient 35 tonnes d'ergols cryogéniques. Il peut fonctionner durant 900 secondes selon les missions. Les réservoirs nus de l'étage supérieur ULPM principalement réalisés en alliage d'aluminium. L'étage est composé de haut en bas, de l'interface avec le lanceur (Launch Vehicle Adapter) au dessus du réservoir LH2, des réservoirs LH2 et LOX avec l'ITS, l'interface de jonction (Inter Tank Structure), la structure de poussée du Vinci (VINCI Thrust Frame) et le bouclier thermique du moteur Vinci (Vinci Heat Shield) à la base du réservoir LOX. L'avionique est concentrée dans l'ITS entre les réservoirs d'ergols. L'étage embarque 5 tonnes de LH2 et 26 t de LOX. Le fait que le moteur Vinci soit rallumable en vol permet de multiple mission pour Ariane 6, en orbite LEO, SSO, MEO, GTO, GTO+ et vers d'autres planètes. A l'issue de chacune, l'étage est désorbité.

Les réservoirs LOX de l'étage ULPM Flight Model 1 en construction à Breme

Le moteur Vinci équipe l'étage ULPM est le successeur du HM7 des Ariane 1 à 5, mais en version rallumable en vol (4 fois). Il développe 18 tonnes de poussée alimenté par des ergols cryogéniques LOX et LH2. C'est un moteur à cycle expandeur, c'est à dire que la turbine de la turbopompe est alimentée par la détente de l'ergol cryotechnique qui circule dans les parois de la chambre de combustion et de la tuyère pour la refroidir et passe de l'état liquide à l'état gazeux. Ce dispositif remplace le générateur de gaz séparé de la chambre de combustion utilisé pour alimenter la turbine dans un cycle générateur de gaz. Il est équipé de turbopompes de très grandes vitesse 90 000 t-mn pour l'hydrogène et 18 000 pour l'oxygène permettant une pression de combustion dans la chambre de 60,8 bars. La tuyère du moteur (1,84 m de diamètre), fabriqué en céramique carbone,  est déployable en vol, faisant grandir le moteur de 2,3 à 3,2 m de hauteur pour 2,15 m de diamètre en sortie de tuyère et pèse 550 kg.

Ce moteur devait être opérationnel vers 2009 pour Ariane 5 version ECB. Les premières études lancés en juin 1998 ont été confirmé par l'ESA en mai 1999. Suite à l'échec de la première Ariane 5 ECA le programme a pris du retard, de nombreux moyens affectés au moteur Vinci ont été réaffectés au Vulcain 2 d'Ariane 5. Bien que la version ECB ait été abandonné, le développement du Vinci a continué chez Snecma. En 2006, un contrat est passe par l'ESA pour des essais de longue durée et ses possibilité de rallumage en vol. Le centre allemand de la DLR commence les essais  de 6 mois en 2010.

Les phases de tests visant à qualifier pour le service le moteur Vinci se déroulent a la DLR en Allemagne, à Lampoldshausen en Allemagne. Début 2018, le moteur terminait ses 2 campagnes de qualification sous-systèmes (appelées M6 et M7). 140 essais du moteur ont désormais été réalisés, un essai de 1 569 secondes, une série de 20 « boosts » (1 allumage suivi de 19 ré-allumages du moteur) réussis, totalisant une durée de fonctionnement de 300 secondes et une mise à feu continue de 800 secondes en « fonctionnement haut », c'est-à-dire au niveau de poussée maximale pour lequel  le moteur est dimensionné. Le moteur doit en service être capable de se rallumer 4 fois et des durées de mise à feu maximale de 900 secondes. Le 12 octobre, après un dernier tests à Vernon (957 secondes et 2 "boost"), au terme de 148 tests, le moteur est qualifié.

L'APU, Auxilary Power Unite est un petit système propulsif intégré à l'étage supérieur destiné à pressuriser les réservoirs LOX et LH2 et préparer l'allumage du moteur Vinci en vol. Ce système remplace la pressurisation par réservoirs d'hélium, utilisée sur Ariane 5. Le fait que le Vinci puisse se rallumer en vol de nombreuses fois aurait impliqué d'avoir d'énormes quantité d'hélium à bord, augmentant la masse de l'étage au détriment de sa performance. L'APU utilise une petite partie du mélange LOX et LH2 des réservoirs, l'évapore pour ensuite pressuriser ces mêmes réservoirs. C'est la première fois qu'un lanceur européen utilise ce système.

Le générateur APU a été réalise en impression 3D, afin de réduire les couts et le temps de fabrication

Le Sylda ou DLS, Dual Launch Structure de 4,5 m de diamètre qui protège les satellites avant largage est disponible en 3 hauteurs: 7,8, 8,8 et 9,8 mètres. Il est posé sur le LVA Launch Vehicle Adapter lui posé au dessus l'étage supérieur. Comme pour Ariane 5, toute une série d'adaptateur CU, les PAF, Payload Adaptator Fitting a été développé pour Ariane 6.

Ariane 6 permet aussi le lancement de petites charges, petits satellites grâce à l'utilisation de dispenser.

La coiffe mesure 20 m de hauteur pour 5,4 m de diamètre. La charge utile sera intégrée dans cette coiffe au BAF d'Ariane 5, dans sa partie haute, renommée UCIF, Upper Composite Integration Facility.

La coiffe Ariane 6 est réalisée par RUAGSpace entièrement en autoclave, procédé initié en 2017 pour Ariane 5 lors du vol VA238. Pour exécuter le nouveau processus hors autoclave, RUAG a investi dans un hall de fabrication ultramoderne à Emmen, en Suisse. S'appuyant sur des machines sur mesure et des processus automatisés, le nouveau centre composite a été inauguré en 2016.

Le carénage de charge utile à base de fibre de carbone se compose de deux demi-coques, qui se séparent dans l'espace. Ces coquilles sont nouvellement durcies dans un four industriel au lieu d'un autoclave. Cela nécessite moins d'énergie et, grâce à sa taille, le four industriel peut durcir une demi-coquille entière en une seule pièce. L'intégration verticale coûteuse et longue d'éléments de coque individuels peut être évitée. Cela réduit le temps de passage de 50 % et permet à RUAG d'augmenter le volume et la séquence de livraison de ses carénages de charge utile.

La coiffe Ariane 6 chez RUAGSpace en attente de livraison

Container avec la coiffe à l'intérieur

PERFORMANCES

Les performances du lanceur en version 64 sont de 11500 kg en GTO, périgée à 250km, apogée à 35786 km, inclinaison de 6°, 9300 kg en GTO et MTO, MLédium Transfert Orbit (220-35486 km, 6°. En version 62, la performance est de 4500 à5000 kg en GTO. AR6 64 peut injecter directement un satcom de 5000 kg en GEO. Pour les orbites SSO à 90° d'inclinaison, les performances sont de 14 900 kg à 500 km pour la version 64, 6450 kg pour la version 62 et 14 100 kg-5800 kg à 900 km. Pour les orbites polaires, la performance est de 14100 à 16 100 kg selon l'altitude (1500-1500 km ou 300-300 km pour la version 64 et de 5500 à 7100 kg pour la version 62. Enfin, en LEO, la performance est de 10350 kg à 300 km, 5° d'inclinaison pour la version 62 et 21650 kg pour la version 64. AR6 permet aussi l'envoi de 2500 kg hors du système solaire pour la version 62 et 7500 kg pour la version 64.

Coordonnés du lanceur

       

Ariane 64 sur le pad, le mat et le portique sont au Nord. Le lanceur est posé sur la table de lancement, l'axe Yl au S-O et l'axe Zl au S-E. Les ESR 1 et 2 sont sur l'axe Yl et les ESR 3 et 4 sur l'axe Zl. Les ESR 2 et 4 sont coté mat et les ESR 1 et 3 sont à l'opposé. En version 62, seul les ESR 1 et 2 sont montés à l'étage central, dans l'axe S-O pour l'ESR1 et N-E pour l'ESR 2. En version 64, l'ESR 3 est dans l'axe S-E et l'ESR 4 dans l'axe N-O.

 

 

 

QUI FAIT ARIANE 6
LA CAMPAGNE DE LANCEMENT ARIANE 6
LE DEVELOPPEMENT D' ARIANE 6
CSG ELA 4