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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. C'est un lanceur à la fois à propulsion liquide cryogénique avec l'étage inférieur dit "lower liquid propulsion module" (LLPM) H150 équipé d'un moteur Vulcain 2.1 et supérieur dit "upper liquid propulsion module" (ULPM) H30, équipé d'un moteur rallumable en vol Vinci et propulsion solide avec les boosters ESR, equipped solid rocket, basé sur le P120C du lanceur Vega.

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, créant 450 tonnes de poussée. 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 (feuilles époxy pré-imprégnées de tissu enroulé et automatisé). La tuyère, entièrement nouvelle, constituée de divers matériaux composites dont carbone/carbone, est réalise près de Bordeaux par le groupe B-Line d'ArianGroup au Halian près de Bordeau.  La tuyère peut également être pivotée ce qui permet de diriger le lanceur. Le cône avant est fabriqué en Espagne. La fabrication des ergols, le chargement et l'intégration finale du moteur ont lieu en Guyane française.
Le moteur P120C est co-développé par ArianeGroup et Avio, au travers de leur joint-venture 50/50 Europropulsion. Le programme P120C est géré et financé par l'Agence spatiale européenne

Le col de la tuyère, du P120 C, là où la chaleur est la plus élevée avec 3000°C, est faite d'une une structure tissée en carbone. La spécificité du processus est d’ajouter des fibres courtes à une trame initiale à l’aide d’aiguilles spéciales, ressemblant à de petits harpons. La forme torique est ensuite cuite à très haute température pendant plusieurs semaines, ce qui permet d’obtenir une pièce carbone-carbone extrêmement solide et légère. Ce matériau a d’ailleurs la caractéristique de devenir plus solide sous les hautes températures, qui ajoutent des molécules de carbone. Le processus est automatisé grâce à une machine qui s’occupe de façon autonome du tissage. La production de cette pièce est de 4 jours pour Ariane 6 (4 semaines pour Ariane 5). Le nombre de pièces passe de 6 à 3, avec une tuyère en une seule pièce. Cette tuyère est composée d’un tissu de carbone imprégné de résine phénolique. Sa production est réduire en terme de manipulation. Une fois fini, elle est habillée pour être protégée, puis installé sur un mandrin. Sa face extérieure est usinée, avec un contrôle qualité classique et un contrôle non-destructif (CND). L’état est figé entre deux étapes dans une chambre à vide. Elle est ensuite posée sur un sapin d’usinage qui permet d’usiner la pièce pour les phases de contrôle. La pièce ne bouge pas de son support pendant toutes ces opérations. Le montage de la tuyère des accélérateurs P230 d’Ariane 5 nécessitait près de 1 200 h sur 100 jours ouvrés pour assembler 17 éléments. Les tuyères des P120C d’Ariane 6, composées de dix éléments ne demandent que 500 h de travail sur 38 jours ouvrés.

Outils d'assemblage du ESR dans le BIP

Cône avant des ESR, fabriqué par APCO Technologies, de même que les attaches arrières au CCA6

       

Les jupes arrière et avant du booster ESR, 3,75 m de diamètre sont fabriquée par la société Tchéque Klato ATC Space s.r.o. à Klatovy.

   

La pièce de transfert de poussée fixée sur la structure (en vert) est en aluminium et ne pèse que 10 kg. Elle doit résister à une charge de 36 tonnes soit la traction de 12 éléphants d'Afrique. La pièce à à droite, en violet est le joint d'assemblage "REAR Skirt - Rod Fitting", qui sécurise la connexion des moteurs d'appoint à l'étage central d'Ariane 6. La connexion de l'étage principal se fait en deux points : (Joint de montage et Support de montage)
et assure la mise en place d'un espace électronique à propergol solide et contrôle vectoriel de fiabilité (TVC).

Evolution des moteurs à propergols solide en Europe avec les tests Q2 d'un EAP Ariane 5 en juillet 1995, QM4 d'un P80 pour Vega en décembre 2007 et QM2 d'un P120C pour Ariane 6 en octobre 2020

Le premier étage, Corp Central AR6 est dénommé LLPM (Lower Liquid Propulsion Module), C'est un "EPC" raccourci. Il contient 140 tonnes d'ergols cryogéniques. Sa propulsion est assurée 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 moteur Vulcain à la base de l'étage

Les réservoirs hydrogène et oxygène de l'étage LLPM ou étage inférieur AR6 avec la jupe ITS, supportant les attaches avant des ESR.

Le LLPM Inter Tank Structure, fabriqué par la société tchèque ATC Space

Les interfaces sol de l'étage LLPM sont 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. Il y a 2 MANG assurant l'alimentation en LH2 et LOX de part d'autre de l'étage, avec 2 lignes qui courent le long de l'étage jusqu'au réservoir en haut.  Diamétralement opposé se trouvent la gouttière générale qui court le long de l'étage et la ligne de pressurisation H2. 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 fusibles, les PACK. 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.

Construction du réservoir LOX aux Mureaux

Réservoir LH2 et jupe ITS du LLPM

 

LE MOTEUR VULCAIN 2.1

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.

Réservoir d'hydrogène en construction à Brème 2019

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

L'étage ULPM Hot Fire Model destiné aux essais du moteur Vinci en Allemagne

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

Maitre d'oeuvre du programme, ArianeGroup coordonne près de 550 entreprises européennes pour faire Ariane

La coiffe est fabriquée par la Suisse, les structures des ESR, le SYLDA et les adaptateurs fabriquées par l'Espagne, les moteurs Vulcain 2 et Vinci fabriqués par la France et l'Allemagne et les les équipements cryogénique fabriqués par la France.

, L'Allemagne, la Roumanie, les pays Bas et la Suisse fabriquent les éléments destinés à l'étage inférieur,  l'étage supérieur et les ESR. L'Allemagne intègre les éléments de l'étage ULPM (réservoirs LOX, LH2, intertank et moteur), la France intégre l'étage LLPM (réservoirs LOX, LH2, intertank et moteurs), l'Italie intégre les ESR. L'ensemble prend le bateau pour la Guyane. Au CSG, la coiffe, le SYLDA et les adaptateurs (upper composite) sont assemblés dans la partie haute du BAF, le LLPM core est intégré  avec le UPPM  dans le BAL (central core) et les ESR dans le BIL.

 

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