 |
LES SOLID ROCKET BOOSTERS
|
Les deux boosters d' appoint du STS, les SRB produisent l' essentiel de la poussée au décollage et jusqu' à environ 45 km d' altitude. En plus, les deux boosters supportent le poids du réservoir externe et de l' Orbiter et transmettent les charges au travers de leur structure dans la plateforme de lancement. Chaque booster a une poussée au niveau de la mer de 1200 tonnes, ils sont allumés après les moteurs principaux après vérification de leur poussée. Les deux SRB fournissent 71% de la puissance au lancement et pendant la première phase d' ascension. Ils s' arrêtent de brûler après 2 mn 15 s, se séparent et retombent dans l' Atlantique, après être montés à 65 km d' altitude, à 230 km du KSC.
Les SRB sont les plus gros moteurs à propergols solides du monde et son également les premiers à être réutilisable. Chacun mesure 45 m de hauteur pour 3,7 m de diamètre. Un booster pèse 590 tonnes au lancement, dont 440 tonnes de propergols. Les premiers éléments constituant les SRB sont le moteur proprement dit (comprenant le corps, le propergol, l' allumeur et la tuyère), la structure, les systèmes de séparation, l' instrumentation de vol, le système de récupération, la pyrotechnique, les système de décélération, le système de contrôle du vecteur de poussée et celui de destruction en vol. Chaque SRB est attaché au réservoir extérieur par son cadre arrière au moyen de deux armatures pendulaires latérales et d' une fixation transversale, ainsi que par l' extrémité antérieure de sa jupe avant. avant. Sur le pad de tir, chaque SRB est aussi attaché au MLP au niveau de la jupe arrière par 4 boulons qui sont cassés au décollage par des explosifs.
Le propergol des SRB est une mixture composée de perchlorate d' ammonium (faisant office d' oxydant avec 69,7% du poids), d' aluminium (le carburant 16%), oxyde de fer (le catalyseur 0,4 %), d'un polymère (12,04 %, liant assurant la cohésion du mélange) et d' un agent siccatif époxy (1,96 %). Le propergol est disposé dans une cavité en forme d' étoile à 11 branches dans la section avant du booster et en forme de double cône tronqué percé dans les segments arrières. Cette configuration permet d' avoir le maximum de puissance à l' allumage et de la réduire d' un tiers après 50 secondes de vol, quand le maximum de charges est atteint, Q max. Les SRB sont constitués chacun de quatre sections de propulsion et sont utilisés par paires. Pour chaque paire, les moteurs sont chargés strictement à l' identique garce à l' utilisation, dans chaque paire de sections, de composants de propergols issus de même lots, afin de réduire au maximum les déséquilibre de poussée. Après remplissage, les segments sont envoyés sur le site de lancement par rail sur des wagons spéciaux, recouverts de bâches de protection. Le rapport de détente de la tuyère est de 7/79 depuis la mission STS 8. La tuyère est articulée autour d' une suspension à cardans qui permet d' agir sur la direction du vecteur de poussée, chaque booster possédant ses propres générateurs de puissance APU et pompes hydrauliques. Le débattement de la tuyère est de 8°. Elle est constituer de couches de carbone qui s' érode pendant le vol. La tuyère est de type convergent/divergent, à dessin mobile.
La jupe arrière en forme de cône subit les charges arrières à travers le booster et la plate forme MLP. Les quatre moteurs de séparation sont montés sur cette jupe. Elle contient également l' avionique, les vérins de contrôle avec les APU et les pompes hydrauliques, le système hydraulique et le système d' éjection de la tuyère extensible.
La section avant de chaque booster contient également de l' avionique, un séquenceur, les moteurs de séparation avant, le système de séparation du nez, les parachutes (trois de 35 m de diamètre), une balise, une lampe de récupération, une caméra parachute sur certains vols et le système de destruction en vol. Chaque SRB possède deux ensembles électroniques intégrés, un à l' avant l' autre à l' arrière.
Huit fusées de séparation, quatre à l' avant sur le nez et quatre à l' arrière sur la jupe, s' allument 1,02 s au moment de la séparation avec le réservoir. Chaque fusée mesure environ 79 cm de hauteur et 32 cm de diamètre. Un bloc de secours est situé sur chaque booster et le système parachutes. Il comprend un émetteur, une antenne, une lampe stroboscope, une batterie et l' électronique pour résister à l' eau de mer salé. Ce bloc est conçue pour être opérationnel pendant 72 heures et réutilisable 20 fois. La lumière flash est une exception, elle opère pendant 280 heures. La batterie est utilisable une seule fois. Les équipes chargées de la récupération des boosters, rapatrient les parachutes et les cônes avant. Les tuyères sont obturées, les moteurs sont purgés de l' eau de mer et les SRB sont tirés jusqu' au site de lancement par deux bateaux remorqueurs, les USS Freedom et Liberty. Chaque SRB est sorti de l' eau, démontés et lavés avec de l'eau claire pour limiter la corrosion du au sel. Les huit segments, les allumeurs et les tuyères sont ensuite envoyés chez Thiokol pour être restaurés. SYSTEME ELECTRIQUE Le système électrique du booster est relativement
simple. Il relie d'abord toutes les composants électriques entre eux et la
batterie. Le tout est alimenté par les systèmes de production embarqués sur
la navette. Il y a 3 prises d'alimentation, pour palier à toute défaillance
d'une des prises. On les nomme A, B et C. Si A et B tombent en panne, C les
remplace, si C tombe en panne, B le remplace. Mais, en temps normal, ils
fonctionnent tous ensemble. Chaque booster emporte deux unités de production
hydraulique. Chaque unité contient : SYSTEME HYDRAULIQUE Les deux unités sont placés sur la partie en bas du
booster. Ils sont montés entre les pistons de contrôle de l'angle de la
tuyère. Ils fonctionnent de 28 secondes avant le décollage jusqu'à la
séparation du booster du réservoir externe.
Pour l'allumage des APU, on ouvre une valve d'alimentation qui est refermée ensuite et le contrôle de la vitesse de l'APU se fait électroniquement. Si cette valve reste ouverte, l'APU se place en mode « Défaillance » et tourne en continu à 112 % de puissance. Chacune des APU va alimenter son propre vérin (il y en a 2, un avant-arrière et un droite-gauche). Toutefois, si une APU tombe en panne, l'autre prend le relais et fait le travail de deux. Elle se met alors en mode 112 % pour permettre de conserver une pression correcte dans les circuits. De même, si dans un des deux vérins, la pression descend à moins de 141 bars, une valve va relier les deux APU pour qu'elles s'entraident. La vitesse de fonctionnement des APU à 100 % est de 72000 tours/min. Cela signifie qu'en sortie d'APU, un arbre tourne à cette vitesse. A 110 %, la vitesse est de 79200 t/min. Enfin, à 112 %, la vitesse est de 80640 t/min. SYSTEME DE GUIDAGE Chaque booster à deux pistons de contrôle de l'axe de la tuyère. en la bougeant, on peut contrôler la direction de la navette. Le logiciel de vol commande la poussée des trois moteurs principaux, leur orientation à chacun avec 2 vérins par moteur et commande aussi les 2 boosters avec 2x2 vérins. Cela permet de guider la navette sur une trajectoire précise et de maintenir une attitude ou position convenable . Les commandes du système de guidage sont transmis à des contrôleur du vecteur de vol qui transmettent un signal proportionnel à la commande souhaitée à chaque pistons (autour 6 pour la navette et 4 pour les boosters). Chaque piston recevant l'ordre commande alors l'ouverture de la valve de pression qui fait que le booster pousse ou tire. Pour connaître la position en 3D de la navette, on utilise, hormis un repérage radar depuis le sol et par satellite, des gyroscopes. Ces appareils sont mis en marche au sol. Ils comportent une sorte de disque qui tourne à grande vitesse et peu importe l'angle que l'on donne à la navette, le disque qui tourne garde toujours la même position par rapport à son point de départ. On peut donc savoir avec plusieurs gyroscopes orientés différemment comment se trouve la navette, dans quelle position. Les boosters ont chacun deux unités de guidage comprenant chacune deux gyroscopes informant la navette. Selon l'angle qu'ils enregistrent, ils envoient un signal aux calculateurs de vol. Ils sont réutilisables pour 20 missions. DEVELOPPEMENT 79 paires de boosters ont été commandé par la NASA à Thiokol jusqu'en 1999, ce qui n'en fait pas un système entièrement réutilisable. En 93 vols, seulement quelques SRB ont volé deux fois. On est loin des 20 réutilisation prévues en 1972. Thiokol a reçu 1,73 milliard $ pour la fabrication de 73 SRB à livré en 2000-2004. Un total de 230 SRB et 11 moteurs ont été commandé. Les moteurs SRM sont produits par Thiokol Corporation à Bringham City dans l' utah. United Space Boosters Inc USBI est le contractant principal pour les autres éléments des boosters qui sont fabriqués à Huntsville et au Cape Canaveral. Les premiers SRB de STS 1 à 7 produisaient une poussée de 1 11175 000 kg dans le vide qui a été augmenté pour atteindre maintenant 1 324 000 kg. Chaque booster est en fait un montage de plusieurs sous ensemble, le cône, le moteur SRM et les 9574 kg de la tuyère. Chaque SRB est constitué de 11 cylindres individuels en acier. Assemblé ils forment un tube de 35 m de long et de 60 009 kg à vide. Les 11 sections constituent la partie avant, 6 sections cylindres au milieu, la section d' attache à l' arrière du réservoir externe, deux sections amidons et du dôme arrière. Les 11 sections sont jointées par des anneaux soudés tenu par 117 chevilles en acier. L' étanchéité étant assurée par des joints O ring en caoutchouc.
Quatre type de " caisses " sont utilisés pour les boosters. Les caisses standards STD ont été utilisés sur STS 1, 2, 3, 4, 5, 8 et 9. Les caisses allégées LTWT à parois moins épaisses (7 à 12 mm) ont servi sur STS 6 et 7 réduisant la masse de 2000 kg. Les caisses utilisées de 41 D à 51 L ont été du type LWC avec des parois de 5 à 10 mm offrant une réduction de poids de 1600 kg. Ce sont aussi des caisses allégées mais nommé LWC. Des caisses intermédiaire moins épaisse (2,5 à 5 mm) les MWC furent construites pour 41 B et C 51 G et F. En 1988 des caisses du type LWC redessiné sont utilisées depuis STS 26. Voir accident de Challenger.
Des caisses en matériaux composite bobinés ont été construites pour être utilisées sur la base de Vandenberg au SLC 6 mais vue les énormes contraintes du décollage sur la base des boosters ils n' ont jamais été utilisé. Ces boosters sont depuis exposé avec l' orbiter Pathfinder et le réservoir du MPTA à Huntsville au centre Marshall. En 1989, ils sont peints couleur acier pour cacher le noir de sa structure. En 1994, après l' annulation des SRB avancé, la question de leur utilisation est à nouveau posé pour la mise en orbite des éléments de la station ISS mais la proposition est rejeté pour des raisons techniques et économiques. Après les améliorations des boosters dues au rapport de la commission Rogers suite à l' accident de Challenger, les équipes de Lockheed Missiles & Space Cie et Aerojet se voient confier en avril 1989 le développement du Advanced SRB pour un coût global de 1 milliard $ avec une première utilisation en 1996. Il était prévu que le ASRB remplace le RSRB avec une mise en œuvre plus facile (2 segments au lieu de 11), plus de propergols embarqué (482 042 kg contre 442656) notamment. Le ASRB était un peu plus large en diamètre (3,81 m contre 3,7), mais de même longueur que l' actuel SRB. Sa masse avoisinait les 537 838 kg contre 502665 kg. Par contre la poussée serait accrue 1394000 kg (+ 70 tonnes) augmentant la charge en orbite de 4000 kg. Malgré un bon début le programme est annulé par le congrès en octobre 1993.
Tous ces tirs statiques ont été des succès depuis 1977. Plusieurs configurations ont été testé selon les tirs. De 1977 à 1988, une seule baie de test a été utilisé la T 24. Suivant les recommandations de la commission d' enquête sur l' accident de Challenger en 1986, un second banc est construit le T 97 utilisé pour la première fois en 1988 (QM 7).
|
Scan Dennis Jenkins
