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Ariane 5 est un lanceur européen, conçu pour placer des satellites sur orbite géostationnaire et des charges en orbite basse. Successeur d’Ariane 4, il était notamment destiné à l’origine à être le lanceur de la navette européenne Hermès. Il est maintenant capable de placer jusqu'à 9,6 tonnes de charges utiles en orbite de transfert géostationnaire 1 2.
modifier HistoireLe programme Ariane 5 a été initié en 1987 par les ministres européens des affaires spatiales réunis à La Haye. Il est dirigé par l’ESA, mais sa réalisation est assurée par le CNES. Aujourd’hui, Ariane 5 est le lanceur n°1 dans le monde sur le plan de la fiabilité et de la disponibilité, il permet à Arianespace d’avoir plus de 60 % du marché mondial des satellites commerciaux. Environ 1 100 industriels participent au projet. Par rapport à Ariane 4 et à ses concurrents, Ariane 5 est capable d’emporter des charges particulièrement lourdes en orbite basse (jusqu’à 20 tonnes) et en orbite de transfert géostationnaire (jusqu’à 10 tonnes pour la version ECA). En fait, Ariane 5 a été développée pour franchir un saut qualitatif. C’est un lanceur complètement nouveau dans sa conception à l’architecture simplifiée et conçu pour constituer la base d’une famille évolutive, dont les performances pourront être augmentées progressivement de façon à rester pleinement opérationnelle au moins jusqu’en 20203 :
Suivant les modèles, la capacité d’emport d’Ariane 5 se décide entre Arianespace et ses clients (en général des grands opérateurs satellites). modifier Caractéristiques chiffrées et comparatif
Ariane 5 au Musée de l'air et de l'espace
La charge utile varie suivant les modèles :
Le prix moyen demandé est de 130 millions d’euros pour 10 tonnes de matériel mis en orbite (en 2007). Vitesse maxi à la séparation de l' EPS (ESC):17,3km/s (ECA) modifier Structuremodifier Composite inférieurmodifier EAPLes Étages d’Accélérations à Poudre (EAP ou P230) sont composés d’un tube métallique contenant le propergol solide (la poudre) et d’une tuyère. Les deux EAP sont identiques, ils entourent l’EPC (étage principal cryotechnique). Ces propulseurs mesurent chacun 31 mètres de haut pour trois mètres de diamètre. Embarquant 237 tonnes de poudre, ils délivrent 92 % de la poussée totale du lanceur au décollage. Après épuisement de la poudre, environ 132 secondes après leur allumage, ils sont séparés du lanceur à environ 70 kilomètres d’altitude pour retomber dans l’océan Atlantique. modifier EPCL’Étage Principal Cryotechnique (EPC) est composé principalement de deux réservoirs (hydrogène liquide(LH2) et oxygène liquide(LOX)) et du moteur Vulcain (Vulcain II pour Ariane 5 évolution (ECA)). Ce moteur cryogénique (le Vulcain), utilise 160 tonnes d’hydrogène et d’oxygène liquides refroidis à -253 °C. Cet étage assure la propulsion du lanceur durant la deuxième phase de vol du lanceur (une dizaine de minutes). modifier Composite supérieurLe composite supérieur est composé de la case à équipement et, suivant le cas, d’un étage supérieur à moteur à ergols stockables (dans le cas d’une Ariane 5 avec étage supérieur EPS) ou à ergols cryotechniques (dans le cas d’une Ariane 5 avec étage supérieur ESC). Cet étage assure la propulsion du lanceur durant la troisième phase de vol (celle-ci dure environ 25 minutes). Ce troisième étage est donc modulable selon la performance demandée. modifier Case à équipementLa case à équipement accueille le système de contrôle et de guidage du lanceur. Elle est située directement au dessus de l’EPC dans le cas d’une Ariane 5 Generic ou en version A5E/S et entoure alors le moteur Aestus de l’EPS. Dans le cas d’une Ariane 5E/CA, la case à équipement est située au-dessus de l’ESC. La case à équipement est le véritable poste de pilotage du lanceur. Il orchestre l’ensemble des contrôles et des commandes de vol, les ordres de pilotage étant donnés par les calculateurs de bord via des équipements électroniques, à partir des informations fournies par les centrales de guidage. Ces calculateurs envoient également au lanceur tous les ordres nécessaires à son fonctionnement, tels que l’allumage des moteurs, la séparation des étages et le largage des satellites embarqués. Tous les équipements sont doublés (redondance), pour qu’en cas de défaillance de l’un des deux systèmes, la mission puisse se poursuivre. Un des principaux systèmes de la case à équipement est le correcteur d’attitude. L’architecture du Système de Contrôle d’Attitude (SCA) comprend deux réservoirs sphériques en titane contenant chacun 38 litres d’hydrazine (un composé organique azoté) et de petits propulseurs assurant la réalisation des corrections. Voici quelques uns des autres instruments que contient la case à équipement :
modifier EPSL’Étage à Propergols Stockables (EPS) est composé du moteur Aestus et de ses réservoirs d’ergols (monométhyl Hydrazine (MMH) et tétra-oxyde d’azote (N2O4). modifier ESCL’Étage Supérieur Cryogénique (ESC) utilise, comme son nom l’indique, un moteur cryotechnique le HM7-B ou, dans le futur, Vinci. modifier Charge(s) utile(s)Le composite supérieur du lanceur peut être équipé des modules SPELTRA (Structure Porteuse Externe pour Lancements Multiples) ou SYLDA (SYstème de Lancement Double Ariane), utilisés en cas de lancement double. Ces modules permettent de placer en orbite 2 satellites distincts, l’un après l’autre : un des satellites est positionné sur le module SPELTRA/SYLDA, l’autre à l’intérieur. Les charges utiles et le séparateur sont largués durant la quatrième phase de vol : la phase balistique. Selon les caractéristiques de la mission les largages peuvent être faits immédiatement ou plusieurs dizaines de minutes après le début de cette phase. Les actions effectuées sont des mises en rotation, des éloignements, etc. modifier CoiffeLa coiffe protège les charges utiles durant le vol dans l’atmosphère. Elle est larguée dès qu’il n’y a plus de frottements. Ce largage est effectué peu après le largage des EAP, à une altitude d'environ 100kms. modifier EssaisLes débuts d’Ariane 5 furent difficiles : modifier Premier vol (vol 88 / 501)Le premier tir eut lieu le 4 juin 1996 à Kourou, mais le lanceur fut détruit après approximativement 40 secondes de vol. L’échec était dû à une erreur informatique (bogue), un programme d’un composant (un gyroscope) provenant d’Ariane 4 n’ayant pas été testé dans cette configuration6.
La conversion d’un nombre à virgule flottante de 64 bits vers un nombre entier de 16 bits dans un logiciel en Ada provoqua un dépassement de mantisse. La routine de gestion de cette erreur avait également été supprimée pour des raisons de temps d’exécution ; sur Ariane 4 on pouvait prouver que l’occurrence d’un tel dépassement était impossible compte tenu des trajectoires de vol possibles. Toutefois les trajectoires de vol envisageables avec Ariane 5, notamment en phase de décollage, diffèrent notablement de celles d’Ariane 4. Le programme du composant concerné, pourtant lui-même redondant (deux gyroscopes sont présents dans la cellule de la fusée), déclencha donc successivement deux dépassements pour finir par signaler sur les sorties du système la défaillance des systèmes gyroscopiques. De toute façon, le gyroscope étant un système critique, le calculateur de pilotage de la fusée (lui conçu spécifiquement pour Ariane 5) ne tenait pas compte de ce signal d’erreur ! Il interpréta donc les valeurs d’erreurs (probablement négatives) du deuxième gyroscope comme une information d’altitude (indiquant probablement que, brutalement, la fusée s’était mise à pointer vers le bas). La réaction du calculateur de pilotage (braquer les tuyères au maximum pour « redresser ») augmenta considérablement l’incidence du lanceur (angle entre le vecteur vitesse et l’axe du lanceur), ce qui provoqua des efforts aérodynamiques suffisants pour détruire le lanceur7. Il s’agit certainement là d’une des erreurs informatiques les plus coûteuses de l’histoire8. Le programme en question était destiné à réajuster le calibrage des gyroscopes dans le cas d’un court retard de tir (quelques minutes) pour permettre une reprise rapide du compte à rebours – par exemple en raison de variations rapides des conditions météo du site de lancement à Kourou. Ce cas de figure, envisagé initialement pour Ariane 3, était depuis longtemps exclu des procédures de tir. L’erreur en question a donc aussi été provoquée par un programme qui ne servait à rien. modifier Deuxième vol (vol 101 / 502)Le second vol eut lieu le 30 octobre 1997. La mission parvint à son terme mais, malheureusement, l’orbite désirée ne fut pas atteinte, par suite d’un mouvement de rotation du lanceur sur lui-même (mouvement de roulis, comme une toupie) qui a conduit à un arrêt prématuré de la propulsion du premier étage EPC. Après cette fin de propulsion du premier étage, et malgré la mise en route correcte de l’étage supérieur EPS, celui-ci n’a pas pu rattraper l’intégralité du déficit de poussée de la première phase du vol, conduisant donc la mission sur une orbite légèrement dégradée. Ce mouvement en roulis était dû à un couple généré par l’écoulement des gaz dans la tuyère du moteur Vulcain 1, couple dont l’intensité avait été sous-estimée. Dès lors, et malgré la mise en œuvre du système de pilotage en roulis SCA, le lanceur a subi durant tout le vol du premier étage une mise en rotation excessive. Cette mise en rotation aurait pu n’avoir que peu de conséquences, les algorithmes de vol — relativement efficaces — contrôlant malgré tout la trajectoire. Cependant, en fin de propulsion, et sous l’effet de la vitesse en roulis atteinte, la surface des ergols (oxygène et hydrogène liquides) dans les réservoirs s’est incurvée en son centre (à la manière d’un siphon). Ce phénomène a été interprété par les capteurs de niveau (« jauges » des réservoirs) comme l’indication de l’imminence d’une « panne sèche », ce qui a conduit l’ordinateur de bord à commander l’arrêt de propulsion de l’EPC prématurément. Par la suite, le couple en roulis généré par le moteur Vulcain 1 fut maîtrisé dès le vol suivant par la mise en place, en extrémité, de divergents d’échappement légèrement inclinés corrigeant le roulis naturel engendré par le moteur. Ce problème a touché d’autres lanceurs, dont le H-IIA japonais. modifier Troisième vol (vol 112 / 503)Le troisième essai eut lieu le 21 octobre 1998. Ce fut une réussite totale. La mission emportait la capsule de démonstration de rentrée atmosphérique Atmospheric Reentry Demonstrator (ARD) (capsule européenne de type Apollo), qui effectua une rentrée atmosphérique parfaite, et la maquette technologique MAQSAT. modifier Utilisation commercialeLe premier vol commercial eut lieu le 10 décembre 1999, avec la mise en orbite du satellite d’observation en rayons X XMM-Newton. Un échec partiel eut lieu le 12 juillet 2001 : à nouveau, deux satellites ne purent être placés sur l’orbite désirée. Artémis, le satellite de communication de l’ESA, atteignit son orbite définitive par ses propres moyens, en utilisant son combustible destiné aux corrections d’orbite, ainsi qu’une unité de propulsion ionique qui n’avait pas été prévue pour cet usage. Ceci nécessita une reprogrammation complète du programme de bord depuis le sol. Le vol suivant n’eut lieu que le 1er mars 2002, avec la mise en orbite réussie du satellite environnemental de 8,5 tonnes Envisat, à une altitude de 800 kilomètres. À l’issue de son 41e lancement, le 14 aout 2008 (Vol 185), Ariane 5 affiche un bilan de 37 vols commerciaux réussis et 4 échecs (V501, V502, V510, V514). Et 27 lancements réussis d'affilée. La version ECA a été lancée 17 fois, dont 16 avec réussite, soit une fiabilité de 94,1%. modifier ModèlesUne des contraintes des lanceurs modernes est qu’ils peuvent avoir à lancer aussi bien des petits satellites que des gros. C’est pour cette raison qu’Arianespace a dès le début conçu Ariane 5 pour être un lanceur modulable. Il existe ainsi en plusieurs modèles : modifier Ariane 5 G
modifier Ariane 5 G+Cette version d'Ariane 5 G a un second étage amélioré, avec une charge possible de 6 950 kg.
modifier Ariane 5 GSCette version a les mêmes EAP que l'Ariane 5 ECA et un premier étage modifié avec un moteur Vulcain 1B. Charge possible de 6 100 kg en orbite OTG.
modifier Ariane 5 ES ATVCette version est conçue pour placer en orbite basse le vaisseau cargo automatique ATV ravitaillant la Station spatiale internationale. Elle peut lancer jusqu'à 21 t sur cette orbite. Ariane 5 ES assure trois allumages de l’étage supérieur, pour répondre aux besoins très spécifiques de la mission9. Par ailleurs, ses structures ont été renforcées pour soutenir la masse imposante de l'ATV (20 tonnes).10 Son premier lancement a eu lieu le 9 mars 2008. Avec la réussite de ce lancement de "Jules Verne" (nom du premier ATV), Arianespace peut envisager d’utiliser la fusée Ariane 5 ES à d’autres fins, comme celle de lancer par grappes plusieurs satellites de la constellation Galileo. "L'ATV constitue également une étape dans le développement des futurs systèmes de transport spatial. Capable d'exécuter des manœuvres de transfert orbital et de rendez-vous, l'ATV prolonge et complète les possibilités d'Ariane 5. Il représente les premiers pas de l'Europe dans le domaine de la technologie de la rentrée contrôlée, même si en l'occurrence il s'agit d'une rentrée atmosphérique destructive. Avec l'expérience ARD, l'Europe dispose des compétences techniques pour concevoir un système de transport spatial habité. L'ultime évolution d'Ariane 5 serait donc de la qualifier pour le vol habité. Manque juste la volonté politique de jeter les bases d'un tel programme qui s'affichera peut-être lors de la prochaine réunion du Conseil de l'Agence spatiale au niveau ministériel qui se tiendra en fin d'année (2008), à La Haye, au regard des 2 succès européens de ce début d'année (Columbus et ATV)."11 modifier Ariane 5 ECA
En juin 2007, Arianespace a annoncé la commande de 35 fusées Ariane 5 ECA à EADS12.
modifier Ariane 5 ECB, arrêtée, même après 2008 ?Version suspendue pour le moment. Mais les décisions prises à Berlin relancent la version 12 tonnes d'Ariane 5 (ECB).13 Cette dernière évolution prévoit l'utilisation d'un nouvel étage supérieur cryotechnique et réallumable qui se différenciera de l'étage ECA par le remplacement du moteur HM7B par Vinci, un moteur réallumable en cours de développement chez Snecma (Safran). Ariane 5ECB serait capable de lancer jusqu'à 12 tonnes en orbite de transfert géostationnaire. Cette version sera lancée lorsque le besoin de lancer deux satellites de 6 tonnes en OTG se concrétisera.14 Un redémarrage de ce programme n'est pas impossible à la conférence de l'Agence Spatiale Européenne du 25 septembre 2008. Mais les dernières rumeurs laissent entendre qu'il n'en sera rien, et dix anciens dirigeants et hauts responsables européens de l’ESA, du CNES, d’ARIANESPACE et de l’industrie ont adressé collectivement au mois de janvier dernier une lettre ouverte au Président du Conseil ainsi qu’au Directeur Général de l’ESA pour les alerter.15 16 17 À l'approche de la réunion tri-annuelle de l'ESA, Frédéric d'Allest, président d'honneur d'Arianespace, a écrit une nouvelle lettre ouverte à la Commission européenne, ainsi qu’au directeur général de l’ESA18 modifier Tableau récapitulatif des versions actuelles, et à venir
modifier RecordsPlus gros satellites de télécommunications du monde :
modifier Lancements (tableau récapitulatif)Taux de fiabilité : 92,7% (2 échecs complets et 2 échecs partiels pour 41 tirs) au 14 août 2008.
modifier Notes et références
modifier Bibliographie
modifier Voir aussimodifier Lien externe
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