Chronique d`un booster - Le Centre Spatial Guyanais

Dossier
Propulsion solide.
L'extraordinaire poussée donnée au lanceur Ariane 5 pour qu'il
s'arrache de sa table de lancement et décolle dans le ciel guyanais est assurée, à 90 %, par deux
imposants propulseurs chargés de 237 tonnes de propergol solide chacun. Ces propulseurs
sont en partie fabriqués et entièrement assemblés en Guyane, dans la Zone Propulseur de la
Base Spatiale.
Depuis la coulée de la pâte de propergol, jusqu'à l'intégration de l'étage complet, Latitude 5
retrace, dans ce dossier, le processus de fabrication d'un Etage d'accélération à poudre (EAP)
en Guyane.
Le théâtre des opérations est situé dans l'Usine de propergol de Guyane (UPG), au Bâtiment
de stockage étages (BSE) et au Bâtiment d'intégration propulseur (BIP). Les sociétés Regulus,
Europropulsion et EADS-ST s'y relaient pour former une chaîne de production unique en son
genre.
Chronique d’un booster
out commence à l'Usine de Propergol de
Guyane (UPG), exploitée par la société
franco-italienne Regulus. C'est dans cette
usine que sont chargés en propergol les deux
principaux segments, S2 et S3, du Moteur à
Propergol Solide (MPS). Le premier segment, SI,
est, quant à lui, chargé en Italie, à Colleferro et
envoyé à l'UPG par bateau, en même temps que
l'allumeur de l'étage.
Pour dérouler le processus de façon
chronologique, Regulus reçoit, dans un premier
temps, les enveloppes ou structures des segments.
Celles-ci sont fabriquées en Allemagne par la
société MT Aerospace (ex-MAN Spatial
Technologies) puis envoyées en Italie, chez Avio,
pour la pose de la protection thermique interne
avant d'être transférées en Guyane. Regulus se
charge alors de procéder au nettoyage, ou
"avivage" des structures avant le chargement.
Celui-ci se déroule en 3 temps : le malaxage, la
coulée et les contrôles non-destructifs.
T
Dossier préparé par
Anne Bellanova
Malaxage
"Le processus de chargement des segments relève un
peu de la cuisine" résume en substance Luciano
Gamba, Directeur de Regulus. "Il s'agit de fabriquer
une pâte, avec divers ingrédients, que l'on pétrit dans
18 / LATITUDE 5 / N°71 / JANVIER 2006
des malaxeurs pour obtenir la pâte la plus homogène
possible, avant de la couler dans un moule et de
procéder à la cuisson puis au démoulage. C'est
exactement comme pour un gâteau." Sauf que les
ingrédients, les quantités et les contraintes
pyrotechniques ne sont évidemment pas les
mêmes.
Dans les bâtiments 301 et 302 de l'UPG, deux
énormes malaxeurs (1800 galons) reçoivent les
matières premières : perchlorate d'ammonium et
aluminium pour l'essentiel, ainsi qu'une résine qui
sert de liant. Pour obtenir l'homogénéité
souhaitée, la forme et la disposition des pales du
malaxeur sont primordiales. Ainsi, seuls 7
millimètres séparent les pales entre elles ainsi que
de la paroi de la cuve de malaxage.
Précisions
Dans une cuve sont introduits :
- le polymère (PBHT)
- l'oxydant (perchlorate d'ammonium)
- le réducteur (aluminium)
- des additifs.
Ce mélange après malaxage est appelé Premix.
En l'absence de réticulant, le propergol reste liquide ce qui
permet de préparer des cuves d'avance. Avant la coulée, un
dernier malaxage est nécessaire afin d'introduire et
d'homogénéiser le réticulant et des catalyseurs de
polymérisation.
Les cuves de Propergol sont acheminées au moyen d’un engin
spécifiquement développé pour ce type de transport.
entre le métal et le propergol. Le versement de la pâte de
propergol se fait ensuite en trois points de coulée, sous vide et
dans un environnement à 50°. "Tout le processus de coulée est sous
vidéo contrôle" précise Jean-Emmanuel Quebre, Directeur
Industriel chez Regulus. "Compte tenu des contraintes
pyrotechniques, il ne peut y avoir personne dans le bâtiment durant
cette phase, qui dure plusieurs heures. Nous avons donc un système
vidéo qui nous permet de maîtriser le processus à distance."
Une fois la coulée effectuée, on procède alors à la cuisson de la
pâte qui s'effectue à 50° C pendant 10 jours.
Le couvercle de puits est ensuite ouvert, et on sort le noyau
avant d'extraire le segment.
A ce stade, le propergol est devenu solide.
"Lorsque que le segment est sorti de son puits, à l'aide du pont
roulant, on procède à la pesée qui nous permet de savoir combien on
a coulé de pâte de propergol," explique Luciano Gamba.
Quelques chiffres
Coulée
L'enveloppe du segment est installée dans le puits de coulée. On
pose ensuite ce qu'il est convenu d'appeler le "noyau", un cylindre
de métal légèrement conique, qui donnera sa forme au
propergol. Cette forme conique est nécessaire pour pouvoir
ensuite le retirer plus aisément, compte tenu du frottement
1 coulée = 10 pots de 1800 gallons
(1 gallon = 3,785 litres)
contenance d'1 malaxeur = 1800 gallons
Segment S1 = 24 tonnes de propergol
Segment S2 = 107 tonnes
Segment S3 = 106 tonnes
Température de cuisson du propergol = voisine de 50° C
Durée de combustion d'un EAP = 135 secondes
L'UPG c'est 1/5 des investissements sol d'Ariane 5 en Guyane
41 bâtiments sur 300 hectares
18 km de voiries dont 3 km de voiries lourdes
150 segments réalisés au 1er octobre 2005 soit environ
15 000 tonnes de propergol fabriqué.
1 coulée = 70 personnes en 3x8 pendant 2 semaines
LATITUDE 5 / N°71 / JANVIER 2006 /
19
Contrôles
Intégration, assemblage et livraison
En parallèle aux opérations de malaxage et de coulée, 80 kg de Europropulsion, filiale de la société italienne Avio et de la société
pâte sont prélevés dans chaque cuve de malaxage. Ces française Snecma (Groupe Safran), prend le relais de Regulus
prélèvements donnent alors lieu à divers contrôles :
pour la production du Moteur à Propergol Solide (MPS) puis du
- contrôles chimiques en laboratoires,
Moteur Pressurisé Equipé (MPE).
- tirs au banc de blocs appelés "Baria" (sortes de mini segments "Le cycle Europropulsion concerne en fait l'assemblage des différents
chargés de 7 kg de propergol)
éléments constitutifs de l'étage" résume Salvatore Spinosa,
- contrôles spécifiques d'éprouvettes pour la tenue mécanique directeur de l'établissement Europropulsion en Guyane.
du propergol et les collages.
"L'ensemble des activités d'intégration et d'assemblage se déroule
Les segments, une fois pesés, subissent ensuite des contrôles dans le Bâtiment d'Intégration Propulseur (BIP) qui est divisé en
non-destructifs. "Chaque segment est passé aux rayons X pour le plusieurs cellules distinctes : deux cellules de préparation segment,
contrôle de la masse du segment et des collages" précise Jeandeux cellules d'intégration, une cellule de basculement et une
Emmanuel Quèbre. "Nous cherchons, lors de
cellule de préparation des composants
Au total, une campagne de coulée
ces contrôles, une éventuelle discontinuité
pyrotechniques. Le couplage des cellules de
mobilise près de 70 personnes
dans le propergol car la vitesse de combustion
préparation et d'intégration nous permet
en 3 X 8 pendant 2 semaines.
dépend de cette continuité."
d'assembler deux étages en parallèle."
Lorsque l'ensemble des contrôles est effectué, les segments sont Les segments et l'allumeur sont livrés par Regulus, tandis que la
stockés dans une zone prévue à cet effet et livrés, au coup par tuyère est envoyée directement, par bateau, à Europropulsion
coup à Europropulsion.
depuis l'établissement Snecma Propulsion Solide du Haillan (près
de Bordeaux).
En parallèle à cette production, Regulus reçoit également le Dès lors, le processus d'intégration commence avec le segment
segment S1 fabriqué à Colleferro, près de Rome, ainsi que S3 qui constitue la partie basse de l'étage. "Il arrive en position
l'allumeur. Ces éléments subissent alors des contrôles aux rayons antivol, c'est à dire la tête en bas" explique Salvatore Spinosa. "On
X pour vérifier que rien n'a été altéré pendant le transport, puis intègre alors la tuyère, qui est assemblée par une liaison vissée sur le
ils rejoignent la zone de stockage.
fond du segment. On procède à son retournement à l'aide d'un
appareil spécifique, le basculeur." Il s'agit
ensuite de procéder aux activités de
préparation du segment. Elles
consistent, dans un premier temps, à
coller les gouttières pour le
cheminement des câbles et cordeaux
pyrotechniques. "C'est une opération
assez délicate pour laquelle nous utilisons
un outillage de collage spécial avec une
colle bi-composant. Il faut effectuer ces
collages dans un temps imparti en raison
de la polymérisation rapide de la colle,
tout en respectant les contraintes
géométriques."
Les techniciens d'Europropulsion
doivent ensuite procéder à la pose de
la protection thermique externe, qui
est également collée, à la mise en place
des mesures opérationnelles et à
l'intégration du dispositif d'accrochage
structure
(DAS)
qui
permet
d'accrocher l'étage au lanceur.
"Une fois le Segment 3 préparé et
transféré en zone d'attente, on prépare en
parallèle les segments S2 et S1 dans leur
cellule respective" poursuit Salvatore
Spinosa. "Tout comme le S3, le S2
nécessite d'être retourné en sens vol dès
son arrivée et avant d'engager les activités
de préparation. Seul le segment S1 est
livré en sens vol. On débute alors la
préparation des segments S1 et S2 par le
collage des lignes gouttières en
enchaînant par la mise en place des
Retournement du segment S3 à l’aide du basculeur
mesures opérationnelles."
20 / LATITUDE 5 / N°71 / JANVIER 2006
Une fois transférée au BIP, la jupe avant (JAV) est équipée de fusées d’éloignement
S1, segment étoilé
Contrairement aux deux autres segments constitutifs du MPS,
dont le noyau est conique, le segment S1 a un noyau en étoile.
Cette forme particulière est liée à la vitesse de combustion plus
importante requise pour ce segment qui va permettre d'allumer
les deux autres segments.
En effet, sachant que le propergol brûle par couches parallèles,
l'évolution de la pression interne suit la forme de la surface de
combustion.
Intégration de l'allumeur
L'allumeur qui permettra de "mettre le feu aux poudres" selon
l'expression consacrée, constitue en lui-même un petit
propulseur. C'est un appareil de plus de 300 kg pour un mètre de
hauteur (ou de longueur selon l'angle sous lequel on le
considère). Il est constitué de trois éléments, ou trois charges
pyrotechniques, qui s'allument en chaîne jusqu'à l'éjection de gaz
de la charge principale sur le segment S1 qui va allumer lui-même
les deux autres segments. "L'intégration de l'allumeur est également
une opération très délicate à traiter" précise le directeur
d'Europropulsion. "Au-delà des aspects pyrotechniques spécifiques
de cet élément, il est fondamental de l'intégrer avec un centrage
parfait dans le SI, ce qui nécessite là encore un outillage spécifique."
Assemblage
Une fois la préparation des trois
segments achevée, on achemine le
segment S3 en cellule d'intégration avec
un transporteur à coussin d'air 200 T et
on le pose sur la palette de table qui
sera elle-même positionnée sur la table
de lancement.
On assure alors la jonction du segment
S2 sur le segment S3 à l'aide d'une
interface mécanique, appelée liaison
inter segment, et on procède de la
même façon pour poser le segment S1
sur le S2.
"Les interfaces mécaniques de jonction des
segments sont les choses les plus délicates
et précises à traiter" assure Salvatore
Spinosa. "Elles doivent être contrôlées au
préalable pour s'assurer qu'elles ne
présentent aucun défaut de fabrication.
Ensuite, c'est un peu comme un puzzle ou
un légo, mais en nettement plus
complexe."
Lorsque les trois segments sont
assemblés l'un sur l'autre, nous
obtenons ce qu'il est convenu d'appeler
un Moteur à Propulsion Solide (MPS).
Dès lors, commence le cycle de
fabrication du Moteur à Propergol
Equipé (MPE).
L’intégration de l’allumeur nécessite un centrage parfait dans le segment S1
LATITUDE 5 / N°71 / JANVIER 2006 /
21
Regulus
Filiale commune des sociétés Avio (ex Fiat Avio, société
italienne) et du groupe SNPE (société française), Regulus,
société de droit français, exploite l'Usine de Propergol de
Guyane (UPG) depuis sa création, fin 1991. Cette usine a été
conçue pour réaliser le chargement en propergol des segments
centraux S2 et arrière S3 des moteurs à propergol solide
d'Ariane 5. A partir de 2006, l'entreprise assurera également le
chargement en propergol du 1er étage du lanceur Vega, le P80.
Aujourd'hui, l'entreprise emploie près de 80 salariés, dont une
trentaine de ressortissants italiens.
N.B : Le saviez-vous ? Regulus en latin signifie "petit roi".
C'est une étoile à hélium dont la température superficielle
atteint 20 000° K. Son diamètre vaut 4 fois celui du Soleil dont
elle est distante de 85 années-lumière. Regulus appartient à la
constellation du Lion.
Equipement
Le cycle de fabrication des MPE, était jusqu'à présent assuré par
la société EADS-ST, en partie au Bâtiment de Préparation Etage
(BPE) et en partie au Bâtiment d'Intégration Propulseur. Depuis
le dernier trimestre 2005, l'ensemble de l'activité intégration
étage a été transféré à Europropulsion (Cf. texte "Rencontre"
page 24).
Dans un premier temps, il s'agit de préparer la Jupe Avant (JAV)
c'est à dire la partie haute de l'étage d'accélération à poudre, ainsi
que la Jupe Arrière (JAR), partie basse de l'EAP. Cette
préparation, qui se déroule au BPE, consiste, pour l'essentiel, à
intégrer des équipements électroniques dans les jupes. Cette
activité est encore, pour l'instant, de responsabilité EADS.
Une fois transférées au BIP, ces jupes sont alors équipées des
fusées d'éloignement qui permettront à l'étage de se détacher du
corps du lanceur en fin de combustion. On intègre également, sur
la Jupe arrière, le Groupe d'activation tuyère (GAT) qui va servir,
comme son nom l'indique, à manœuvrer la tuyère de l'étage.
A noter que la préparation et l'intégration de la JAR sont
exécutées avant même l'assemblage des segments, car il n'est pas
possible de poser le segment S3 sur sa palette sans la Jupe
arrière.
La Jupe avant, quant à elle, se voit équipée du DIAS (DIspositif
ASsouplisseur), un système à base d'élastomère conçu pour
introduire une souplesse localisée entre l'Etage principal
cryogénique (EPC) et la ferrure mobile du dispositif d'accrochage
Europropulsion
Filiale commune des sociétés Avio (société italienne) et
Snecma, (société française du groupe Safran), Europropulsion
est une société anonyme de droit français dont le siège social
est implanté à Suresnes. Créée en 1992 pour assurer la
maîtrise d'œuvre du développement des moteurs à propergol
solide d'Ariane 5, la société comptait, à l'origine, une vingtaine
de salariés en Guyane. Aujourd'hui, Europropulsion emploie
près de cinquante personnes, dont une vingtaine de
ressortissants italiens.
22 / LATITUDE 5 / N°71 / JANVIER 2006
Contrairement aux deux autres segments, le S1 a un noyau en étoile.
avant (DAV). Pour certains lancements où il est prévu de
récupérer les EAP en mer à des fins d'analyse, la jupe avant est
également équipée d'un système de récupération avec
parachutes. Là encore, cette activité reste actuellement sous la
responsabilité d'EADS.
Lorsque les deux jupes sont intégrées au MPS, les techniciens
doivent ensuite intégrer les équipements électriques (pose des
câbles) et les dispositifs pyrotechniques (pose des cordeaux
destructeurs) le long du lanceur.
Enfin, c'est la phase de finition, qui se termine par la pose des
logos sur le Moteur à Propergol Equipé.
"Le passage d'un Moteur à Propergol Equipé (MPE) à un Etage
d'Accélération à Poudre (EAP) se traduit par divers essais de
fonctionnements qui restent, pour l'instant à la charge d'EADS-ST"
conclut Salvatore Spinosa.
EADS-ST
Filiale à 100% du groupe EADS, la société EADS-ST est
l'architecte industriel des lanceurs Ariane. Elle est, à ce titre,
responsable de l'ingénierie système des lanceurs (études et
essais) et de la gestion technique des programmes et des
interfaces. Pour chaque lancement, EADS-ST réalise les
analyses de missions, fournit les programmes de vol et effectue
les analyse des données après lancement.
En tant que maître d'œuvre d'étage et fournisseur industriel,
EADS-ST réalise le composite inférieur du lanceur Ariane 5
(étage principal cryotechnique et étages d'accélération à
poudre) et fournit les adaptateurs de charges utiles ainsi que de
nombreux sous-ensembles.
En Guyane, EADST-ST exploite les bâtiments de préparation et
de stockage des étages à propergol solide (BPE, BSE et BSP) et
réalise l'intégration du lanceur complet au BIL. Elle emploie,
pour réaliser ces prestations, une quarantaine de salariés.