► STS : une page se tourne

Le 12 avril dernier, alors que la NASA se préparait au tout dernier vol d'une navette spatiale, une vidéo était postée sur le site nasa.gov. Ce film vous fait vivre dans le détail les préparatifs d'un lancement, puis revient sur l'origine de la machine la plus complexe jamais construite.
Les commentaires sont en anglais bien évidemment. 

Voici en bonus quelques informations supplémentaires concernant le programme des navettes spatiales :
Côté budget, le coût global du programme est estimé à 113,7 milliards de dollars (pour l'année fiscale 2010). La construction de Endeavour qui fut mise en chantier dans le but de remplacer Challenger coûta approximativement 1,7 milliards de dollars. Enfin, notez que la NASA dépensait environ 775 millions de dollars pour chaque mission STS.
Les cinq navettes ont été baptisées en référence à de célèbres navires s'étant illustrés lors de l'exploration des océans du globe.
Columbia fut perdue ainsi que son équipage lors de la phase de rentrée dans l'atmosphère le 1er février 2003 à l'occasion de sa 28ème mission. Columbia passa 300 jours dans l'espace.
Challenger et les astronautes à son bord connurent également une fin tragique le 28 janvier 1986 suite à une défaillance sur l'un des boosters à poudre. Chalenger passa 62 jours dans l'espace.
Discovery plaça sur orbite le télescope spatial Hubble et fut la première navette à être retirée du service. Discovery détient le record de vol spatial avec un total de 365 jours.
Endeavour s'illustra notamment en 1992 lorsque trois astronautes exécutèrent une sortie dans l'espace pour capturer à la main un satellite défectueux qui fut réparé dans la soute de la navette, puis remis en service avec succès. Endeavour passa 299 jours dans l'espace.
Atlantis effectua la dernière mission de maintenance sur le télescope spatial Hubble et fut la dernière navette envoyée dans l'espace. Atlantis passa 293 jours dans l'espace.
En 30 ans, les navettes spatiales effectuèrent près de 21 000 orbites autour de la Terre pour un total de 1 320 jours de vol dans l'espace.
Source : NASA

► En savoir plus : l'effet POGO

Pendant les premières minutes d’un vol spatial, lors du décollage et pendant l’ascension, les éléments mécaniques d’un lanceur spatial, ses systèmes de contrôle, sa charge à placer sur orbite et éventuellement son équipage dans le cas d’un vol habité, sont soumis à rude épreuve.
La poussée résultant de la combustion des carburants dans les moteurs des lanceurs provoque de fortes vibrations sur l’ensemble de la structure du véhicule.

Les ingénieurs astronautiques responsables de la mise au point des lanceurs à carburants liquides ont également été confrontés dés les débuts de l’ère spatiale à un phénomène appelé effet POGO. Sur les véhicules de ce type, les oscillations des carburants liquides contenus dans les réservoirs et dans les conduits d’alimentation des propulseurs viennent s’ajouter aux vibrations induites par la poussée des moteurs.
L’effet POGO se manifeste lorsque les fréquences de ces diverses vibrations entrent en résonance, ce qui à pour effet d’augmenter l’amplitude de ces oscillations. Si aucun système dissipatif n’est installé, cette instabilité peut non seulement altérer les capacités opérationnelles de l’équipage, mais aussi, dans certains cas extrêmes, provoquer une rupture sur la structure du lanceur et entraîner l’échec de la mission.

Les premiers systèmes anti-effet POGO furent mis au point non sans difficultés par la NASA à l’occasion des missions Gemini à partir de 1962. Un équipage composé de deux astronautes devait alors être placé sur orbite par le biais d’un missile balistique Titan 2 modifié. Or celui-ci ne pouvait être utilisé en l’état tant l’effet POGO était marqué. Le 1er novembre 1963, des dispositifs anti-POGO installés dans les réservoirs et les conduits d’alimentation de carburant du lanceur démontrèrent leur efficacité et Titan 2 reçut son homologation pour les vols spatiaux habités.

Pour chaque nouveau véhicule, il fallut trouver une parade à l’effet POGO. Sur Saturn 5, la fusée conçue pour emmener l’Homme sur la Lune, c’est le deuxième étage, équipée de cinq moteurs qui se révéla sensible au POGO. Lors de la mission Apollo 12, le phénomène fut très important, mais les effets se concentrèrent uniquement sur le moteur central, sans conséquence sur le vol. Aucune modification ne fut donc engagée pour la mission suivante, mais lors du lancement d’Apollo 13, les vibrations causées par l’effet POGO furent si violentes que le moteur central du deuxième étage s’arrêta prématurément. Aucun dégât ne fragilisa la structure du lanceur, la poussée des quatre moteurs restants fut suffisante et la mission put se poursuivre.

C’est suite à cet incident que des systèmes anti-POGO furent installés pour garantir la sécurité de la fin du programme Apollo.

En ce qui concerne la navette spatiale, c’est dés la conception de l’orbiteur que le POGO fut pris en compte si bien que ce fut le premier véhicule à être équipé de dispositifs adéquats avant d’effectuer son premier vol.

Image : le second étage du lanceur Saturn 5

► Histoire : Enterprise, pionnier de la navette spatiale

Enterprise, le premier orbiteur, fut conçu comme un véhicule test et ne fut jamais équipé pour le vol spatial. L'Enterprise devait à l'origine se nommer Constitution (en l'honneur du bicentenaire de la constitution américaine de 1776). Mais les fans de la série télévisée Star Trek, par le biais d'une pétition, réussirent à convaincre la Maison Blanche d'opter pour le nom du célèbre vaisseau du capitaine Kirk.
Le 17 septembre 1976, l'Enterprise, sous le nom de code OV-101 pour Orbiter Vehicule-101, fut acheminé au centre de recherche Dryden de la Nasa situé sur la base d'Edwards en Californie pour y subir un programme de tests d'approche et d'atterrissage.
Ce programme ALT (Approach and Landing Test), d'une durée de neuf mois, permit de démontrer que l'orbiteur pouvait voler et atterrir comme un planneur.
Deux équipages d'astronautes (Fred Haise/Gordon Fullerton et Joe Engle/Dick Truly) se relayèrent aux commandes de l'Enterprise lors des tests en vol libre (1).

Le programme ALT comprenait des tests au sol et en vol. Les essais au sol consistaient en particulier à éprouver les capacités du Boeing 747 (dénommé SCA -Shuttle Carrier Aircraft) sur lequel l'Enterprise avait été arrimé, et notamment à déterminer les efforts exercés sur la structure du SCA au sol et ses capacités de manoeuvrabilité en phase de roulage jusqu'à la vitesse nécessaire au décollage. Le SCA équipé de sa charge démontra également d'excellentes aptitudes à virer et à freiner.[...]
Cing vols captifs non habités furent effectués pour évaluer l'intégrité structurelle et la maniabilité de l'ensemble SCA-Enterprise. Durant ces tests, les systèmes de l'orbiteur restèrent désactivés.
Puis, la NASA initia une série de trois vols captifs habités. A cette occasion, un astronaute pris place dans l'orbiteur pour y activer les systèmes de contrôles de vol. Ces tests furent menés pour vérifier tous ces systèmes dans la perspective de la phase de tests suivante, les vols libres.[...]

Lors des cinq vols libres effectués en 1977, les astronautes désarrimèrent l'orbiteur et le désolidarisèrent du SCA afin de mettre en oeuvre des manoeuvres d'approche et d'atterrissage sur la base d'Edwards. Les quatre premiers atterrissages se firent sur le lit d'un lac asséché. Ce n'est que lors du cinquième vol que l'Enterprise se posa sur la piste principale d'Edwards dans des conditions simulant un retour depuis l'espace. [...]. Ces vols démontrèrent que l'orbiteur pouvait effectuer une approche et atterrir en toute sécurité, et ce, en embarquant une charge minimum et en testant plusieurs configurations de centre de gravité.
Pour tous les vols captifs et pour les trois premiers vols libres, l'Enterprise fut équipé d'un cône recouvrant sa section arrière afin de réduire la résistance et les turbulences aérodynamiques. Les deux derniers vols libres furent effectués sans ce cône, ce qui permit de connaître les caractéristiques aérodynamiques des trois moteurs principaux factices et des deux moteurs de manoeuvre orbitale.

Après avoir subi des tests de vibration au sol en position verticale, l'Enterprise fut conduit au Kennedy Space Center à Cap Canaveral en Floride pour y être arrimé au réservoir externe et aux boosters à poudre. L'ensemble fut ensuite placé sur le célèbre pas de tir 39-A pour y servir de véhicule d'entrainement.
En mai 1983, l'Enterprise entama une tournée mondiale d'exhibition et fut présenté notamment au salon de l'aéronautique du Bourget, près de Paris.
L'orbiteur fut également mis en valeur lors de l'Exposition Universelle de la Nouvelle Orléans en 1984.
En 1985, l'Enterprise fit son dernier voyage jusqu'à Washington où il devint la propriété de la Smithsonian Institution.
En 1981, Columbia devint la première navette spatiale placée sur orbite. Quatre vaisseaux complétèrent la flotte des navettes durant les dix années suivantes : Challenger en 1982, Discovery en 1983, Atlantis en 1985, et Endeavour en 1991.

1-Vol libre : vol de l'orbiteur seul; vol captifs : orbiteur arrimé au SCA.

Source : NASA (document traduit)

► En savoir plus : les boosters à poudre de la navette

Les boosters à poudre fonctionnent en complément des moteurs principaux de la navette spatiale durant les deux premières minutes de vol. Ensemble, ils fournissent la poussée nécessaire à l'orbiteur pour échapper à la force gravitationnelle de la Terre.
A une altitude d'environ 45 km, les boosters se séparent du réservoir externe de la navette, et leur descente, freinée à l'aide de parachutes, se termine dans l'océan Atlantique.
Il sont ensuite récupérés par des navires, raménés sur la côte et reconditionnés pour une utilisation ultérieure.
Les boosters ne sont pas uniquement un moyen de propulsion. Ils participent également au guidage de la navette spatiale durant son ascension. La poussée fournie par les deux boosters est équivalente à un peu plus de 2 400 tonnes.
En plus des moteurs, les boosters sont constitués de nombreux équipements et sous-systèmes dont le détail figure sur cette illustration.
A noter que les moteurs des boosters à poudre de la navette spatiale sont les plus gros moteurs à propergol solide développés pour le vol spatial. Ils sont aussi les premiers à avoir été utilisés sur des vols habités.
Sources : NASA

► En savoir plus : les moteurs principaux de la navette spatiale

Les trois moteurs principaux de la navette spatiale, associés aux boosters à poudre, fournissent la poussée nécessaire au décollage de l'orbiteur. Ils restent allumés pendant 8 minutes et 30 secondes après le décollage. Une fois les boosters à poudre largués, les moteurs principaux permettent à la navette de se placer sur orbite en faisant passer la vitesse de l'orbiteur de 4 828 km/h à 27 358 km/h, et ce en six minutes seulement. Lors de cette accélération, ils consomment 1 890 000 litres de carburant liquide stocké dans l'énorme réservoir externe orange arrimé à l'orbiteur. Ce carburant est composé d'hydrogène liquide (d'une température de -252.8 degrés Celcius) et d'oxygène liquide (rapport de 6 pour 1).

La puissance de ces moteurs est équivalente à 37 millions de chevaux. La température dans la chambre de combustion peut atteindre plus de 3 000 degrés Celcius. Leur durée de vie est de 7,5 heures de fonctionnement, soit 55 décollages.

Source : NASA.

► Lancement de Discovery en route vers l'ISS

Juillet 2006 : la mission STS-121 marque le retour en vol des navettes clouées au sol suite à la destruction de Columbia en 2003 et au semi-échec de la mission de Discovery en 2005. Sur cette vidéo, on se rend bien compte de la formidable puissance des moteurs de l'orbiteur et de l'impressionnante poussée immédiatement générée par l'allumage des deux boosters à poudre situés de part et d'autre de la navette.