l'Aventure Chaotique des fusées Europa de 1962 à 1973

l'Aventure Chaotique des fusées Europa de 1962 à 1973

rapport préliminaire sur le Tir F8 d'europa 1

 

ELDO/T(69)8 LANCEMENT 1,8 Traduit de l'anglais (24.9.69)                                                                                                                                                                             europa 1 F-8art.jpg

Neuilly, le 17 septembre 1969

Note du Secrétariat

 

RAPPORT PRELIMINAIRE SUR LE  LANCEMENT F8

 

Résumé

 

Le lancement F8 a eu lieu à Woomera le 3 juillet 1969. Le présent rapport traite des principaux problèmes qui sont apparus pendant la préparation du lancement, des incidents survenus au cours du vol ainsi que de la situation telle qu’elle se présente au stade actuel de l’évaluation.

1. Historique du lancement

1.1. F8 était le deuxième essai en vol du lanceur ELDO-A avec  ses trois étages actifs. Comme on se le rappelle, la majorité des objectifs d’essai n’ont pu être atteints au cours de l’essai F7. Des études et des essais au sol ont été effectués par les autorités allemandes afin de déterminer les causes de la défaillance et d’éviter  que celle-ci se reproduise. Un rapport a été soumis au conseil scientifique et  technique à sa réunion du 9 mai 1969. Les autorités allemandes, le secrétariat et le Comité scientifique et technique ont exprimé leur confiance dans les travaux effectués et dans les mesures prises en vue de F8.

 1.2. La définition générale du lanceur F8 était la suivante:

 1er étage - identique à celui de F7

2ème étage - identique à celui de F7, sauf que les caractéristiques des séquenceurs étaient intégralement celles du type de fabrication.

3ème étage – identique à celui de F7 sauf que le réservoir était en titane et que les modifications décidées à la suite de F7 avaient été apportées

Charge utile - 355 kg pour le satellite d'essais et l'adaptateur

Guidage – guidage radio opérationnel

1.3.. Le  9 janvier 1969, la date-objectif de F8 a été fixée eu 30 juin 1969. Pendant la période comprise entre COS deux dates, les opérations de préparation Se sont déroulées en suivant presque exactement le plan établi. Les phases principales do l'essai F8 lui-même ont eu lieu conformément au Plan détail_ 14 des essais (DTP): tous les étages ont été érigés aux dates prévues et ce n'est qu'un incident survenu avec un boulon explosif du Sème étage qui a entraîné l'ajournement du lancement du 30 juin au ler juillet. La première tentative de lancement a eu lieu ce jour-là mais a dû être interrompue par suite de la présence d'une couverture de nuages basse et dense. La même situation s'est présentée le 2 juillet et ce n'est que le 3 juillet que le lancement a pu avoir lieu, après un compte à rebours et une séquence automatique très satisfaisants, trois jours seulement après la date fixée six mois auparavant.

2. Evénements au cours du vol 

   2.1. Premier étage  

Les conditions du décollage du premier étage ont été conformes aux conditions nominales et les performances de l'étage ont été satisfaisantes pendant tout le vol propulsé. La trajectoire s'est située à la limite inférieure des tolérances prévues mais, d'après les preuves dont on dispose, le point de chute du ler étage s'est situé dans l'ellipse de dispersion prévue.

La poussée corrigée a été conforme, à 1,5% près, aux valeurs prévues et le bloc pilotage a fonctionné de façon satisfaisante. Toutefois, la vitesse finale du lanceur a, ici encore, été trop faible par rapport à la valeur prévue et cette question est l'objet d'une étude plus approfondie par le Royaume-Uni. Les capteurs de niveau d'oxygène .liquide ont mis en marche la séquence d'arrêt des propulseurs 150,27 s et le signal ABS qui met en route la séparation a été émis à 151,21 s.

    2.2. Deuxième étage

 La séparation ler/2ème étage a eu lieu dans les conditions nominales à 153,19 s. La séquence d'allumage des propulseurs a démarré à 153,83 s, suivie par l'allumage correct de la phase préliminaire à 154,65 s et de la phase principale à 155,56 s.

 La dispersion de l'instant d'allumage des 4 moteurs a été inférieure à 0,05 s pour la phase préliminaire et à 0,01 s pour la phase principale.

 L'évaluation préliminaire des résultats a montré que la poussée individuelle et totale des propulseurs a été dans les tolérances admises et que l'accroissement de vitesse a été 4gèrement supérieur à la valeur prévue. Le fonctionnement û bloc pilotage a été satisfaisant et la durée totale de la pulsion s'est située dans les tolérances fixées.

Le capteur de niveau de N2O4, a mis en marche la séquence d'arrêt à 257,15 s et le débuta la diminution de poussée a été enregistré à 258,81 s. D'après l'évaluation préliminaire des résultats, l'arrêt des 4 propulseurs a eu lieu dans les conditions nominales.

La trajectoire au cours du vol du 2ème étage est demeurée au-dessous de la trajectoire prévue et le point de chute s'est situé dans l'ellipse de dispersion prévue.

 Le signal de séparation AC3 a été envoyé au 3ème étage entre 258,37 s et 258,83 s et une séparation conforme aux conditions nominales a été enregistrée par le 2ème étage à 259,96 s. Celle-ci a été suivie 0,33 s plus tard, par une forte onde de choc, ayant provoqué une décélération du 2ème étage, apparemment due à l'explosion du 3ème étage.

2.3. Troisième étage

 Le signal AC3, qui met en marche la séquence de séparation du 3ème étage, a été reçu du 2ème étage à 258,5 s. Le premier événement de la séquence de séparation, l'allumage des fusées de séparation, a eu lieu à 258,978 s.

Immédiatement après cet instant ont eu lieu, à bord du 3ème étage, plusieurs événements anormaux qui indiquent un défaut de fonctionnement. A 260,3 s la réception des signaux de télémesure du 3ème étage s'est interrompue. Cet instant coïncide avec celui de l'onde de choc décélérant, enregistrée par le 2ème étage, que l'on suppose due à l'explosion du 3ème étage.

 Une analyse plus détaillée de la défaillance du 3ème étage est donnée au paragraphe 4.

2.4. Charge utile 

Tous les ensembles du satellite d'essais ont fonctionné correctement jusqu'au moment de la disparition du STV au-dessous de l'horizon radio de Gove et ont probablement continué à le faire jusqu'au point de chute.

On a enregistré un fonctionnement normal des cellules solaires à partir du largage de la coiffe.

 A l'instant où les signaux de télémesure du 3ème étage ont été perdus, des accélérations anormales ont été enregistrées dans le satellite d'essais.

 On ne dispose actuellement d'aucune preuve de séparation normale ou forcée 3ème étage/satellite d'essais.

.2.5.  La coiffe

Le largage de la coiffe a été déclenché par le séquenceur du 3ème étage à 179,5 s et le largage s'est effectué correctement. La vitesse latérale initiale était de 6m/s c'est-à-dire supérieure à la valeur obtenue d La trajectoire de la coiffe par rapport au lanceur a été correcte et l'on n'a enregistré aucune perturbation de ce dernier ni de la charge utile.

2.6. Centrale d'attitude ARPU

 L’ARPU a fonctionné correctement  jusqu’à 260,3s, instant où les signaux de télémesure du 3 éme étage ont été perdus

Les temps du programme de tangage ont été  normaux et le fonctionnement de la plateforme a été correct.

2.7. Guidage radio

L’acquisition, par la station Gove, des signaux du répondeur  a eu lieu à 241,0 s, instant où le lanceur est  passé au-dessus de l'horizon. Ceci a été possible grâce à une modification de procédé qui a permis d'avoir une évaluation visuelle de la qualité des signaux.

Avant que le lanceur atteigne l’angle de site de 5° c’est-à-dire le point où la trajectographie et le guidage auraient dû commencer, les signaux du répondeur ont été perdus à 260,3 s. Ce temps coïncide avec la perte des signaux de télémesure du 3éme étage et par conséquent la perte des signaux du répondeur a probablement été causée par la destruction du 3 éme étage. Aucun ordre de guidage n'a donc pu être transmis

3. Caractéristiques principales des opérations de préparations et de compte à rebours

3.1. Si l’on considère l’opération de lancement, on peut dire que cet essai a fourni la preuve qu’un progrès considérable a été accompli tant dans le domaine technique que dans celui de la préparation du matériel en Europe. Un grand nombre d’essais multi-étage intégrés ont été exécutés à la première ou à la deuxième tentative alors qu’au cours des précédents lancements plusieurs tentatives ont dû être faites en raison de défectuosités du matériel ou d’inexactitudes dans la documentation.

Le lancement F8 a montré surtout que les objectifs les moins spectaculaires de chacun des essais effectués jusqu’ici : mettre au point des procédures de lancement et des techniques de lancement, ont donné des résultats presque satisfaisants dans ce domaine délicat où plusieurs nationalités et plusieurs langues sont en cause.

La répartition révisée des travaux pour les quatre derniers jours du compte à rebours a fait apparaître des avantages considérables sur les dispositions antérieures, car la courte durée du programme du jour du lancement lui-même offre une très grande souplesse dans le choix du créneau. Grâce à l'introduction d'une courte période de travaux de remise en état tous les trois jours, il serait possible de rester au stade moins 6 heures pendant plusieurs jours et d'attendre que les autres conditions opérationnelles soient satisfaites.

. 3.2. Discipline des opérations

Après l'essai F7, le Secrétariat s'était efforcé de mieux faire comprendre la nécessité d'une discipline technique plus stricte et d'une direction plus ferme des opérations au cours d'un lancement. Des réunions et des discussions ont eu lieu avec les Etats membres, en particulier sur la question des comptes rendus d'inspection et de défectuosité. Un progrès manifeste a été noté au cours de l'essai F8 mais il est évident que l'on n'a pas encore donné à ces disciplines l'importance que le Secrétariat souhaiterait qu'on y accorde. La fourniture et le contrôle des pièces de rechange sont encore loin de donner satisfaction pour les étages supérieurs.

3.3 Charges dues au vent

L’essai a montré que le procédé de vérification des charges dues au vent qui a été mis au point est maintenant  satisfaisant il a fonctionné sans difficulté  au cours des trois tentatives de lancement. Il est également évident qu’avec ce procédé et avec les critères  de charge révisées qui sont utilisés, le lanceur ELDO-A ne souffre plus pour le lancement de restrictions inutilement sévères imposées par les vents à haute altitude..

3.4 Sauvegarde de la  base

 D'autres difficultés, liées à la sauvegarde de la base, se sont fait jour pendant le lancement F8.

     3.4.1. Les responsables du 2ème étage ont craint que la marge de sécurité relative à la puissance des signaux des récepteurs WREBUS ne soit pas suffisante pendant les dernières secondes du vol du 2ème étage, en raison de l'atténuation due au jet, pour exclure tout risque d'arrêt  automatique par suite de perte de signaux. Lors des précédents tirs, F6/2 et F7, on avait prolongé de 5 s la temporisation du fonctionnement du système de sécurité pendant toute la durée du vol du 2ème étage, avec l'accord du WRE, mais les responsables de la sauvegarde au WRE ont considéré que cette mesure n'était plus justifiée

 4. Incidents de vol 

            4.1. Défaillance du troisième étage

 4.1.1. Résultats de la télémesure

L'analyse des enregistrements de Cove et de Mirikata montre que les ordres suivants ont été correctement donnés par le 3ème étage:

  a) pressurisation des réservoirs par l'ouverture des vannes VPY 1 à 195 s et VPY 2 à 235 s;

 b) signal AC3 - remise en route du séquenceur du 3ème étage à 258,5 s;

 c) ordre 805 du séquenceur - allumage des fusées de séparation à 258,978 s;

d) ordre B04 du séquenceur - allumage du générateur de gaz froid à 259,276 s;

 e) ordre B16 du séquenceur - débranchement des connexions électriques de l'interface à 259,878 s;

f) ordre B06 du séquenceur - allumage des boulons explosifs pour la séparation 2ème/3ème étage à 259,978 s;

g) ordre B07 du séquenceur - allumage des moteurs verniers à 260,076 s.

Les signaux de télémesure ont été perdus à 260,3 s.

 Tous les ordres ont été correctement exécutés, à l'exception de l'événement f). Quoiqu'il existe des indices du déclenchement de la séparation, la durée de la période de contrôle entre B06 et la perte des signaux de télémesure a été trop brève pour que l’on puisse savoir si la séparation a été réussie ou non. L'allumage des moteurs verniers a été enregistré juste avant la perte des signaux de télémesure, de sorte que l'on ne peut rien dire de leur fonctionnement.

 Les anomalies suivantes ont été enregistrées peu après B05:

a)      faible augmentation de la pression du gaz, de l'ordre de 0,5 ATM., dans le réservoir de comburant à B05 + 27 ms

b)       Une onde de pression de + 2 atm. est apparue dans la canalisation de comburant, à proximité de l'un des moteurs verniers, à 805 + 31 ms. •

c)       Une augmentation brusque de pression des gaz a eu lieu dans les deux réservoirs, avec une vitesse de variation de l'ordre de 35 atm/s. dans le réservoir de comburant. et de l'ordre de 20 atm/s dans le réservoir de carburant, à partir de 805 + 42 ms. Les capteurs de pression des deux réservoirs sont arrivés à saturation à 22 atm. et sont restés à ce niveau jusqu'à la perte des signaux de télémesure à 260,3 sec. instant auquel il est très probable que le 3ème étage a explosé.

d)        La vanne électromagnétique soumise à la pression de gaz du réservoir de carburant de l'un des moteurs verniers au moins (les deux dans le cas de F7) s'est ouverte sans avoir reçu de signal électrique, à 805 + 1 s. approximativement.

 Quoique les modifications apportées aux instruments de mesure après le lancement F7 permettent maintenant de situer avec une très haute précision les événements enregistrés, les seuls enregistrements de la télémesure ne permettent pas de déterminer sans équivoque :a cause de la défaillance. Il sera nécessaire de procéder à un certain nombre d'essais au sol afin de reproduire certaines des anomalies qui sont apparues peu après B05.

 

4.1.2. Evaluation des causes possibles de l'échec

 La similitude des résultats de la télémesure des deux essais F7 et F8 semble indiquer que les causes de la défaillance ont été identiques dans les deux cas et qu’elles sont liées à l'ordre B05. En outre, la première anomalie du lancement F8 coïncide à 40 ms près avec celle de F7. Cette répétition de l'instant de la défaillance exclut pratiquement tout défaut de fonctionnement mécanique et conduit à centrer l'étude de la défaillance sur le mauvais fonctionnement d'un circuit électrique. Après F7 la situation n'était pas la même, en ce sens que l'on attribuait une probabilité égale à trois possibilités : deux mécaniques et une électrique. Les systèmes les plus suspects furent donc modifiés en supposant que la cause de la défaillance se trouverait ainsi diminuée.

 

Il convient, à cet égard, de rappeler deux incidents liés étroitement à l'échec de F7/F8.

 

Au cours des essais au sol effectués chez FIAT à Turin, sur la coiffe, plusieurs mois avant le lancement de F8, l'explosion  accidentelle de l’un des boulons explosifs a eu lieu lors de la vérification de la résistance d’isolement entre  les deux filaments de  l'allumeur. Le même incident s'est produit à Woomera avec l'un des boulons du 3ème étage, au plan de séparation Lors de la vérification le Jour L-5 sur le lanceur (voir ' également le para. 3.6). Ces deux incidents au sol mettent clairement en évidence la sensibilité de ces allumeurs aux différences de potentiel de courte durée a pu apparaitre entre les deux filaments des allumeurs des boulons d’auto destruction

Compte tenu de ce qui précède, une enquête a été  entreprise sur le fonctionnement du système de sécurité du 3éme étage  et celle-ci a montré que dans certaines circonstances, une différence de potentiel de courte durée a pu apparaitre entre les deux filaments des allumeurs des boulons d’auto destruction

Pour des raisons de redondance, le 3 éme étage utilise deux systèmes de sécurité qui alimentent chacun l'un des filaments d’un allumeur. Comme les deux systèmes  sont flottants, il est possible qu’après la mise à feu des allumeurs de fusée de séparation commandée par B05 une différence de potentiel existe entre les deux systèmes  et par conséquent entre les deux filaments d’allumeur, si des court-circuits se sont formés dans les allumeurs de fusée de séparation

On peut conclure de ce qui précède qu'il est très probable que la cause de la défaillance de F7 et F8 est le fonctionnement accidentel des boulons d'auto-destruction du réservoir du 3ème étage dont l'allumage a été provoqué par l'apposition d'une différence de potentiel entre les deux filaments.

En conséquence, il est possible d'en déduire les explications ci-dessous pour les premières anomalies :

Les perturbations de pression a) et b) sont dues aux gaz produits par les dispositifs d'auto-destruction. Le faible écart de temps entre a) et b) correspond à la vitesse de propagation de l'onde de pression jusqu'au point de mesure de b), plus éloigné.

 La brusque augmentation de pression c) est due à la réaction chimique du comburant avec le carburant après perforation de la membrane par le boulon d'auto-destruction.  

.Les essais au sol ont montré que les vannes d) s'ouvrent lorsque la pression dépasse 32 atm. Il est possible que des pressions égales et supérieures à cette grandeur soient apparues à l’intérieur du réservoir  lorsque la réaction chimique s'est produite.

             Enfin, lorsque la pression interne du réservoir a dépassé sa pression de rupture, le 3éme étage a explosé et les signaux de la télémesure ont été perdus.

4.1.3. Organisation des enquêtes en Allemagne

 Quatre comités ont été créés en vue d'identifier avec précision les causes de l’échec de F8 et de prendre des mesures nécessaires pour le tir F9, à savoir :

a) Le Comité Mandel

Ce comité présidé par M. Mandel de l’ASAT est composé de représentants de l’ASAT, de la DFVLR, de la GfW et du secrétariat du CECLES

Il a pour tâche :

 - d'évaluer les résultats du tir F8

 - d’étudier en détail et de proposer les essais au sol nécessaires et leur ordre de priorité

 - de faire exécuter et de contrôler l'exécution des  essais au sol

 - de faire apporter les modifications nécessaires

 D’établir un calendrier compatible avec le date du 6 avril 1970 prévue pour F9.

Ce comité, qui s'est réuni à cinq reprises en juillet et août, prévoit de tenir de nouvelles réunions à intervalles réguliers. Les principaux résultats des travaux de ce Groupe sont exposés aux paras. 4.1.1, 4.1.2 et 4.1.4.

b)       Le Comité Luksch

Placé sous la présidence de h. Luksch (GfW), ce comité est composé de divers conseillers spécialisés auxquels il est fait appel, selon les besoins, auprès d'organismes compétents situés en Allemagne ou dans d'autres pays

Le comité a pour mission de superviser les activités de tous les autres comités de les éclairer, de ses conseils et de leur fournir son appui dans la conduite des enquêtes.

-  pour le satellite d'essais, jusqu'à + 14 mn 30 s.

La trajectoire de F8 a pu être obtenue en totalité grâce aux signaux reçus par les trois stations au sol, du fait que les interruptions locales n'ont pas été simultanées, si l'on excepte le problème du 2ème étage mentionné ci-dessus.

 L'ordre d'interruption de l'émetteur de télémesure du satellite d'essais a été envoyé par la station au sol de Gove, conformément au plan de vol.

5.2 Systèmes de la base

Aucune difficulté la matériel de trajectographie de la base, ni par le système de sécurité en vol.

5.3 Réseau de trajectographie globale 

Le réseau de trajectographie globale était entièrement opérationnel pour l'essai en vol. Il ressort de l'exploitation du réseau de trajectographie qu'il conviendra de consacrer une plus grande attention au problème des communications; en effet, les liaisons de Woomera, de Gove et de COBY ont été interrompues pendant de très longues périodes et l'on peut craindre que ces interruptions n'interviennent au cours des phases critiques de lancement.

 6. Résumé

         6.1 L'essai F8 avait principalement pour objet de qualifier en vol :

a) le lanceur transportant la charge utile la plus élevée compatible avec les restrictions sur le point de chute imposées par un centre de gravité déplacé vers l'avant ;

b) le 1er étage dans sa configuration définitive et l’équipement de télémesure MK2

c) le 2éme étage doté d'un nouveau séquenceur et d’un nouveau bloc pilotage conforme aux caractéristiques améliorées de CORALIE 1

d) le 3ème étage à guidage radio, doté d'un réservoir en titane et d'une structure du type définitif ;

e)  le satellite d'essai doté d'une structure légère et d'un système de séparation identiques à ceux de F7, à l'exception d'un ensemble de cellules solaires réduit et d'un ballast supplémentaire.

        6.2 L'objectif a) a été partiellement atteint jusqu'à l'interruption prématurée du vol due à la défaillance du 3ème étage. Les objectifs b) et e) ont été pleinement atteints.

Les objectifs b) et c) ont été pleinement atteints.

 L'objectif d) n'a été qu'en partie atteint. Le 3ème étage n'a pu être qualifié en vol durant sa phase de propulsion en raison d'une défaillance intervenue approximativement au moment de la séparation 2ème/3ème  étage. En conséquence, certains autres équipements tels que la station de guidage éloignée, le système de séparation 3ème étage/satellite d'essais et le satellite d'essais qui devait être mis en orbite, n'ont pas eu l'occasion de fonctionner.

L'objectif e) n'a donc été, lui aussi, atteint qu'en partie.

       6.3 Les autorités allemandes déploient actuellement de grands efforts en vue d'éliminer les causes de l'échec du 3ème étage intervenu au cours des lancements F7 et F8. L'importante organisation mise sur pied en vue de procéder à des enquêtes et d'apporter immédiatement les modifications nécessaires, tout en effectuant simultanément des essais au sol, permet de penser qu'il sera possible d'effectuer un lancement réussi de F9 à la date du 6 avril 1970.



25/02/2017
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