Le premier tage du lanceur Soyouz : les Blocs B, V, G et D

Le premier tage est compos de quatre blocs latraux appels 11S59 arrangs en barillet autour du corps central (Bloc A), qui constitue le deuxime tage.Les quatre blocs sont numrots dans l'ordre de l'alphabet cyrillique : B, V, G et D. En dehors du moteur, leur conception est reste inchange depuis les annes 1950.1. Gnralits

Chaque bloc se prsente sous la forme d'un cylindre fusel de 19,2m de haut, avec un diamtre la base de 2,68m. Il est compos principalement d'un rservoir d'oxygne liquide (LOX) et d'un rservoir de krosne, qui occupent la partie conique, ainsi que du moteur quadri-chambres, situ la base.

Fig. 1.1 : Schmas d'un bloc latral.Crdit : Starsem, TsSKB-Progress

Les deux rservoirs sont faits d'un alliage d'aluminium AMg-6. Ils sont spars par un compartiment vide. Comme on le voit sur la figure 1.2, l'oxygne liquide est transmis au moteur par une canalisation qui traverse le rservoir de krosne. Une fois que les rservoirs sont remplis, une couche de glace se forme autour du rservoir d'oxygne, donnant l'illusion que le lanceur est peint en blanc.

Fig. 1.2 : Le rservoir de krosne, avec la canalisationqui relie le moteur au rservoir d'oxygne.Institut d'Aviation de Moscou. Crdit : Vassili PETROVITCH.

La figure 1.2 fait aussi galement apparatre le systme SOBIS ( ) qui consiste en un petit tuyau comportant une srie de capteurs de niveau plac en parallle des canalisations d'oxygne et de krosne. L'intrt du SOBIS est la stabilit des ergols l'intrieur de ce tuyau de faible diamtre, car les mesures de niveau ralises mme le rservoir ne seraient pas fiables. Notons que sur les lanceurs Soyouz-2, ce systme s'appelle BSIUZ ( ).Entre le rservoir de krosne et le moteur RD-107, on trouve deux rservoirs toriques. Celui du dessus contient l'azote liquide, qui est utilis pour la pressurisation du krosne et de l'oxygne liquide.

Fig. 1.3 : Vue clate d'un Bloc latral.MGTU Baoumann. Crdit : Nicolas PILLET.

Celui du bas contient le peroxyde d'hydrogne (H2O2), appel produit 030 dans la terminologie russe. Il est utilis pour l'entranement de la turbine du moteur RD-107. Aprs son passage dans la turbine sous forme gazeuse, le peroxyde est vacu par deux vannes situes ct des tuyres du moteur. Un systme provoque le cisaillement de l'coulement de gaz, afin de rduire la pousse rsiduaire qui pourrait dstabiliser le lanceur.

Fig. 1.3B : Emplacement des vannes d'vacuation du peroxyde d'hydrogne.Crdit : VKO / Rui BARBOSA.

Fig. 1.3C : Emplacement des vannes d'vacuation du peroxyde d'hydrogne.Crdit : CNES.

Pour des besoins d'exploitation, il est possible de vidanger le rservoir de peroxyde d'hydrogne (par exemple, dans le cadre d'un report de lancement). Une telle opration prsente un risque en terme de scurit du personnel, car le peroxyde est fortement corrosif et inflammable.

Fig. 1.3D : Emplacement de la vanne d'ventage du peroxyde d'hydrogne.Crdit : Rui BARBOSA.

Les rservoirs des blocs latraux sont quips de vannes d'ventage appeles DPK (- ). En effet, quand les rservoirs sont remplis, les DPK doivent tre ouvertes pour laisser l'air s'chapper. Elles sont ouvertes jusqu'au moment du lancement, afin d'viter la monte en pression due l'expansion de l'oxygne liquide. Les vannes d'ventage de l'oxygne sont appeles DPKO, celles du krosne sont appeles DPKG.

Fig. 1.4 : Emplacement de la vanne DPKO.MGTU Baoumann. Crdit : Nicolas PILLET.

A la base des blocs latraux, on trouve les raccords pour le remplissage de l'oxygne liquide et du krosne, ainsi que trois raccords lectriques qui sont largus au moment du lancement. L'un d'eux (appel 140/n, n tant la lettre du bloc dans l'ordre B, V, G, D) donne accs au systme de contrle du bloc. Tout en bas, il y a un point d'accroche pour les bras de maintien UN ( ) du pas de tir.

Fig. 1.5 : La base d'un lanceur Vostok.VDNKh. Crdit : Nicolas PILLET.

Fig. 1.6 : La base du Bloc B d'un lanceur Soyouz-ST-B.Lancement du 21 octobre 2011. Crdit : ESA.

Fig. 1.7 : Vue du connecteur 140/4 (Bloc D).MGTU Baoumann. Crdit : Nicolas PILLET.

Fig. 1.8 : Vue du raccord de remplissage d'oxygne liquide.MGTU Baoumann. Crdit : Nicolas PILLET.

2. Ailerons

A l'arrire des blocs 11S59, un petit aileron triangulaire, appel RM ( ), permet d'aider le lanceur se diriger. Il n'est mont qu'une fois le lanceur sur le pas de tir.

Fig. 2.1 : Vue de l'aileron du Bloc D.MGTU Baoumann. Crdit : Nicolas PILLET.

Un moteur lectrique permet de mettre sous pression un petit rservoir d'huile. Cette huile est alors utilise la demande du systme de contrle pour mettre l'aileron en rotation.

Fig. 2.2 : Le systme lectrohydraulique de commande de l'aileron.MGTU Baoumann. Crdit : Nicolas PILLET.

3. Production

Les blocs 11S59 ont t dvelopps l'OKB-1 de Sergue KOROLIOV, aujourd'hui RKK Energuia, et ils sont produits par le TsSKB-Progress de Samara, sur les bords de la Volga. Depuis le premier lanceur, ce sont prs de 7000 blocs latraux qui sont sortis des chanes d'assemblage.

Fig. 3.1 : Assemblage de quatre 11S59 au TsSKB-Progress.Crdit : Cosmopark.ru

4. Fixation au corps central

Au sommet de chaque bloc 11S59 se trouve un cne de soutien, qui constitue le principal point d'attache au Bloc A. La liaison se fait par l'intermdiaire d'une rotule qui transmet la pousse pendant toute la phase de fonctionnement. La rotule est encastre dans une encoche solidaire du Bloc A.

Fig. 4.1 : Vues du point de l'encoche du Bloc A et de la rotule d'un bloc latral.Crdit : Didier CAPDEVILA.

La rotule est simplement enfonce dans l'encoche, et il n'y aucun verrouillage. Quand le lanceur est vertical, le corps central repose compltement sur les blocs latraux. Sur le pas de tir, si le lanceur tait tenu par le corps central, les blocs latraux tomberaient.Quand le lanceur est l'horizontale, des accroches permettent de maintenir la rotule dans son encoche. Le lanceur est ensuite fix sur le transporteur-recteur (TUA), et c'est encore par les cnes de soutien que ce dernier tient tout le lanceur.Lors du redressement du lanceur, les quatre bras mtalliques du pas de tir se referment et chacun d'eux comporte un ergot qui vient s'insrer dans le creux du cne de soutien.

Fig. 4.2 : Vue du cne de soutien lors de l'rection sur le pas de tir.Crdit : ESA.

D'autre part, les blocs latraux sont maintenus en position grce deux barres mtalliques situes l'arrire, de part et d'autre de la partie cylindrique. Chaque barre s'entrecroise avec celle du bloc latral voisin, et est relie au compartiment des moteurs du corps central.Ces barres ne transmettent aucun effort axial : elles servent uniquement maintenir les blocs latraux en place.

Fig. 4.3 : Les barres de maintien sur le lanceur de la VDNKh de Moscou.Crdit : Nicolas PILLET.

Vido 1 : Installation d'un bloc latral sur le Bloc A.On voit bien la mise en place du mcanisme qui empche lebloc de tomber quand le lanceur est horizontal.Lancement du 24 juillet 2009. Crdit : TVRoscosmos.

5. Largage

Lors du dcollage, la pousse des moteurs RD-107 des blocs latraux est suprieure la pousse du moteur RD-108 du corps central. Ce choix a t ncessaire la conception, car ce sont les blocs latraux qui poussent le corps central, et s'ils n'avaient pas une pousse suprieure ils retomberaient.C'est justement ce principe qui est utilis quand le moment est venu de larguer les blocs latraux. Le systme de contrle du lanceur mesure en permanence la vitesse, et quand la vitesse de sparation est atteinte, il envoie la commande de sparation (KR).Vido 2 : Sparation des blocs latraux.Lancement du 12 octobre 2012. Crdit : CNES.

Cet instant intervient en thorie H0 + 118,03", alors que le lanceur est environ 40km d'altitude.La commande KR a deux consquences : - elle actionne les boulons pyrotechniques qui librent les barres de maintien arrire, - elle ordonne de diminuer la pousse des quatre moteurs RD-107.Quand la pousse des blocs latraux devient infrieure celle du corps central, comme les barres de maintien ne sont plus l, plus rien n'empche les blocs latraux de tomber. Leur rotule se libre donc naturellement de l'encoche du corps central. Un contacteur dtecte cet instant et envoie le signal NOCh ( ).Le risque serait alors que les blocs latraux percutent le lanceur en retombant. Pour viter cela, le signal NOCh provoque l'ouverture d'une vanne d'ventage du rservoir d'oxygne liquide (DPKO) situe entre le bloc latral et le corps central. L'oxygne se retrouve pression atmosphrique (trs faible cette altitude) et se vaporise instantanment, crant une pousse qui loigne le bloc du corps central.

Fig. 5.2 : Emplacement des vannes d'ventage d'oxygne.Crdit : Didier CAPDEVILA / Nicolas PILLET.

Fig. 5.3 : Sparation des blocs latraux.Crdit : RussianSpaceWeb/Anatoli ZAK.

Aprs la sparation, les moteurs RD-108 sont coups automatiquement afin d'viter que les blocs latraux n'entrent en collision avec le corps central. Les blocs 11S59 retombent ensuite dans des zones inhabites prdfinies. Quand le lanceur Soyouz-ST dcolle du Centre Spatial Guyanais, ils plongent dans l'ocan atlantique.

Fig. 5.5 : Blocs 11S59 retombs au Kazakhstan aprs leur lancement depuis Bakonour.

6. Motorisation

Chaque bloc latral est quip d'un moteur quadrichambre RD-107 de la NPO Energomach (anciennement OKB-456). Il utilise de l'oxygne liquide (LOX) comme comburant, et du krosne comme carburant.

Dernire mise jour : 24 dcembre 2012

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Histoire

Le deuxime tage du lanceur Soyouz : le Bloc A

Le deuxime tage des lanceurs de classe Soyouz est constitu du corps central, entour par les quatre blocs latraux qui constituent le premier tage.1. Gnralits

Le Bloc A (11S59A) a une hauteur de 26,5m et un diamtre maximal de 3,30m. Sa masse vide est de 7,1t, et sa masse au lancement est de 101,9t.Fig. 1.1 : Schma du Bloc A.Crdit : Arianespace.

Il est principalement constitu de la case quipements, du rservoir d'oxygne liquide, du rservoir de krosne, du tore d'azote liquide, du tore de peroxyde d'hydrogne et du compartiment arrire, qui abrite le moteur RD-108 (ou l'un de ses drivs).Le Bloc A est constitu de deux segments, qui sont livrs sparment sur la base de lancement et fixs ensembles dans le Btiment d'Assemblage et d'Essais (MIK).Sur le pas de tir, le Bloc A repose sur les quatre blocs latraux, en s'appuyant sur eux au niveau de leur cne de soutien.Au moment du dcollage, le Bloc A et les blocs latraux sont allums simultanment, et ce sont les blocs latraux qui poussent le Bloc A. Aprs 118s de vol, les blocs latraux sont largus, et le Bloc A poursuit sa mission.

Fig. 1.2 : Ecorch du Bloc A.Crdit : Telemetrist.

Fig. 1.3 : Le Bloc A du lanceur Soyouz-ST-B en Guyane, 14 septembre 2011.Crdit : ESA / Stphane CORVAJA.

2. Case quipements et interface avec le troisime tage

La partie suprieure du Bloc A est constitue de la case quipements, qui abrite toute l'instrumentation du lanceur. Construite dans un alliage appel D-16T, elle est divise en plusieurs compartiments, accessibles aux techniciens par des trappes.

Fig. 2.1 : Prparation d'une case quipements au TsSKB-Progress, 18 dcembre 2008.Crdit : ESA / Stphane CORVAJA.

Une gaine de cblage ( ) court tout le long du Bloc A entre les Blocs V et G. Ces cbles relient le moteur RD-108 au systme de contrle du lanceur, situ dans la case quipements.

Fig. 2.2 : Vue de la gaine de cblage sur lelanceur Vostok (8K72K) de la VDNKh de Moscou.Crdit : Nicolas PILLET.

C'est sur la case quipements que le Mt de Cblage Suprieur (VKM) du pas de tir vient se connecter. C'est par cette interface que le Bloc A communique avec les installations sol. Au vu des photos, il apparat que la connectique tait diffrente sur les lanceurs plus anciens (Fig. 2.3).

Fig. 2.3 : La connexion du VKM sur le lanceur Vostok (8K72K) de la VDNKh de Moscou,et sur le lanceur Soyouz-FG de Venus Express.Crdit : Nicolas PILLET / ESA.

La case quipements est surmonte d'une structure en treillis qui sert d'interface avec le troisime tage (Bloc E ou Bloc I) et qui permet aux moteurs de ceux-ci de dmarrer alors que le Bloc A fonctionne encore.La partie suprieure du treillis est munie de douze points d'attaches qui supportent le troisime tage. Six de ces points sont des verrous pyrotechniques, les six autres sont des ressorts.

Fig. 2.4 : Un verrou pyrotechnique Samara.Crdit : ESA / Stphane CORVAJA.

Sous le treillis, un rflecteur permet de protger la case quipements quand le moteur du troisime tage s'allume. Le rflecteur est en alliage d'aluminium AMg-6.3. Le rservoir d'oxygne liquide

Le rservoirs d'oxygne liquide, qui constitue la partie suprieure du Bloc A, se dcompose en deux cnes tronqus termins par des fonds sphriques. Le tout est construit en alliage d'aluminium AMg-6.

Fig. 3.1 : En Guyane, le rservoir d'oxygne ( droite)s'apprte tre arrim la partie infrieure, 13 septembre 2011.Crdit : ESA / Stphane CORVAJA.

Une ceinture de renforcement permet de supporter les efforts radial et axial, ainsi que le moment de torsion gnr par les blocs latraux. A l'intrieur du rservoir, huit planches mtalliques permettent de stabiliser l'oxygne liquide durant le vol.4. La partie infrieure

La partie infrieure du Bloc A est constitue principalement du rservoir de krosne, qui est un cylindre en alliage AMg-6. Il se dcompose en sept viroles, termines par deux fonds sphriques. Le rservoir est travers par la canalisation qui transmet l'oxygne liquide du rservoir vers le moteur.

Fig. 4.1 : La partie infrieure d'un Bloc A est dstocke lors de son arrive Bakonour.Crdit : DR.

Sous le rservoir de krosne se trouve la jupe, qui renferme le tore de peroxyde d'hydrogne utilis pour la mise en rotation de la turbine (H2O2), et le tore d'azote liquide qui permet de pressuriser les rservoirs.Tout en bas de la jupe se trouve un anneau de renforcement, qui fait l'interface avec le compartiment arrire et qui supporte l'effort gnr par le moteur RD-108. C'est galement sur cet anneau que son fixes les barres de maintien des blocs latraux.

Fig. 4.2 : Prparation de la partie infrieured'un Bloc A au TsSKB-Progress, 18 dcembre 2008.Crdit : ESA / Stphane CORVAJA.

5. Le compartiment arrire

Il est constitu d'une structure cylindrique qui abrite le moteur RD-108, ainsi que de quatre protubrances o viennent se loger les chambres verniers.

Fig. 5.1 : Le compartiment arrire au TsSKB-Progress, 17 dcembre 2008.Crdit : ESA / Stphane CORVAJA.

A Samara, la partie centrale du moteur, c'est dire les quatre chambres principales, sont d'abord arrimes la partie infrieure du Bloc A, puis le compartiment arrire et ses quatre chambres verniers sont ajouts.

Fig. 5.2 : Le compartiment arrire est arrim au Bloc A Samara.Crdit : FotoSoyuz.

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