Données Techniques

Données Techniques du Dream Chaser de la Sierra Nevada Corporation – Space Systems

Données techniques du Dream Chaser SNC

Comparaison entre la Navette STS et la Mini-Navette SNC

PROFIL D’UNE MISSION STANDARD DU DREAM CHASER

DECOLLAGE

Il s’agit d’une ébauche de mission extrapolée avec les dernières données connues et sur le profil d’une mission STS qui a beaucoup de similitudes.
Dans la configuration de lancement, le Dream Chaser sera placé en haut d’une fusée Atlas V (version 402). Le premier étage peut recevoir de 1 à 5 propulseurs d’appoint à poudre de la société Aerojet qui fournit individuellement une poussée supplémentaire de 127 tonnes durant les 94 premières secondes du vol. Le deuxième étage Centaur est similaire à celui de l’Atlas III et peut comporter un ou deux moteurs. Le Dream Chaser sera placé en haut d’une Atlas sans le moindre système de carénage, comme c’est le cas par exemple pour le X-37B, ce qui rend la mécanique encore moins complexe.

La pression maximale dynamique sera atteinte au début de l’ascension, nominalement soit entre 30 et 60 secondes après le décollage. Environ 1 minute plus tard (2 minutes dans la phase d’ascension), les SRBs auront consommé leur propergol et seront largués de la fusée. Ceci est déclenché par un signal de séparation de DreamChaser. Cette opération est automatique bien que l’équipage pourra ordonner cette manœuvre manuellement.

L’Atlas V continue son ascension avec le second étage. Environ 8 minutes et demie après le lancement, celui ci sera largué et les deux moteurs hybrides du DreamChaser fourniront une combustion pour éloigner le DreamChaser du second étage en fin de vie et se désintégrera dans l’atmosphère.

INSERTION EN ORBITE ET CIRCULARISATION

Le profil de montée normale, appelé «insertion directe», place le véhicule sur une orbite elliptique temporaire. Altitude orbitale peut varier de 185 à 577 km, en fonction des exigences de la mission. L’équipage effectue ensuite une combustion d’orbitation OMS désignée comme OMS 2 pour stabiliser l’orbite. Cette combustion peut faire varier la vitesse orbitale du vaisseau entre 60 et 168 mètres/seconde en fonction des besoins.

En cas de problème lors de l’ascension, le véhicule peut se trouver bien en deçà de la vitesse attendue au moment de la séparation du second étage et avoir même une vitesse suborbitale. Dans de tels cas, l’équipage effectuera ce qu’on appelle une combustion OMS 1, ce qui soulève l’orbite à une altitude de sécurité. Ensuite, l’OMS 2 amène le vaisseau sur une orbite stable.

ORBITE

Dream Chaser en orbiteSur l’orbite, les jets avant et arrière RCS offriront un contrôle d’attitude du DreamChaser, ainsi que toute autre manœuvre pendant la mission. Les moteurs hybrides seront utilisés pour effectuer des transferts orbitaux, comme ceux faits pour le rendez-vous avec la Station spatiale internationale (ISS). Une fois sur l’orbite souhaitée, l’équipage remplit les objectifs de la mission, tels que l’arrimage avec l’ISS , le déploiement,la récupération ou des réparations de charges utiles, et encore des expériences scientifiques.

DESORBITATION

A la fin des opérations orbitales, le RCS est utilisé pour orienter l’orbiteur dans une attitude «queue en premier de l’anglais : tail-first attitude». Les deux moteurs hybrides sont allumés et baissent l’orbite de telle sorte que le véhicule pénètre dans la haute atmosphère. La combustion de désorbitation diminue habituellement la vitesse orbitale du véhicule entre 60 à 168 mètres/seconde en fonction de l’altitude orbitale. Lorsque la combustion de désorbitation est terminée, le RCS est utilisé pour faire pivoter le nez de l’orbiteur en avant pour l’entrée dans l’atmosphère. Les jets RCS sont utilisés pour le contrôle d’attitude jusqu’à ce que la densité atmosphérique soit suffisante pour utiliser les surfaces aérodynamiques.

L’ENTREE ATMOSPHERIQUE

Interface d’entrée soit le point où le véhicule pénètre dans la haute atmosphère se produit à une altitude de 400.000 pieds et une distance d’environ 7780 km du site d’atterrissage. La vitesse du vaisseau est alors d’’environ 7600 mètres/seconde. L’orbiteur est alors manœuvré à un roulis de 0° et un lacet (niveau des ailes) de 40° d’angle d’entrée atmosphérique. Si les 40° ne sont pas respectés, le Dream Chaser pourra se désintégrer dans l’atmosphère (angle trop petit) ou rebondir (angle trop grand).

Le contrôle de la traînée atmosphérique est obtenu en faisant varier soit l’angle d’attaque soit l’angle d’inclinaison. En faisant varier l’angle d’attaque trop tôt lors de l’entrée, cela crée des températures au-dessus de la spécification de l’orbiteur. Augmenter l’angle d’inclinaison diminue la composante verticale de la portance, ce qui provoque un taux élevé de décélération et génère une plus grande traînée atmosphérique et donc plus d’énergie à dissiper. Cela fait aussi monter la température sur la surface du Dream Chaser, mais pas aussi radicalement que ce serait d’augmenter l’angle d’attaque.

Si le Dream Chaser est trop lent soit « Low Energy » (c’est à dire que le site d’atterrissage est beaucoup plus loin que prévu, étant donné la vitesse actuelle), l’orientation d’entrée sera inférieure à l’angle nominal. Si l’orbiteur est sur «Hi Energy » soit trop d’énergie à dissiper. (C’est à dire dans le cas où le site d’atterrissage serait plus proche que prévu), l’angle d’entrée sera supérieur pour dissiper l’énergie supplémentaire.

Les jets de contrôles avant du RCS ne sont pas utilisés lors de la rentrée car ils affecteraient l’aérodynamisme du véhicule. Ainsi, seuls les jets RCS arrières sont utilisés pour manœuvrer le véhicule. Lorsque la pression dynamique (QBar) est de 10 psf (4,79 Millibar), les surfaces de contrôle du Dream Chaszer prendront la relève pour manœuvrer le roulis et les fonctions RCS de cet axe sont désactivées. Quand le QBar est de 40 psf (19,15 Millibar), les RCS qui gèrent l’axe de tangage cèdent la place aux surfaces aérodynamiques. Les aérofreins sont déployés sous Mach 10 pour aider à garder les élevons dans le vent relatif. A Mach 5, le gouvernail deviendra actif et sera utilisé pour trimer. Enfin, à Mach 1, toute les jets RCS sont désactivés, ne laissant que les surfaces aérodynamiques pour manœuvrer le vaisseau.

TAEM

TAEM (Terminal Area Energy Management ou gestion d’énergie de la zone terminale) dirige le Dream Chaser sur l’un des deux cônes invisible d’un rayon de 6 km le (HAC), qui sont situés à la tangente et de chaque côté de l’axe de la piste. L’excès d’énergie est dissipé par des manœuvres en S. Cela réduit la vitesse de l’orbiteur jusqu’à son alignement du HAC qui commence généralement à 10000 pieds (3000 m). Le vaisseau ralentit à la vitesse subsonique à une altitude d’environ 49 000 pieds (15 000 m) et environ 50 km du lieu de l’atterrissage.

À l’acquisition TAEM, l’orbiteur est orienté jusqu’à ce qu’il soit sur une tangente du HAC et se poursuit jusqu’à ce qu’il atteigne le point (WP) 1. Au WP-1, la phase d’alignement TAEM commence. La trajectoire du HAC est maintenue jusqu’à l’alignement de piste d’atterrissage, à +20° la phase pré-finale du TAEM commence et la Navette pique du nez pour tenir une trajectoire de descente raide (G/S) et la vitesse augmente. Le pilote garde l’axe de la piste. La phase de guidage d’approche et d’atterrissage commence à l’achèvement de la phase TAEM pré-finale et se termine lorsque le vaisseau spatial s’arrête complètement sur la piste.

ATTERRISSAGE

La phase d’approche et d’atterrissage commence à la phase pré-finale du TAEM c’est à dire environ 20° de l’axe de la piste au point NEP qui se trouve à 10 000 pieds et à 12,8km du début de la piste (6,9 nm). A ce point précis, la Navette va piquer du nez pour maintenir une vitesse équivalente de 300 nœuds (KEAS). L’angle de décente sera de -20° et ensuite de -18°. Le taux de chute sera de 10000fts par minute (environ 3000 m). À 2000 pieds au-dessus du sol (AGL), une manœuvre preflare est amorcée pour amener la Navette sur un plan d’approche inférieur à 1,5° en vue de l’atterrissage en utilisant les aérofreins pour gérer les plages de vitesse. L’équipage déploie le train d’atterrissage à 300 pieds AGL. L’arrondi final réduit le taux de chute de l’engin à une valeur cible de 3 ips. Le toucher se produit à environ 2500 pieds (762 m) au-delà du seuil de piste et à une vitesse de 191 KEAS.

SITES DE LANCEMENTS ET D’ATTERRISSAGES

Le Kennedy Space Center (KSC) en Floride est utilisé pour tous les lancements de la Navette. Le centre KSC est également utilisé pour certains atterrissages de la navette. La base aérienne d’Edwards Air Force Base en Californie est aussi utilisée pour les atterrissages. Elle fut même la principale base de retour des Navettes pendant le début du programme. Mais pour des raisons de coût d’acheminement de la navette, ce site fut de moins en moins utilisé sauf en cas d’urgence. Des sites d’atterrissage d’urgence sont utilisés comme par exemple Zaragoza en Espagne. La piste d’atterrissage de Zaragoza est l’une des principales pistes d’atterrissage d’urgence utilisée par Houston en cas de mauvais temps ou de problèmes orbitaux. Cette longue parcelle de terrain du nord de l’Espagne qui abritait le 406ème Tactical Fighting Wing de l’US Air Force , est normalement la destination habituelle d’une Navette en cas d’un échec TAL, c’est à dire à une vitesse suffisante pour dépasser la Floride. Heureusement, elle ne fut jamais utilisée. L’autre base d’urgence en Espagne est Rota, au sud de l’Espagne. D’autres pistes d’urgences sont utilisées comme par exemple White Sands au Nouveau Mexique. Elle fut même utilisée pour la mission STS-3 le 22 Mars 1982 à cause d’une très mauvaise météo sur la base d’Edwards. A Noter qu’au début du programme, la Navette n’était pas certifiée pour se poser sur une piste bétonnée. Il faudra attendre la mission STS-41-B pour voir la Navette se poser sur une piste en dur.