Herakles : vers une réduction des vibrations lors des lancements d’Ariane

Les moteurs à propergol solide des lanceurs spatiaux génèrent des vibrations susceptibles de générer des dommages sur les satellites embarqués. Grâce à ses logiciels de simulation, associés à sa capacité à produire un propergol adapté, Herakles va pouvoir limiter l’impact de ce phénomène sur les propulseurs du futur lanceur Ariane 6.

Pour la fusée Ariane 5 – comme pour la future Ariane 6, la poussée au décollage est principalement assurée par des propulseurs à propergol solide. « Après plusieurs années d'exploitation du lanceur Ariane 5, nous avons constaté que la combustion du propergol solide (voir encadré) générait des vibrations qui, en se propageant, pouvaient endommager la ou les charges utiles embarquées par le lanceur, résume Yann Talamoni, responsable des programmes Préparation du futur et R&T chez Herakles. Nous cherchons aujourd'hui à réduire sensiblement ce phénomène, tout particulièrement dans la perspective du futur lanceur Ariane 6. »

Valider les modèles
Depuis les années 1990, Herakles développe des modèles informatiques pour comprendre et prédire comment ces vibrations, appelées phénomènes d'oscillation de pression (ODP), sont générées à l'intérieur du propulseur. « Les causes sont multiples : la géométrie du booster en premier lieu, en raison notamment des protections internes entre les différents segments qui le constituent, mais aussi la température, la composition du propergol, les écoulements… C'est ce qui rend le phénomène particulièrement complexe à modéliser », explique Yann Talamoni. Après plusieurs années de recherche théorique, Herakles a mis au point des outils de simulation de très haute précision. « Pour vérifier que ceux-ci fonctionnent bien, nous effectuons des essais avec le démonstrateur européen POD-X », précise Yann Talamoni.

Un programme européen
Modèle à l'échelle 2/9 du moteur à propergol solide (MPS) d'Ariane 5, le POD-X est un programme européen développé en coopération avec plusieurs partenaires : le motoriste italien Avio, qui a fourni deux des trois segments composant le démonstrateur, le troisième étant produit par Herakles sur son site de Saint-Médard-en-Jalles, près de Bordeaux ; l'Agence Spatiale Européenne (ESA) et le Centre National d'Etudes Spatiales (CNES) qui participent au financement, ainsi que la Direction générale de l'armement (DGA), qui a conduit les essais. Le premier tir, réalisé avec succès en mars dernier sur le site de la DGA de Saint-Jean-d'Illac, a permis d'effectuer plus de 300 mesures (pression, vibration, température…). Actuellement en cours d'analyse, ces données vont être comparées avec les résultats délivrés par les outils de modélisation. Un second tir, prévu d'ici 2016, permettra de qualifier définitivement l'outil de modélisation.

Tester la stabilité des moteurs
« Une fois que nous aurons vérifié que nos modèles informatiques fonctionnent bien, nous pourrons les mettre en oeuvre pour réduire les vibrations de nos futurs propulseurs à propergol solide, notamment ceux destinés au lanceur de nouvelle génération Ariane 6, explique Yann Talamoni. Pour cela, nous allons faire des simulations de différentes compositions de propergol afin d'obtenir un tir virtuellement stable. » Ce nouveau carburant sera testé sur un autre démonstrateur, le POD-Y, réalisé à l'échelle 2/11 par rapport à Ariane 6. Son tir, qui aura lieu fin 2014 / début 2015, devra consolider la maîtrise d'Herakles dans la conception de gros moteurs stables pour le futur lanceur européen.

Les MPS*, mode d'emploi
La propulsion à propergol solide utilise un carburant chimique solide, le propergol, constitué d'un mélange de combustible et de comburant. Un MPS est composé principalement d'une enveloppe contenant le propergol, d'un allumeur et d'une tuyère. Le bloc de propergol est percé par un canal longitudinal qui sert de chambre de combustion. Très énergétique, ce processus ne peut pas être arrêté une fois lancé. Une fois le propulseur allumé, la surface du bloc de propergol se met à brûler, produisant des gaz de combustion à haute pression expulsés par la tuyère.

* Moteurs à propulsion solide

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