Ariane 5 - Définition et Explications

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Utilisation commerciale

Le premier vol commercial eut lieu le 10 décembre 1999, avec la mise en orbite du satellite d’observation en rayons X XMM-Newton.

Un échec partiel eut lieu le 12 juillet 2001 : à nouveau, deux satellites ne purent être placés sur l’orbite désirée. Artémis, le satellite de communication (Un satellite de télécommunications est un satellite artificiel positionné dans l'espace pour des besoins de télécommunications. Il peut utiliser une orbite géostationnaire, une orbite polaire basse ou une orbite de Molniya.) de l’ESA, atteignit son orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) définitive par ses propres moyens, en utilisant son combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène (qui sert de comburant) dans une réaction...) destiné aux corrections d’orbite, ainsi qu’une unité de propulsion ionique (Un moteur à ion est basé sur l'accélération de particules chargées (les ions) via un champ électrostatique) qui n’avait pas été prévue pour cet usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.). Ceci nécessita une modification complète du programme de bord depuis le sol.

Le vol suivant n’eut lieu que le 1er mars 2002, avec la mise en orbite réussie du satellite (Satellite peut faire référence à :) environnemental de 8,5 tonnes Envisat, à une altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et...) de 800 kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la...).

Au cours des années suivantes Ariane 5 (Ariane 5 est un lanceur de l'Agence spatiale européenne (ESA), développé pour placer des satellites sur orbite géostationnaire et des charges lourdes en orbite basse. Il fait partie de la famille des lanceurs Ariane et a...) a pu conserver la position acquise par la version Ariane 4 (part de marché supérieure à 50 %) sur le segment du lancement des satellites commerciaux en orbite géostationnaire (L'orbite géostationnaire, abrégée GEO (geostationary orbit), parfois appelée orbite de Clarke, est une orbite située à 35 786 km d'altitude au-dessus de l'équateur de la...) qui représente entre 20 et 25 satellites par an (sur une centaine de satellites lancés annuellement). La concurrence est représentée par les lanceurs à la capacité beaucoup moins importante mais qui bénéficient d'un prix au kg de charge utile (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non...) nettement inférieur. Les trois principaux concurrents sont :

  • Le lanceur ( Lanceur, terme de l'astronautique Lanceur, terme du baseball ) chinois Longue Marche (La marche (le pléonasme marche à pied est également souvent utilisé) est un mode de locomotion naturel. Il consiste en un déplacement en appui alternatif sur les jambes, en...) 3
  • Le lanceur russe Proton (Le proton est une particule subatomique portant une charge électrique élémentaire positive.)
  • Le lanceur ukraino-russo-américain Zenit
Nombre de lancements par année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) et type de lanceur
Année 2006 2007 2008 2009 Coût lancement
Coût/kg en $
Lanceur tirs satellites tirs satellites tirs satellites tirs satellites
Ariane V Europe 5 10 6 12 6 11 7 12 220 (ECA) 22 917
Atlas V Drapeau des États-Unis 2 2 3 5 2 2 5 6 125 (501) 25 000
Delta II Drapeau des États-Unis 6 8 8 8 5 5 8 9 65 (7920) 36 011
Delta IV Drapeau des États-Unis 3 3 1 1 - - 3 3 170 (Medium) 40 380
Falcon 9 (La fusée Falcon 9 est un lanceur réutilisable développé par la société américaine SpaceX. Le premier tir a eu lieu le 4 juin 2010 et le lanceur a atteint la plupart des objectifs en...) Drapeau des États-Unis - - - - - - - - 55 (prévision) 12 115 (prévision)
H-IIA Japon 4 4 2 3 1 1 3 3
Longue Marche 3 République populaire de Chine 3 3 6 6 4 4 2 2 60 (3A) 23 177
Proton Russie 6 6 7 7 10 10 8 10 100 (M) 18 182
Zenit Ukraine 5 5 1 1 6 6 4 4 60 (SLB) 16 666

La mise au point du lanceur Ariane 5

Les débuts d’Ariane 5 furent caractérisées par plusieurs échecs. La fiabilisation du lanceur nécessita un important effort financier, réalisé au détriment du développement de versions plus puissantes.

Premier vol (Le premier vol ou vol inaugural d'un avion est la première occasion pour celui-ci de prendre les airs par ses propres moyens. C'est l'équivalent en aéronautique du...) (vol 88 / L501)

Le premier tir eut lieu le 4 juin 1996 à Kourou, mais le lanceur fut détruit après approximativement 40 secondes de vol. L’échec était dû à une erreur informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec le traitement...), un programme d’un composant (un gyroscope) provenant d’Ariane 4 n’ayant pas été testé dans cette configuration.

L'erreur a pour origine la conversion d’un nombre à virgule flottante de 64 bits vers un nombre entier de 16 bits dans un logiciel (En informatique, un logiciel est un ensemble d'informations relatives à des traitements effectués automatiquement par un appareil informatique. Y sont inclus les instructions de traitement,...) en Ada, ce qui provoqua un dépassement (Un dépassement est le fait de rouler pendant un instant, en général relativement court, à côté d’un autre véhicule à une vitesse supérieure à la sienne dans le but...) de mantisse (Le terme mantisse (du latin mantissa = addition) a plusieurs sens en mathématiques. On restera donc très vigilant quant à l'utilisation de ce terme.). La routine de gestion de cette erreur avait également été supprimée pour des raisons de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) d’exécution ; sur Ariane 4 on pouvait prouver que l’occurrence d’un tel dépassement était impossible compte tenu des trajectoires de vol possibles. Toutefois les trajectoires de vol envisageables avec Ariane 5, notamment en phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) de décollage (Le décollage est la phase transitoire pendant laquelle un aéronef passe de l'état statique - au sol - vers le vol.), diffèrent notablement de celles d’Ariane 4. Le programme du composant concerné, pourtant lui-même redondant (deux gyroscopes sont présents dans la cellule de la fusée), déclencha donc successivement deux dépassements pour finir par signaler sur les sorties du système la défaillance des systèmes gyroscopiques. De toute façon, le gyroscope (Un gyroscope (du grec « qui regarde la rotation ») est un appareil qui exploite le principe de la conservation du moment angulaire en physique (ou encore stabilité gyroscopique ou effet gyroscopique).) étant un système critique (Un système critique est un système dont une panne peut avoir des conséquences dramatiques, tels des morts ou des blessés graves, des dommages matériels...), le calculateur de pilotage de la fusée (Fusée peut faire référence à :) (lui conçu spécifiquement pour Ariane 5) ne tenait pas compte de ce signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis...) d’erreur ! Il interpréta donc les valeurs d’erreurs (probablement négatives) du deuxième gyroscope comme une information d’altitude (indiquant probablement que, brutalement, la fusée s’était mise à pointer vers le bas). La réaction du calculateur de pilotage (braquer les tuyères au maximum pour « redresser ») augmenta considérablement l’incidence du lanceur (angle entre le vecteur (En mathématiques, un vecteur est un élément d'un espace vectoriel, ce qui permet d'effectuer des opérations d'addition et de...) vitesse (On distingue :) et l’axe du lanceur), ce qui provoqua des efforts aérodynamiques suffisants pour détruire le lanceur. Il s’agit certainement là d’une des erreurs informatiques les plus coûteuses de l’histoire.

Le programme en question était destiné à réajuster le calibrage des gyroscopes dans le cas d’un court retard de tir (quelques minutes) pour permettre une reprise rapide du compte à rebours (De façon générale un compte à rebours est un décompte vers une fin connue. Il peut s'agir par exemple du compte à rebours des secondes avant un départ de course à pieds, ou des...) – par exemple en raison de variations rapides des conditions météo du site de lancement à Kourou. Ce cas de figure, envisagé initialement pour Ariane 3, était depuis longtemps exclu des procédures de tir. L’erreur en question a donc aussi été provoquée par un programme qui ne servait à rien.

Deuxième vol (vol 101 / 502)

Le second vol eut lieu le 30 octobre 1997.

La mission parvint à son terme mais l'orbite désirée ne fut pas atteinte, par suite d'un mouvement de rotation du lanceur sur lui-même (mouvement de roulis, comme une toupie) qui a conduit à un arrêt prématuré de la propulsion (La propulsion est le principe qui permet à un corps de se mouvoir dans son espace environnant. Elle fait appel à un propulseur qui transforme en force motrice l'énergie fournie par le milieu extérieur ou par un moteur.) du premier étage EPC. Après cette fin de propulsion du premier étage, et malgré la mise en route (Le mot « route » dérive du latin (via) rupta, littéralement « voie brisée », c'est-à-dire creusée dans la roche, pour ouvrir le chemin.) correcte de l'étage supérieur EPS, celui-ci n'a pas pu rattraper l'intégralité du déficit de poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air brassé par un moteur, dans le sens inverse de l'avancement.) de la première phase du vol, conduisant donc la mission sur une orbite légèrement dégradée.

Ce mouvement en roulis était dû à un couple généré par l'écoulement des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à occuper tout...) dans la tuyère (Une tuyère ou tuyère propulsive, dans le domaine de l'astronautique, est un conduit (appelé aussi divergent) de section conique (fusées de feu d'artifice) ou oblongue...) du moteur Vulcain (Vulcain est un moteur cryogénique propulsant le premier étage du lanceur Ariane 5.) 1, couple dont l'intensité avait été sous-estimée. Dès lors, et malgré la mise en œuvre du système de pilotage en roulis SCA, le lanceur a subi durant tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) le vol du premier étage une mise en rotation excessive. Cette mise en rotation aurait pu n'avoir que peu de conséquences, les algorithmes de vol — relativement efficaces — contrôlant malgré tout la trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.). Cependant, en fin de propulsion, et sous l'effet de la vitesse en roulis atteinte, la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique,...) des ergols (oxygène et hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) liquides) dans les réservoirs s'est incurvée en son centre (à la manière d'un siphon). Ce phénomène a été interprété par les capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une...) de niveau (« jauges » des réservoirs) comme l'indication (Une indication (du latin indicare : indiquer) est un conseil ou une recommandation, écrit ou oral.) de l'imminence d'une « panne sèche », ce qui a conduit l'ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un ensemble de...) de bord à commander l'arrêt de propulsion de l'EPC prématurément.

Par la suite, le couple en roulis généré par le moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de la puissance. Il effectue ce travail à partir d'une énergie (éolienne, chimique,...) Vulcain 1 fut maîtrisé dès le vol suivant par la mise en place, en extrémité, de divergents d'échappement légèrement inclinés corrigeant le roulis naturel engendré par le moteur.

Ce problème a touché d'autres lanceurs, dont le H-IIA japonais.

Troisième vol (vol 112 / 503)

Maquette d’Ariane 5 à la Cité (La cité (latin civitas) est un mot désignant, dans l’Antiquité avant la création des États, un groupe d’hommes sédentarisés libres (pouvant avoir des...) de l’espace à Toulouse

Le troisième essai eut lieu le 21 octobre 1998. Ce fut une réussite totale.

La mission emportait la capsule de démonstration (En mathématiques, une démonstration permet d'établir une proposition à partir de propositions initiales, ou précédemment démontrées à partir de propositions initiales, en s'appuyant sur un...) de rentrée atmosphérique Atmospheric Reentry Demonstrator (ARD) (capsule européenne de type Apollo), qui effectua une rentrée atmosphérique parfaite, et la maquette technologique MAQSAT.

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