Ariane 5 - Définition
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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 de l’ESA, atteignit son orbite définitive par ses propres moyens, en utilisant son combustible destiné aux corrections d’orbite, ainsi qu’une unité de propulsion ionique qui n’avait pas été prévue pour cet usage. 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 environnemental de 8,5 tonnes Envisat, à une altitude de 800 kilomètres.
Au cours des années suivantes Ariane 5 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 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 nettement inférieur. Les trois principaux concurrents sont :
| Année | 2006 | 2007 | 2008 | 2009 | Coût lancement | Coût/kg en $ | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Lanceur | tirs | satellites | tirs | satellites | tirs | satellites | tirs | satellites | ||
Ariane V  | 5 | 10 | 6 | 12 | 6 | 11 | 7 | 12 | 220 (ECA) | 22 917 |
Atlas V  | 2 | 2 | 3 | 5 | 2 | 2 | 5 | 6 | 125 (501) | 25 000 |
| Delta II | 6 | 8 | 8 | 8 | 5 | 5 | 8 | 9 | 65 (7920) | 36 011 |
| Delta IV | 3 | 3 | 1 | 1 | - | - | 3 | 3 | 170 (Medium) | 40 380 |
| Falcon 9 | - | - | - | - | - | - | - | - | 55 (prévision) | 12 115 (prévision) |
H-IIA  | 4 | 4 | 2 | 3 | 1 | 1 | 3 | 3 | ||
Longue Marche 3  | 3 | 3 | 6 | 6 | 4 | 4 | 2 | 2 | 60 (3A) | 23 177 |
Proton  | 6 | 6 | 7 | 7 | 10 | 10 | 8 | 10 | 100 (M) | 18 182 |
Zenit  | 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 (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, 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 Ada, ce qui provoqua un dépassement de mantisse. La routine de gestion de cette erreur avait également été supprimée pour des raisons de temps 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 de décollage, 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 étant un système critique, le calculateur de pilotage de la fusée (lui conçu spécifiquement pour Ariane 5) ne tenait pas compte de ce signal 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 vitesse 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 – 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 du premier étage EPC. Après cette fin de propulsion du premier étage, et malgré la mise en route correcte de l'étage supérieur EPS, celui-ci n'a pas pu rattraper l'intégralité du déficit de poussée 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 dans la tuyère du moteur Vulcain 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 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. Cependant, en fin de propulsion, et sous l'effet de la vitesse en roulis atteinte, la surface des ergols (oxygène et hydrogène liquides) dans les réservoirs s'est incurvée en son centre (à la manière d'un siphon). Ce phénomène a été interprété par les capteurs de niveau (« jauges » des réservoirs) comme l'indication de l'imminence d'une « panne sèche », ce qui a conduit l'ordinateur de bord à commander l'arrêt de propulsion de l'EPC prématurément.
Par la suite, le couple en roulis généré par le moteur 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)
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Le troisième essai eut lieu le 21 octobre 1998. Ce fut une réussite totale.
La mission emportait la capsule de démonstration de rentrée atmosphérique Atmospheric Reentry Demonstrator (ARD) (capsule européenne de type Apollo), qui effectua une rentrée atmosphérique parfaite, et la maquette technologique MAQSAT.