Navette spatiale américaine - Définition

Caractéristiques générales

La navette spatiale comporte trois composants distincts :

• L'orbiteur doté d'ailes et d'un empennage qui lui permet de revenir au sol comme un planeur et recouvert d'un bouclier thermique lui permettant de résister aux températures rencontrées durant la rentrée atmosphérique. Son rôle est de transporter l'équipage et la charge utile en orbite puis de revenir sur le sol avec son équipage et éventuellement avec un fret au retour. C'est l'élément central de la navette spatiale et on y trouve les trois moteurs SSME permettant de placer la navette en orbite.
• Le réservoir externe contient l'oxygène et l'hydrogène stocké sous forme liquide consommé par les moteurs SSME de l'orbiteur.
• Les deux propulseurs d'appoint à propergol solide fournissent l'essentiel de la poussée durant les deux premières minutes du vol avant d'être largués.

Les propulseurs d'appoint (boosters)

Deux segments en cours d'assemblage

Les deux propulseurs d'appoint (Solid Rocket Booster ou SRB) de la navette fournissent plus de 71,4 % de la poussée totale des moteurs de la navette durant les deux premières minutes du vol avant d'être largués lorsque celle-ci a atteint une altitude de 46 km. Par ailleurs avant le décollage, les 2 000 tonnes de la navette reposent entièrement sur les propulseurs.

Chaque propulseur à poudre est composé principalement d'une enveloppe cylindrique en acier longue de 45,6 mètres de long (avec la tuyère) et d'un diamètre de 3,71 mètres, d'un cône avant dans lequel se trouvent les parachutes et d'une tuyère orientable. Le propergol, moulé dans l'enveloppe, se présente sous la forme d'un bloc de poudre de 469 tonnes qui contient, intimement mélangés, le comburant (du perchlorate d'ammonium), le carburant (de la poudre d'aluminium) ainsi que d'autres composants sous forme de trace. Le bloc est percé d'un canal longitudinal qui sert de chambre de combustion. Lorsque le propulseur est allumé la surface interne du bloc de poudre côté canal se met à brûler et produit des gaz chauds qui sont expulsés à grand vitesse par la tuyère en générant une poussée de 1 246 tonnes. Pour pouvoir couler le propergol, le cylindre est divisé en 5 segments qui sont solidarisés une fois qu'ils ont reçu leur charge de propergol. La géométrie du canal au centre du bloc poudre est définie pour fournir une poussée maximale au décollage qui tombe à 70 % 55 secondes plus tard puis reste par la suite à peu près constante. À cet effet la section du canal du segment avant (haut) a la forme d'une étoile à 11 branches, tandis que le canal des quatre autres segments a la forme d'un double cône tronqué. Une fois allumé le propulseur à poudre fonctionne jusqu'à épuisement du propergol et ne peut être éteint contrairement aux moteurs de l'orbiteur. La masse à vide est de 63 tonnes.

Les segments s'emboîtent entre eux et sont solidarisés par 177 chevilles répartis sur la circonférence. Pour pouvoir résister aux très fortes pressions et températures trois joints assurent l'étanchéité entre les segments. En 1986 la défaillance de ces joints créa une ouverture à travers laquelle une flamme vint perforer le réservoir externe entraînant la destruction de la navette Challenger et la mort de son équipage. Depuis les joints et la manière dont les segments sont solidarisés ont été revus. La tuyère peut être inclinée de 7° par rapport à l'axe du propulseur pour orienter la poussée et corriger la trajectoire de la navette. La force motrice utilisée pour orienter les tuyères est fournie par deux systèmes hydrauliques redondants dont la source d'énergie est un moteur consommant de l'hydrazine. L'extrémité supérieure de propulseur, en forme de cône, contient un parachute extracteur et trois parachutes principaux de 40 mètres de diamètre qui sont déployés après le largage des propulseurs pour permettre leur récupération par les bateaux de la NASA. Huit petits propulseurs à poudre répartis en deux groupes de 4 sont utilisés pour écarter le propulseur d'appoint de la navette après la séparation.