Le Space Launch System

Le SLS, c’est l’acronyme de Space Launch System, système de lancement spatial. Un nom pas très exotique mais qui indique la complexité du lanceur.

Le SLS, c’est le lanceur qui doit emmener sur la Lune les prochains astronautes de la NASA (et sans doute par la suite d’autres agences) dans le cadre du projet Artemis.

Infographie sur le SLS (crédit NASA)

Contrairement à la Saturn V, le SLS est prévu d’être modulable en fonction de la mission (charge utile à emporter, équipage ou cargo) et même une version pour l’exploration plus lointaine vers Mars.

Le premier SLS, appelé Block 1, peut envoyer plus de 27 tonnes sur des orbites au-delà de la Lune. Au fur et à mesure de l’évolution de la fusée SLS, elle enverra des charges utiles encore plus lourdes et plus grandes.

Les différentes évolutions prévues du SLS (crédit NASA)

Sous l’égide de la NASA, Boeing est le maître d’œuvre de la conception, du développement, des tests et de la production de l’étage central et des étages supérieurs du lanceur, ainsi que du développement de la suite avionique de vol. Aerojet Rocketdyne fournit les 4 moteurs RS-25 de l’étage central, tandis que Northrop Grumman fournit les propulseurs à poudre (SRB). D’autres fournisseurs participent à la construction du lanceur comme Teledyne Brown Engineering pour l’adaptateur de charge utile, LVSA [voir plus bas].

Infographie sur les différentes parties du SLS (crédit NASA)

L’étage central : la pièce maîtresse du SLS

L’étage central sert d’épine dorsale au lanceur, supportant le poids de la charge utile, de l’étage supérieur et du vaisseau spatial, ainsi que supportant et portant structurellement la poussée de ses quatre moteurs RS-25 et de ses deux propulseurs à carburant solide.

L’étage central a le même diamètre que le réservoir externe de la Navette Spatiale. Son revêtement en mousse thermique le protège des températures extrêmes, le froid des carburants et la chaleur de frottement de l’atmosphère lors du décollage.

  • PARTIE MOTEUR (ENGINE SECTION)

En plus de ses kilomètres de câblage et de centaines de capteurs, la section moteur est le point de fixation pour les quatre moteurs RS-25 qui fonctionnent avec les deux propulseurs à poudre pour produire une poussée combinée de 39,1 méganewtons au décollage. Cette partie intègre aussi l’avionique qui dirige les moteurs.

Les moteurs RS-25 sont des moteurs issus des Navettes Spatiales. A fin des Shuttles, il restait 16 moteurs à la NASA qui a décidé de les réutiliser pour les 4 premiers vols du SLS. Aerojet Rocketdyne est actuellement en train de redémarrer la production de RS-25 pour les missions suivantes de SLS, avec quelques améliorations.

Les 4 moteurs du vol Artemis 1 (crédit Aerojet Rocketdyne)

Pour la première mission Artemis, les moteurs ont déjà servi sur plusieurs vols dont un sur 12 vols de Navettes !

Lors d’un décollage, l’allumage des moteurs RS-25 de l’étage principal commence environ six secondes avant T-0, en commençant par le moteur 1, suivi des moteurs 3, 4 et 2.

  • RÉSERVOIRS LOX et LH2

Le réservoir d’hydrogène liquide (LH2) a une capacité de 143,8 tonnes de carburant ou 2 millions de litres. Le réservoir d’oxygène liquide (LOX) contient 742 000 litres d’oxygène liquide refroidi à -183°C.

Des tests de pression allant jusqu’à la rupture ont été réalisés au Marshall Space Flight Center de la NASA soumettant un réservoir de test à 160% de la pression prévue au décollage.

  • RÉSERVOIR INTERMÉDIAIRE (INTERTANK) et la JUPE AVANT (FORWARD SKIRT)

Liant les réservoirs LH2 et LOX, l’intertank abrite l’avionique et l’électronique qui contrôleront la fusée en vol. Les unités avioniques de l’étage central SLS travaillent avec le logiciel de vol pour exécuter diverses fonctions pendant les huit premières minutes de vol : navigation, communication avec le vaisseau spatial Orion et contrôle du fonctionnement des moteurs.

En tant que « cerveau » du SLS, la jupe avant (forward skirt) abrite les ordinateurs de vol, les caméras et divers équipements (routeurs, processeurs, alimentation, …) et logiciels qui contrôlent les fonctions et les communications de l’étage central.

Les SRB

Pendant le programme de la Navette Spatiale, les propulseurs à poudre, ou Solid Rocket Boosters (SRB) ont été récupérés par parachute. SLS les réutilisent.

La principale différence physique entre les SRB de la Navette et les propulseurs du SLS est l’ajout d’un cinquième segment permettant au nouveau lanceur de la NASA de soulever plus de poids que la Navette. De plus, le booster SLS sera optimisé pour un usage unique, tandis que le booster navette a été conçu pour être réutilisé. Bien que basé sur le booster de navette, le booster SLS bénéficie de plusieurs améliorations de conception, de processus et de test pour une performance, une sécurité et un prix plus élevés.

Un SRB est constitué de plusieurs éléments assemblés (crédit NASA)

La jupe avant du booster abrite l’avionique du booster qui communique avec l’avionique de l’étage central du SLS pour surveiller le SRB et diriger la tuyère d’échappement des gaz du booster. La jupe arrière contient le système de contrôle du vecteur de poussée qui oriente la tuyère en fonction des commandes de l’avionique du propulseur. Le « nez » sert au profil aérodynamique du booster.

Sur le vol Artemis 1, la jupe arrière du booster gauche a volé sur la Navette Columbia STS-107, celle qui a été perdue lors de la rentrée atmosphérique le 1er février 2003. Au total, les pièces pour les boosters sur Artemis I ont un total de 97 vols de Navette Spatiale, 10 tests statiques et 9 pièces sont neuves.

Les SRB mesurent 54 mètres de haut, soit 17 étages et brûlent environ six tonnes de propergol par seconde. Chaque booster génère plus de poussée que 14 avions de ligne commerciaux Jumbo quadrimoteurs. Ensemble, les 2 boosters du SLS fournissent plus de 75 % de la poussée totale au lancement, pendant les 126 secondes de fonctionnement !

L’étage supérieur

L’étage supérieur du SLS est composé de l’ICPS pour Interim Cryogenic Propulsion Stage (étage de propulsion cryogénique intérimaire). Construit par United Launch Alliance et Boeing, l’ICPS pour la version SLS Block 1 peut envoyer 27 tonnes de charge utile pour les missions lunaires.

Basé sur le deuxième étage cryogénique Delta utilisé avec succès sur la famille de fusées Delta IV de United Launch Alliance et propulsé par un moteur Aerojet Rocketdyne RL10 à ergols LOX/LH2 (oxygène/hydrogène liquides). Les modifications pour SLS comprennent l’allongement du réservoir d’hydrogène liquide, l’ajout de bouteilles d’hydrazine pour le contrôle d’attitude, des modifications mineures de l’avionique et un évent et une soupape de décharge d’hydrogène liquide modifiés qui prennent en charge le redémarrage du moteur en vol RL10.

L’ICPS mesure 13,7 m de haut et 5,1 m de diamètre, c’est son moteur qui fera l’injection trans-lunaire du vaisseau spatial Orion.

Arrivée de l’ICPS au Kennedy Space Center pour son intégration dans le SLS Artemis 1 (crédit NASA/ULA)

L’ICPS est partiellement enfermé par le Launch Vehicle Stage Adapter (LVSA, ou adaptateur d’étage de lancement de véhicule), qui dispose d’un système de séparation qui se déclenche pour se séparer avec l’étage central de l’ICPS, de l’adaptateur d’étage Orion et du vaisseau spatial Orion.

Le LVSA sert d’interface entre l’étage central plus grand en dessous et l’adaptateur d’étage Orion plus petit au-dessus, en acheminant des circuits électriques et de communication.

L’étage supérieur du SLS avec l’ICPS, le LVSA et les différents adaptateurs (crédit NASA)

Au-dessus de l’ICPS, l’Orion Stage Adapter (adaptateur d’étage Orion) connecte le vaisseau spatial Orion au SLS.

L’adaptateur d’étage Orion mesure 5,5 m de diamètre sur 1,5 m de haut et est fabriqué en aluminium léger. L’adaptateur contient un diaphragme qui fournit une barrière pour empêcher les gaz, tels que l’hydrogène, générés lors du lancement d’entrer dans Orion.

Cet adaptateur Orion transportera également les charges utiles secondaires du vol Artemis I.

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Les cubesats, charges utiles secondaires du vol Artemis I, sont sécurisés à l’intérieur de l’adaptateur de l’étage Orion (photo du 5 août 2021, NASA/Cory Huston)

Après le déploiement du vaisseau spatial Orion, puis des charges utiles secondaires, l’adaptateur d’étage Orion restera attaché à l’ICPS et entrera dans une trajectoire héliocentrique en tant que débris sidéral.

Le vaisseau spatial Orion est la charge utile principale du SLS. Construit sous la maîtrise d’œuvre de Lockheed Martin, il est composé d’un module d’équipage pour 4 personnes, d’un module de service fourni par l’ESA et d’un système d’abandon de lancement [Le vaisseau Orion fera l’objet d’un article dédié – Abonnez-vous !]