Starliner de Boeing : bientôt le vol de démonstration

Initialement prévu en 2016, le retour du décollage d’un vaisseau habité depuis le sol des Etats-Unis est désormais prévu début 2020 avec les vaisseaux Crew Dragon de SpaceX et CST-100 Starliner de Boeing depuis Cap Canaveral en Floride.

Le 3 mars, le Crew Dragon, sans astronaute à bord, est le premier des 2 vaisseaux à avoir réussi son vol d’essai avec son amarrage réussi à l’ISS.

Le Starliner de Boeing devrait bientôt rattraper son retard.

Boeing, l’acteur historique prépare le CST-100 Starliner

Comme pour la Crew Dragon de SpaceX, le CST-100 est la réponse de Boeing au contrat CCP, Commercial Crew Program, de la NASA, qui délègue ses transports vers l’ISS au secteur privé et redevenir indépendant des vaisseaux russes.

Logo du programme Commercial Crew de la NASA pour l’envoi du prochain système de transport spatial humain en orbite terrestre basse (Crédit : NASA)

Boeing a reçu 4,2 milliards de dollars pour ce programme contre 2,6 pour SpaceX. La NASA a commandé à Boeing six missions de rotation d’équipage vers la Station Spatiale Internationale.

Les 2 sociétés doivent fournir à la fois le vaisseau mais aussi le lanceur. C’est ULA, United Launch Alliance, entreprise conjointe Boeing / Lockheed Martin qui fournira la partie lanceur pour le CST-100. Dans un premier temps, ce sera une Atlas 5.

La configuration du lanceur Atlas 5 pour les lancements des vaisseaux CST-100 Starliner (crédit ULA)
Le CCP fait suite au programme CRS, Commercial Ressuply Services, de cargos commerciaux de ravitaillement vers la Station Spatiale Internationale gagné par Space X avec son cargo Dragon et par Orbital ATK (désormais Northrop Grumman) avec son cargo Cygnus.

 

Un vaisseau réutilisable innovant sur certains points

Le Starliner est un engin spatial réutilisable jusqu’à 10 fois. Sa forme rappelle celle des capsules Apollo. Certains des matériaux et les technologies de certains sous-systèmes ont déjà fait leurs preuves mais des innovations dignes du XXIe siècle sont à bord :

  • Une conception innovante sans soudure élimine les risques structurels des soudures traditionnelles et réduit également la masse et le temps de production.
  • Un mode d’amarrage 100% automatique.
  • De l’Internet sans fil pour faciliter la communication et l’amarrage de l’équipage avec la Station Spatiale Internationale.
  • Des tablettes pour l’interface de l’équipage avec le vaisseau.
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Le CST-100 en cours de fabrication. Ici, sans ses protections thermiques extérieures (crédit NASA)

Le Starliner est équipé de parachutes et d’un système d’airbag pour un atterrissage sur terre. Mais il a été testé en cas d’amerrissage d’urgence.

Test d’amerrissage d’une maquette du CST-100 Starliner de Boeing dans un bassin au Centre de recherche de la NASA à Langley, en Virginie, pendant les essais du système d’atterrissage en février 2016 (crédits: NASA Langley)

Boeing doit fabriquer en tout trois vaisseaux CST-100 pouvant transporter jusqu’à sept passagers, ou à la fois un équipage et du fret. Pour les missions à la Station Spatiale Internationale, il transportera jusqu’à quatre membres d’équipage de la NASA ou parrainés par la NASA et environ 180 kg de fret dans la partie pressurisée du cargo. Il pourra rester à l’ISS jusqu’à 210 jours maximum et servira de capsule de sauvetage de secours pendant cette période.

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Les astronautes de la NASA Eric Boe, à l’avant-plan à gauche, et Nicole Mann, à l’avant-plan à droite, avec l’astronaute de Boeing, Chris Ferguson, à l’arrière-plan, posent pour une photo à l’intérieur du simulateur Boeing au Johnson Space Center de la NASA à Houston, au Texas, le 2 août 2018 (Crédit : NASA / Bill Ingalls)

Une version 100% cargo du CST-100 pourrait voir le jour, avec une masse de charge utile allant jusqu’à 2,5 tonnes de fret. Boeing retirerait alors tout ce qui n’est pas indispensable par rapport à un vol habité.

Un test d’évacuation d’urgence réalisé avec succès

L’une des étapes incontournables pour ces nouveaux vaisseaux américains : effectuer un test de d’abandon au décollage ou Pad Abort Test. En cas de défaillance du lanceur, le vaisseau doit être capable de s’éjecter rapidement de la fusée afin de garder en vie l’équipage. Sur les Soyouz, ce système existe aussi et a été testé en condition réelle en octobre 2018 [Pas de nouvel équipage à l’ISS suite à une anomalie du lanceur Soyouz].

Avec plus d’un an de retard sur le planning initial, le Pad Abort Test du Starliner a eu lieu lundi 4 novembre au Launch Complex 32 du White Sands Missile Range de l’armée américaine au Nouveau-Mexique.

Pour la démonstration, le Starliner et son module de service étaient installé sur un banc d’essai. Au cours du test, les quatre moteurs d’évacuation d’urgence (ou Launch Abort Engines – LAE) du Starliner et plusieurs propulseurs de contrôle d’attitude et de manœuvres orbitales (Orbital Maneuvering and Attitude Control – OMAC) ont été allumés simultanément pour éloigner rapidement l’engin spatial du banc d’essai.

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Le vaisseau spatial CST-100 Starliner de Boeing et son module de service se trouvent au sommet du banc d’essai au Complexe de lancement 32 à White Sands au Nouveau-Mexique, en préparation du test Pad Abort. (crédit Boeing)

Cinq secondes après le début du vol, les moteurs d’interruption du vol s’arrêtent comme prévu, puis ce sont les 48 propulseurs de contrôle d’attitude qui ont été activés pendant les cinq secondes suivantes. Une manœuvre de roulis a permis à l’engin spatial de pivoter à l’approche de son altitude maximale d’environ 1,3 km. Le bouclier thermique avant (ou supérieur) a été largué et le parachute pilote s’est déployé à 21 secondes. Le déploiement des parachutes principaux a suivi 5 secondes plus tard.

Près de 34 secondes après le début du test, les modules de service et d’équipage se sont séparés. Le module de service s’est écrasé au sol après 45 secondes vol.

Un peu plus d’une minute après le début du test, le bouclier thermique inférieur de la capsule a été largué, permettant ainsi aux airbags du Starliner de se déployer et de se gonfler en vue de l’atterrissage. La capsule équipage a atterri 95 secondes après le démarrage des moteurs. 

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Le CST-100 Starliner de Boeing atterrit dans le désert du Nouveau-Mexique dans le cadre du test Pad Abort le 4 novembre au White Sands Missile Range (Crédit : NASA JSC / Boeing)

 » Nous avons testé tous ces systèmes individuellement. Nous savons donc que le système de propulsion se déclenche aux niveaux prévus et que les parachutes peuvent soutenir le véhicule et le ralentir en toute sécurité, mais le véritable test consiste à s’assurer que ces systèmes peuvent fonctionner ensemble. C’est à ce moment que vous savez que ces systèmes sont prêts à piloter des personnes « , a déclaré Alicia Evans, directrice du Pad Abort Test de Boeing.

Profil du vol du Pad Abort test (crédit Boeing)

 

Une anomalie rencontrée

Le vol d’essai n’a pas été sans défaut : seuls deux des trois parachutes principaux ont été déployés comme prévu. Bien que conçu avec trois parachutes, deux ouvertures restent acceptables pour la sécurité de l’équipage selon la NASA.

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2 des 3 parachutes principaux se sont déployés lors du pad Abort Test du 4/11/2019 du CST-100 Starliner (crédit NASA JSC/Boeing)

John Mulholland, vice-président du programme chez Boeing a déclaré que « La cause fondamentale était le manque de connexion sécurisée entre le parachute pilote et la longe du parachute principal ».  Le parachute pilote est conçu pour se déployer d’abord et tirer le parachute principal. Mulholland a déclaré que les inspections du matériel et les photographies prises lors de l’intégration de la capsule avaient montré qu’une goupille reliant le parachute pilote et les parachutes principaux n’était pas insérée correctement. Il y a un certain nombre d’étapes assez faciles que nous allons insérer dans les procédures d’assemblage à l’avenir », a déclaré Boeing.

Un test avec un parachute désactivé avait été réalisé avec succès en juin dernier dans le cadre d’un des nombreux essais visant à une sécurité maximale de l’équipage. Cela avait permis de tester la manière dont les parachutes restants supportent les forces supplémentaires pendant le déploiement et la descente de la capsule.

Lors de la conférence de presse après l’abort test, il a également été abordé la question du nuage rouge qui émanait du Starliner lorsque ses moteurs d’évacuation se sont arrêtés. Ce panache a été causé par environ 3,8 litres de peroxyde d’azote restants et « c’était tout à fait normal » selon Mulholland.

 

Un vol de démonstration prévu le 17 décembre

En juin, le vol orbital de test (Orbital Flight Test, OFT) sans équipage du Starliner était programmé pour le 17 septembre.

Désormais l’Orbital Flight Test (OFT) est programmé pour le 17 décembre.

Le vaisseau CST-100 Starliner de Boeing est intégré dans sur module de service le 16 octobre 2019 au Centre spatial Kennedy en Floride, avant son vol test orbital OFT. (Crédit : Boeing)

OFT sera la première fois que le nouveau système de détection d’urgence de l’Atlas V sera testé dans un environnement en vol totalement intégré avec le Starliner. Si un problème lanceur devait se produire, le système de détection d’urgence enverrait un signal au Starliner l’informant qu’un problème est survenu et le Starliner activerait son système d’évacuation d’urgence pour éloigner son équipage de la fusée. Toutefois, pour le vol OFT, le système ne sera pas activé côté CST-100, seulement coté Atlas 5.

Intégration en cours de l’Atlas 5 qui effectuera le vol OFT. Le second étage dispose d’une configuration à deux moteurs RL-10 et d’une « jupe » spécifique pour la gestion des flux aérodynamiques (crédit ULA)

Le vaisseau devrait rester amarré à la Station Spatiale Internationale environ une semaine avant de se désamarrer et d’atterrir très probablement à la base militaire de White Sands Missile Range, au Nouveau-Mexique.

 

Si tout va bien, un premier vol habité début 2020

Le 3 août 2018, la NASA avait annoncé les noms des futurs astronautes qui embarqueront à bord des futurs vaisseaux CST-100 Starliner de Boeing et Crew Dragon de SpaceX qui iront vers l’ISS. En janvier 2019, Eric Boe était remplacé pour raisons médicales par Michael Fincke.

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Les 5 astronautes américains sélectionnés pour effectuer les tests en vol et la première mission opérationnelle du CST-100 Starliner de Boeing au Johnson Space Center de la NASA à Houston, au Texas, le 2 août. Nicole Mann, Josh Cassada, Eric Boe et Suni Williams, ainsi que l’astronaute de Boeing, Chris Ferguson, se tiennent devant le simulateur de maquette de Boeing, qui servira à former les deux équipages pour leurs missions à la Station Spatiale Internationale dans le cadre du programme pour équipage commercial de la NASA (Crédit photo: NASA / Johnson Space Center)

Les deux astronautes de la NASA, Michael Fincke et Nicole Aunapu Mann,, et l’astronaute de Boeing, Chris Ferguson, devraient effectuer début 2020 la mission CFT (Crewed Fligth Test).

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Les astronautes de la NASA Nicole Mann, à gauche, Mike Fincke, et l’astronaute de Boeing, Chris Ferguson, à droite, posent pour la photo lors d’un test de retour d’équipage en septembre 2019 au White Sands Missile Range (crédit : NASA / Bill Ingalls)

Les astronautes Sunita Williams et Josh Cassada participeront ensuite à la première mission commerciale à destination de la Station spatiale internationale.

Qui de SpaceX ou Boeing enverra en premier à nouveau des Américains depuis le sol des Etats-Unis ?

Au moment d’écrire cet article, la capsule Crew Dragon de SpaceX restait clouée au sol après l’explosion du premier modèle de test le 20 avril. Il reste à SpaceX à refaire un essai statique des moteurs d’évacuation d’urgence, les SuperDraco, puis le même type de test que celui que vient d’effectuer Boeing avec son vaisseau, avant d’envisager un vol habité.

SpaceX a aussi annoncé avoir réussi ses derniers tests de parachutes après plusieurs incidents rencontrés lors des tests précédents. La version améliorée du Mk3 présente des lignes plus robustes – en zylon par opposition au nylon – et un modèle de couture amélioré, selon Elon Musk.

 

Le vol Crew Dragon DM-2 est maintenant prévu pour  le premier trimestre 2020, sans date précise évidemment, car conditionné aux 2 tests précédents. Les astronautes de la NASA, Bob Behnken et Doug Hurley, effectueraient un vol d’essai d’une à 2 semaines à bord de l’ISS.

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