Starliner OFT : rendez-vous manqué avec l’ISS

Le rendez-vous avec la Station Spatiale Internationale du premier vaisseau de nouvelle génération fabriqué par Boeing, le CST 100 Starliner, n’aura pas lieu comme prévu ce samedi 21 décembre. Malgré un décollage correct, la capsule reviendra sur Terre dimanche sans être passée par l’ISS.

Atlas V Starliner OFT ULA Mission Artwork
Poster du décollage de Starliner OFT par ULA

Un vol test OFT sans équipage

Dans le cadre du Commercial Crew Program (CCP) de la NASA, le CST-100 Starliner de Boeing est l’un des 2 vaisseaux, avec le Crew Dragon de SpaceX, qui doit permettre le retour d’astronautes américains dans l’espace grâce à un véhicule américain. Pour rappel, depuis l’arrêt des Navettes Spatiales en 2011, la NASA achète des sièges aux Russes sur les vaisseaux Soyouz.

Avec le CCP, la NASA confie au secteur privé le transport de ses astronautes, comme elle le fait depuis plusieurs années pour le ravitaillement de l’ISS avec les cargos Dragon et Cygnus dans le cadre du programme CRS (Commercial Ressuply Services).

En mars dernier, le Crew Dragon réussissait son amarrage automatique à l’ISS. Boeing devait combler son retard avec ce vol test « Orbital Flight Test » (OFT).

OFT avait pour objectif d’effectuer une série de manœuvres de tests d’ici l’arrivée à la Station Spatiale pour vérifier que les propulseurs, les ordinateurs et les systèmes de navigation et de contrôle du vaisseau sont prêts à approcher l’ISS sans soucis, puis à s’y amarrer automatiquement sans danger pour l’équipage à bord de l’ISS ou du vaisseau.

Rosie, le mannequin du vol OFT Starliner (crédit Boeing)

Pas d’équipage à bord pour ce vol test, mais un mannequin d’essai nommé «Rosie», en l’hommage à l’icône féministe américaine du 20e siècle Rosie la riveteuse (d’où le bandana), pour recueillir des données sur les environnements que les futurs astronautes verront en vol, et aussi une mascotte Snoopy, en clin d’œil aux Snoopy, symbole de sécurité, qui ont accompagné les vols des missions Apollo.

Snoopy dans la capsule Starliner avant le décollage (crédit Boeing)

270 kg de cargaison était à bord du vaisseau, principalement de la nourriture, des vêtements et des fournitures d’équipage, et quelques objets commémoratifs [détails].

Pendant les vols opérationnels, Starliner devrait pouvoir lancer et atterrir 163 kg d’expériences cargo et scientifiques en plus de l’équipage de 5 astronautes prévus à ce jour par la NASA.

 

Atlas V-N22 choisie pour les missions Starliner

Dans le cadre du CCP, Boeing doit fournir aussi le lanceur et l’entreprise a choisi une Atlas V d’ULA (United Launch Alliance, co-entreprise Boeing et Lockheed Martin), l’un des lanceurs les plus fiables au monde (80 succès sur 81 lancements).

Pour les vols du Starliner, la version utilisée d’Atlas V est une version N22 : 52,4 mètres de haut, pas de coiffe de protection de la charge utile, deux propulseurs à ergols solides et un étage supérieur Centaur à deux moteurs (jusqu’à présent monomoteur sur Atlas V mais présent sur d’autres versions Atlas).

L’Atlas V – N22 Starliner (crédit ULA)

Autre particularité au niveau du lanceur : la présence d’une jupe aérodynamique « aeroskirt » de 1,8 mètre de haut, installée au-dessus de l’étage supérieur Centaur, juste à l’arrière du CST-100. Des problèmes aérodynamiques ont été découverts lors d’essais en soufflerie lors de l’analyse préliminaire du lancement combiné Atlas V/Starliner : les ondes de choc aérodynamiques du vaisseau lors de la première phase du décollage (la traversée de l’atmosphère) se fixaient près de la base de l’étage supérieur Centaur et auraient pu créer des vibrations acoustiques fatales aux réservoirs sous pression du Centaur.

La capsule Starliner, avec à l’arrière l’aeroskirt, en haut du lanceur Atlas V sur le pas de tir (crédit ULA)

Un profil de vol spécifique

Le profil de lancement de ce vol OFT était un peu particulier : un vol suborbital afin de réduire l’accélération (les G) ressentie par les futurs astronautes à bord du Starliner, mais aussi pour permettre l’abandon en vol en cas de défaillance du lanceur et d’avoir une récupération de la capsule non loin des zones côtières du Canada ou de l’Irlande.

Toutefois pour ce vol sans équipage, les moteurs d’évacuation d’urgence de la capsule avaient été désactivés. Les ingénieurs veulent être sûrs d’avoir correctement défini les «déclencheurs» d’abandon dans le système de détection d’urgence (EDS pour Emergency Detection System). Celui-ci, situé dans l’Atlas 5, surveille les paramètres « clés » lors du lancement et commande si nécessaire l’éjection du Starliner [pour en savoir plus sur la procédure d’évacuation d’urgence : Starliner de Boeing : bientôt le vol de démonstration].

Ce profil de vol ressemble beaucoup à celui utilisé lors des lancements des Navettes Spatiales, une trajectoire suborbitale pour permettre notamment l’éjection du grand réservoir externe.

 

Lancement parfait d’Atlas V le 20 décembre

Le profil de mission de l’Atlas V s’est correctement déroulé jusqu’à la séparation du vaisseau.

A 11h36 UTC, l’Atlas V décolle depuis Cap Canaveral

Liftoff! Atlas V Starliner OFT
Décollage d’Atlas V / Starliner le 20/12/2019 (crédit ULA)


A T+14 minutes, 54 secondes, l’Atlas V larguait comme prévu le vaisseau Starliner juste en deçà de la vitesse requise pour entrer dans une orbite stable.

Représentation de la séparation du vaisseau Starliner de l’étage supérieur Centaur (crédit Boeing)

La caméra embarquée sur le lanceur nous donne une vue de la séparation :

 

Anomalie en vol du Starliner OFT

L’amarrage à la Station Spatiale Internationale était prévu 25 heures et 50 minutes après le lancement, mais rapidement la NASA publie un statut sur le vol :

« Malgré son lancement réussi vendredi sur la fusée Atlas V d’ULA depuis le Space Launch Complex 41 au Cape Canaveral Air Force Station en Floride, le CST-100 Starliner de Boeing n’est pas sur son orbite prévue. Le vaisseau spatial est actuellement dans une configuration stable pendant que les contrôleurs de vol sont en train de gérer l’anomalie. »

 

Initialement, le Starliner devait effectuer un premier allumage de 4 de ses moteurs OMAC (Orbital Maneuvering and Attitude Control) environ 20 minutes après la séparation lanceur pour circulariser son orbite préliminaire. Les 20 moteurs OMAC se situent dans le Module de Service du vaisseau et ont une poussée de 0.6 kN, l’amarrage à l’ISS s’effectuant à l’aide des 28 moteurs RCS (Reaction Control System).

Les différents composants du vaisseau CST-100 Starliner (crédit Boeing)

A T+31 minutes exactement, l’Orbit Insertion Burn (manoeuvre d’insertion) devait débuter et durer 40 secondes. Mais la manœuvre d’insertion d’orbite automatisée ne s’est pas déroulée comme attendu à cause d’un problème logiciel.

Pour des raisons que les ingénieurs de Boeing ne comprennent pas à l’heure où j’écris ce post, l’horloge du minuteur d’événement de la mission de Starliner a mal fonctionné, ce qui a fait croire au véhicule qu’il se trouvait à un moment différent de la mission.  Le système de contrôle d’attitude RCS a pensé que la manœuvre d’insertion d’orbite était déjà en cours et a exécuté une série d’allumages moteurs supplémentaires pour maintenir le véhicule orienté dans cette orbite, alors que la manœuvre ne se produisait pas réellement. 

Vendredi soir, les responsables de la mission n’étaient pas sûrs que le problème de synchronisation de temps ait été causé par un problème inhérent au vaisseau spatial, tel qu’un défaut de conception, ou un événement qui se serait  produit sur la capsule lors du vol ou du lancement.

L’astronaute de la NASA Nicole Mann, qui est chargée de piloter le premier Starliner avec équipage, a déclaré lors de la conférence de presse post-lancement que si un équipage avait été à bord de Starliner, il aurait très probablement pu prendre le contrôle manuel de l’engin et terminer avec succès l’orbite d’insertion comme prévu. D’ailleurs, cette possibilité d’un pilotage manuel est l’une des spécifications imposées par la NASA aux vaisseaux Starliner et Crew Dragon.

Boeing Orbital Flight Test Press Conference (NHQ201912200014)
Nicole Mann (à droite) et Michael Fincke (à gauche) lors de la conférence de presse post lancement du Starliner OFT (crédit NASA/Joel Kowsky)

Lors de cette même conférence de presse, l’administrateur de la NASA, Jim Bridenstine, a déclaré qu’il était trop tôt pour dire si la NASA obligerait Boeing à répéter le test de vol orbital sans équipage avant d’autoriser le premier vol d’essai en équipage. Un autre vaisseau Starliner est actuellement en cours d’assemblage final au Kennedy Space Center pour ce Boeing’s Crew Flight Test, prévu début 2020 à ce jour.

De toute façon, le planning des prochains vols du Starliner sera établi seulement une fois identifiées les causes de l’anomalie du vol OFT et des tests post correction.

 

Un atterrissage retour prévu dimanche 22 décembre

Si la mission s’était correctement déroulée, le Starliner OFT aurait dû rentrer sur Terre le 28 décembre après un peu moins d’une semaine amarré à l’ISS.

Finalement, si tout va bien, la capsule Starliner OFT devrait revenir sur Terre dimanche 22 décembre dans la journée. L’atterrissage est prévu au White Sands Missile Range au Nouveau-Mexique.

Boeing Space a publié un communiqué en ce sens :

« Bien que ce ne soit pas la mission que nous avions prévu d’exécuter, la mission Starliner’s Orbital Flight Test reste en cours. Lors de la réunion de l’équipe de gestion de la mission intégrée (IMMT) de cet après-midi avec des représentants de Boeing et de la NASA, nous avons pris la décision de régler les allumages moteurs en orbite et de préparer un atterrissage à White Sands au Nouveau-Mexique. Le principal objectif est la piste du White Sands Space Harbor dimanche. L’équipe intégrée estime que c’est l’approche la plus prudente pour le Starliner pour retourner en toute sécurité sur Terre pour la récupération, l’analyse et la remise à neuf des données pour les futures missions. L’équipe continuera d’examiner attentivement les données qu’elle reçoit du véhicule, qui se trouve actuellement sur une orbite sûre et fonctionne nominalement. Avant les allumages, les contrôleurs de vol, ainsi que les experts en systèmes de vaisseaux spatiaux qui ont conçu, construit et testé le vaisseau spatial, ont soigneusement et méthodiquement examiné les données de performances et ont effectué les ajustements nécessaires pour ramener Starliner dans une configuration stable. Encore une fois, ce n’est pas la mission que nous attendions. Cependant, nous obtenons des données importantes du Starliner qui nous donnent confiance dans notre décision de le faire rentrer sur Terre en toute sécurité.

Certains enseignements initiaux à noter sont les suivants:

• Les performances des panneaux solaires sont meilleures que prévu

• Le module d’équipage est en bon état

• Le système de contrôle environnemental et de support vie et le système thermique actif fonctionnent bien

• Les séparations à ce jour étaient nominales, y compris le largage de la protection du système d’amarrage et la séparation du lanceur

• Les systèmes de guidage, de navigation et de contrôle fonctionnent bien »

 

Starliner OFT est le septième vaisseau ou cargo à rater son rendez-vous avec l’ISS, après les Progress M-12M, Progress M-27M, Progress MS-04, Cygnus Orb-3, Dragon CRS-7 et Soyouz MS-10.

Prévus initialement pour 2016, les vols des nouveaux vaisseaux américains n’auront donc lieu désormais au mieux qu’au premier trimestre 2020, avec très probablement le Crew Dragon de SpaceX qui a repris de l’avance sur Boeing avec l’essai statique réussi des moteurs d’éjection de sa capsule le 13 novembre dernier [à découvrir dans la vidéo de novembre – à venir].

A suivre…

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