Soyouz | Les Blocs BVGD

Le premier étage est composé de quatre blocs latéraux appelés 11S59 arrangés en barillet autour du corps central (Bloc A), qui constitue le deuxième étage.

Les quatre blocs sont numérotés dans l'ordre de l'alphabet cyrillique : B, V, G et D. En dehors du moteur, leur conception est restée inchangée depuis les années 1950.

1. Généralités

Chaque bloc se présente sous la forme d'un cylindre fuselé de 19,2m de haut, avec un diamètre à la base de 2,68m. Il est composé principalement d'un réservoir d'oxygène liquide (LOX) et d'un réservoir de kérosène, qui occupent la partie conique, ainsi que du moteur quadri-chambres, situé à la base.

Fig. 1.1 : Schémas d'un bloc latéral.
Crédit : Starsem, TsSKB-Progress

Les deux réservoirs sont faits d'un alliage d'aluminium AMg-6. Ils sont séparés par un compartiment vide. Comme on le voit sur la figure 1.2, l'oxygène liquide est transmis au moteur par une canalisation qui traverse le réservoir de kérosène. Une fois que les réservoirs sont remplis, une couche de glace se forme autour du réservoir d'oxygène, donnant l'illusion que le lanceur est peint en blanc.

Fig. 1.2 : Le réservoir de kérosène,
avec la canalisation qui relie le moteur au réservoir d'oxygène.
Institut d'Aviation de Moscou. Crédit : Vassili PETROVITCH.

La figure 1.2 fait aussi également apparaître le système SOBIS (Система Опорожнения Баков и Синхронизации) qui consiste en un petit tuyau comportant une série de capteurs de niveau placé en parallèle des canalisations d'oxygène et de kérosène. L'intérêt du SOBIS est la stabilité des ergols à l'intérieur de ce tuyau de faible diamètre, car les mesures de niveau réalisées à même le réservoir ne seraient pas fiables. Notons que sur les lanceurs Soyouz-2, ce système s'appelle BSIUZ (Бортовая Система Измерения Уровня и Заправки).

Entre le réservoir de kérosène et le moteur RD-107, on trouve deux réservoirs toriques. Celui du dessus contient l'azote liquide, qui est utilisé pour la pressurisation du kérosène et de l'oxygène liquide.

Fig. 1.3 : Vue éclatée d'un Bloc latéral.
MGTU Baoumann. Crédit : Nicolas PILLET.

Celui du bas contient le peroxyde d'hydrogène (H2O2), appelé « produit 030 » dans la terminologie russe. Il est utilisé pour l'entraînement de la turbine du moteur RD-107. Après son passage dans la turbine sous forme gazeuse, le peroxyde est évacué par deux vannes situées à côté des tuyères du moteur. Un système provoque le cisaillement de l'écoulement de gaz, afin de réduire la poussée résiduaire qui pourrait déstabiliser le lanceur.

Fig. 1.3B : Emplacement des vannes d'évacuation du peroxyde d'hydrogène.
Crédit : VKO / Nicolas PILLET.

Pour des besoins d'exploitation, il est possible de vidanger le réservoir de peroxyde d'hydrogène (par exemple, dans le cadre d'un report de lancement). Une telle opération présente un risque en termes de sécurité du personnel, car le peroxyde est fortement corrosif et inflammable.

Fig. 1.3D : Eventage du peroxyde d'hydrogène.
Musée de la Cosmonautique de Samara. Crédit : Nicolas PILLET.

Les réservoirs des blocs latéraux sont équipés de vannes d'éventage appelées DPK (Дренажно-Предохранительный Клапан). En effet, quand les réservoirs sont remplis, les DPK doivent être ouvertes pour laisser l'air s'échapper. Elles sont ouvertes jusqu'au moment du lancement, afin d'éviter la montée en pression due à l'expansion de l'oxygène liquide. Les vannes d'éventage de l'oxygène sont appelées DPKO, celles du kérosène sont appelées DPKG.

Fig. 1.4 : Emplacement de la vanne DPKO.
MGTU Baoumann. Crédit : Nicolas PILLET.

A la base des blocs latéraux, on trouve les raccords pour le remplissage de l'oxygène liquide et du kérosène, ainsi que trois raccords électriques qui sont largués au moment du lancement. L'un d'eux (appelé 140/n, n étant la lettre du bloc dans l'ordre B, V, G, D) donne accès au système de contrôle du bloc. Tout en bas, il y a un point d'accroche pour les bras de maintien UN (Устройства Направляющих) du pas de tir.

Fig. 1.5 : La base d'un lanceur Vostok.
VDNKh. Crédit : Nicolas PILLET.

Fig. 1.6 : La base du Bloc B d'un lanceur Soyouz-ST-B.
Lancement du 21 octobre 2011. Crédit : ESA.

Fig. 1.7 : Vue du connecteur 140/4 (Bloc D).
MGTU Baoumann. Crédit : Nicolas PILLET.

Fig. 1.8 : Vue du raccord de remplissage d'oxygène liquide.
MGTU Baoumann. Crédit : Nicolas PILLET.

2. Ailerons

A l'arrière des blocs 11S59, un petit aileron triangulaire, appelé RM (электрогидравлическая рулевая машина), permet d'aider le lanceur à se diriger. Il n'est monté qu'une fois le lanceur sur le pas de tir.

Fig. 2.1 : Vue de l'aileron du Bloc D.
MGTU Baoumann. Crédit : Nicolas PILLET.

Un moteur électrique permet de mettre sous pression un petit réservoir d'huile. Cette huile est alors utilisée à la demande du système de contrôle pour mettre l'aileron en rotation.

Fig. 2.2 : Le système électrohydraulique de commande de l'aileron.
MGTU Baoumann. Crédit : Nicolas PILLET.

3. Production

Les blocs 11S59 ont été développés à l'OKB-1 de Sergueï KOROLIOV, aujourd'hui RKK Energuia, et ils sont produits par RKTs-Progress à Samara, sur les bords de la Volga. Depuis le premier lanceur, ce sont près de 7000 blocs latéraux qui sont sortis des chaînes d'assemblage.

Fig. 3.1 : Assemblage de quatre 11S59 au TsSKB-Progress.
Crédit : Cosmopark.ru

4. Fixation au corps central

Au sommet de chaque bloc 11S59 se trouve un cône de soutien, qui constitue le principal point d'attache au Bloc A. La liaison se fait par l'intermédiaire d'une rotule qui transmet la poussée pendant toute la phase de fonctionnement. La rotule est encastrée dans une encoche solidaire du Bloc A.

Fig. 4.1 : Vues du point de l'encoche du Bloc A et de la rotule d'un bloc latéral.
Crédit : Didier CAPDEVILA.

La rotule est simplement enfoncée dans l'encoche, et il n'y aucun verrouillage. Quand le lanceur est vertical, le corps central repose complètement sur les blocs latéraux. Sur le pas de tir, si le lanceur était tenu par le corps central, les blocs latéraux tomberaient.

Quand le lanceur est à l'horizontale, des accroches permettent de maintenir la rotule dans son encoche. Le lanceur est ensuite fixé sur le transporteur-érecteur (TUA), et c'est encore par les cônes de soutien que ce dernier tient tout le lanceur.

Lors du redressement du lanceur, les quatre bras métalliques du pas de tir se referment et chacun d'eux comporte un ergot qui vient s'insérer dans le creux du cône de soutien.

Fig. 4.2 : Vue du cône de soutien lors de l'érection sur le pas de tir.
Crédit : ESA.

D'autre part, les blocs latéraux sont maintenus en position grâce à deux barres métalliques situées à l'arrière, de part et d'autre de la partie cylindrique. Chaque barre s'entrecroise avec celle du bloc latéral voisin, et est reliée au compartiment des moteurs du corps central.

Ces barres ne transmettent aucun effort axial : elles servent uniquement à maintenir les blocs latéraux en place.

Fig. 4.3 : Les barres de maintien sur le lanceur de la VDNKh de Moscou.
Crédit : Nicolas PILLET.

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Vidéo 1 : Installation d'un bloc latéral sur le Bloc A.
On voit bien la mise en place du mécanisme qui empêche
le bloc de tomber quand le lanceur est horizontal.
Lancement du 24 juillet 2009. Crédit : TVRoscosmos.

5. Largage

Lors du décollage, la poussée des moteurs RD-107 des blocs latéraux est supérieure à la poussée du moteur RD-108 du corps central. Ce choix a été nécessaire à la conception, car ce sont les blocs latéraux qui poussent le corps central, et s'ils n'avaient pas une poussée supérieure ils retomberaient.

C'est justement ce principe qui est utilisé quand le moment est venu de larguer les blocs latéraux. Le système de contrôle du lanceur mesure en permanence la vitesse, et quand la vitesse de séparation est atteinte, il envoie la commande de séparation (KR).

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Vidéo 2 : Séparation des blocs latéraux.
Lancement du 12 octobre 2012. Crédit : CNES.

Cet instant intervient en théorie à H0+118,03", alors que le lanceur est à environ 40km d'altitude.

La commande KR a deux conséquences :

     - elle actionne les boulons pyrotechniques qui libèrent les barres de maintien arrière,
     - elle ordonne de diminuer la poussée des quatre moteurs RD-107.

Quand la poussée des blocs latéraux devient inférieure à celle du corps central, comme les barres de maintien ne sont plus là, plus rien n'empêche les blocs latéraux de tomber. Leur rotule se libère donc naturellement de l'encoche du corps central. Un contacteur détecte cet instant et envoie le signal NOCh (Начало Отделения Шоровых опор).

Le risque serait alors que les blocs latéraux percutent le lanceur en retombant. Pour éviter cela, le signal NOCh provoque l'ouverture d'une vanne d'éventage du réservoir d'oxygène liquide (DPKO) située entre le bloc latéral et le corps central. L'oxygène se retrouve à pression atmosphérique (très faible à cette altitude) et se vaporise instantanément, créant une poussée qui éloigne le bloc du corps central.

Fig. 5.2 : Emplacement des vannes d'éventage d'oxygène.
Crédit : Didier CAPDEVILA / Nicolas PILLET.

Fig. 5.3 : Séparation des blocs latéraux.
Crédit : RussianSpaceWeb / Anatoli ZAK.

Fig. 5.4 : Evolution de la poussée totale du lanceur (tonne-force) en fonction du temps (s).
Crédit : DR. Légende : Nicolas PILLET.

Après la séparation, les moteurs RD-107 sont automatiquement mis hors service afin d'éviter que les blocs latéraux n'entrent en collision avec le corps central. Les blocs 11S59 retombent ensuite dans des zones inhabitées prédéfinies. Quand le lanceur Soyouz-ST décolle du Centre Spatial Guyanais, ils plongent dans l'océan atlantique.

Fig. 5.5 : Blocs 11S59 retombés au Kazakhstan après leur lancement depuis Baïkonour.

6. Motorisation

Chaque bloc latéral est équipé d'un moteur quadrichambre RD-107 de la NPO Energomach (anciennement OKB-456). Il utilise de l'oxygène liquide (LOX) comme comburant, et du kérosène T-1 comme carburant.

Un article détaillé sur ce moteur sera disponible prochainement.

Bibliographie

- SIDDIQI, A., Sputnik and the Soviet space challenge, University Press of Florida
- MARININE, I.,Катастрофа в Плесецке, Novosti Kosmonavtiki, vol. 12-2002 (n°239)
- TCHERTOK, B., Ракеты и люди, vol. 2


Dernière mise à jour : 24 décembre 2012