Soyouz | Le Bloc E

Le Bloc E (8K72E) a été utilisé comme troisième étage sur certaines anciennes versions des lanceurs de classe Soyouz. Il a existé en deux versions, qui diffèrent par leur motorisation (moteur RD-0105 ou RD-0109) :

- les Bloc E pour les lanceurs Vostok (8K72) étaient équipés soit du moteur RD-0105, soit du moteur RD-0109,
- les Bloc E pour les lanceurs Vostok-2 (8A92), Vostok-2M (8A92M) et Vostok-2A (11A510) étaient équipés du moteur RD-0109.

Historique

Fig. 1 : Un missile R-7 à deux étages à Baïkonour.
Crédit : Novosti Kosmonavtiki.

Au tout début de l'ère spatiale, le seul lanceur en service en Union soviétique est le R-7, qui existe déjà en deux versions civiles : le 8K71PS pour lancer les deux premiers satellites, et le 8A91 pour les satellites lourds.

L'un comme l'autre, ils comportent seulement deux étages : le corps central (Bloc A) et les quatre accélérateurs latéraux (Blocs B, V, G et D).

Début 1958, le bureau d'études OKB-1 décide, sous l'impulsion de Sergueï KOROLIOV, de démarrer un programme d'exploration de la Lune par des sondes automatiques. Or, pour envoyer de telles sondes, il faut d'atteindre la seconde vitesse cosmique (environ 11,2km/s), et il est clair qu'un troisième étage sera nécessaire.

Le plus gros défi à relever est celui du moteur, qui devra être capable d'être allumé dans le vide, ce qui n'a encore jamais été tenté. Jusque là, c'était l'OKB-456 de Valentin GLOUCHKO qui développait les moteurs pour les lanceurs de l'OKB-1, mais il se tourne dorénavant presque exclusivement vers les moteurs à ergols stockables, dont l'OKB-1 ne veut pas entendre parler.

Sergueï KOROLIOV y est en effet opposé car ces ergols sont toxiques, ce qui complexifie énormément les opérations de remplissage. Par dessus tout, il doute que l'OKB-456 soit capable de fournir son moteur RD-109 dans les temps, étant donné qu'il devra tester à la fois l'allumage dans le vide et l'utilisation des nouveaux ergols.

KOROLIOV décide donc de développer le nouveau moteur en interne. L'adjoint de KOROLIOV, Vassili MICHINE, a joué un grand rôle dans cette décision, car il considérait que l'OKB-1 avait la capacité de développer lui-même le nouveau moteur, grâce au département de Mikhaïl MELNIKOV, et il souhaitait l'exploiter au mieux [1].

L'OKB-1 est capable de développer la chambre de combustion et la tuyère, mais la conception de la turbopompe demande des compétences particulières qu'il ne possède pas, et qu'il n'a pas le temps d'acquérir.

Il faut donc aller les chercher ailleurs. Le 10 février 1958, KOROLIOV et son adjoint Vassili MICHINE rencontrent Semion KOSBERG, le constructeur général de l'OKB-154, spécialisé dans le développement de moteurs d'avions.

L'OKB-154 n'a encore jamais participé au programme spatial, mais il a accumulé une solide expérience dans le domaine des moteur-fusées. Son RD-0102, testé sur l'avion Yak-27V, était le premier moteur soviétique à utiliser du kérosène, et le premier dont les actionneurs sont commandés à l'air et non à l'azote.

Fig. 2 : Le moteur RD-0102 de l'OKB-154.
Crédit : KBKhA.

Après la rencontre de février 1958, les événements s'enchaînent très vite. Le 20 mars 1958, un décret du Comité central du Parti communiste (n°343-166) lance officiellement le développement de la première sonde lunaire et de l'étage nécessaire à sa propulsion, baptisé Bloc E. Le lanceur qui en sera équipé est baptisé 8K72 [2]. Contrairement aux deux premiers étages du lanceur, le Bloc E sera produit sur le site de l'OKB-1 à Kaliningrad, et non à Samara.

Le 11 avril 1958, l'ordre n°114ss du directeur adjoint du Comité National des Technologies Aéronautiques (GKAT), S. LECHTCHENKO, marque le début du développement du nouveau moteur RD-0105 (8D714), également appelé RO-5. Le projet est placé sous la direction de Vassili KOCHELNIKOV [4].

Fig. 3 : Vassili Petrovitch KOCHELNIKOV.
Crédit : KBKhA.

Dès le mois de mai 1958, les équipes du NII KhimMach, l'organisation en charge des essais des matériels spatiaux, commencent à se préparer à l'arrivée du Bloc E. Le premier essai d'allumage est réalisé le 10 septembre 1958 sur le banc d'essais IS-102 [6].

Le test commence bien, mais à H0+312" l'oxygène liquide s'enflamme dans la turbopompe, provoquant un incendie. Le banc d'essais est endommagé, mais les réparations sont effectuées très rapidement, et un nouvel allumage est réalisé cinq jours après l'incident ! Tout se passe bien, et le premier Bloc E bon de vol est livré à Baïkonour dans la foulée.

Au mois d'août 1958, les nouvelles stations de télémesure RTS-8, pour la poursuite du vol du Bloc E, sont livrées à Baïkonour [10].

Le premier vol du Bloc E intervient le 23 septembre 1958, cinq mois après le lancement du projet, et deux semaines après le premier essai au sol. L'objectif est d'envoyer vers la Lune la première sonde interplanétaire de l'Histoire. Mais le lanceur Vostok explose en plein vol moins de deux minutes après son décollage. Une deuxième tentative se termine de la même façon trois semaines plus tard, le 11 octobre 1958.

Une enquête est lancée, et conclut que les deux échecs sont dus à une erreur de conception du lanceur. Un nouveau banc d'essais mobile est construit au NII KhimMach pour reproduire les conditions de vol et élaborer un système d'amortissement des vibrations [6].

Fig. 4 : Le Bloc E sur son banc d'essais mobile au NII KhimMach.
Crédit : NITs RKP.

Une nouvelle tentative de lancement du Vostok est réalisée le 4 décembre 1958, mais c'est à nouveau un échec.

Fig. 5 : Réplique du Bloc E avec une sonde E-1.
Musée de la Cosmonautique de Jitomir. Crédit : Nicolas PILLET.

Le quatrième vol, le 2 janvier 1959, est le premier succès. Pour la première fois dans le monde, un moteur-fusée à ergols liquides est allumé dans l'Espace et permet d'atteindre la deuxième vitesse cosmique.

On note que, aux Etats-Unis, le lanceur Thor-Able, utilisé pour les premières tentatives de sondes lunaires américaines, utilise un étage supérieur à ergols solides pour contourner la difficulté de l'allumage en orbite.

Neuf autres vols sont réalisés au cours des deux années suivantes, et le Bloc E n'enregistre qu'un seul échec. En effet, lors du tir du 15 avril 1960, le moteur RD-0105 s'arrête prématurément car il arrive à court de kérosène, suite à une erreur lors du remplissage du réservoir [3].

Après cette première série de missions lunaires, le lanceur Vostok sera utilisé pour un autre programme, pas moins ambitieux : l'envoi d'un homme dans l'Espace. Le vaisseau spatial des futurs cosmonautes est déjà en développement, il s'agit du vaisseau Vostok (c'est en fait le vaisseau qui a donné son nom au lanceur).

Cette fois, le Bloc E ne devra pas atteindre la deuxième vitesse cosmique, mais il devra placer en orbite basse une charge de près de deux tonnes et demi. Une remotorisation est nécessaire, et l'OKB-154 se remet au travail. Cette fois, il prend en main le développement de la totalité du moteur, y compris la chambre de combustion qui était jusque là l'apanage de l'OKB-1 (par la suite, la production de la chambre est transférée à l'usine VMZ de Voroniezh).

Un décret gouvernemental du 22 mai 1959 (n°569-264) lance officiellement le programme du nouveau moteur RD-0109 (8D719), également appelé RO-7. C'est encore Vassili KOCHELNIKOV qui est placé aux commandes.

Fig. 6 : Réplique d'un vaisseau Vostok et de son Bloc E au Pavillon Cosmos de la VDNKh.
Crédit : DR.

Le premier vol du Bloc E remotorisé a lieu le 22 décembre 1960, mais le nouveau moteur RD-0109 s'arrête de fonctionner environ quatre minutes trop tôt, et la mise sur orbite ne peut avoir lieu.

La tentative suivante intervient le 9 mars 1961 et se solde par un succès complet. Au cours des deux années suivantes, le Bloc E et son moteur RD-0109 seront utilisés pour lancer les six vaisseaux habités du programme Vostok, permettant à Youri GAGARINE, Hermann TITOV, Andrian NIKOLAÏEV, Pavel POPOVITCH, Valeri BIKOVSKI et Valentina TERECHKOVA de réaliser leurs missions historiques.

Après cette période « pionnière », le Bloc E et son moteur RD-0109 sont réutilisés sur les lanceurs Vostok-2 (8A92), Vostok-2M (8A92M) et Vostok-2A (11A510). Dans ce cadre, pas moins de 139 vols sont réalisés. Au total, le Bloc E a volé 165 fois, et seulement quatre échecs lui sont imputables.

Fig. 7 : Lancement d'un satellite indien IRS-1 par un Vostok-2M.
Crédit : DR.

Liste des échecs imputables au Bloc E

Date Lanceur Moteur Charge utile Commentaire
115 avril 19608K72 RD-0105E-3Erreur de remplissage du
réservoir de kérosène
2 22 décembre 1960 8K72 RD-01091KDysfonctionnement RD-0109.
3 11 décembre 1961 8K72 RD-0109 11F61 Dysfonctionnement RD-0109.
4 28 novembre 1963 8A92 RD-0109 11F61 Dysfonctionnement RD-0109.

Descriptif technique

Le Bloc E a une masse au lancement de près de 8t. Il est constitué de quatre compartiments :

     - le compartiment de transfert (qui fait le lien avec le deuxième étage),
     - les deux réservoirs toriques,
     - le compartiment inter-réservoir,
     - le compartiment moteur.

Les deux réservoirs toriques sont superposés. Le réservoir d'oxygène liquide est au-dessus, celui de kérosène est en-dessous. Les systèmes de contrôle et de télémesure sont situés dans le compartiment inter-réservoir, ainsi que les alimentations électriques. La charge utile est fixée directement dessus.

Fig. 8 : Le Bloc E avec une sonde lunaire E-1 et avec le vaisseau Vostok.
Crédit : RKK Energuia.

Au centre des deux réservoirs se trouve le moteur principal, qui peut-être soit le RD-0105, soit le RD-0109, selon la version. La base de l'étage est entourée de quatre petites tuyères qui permettent de contrôler la direction de la poussée.

Le moteur du Bloc E doit être mis en service avant l'arrêt du moteur du Bloc A, afin de bénéficier de son accélération pour maintenir les ergols à l'état liquide. Il est donc relié au Bloc A par une structure en treillis qui permet aux gaz de s'échapper librement avant la séparation du Bloc A.

Afin d'assurer une précision suffisante pour l'arrêt du moteur du Bloc A, un système d'arrêt par télécommande a été développé par le NII-885.

Le système de contrôle de la seconde version du Bloc E a été développé par le SKB Polisvit de Kharkov, en Ukraine. Il intègre les données provenant de gyroscopes.

Grandeur Unité Version avec RD-0105 Version avec RD-0109
Hauteur mm 2980
Diamètre mm 2576
Masse à vide kg 1346 1430
Masse au lancement kg 7950 7820
Tableau 2 : Caractéristiques du Bloc E.

Grandeur Unité RD-0105
8D714
RD-0109
8D719
Carburant Kérosène T-1
Comburant   Oxygène liquide
Poussée dans le vide kN 49,44 54,54
Impulsion spécifique dans le vide s 316 323,5
Ratio -   2,14
Pression dans la chambre MPa 4,50 5,00
Durée de fonctionnement s 454 430
Masse kg 130 121
Hauteur mm 1620 1555
Diamètre de la tuyère mm 766
Tableau 3 : Caractéristiques des moteurs du Bloc E.

Fig. 9 : Les moteurs RD-0105 et RD-0109.
Crédit : KBKhA.

Le système de télémétrie RTS-8E fonctionne à la fréquence de 183,6MHz. Le Bloc E possède aussi un transpondeur Fakel-S et deux émetteurs pour la télémesure (19,997MHz et 19,995MHz) [9].

Fig. 10 : L'arrière d'un Bloc E au Musée de la ZEM.
Crédit : Anatoli ZAK.

Bibliographie

[1] TCHERTOK, Rockets and People, Vol. 2, p. 437
[2] Конструкторское бюро химавтоматики, 2010
[3] POROCHKOV, V., Ракетно-космический подвиг Байконура, p. 137
[4] RODIONOV, I., Chronology, disponible ici
[6] MAKAROV, A., Наземные испытания ракетно-космической техники, p. 50
[7] BATOURINE, Y., Мировая Пилотируемая космонавтика
[8] BATOURINE, Y, Самарские ступени "Семерки"
[9] POROCHKOV, Ibid., p. 115
[10] POROCHKOV, Ibid., p. 114


Dernière mise à jour : 26 octobre 2014