Dniepr | Le troisième étage1. Le troisième étageLe troisième étage (15B157) du lanceur Dniepr est identique à celui du missile R-36M UTTKh, excepté son système de navigation, qui a été modifié afin de prendre en compte le remplacement des têtes nucléaires par des satellites. Au moment du lancement, le troisième étage a une masse de 8,2t [1], ce qui inclut 1,910t d'ergols [2]. La propulsion est assurée par un moteur quadrichambre RD-864 (15D177) du KB Youzhnoïe, qui fonctionne avec des ergols stockables (mélange UDMH/N2O4). 
Fig. 1.1 : Le moteur quadrichambre RD-864. C'est le premier moteur construit par le KB Youzhnoïe dont les chambres de combustion sont refroidies en utilisant un film d'ergols. Le RD-864 n'est pas réallumable, mais il possède deux modes de fonctionnement, qui se différencient par la poussée qu'ils offrent [4]: - le mode
normal (poussée dans le vide de 2060kgf, Isp=309"), Lors du lancement, les quatre tuyères sont en position repliée à l'intérieur de l'étage, dirigées vers l'arrière. Une fois le deuxième étage largué, elles sont déployées et effectuent une rotation à 180° qui les dirige vers l'avant. Le moteur RD-864 est alors mis à feu (H0+284,4") en mode de retournement, ce qui permet de tourner le troisième étage à 180°. Les tuyères sont donc à nouveau orientées vers l'arrière, et le moteur passe en mode normal. Il est possible de basculer jusqu'à 25 fois entre les deux modes [5]. Vidéo 1 : Fonctionnement du troisième étage de Dniepr. Chaque tuyère peut être orientée selon un seul axe avec un angle maximal de ±55°, ce qui permet d'assurer l'orientation de l'étage. Le système de contrôle du troisième étage a été développé par le NII PM. 
Fig. 1.2 : Le système de contrôle du troisième étage. 
Fig. 1.3 : Pose du troisième étage sur le lanceur, qui est déjà dans le silo. 2. Projets de versions amélioréesLors de la définition du programme Dniepr, dans les années 1990, il a été envisagé de remplacer le troisième étage du missile R-36M UTTKh par un étage plus performant. Plusieurs projets ont ainsi vu le jour :
- l'étage Lift, proposé par la NPO Lavotchkine, On ne connait quasiment aucun détail sur les quatre premières propositions, mais la RKK Energuia a publié un certain nombre d'éléments sur son projet Courrier dans l'ouvrage officiel cité en [6]. 2.1. Le projet LiftEgalement appelé Fregat-L, l'étage Lift est dérivé du Bloc L qui équipait les lanceurs Molnia, et il utilise le système de contrôle de l'étage Fregat. 
Fig. 2.1.1 : Schéma de l'étage
Lift. 
Fig. 2.1.2 : Schéma de la partie haute de Dniepr avec
l'étage Lift. 2.2. Le projet d'étage CourrierLa décision de démarrer les études sur un étage supérieur pour le lanceur Dniepr a été prise lors d'une rencontre entre Youri SEMIONOV, constructeur général de la RKK Energuia, et Stanislav KONIOUKHOV, constructeur général du KB Youzhnoïe, début 1998. La décision a été formalisée par la directive du 12 février 1998. L'idée est de développer l'étage Courrier en n'utilisant que des technologies déjà existantes et éprouvées, afin de limiter les coûts et d'augmenter la fiabilité. 
Fig. 2.2.1 : Schéma du lanceur Dniepr équipé de l'étage
Courrier. Les réservoirs seront issus de l'ensemble moteur 17D62 (qui a été testé dans le cadre d'un projet de modernisation des vaisseaux ravitailleurs Progress), et le moteur sera un S5.120 fourni par le KB KhimMach, déjà développé dans le cadre du programme de satellite Argon, capable de fournir une poussée de 600kgf avec une Isp de 304", et réallumable jusqu'à dix fois. Le compartiment de transfert pour relier le troisième étage au deuxième sera dérivé de celui du lanceur Soyouz. Le système de contrôle sera repris du vaisseau habité Soyouz TMM, en cours de développement à l'époque, et le système de télémétrie sera copié sur celui du Bloc DM. La coiffe standard du missile R-36M UTTKh sera en revanche conservée. Courrier aura une masse au lancement de 2779,5kg, et une masse à vide de 980kg. Il fonctionnera avec le mélange UDMH/N2O4. 
Fig. 2.2.2 : Schéma de l'étage
Courrier. Bien que la poussée du S5.120 soit inférieure à celle du RD-864, les caractéristiques de l'étage Courrier sont bien meilleures que celle du troisième étage standard de Dniepr, hérité du missile balistique R-36M UTTKh et donc non optimisée pour l'envoi de satellites. Les performances de Courrier sont comparées avec celles de l'étage standard et du projet concurrent S5M sur le graphique de la figure 2.3. 
Fig. 2.2.3 : Performances de l'étage Courrier vers une
orbite circulaire inclinée à 87°, Courant 1998, la RKK Energuia envoie sa proposition d'étage Courrier au KB Youzhnoïe. Celui-ci informe Energuia en septembre 1998 que la proposition n'est pas retenue. Le 24 septembre 1998, SEMIONOV répond à KONIOUKHOV « nous sommes surpris de votre réponse sur l'irrationalité d'utiliser (notre) étage sur le lanceur Dniepr », et il l'informe que, « après avoir examiné encore une fois » la constitution de la future Station Spatiale Internationale (MKS), il ne voit aucun besoin d'utiliser pour son assemblage le lanceur Zenit et les modules de recherche construits par Youzhnoïe. C'est donc un chantage flagrant qui est lancé entre les deux grandes entreprises spatiales russe et ukrainienne. Le 26 janvier 1999, KONIOUKHOV répond à SEMIONOV le 26 janvier 1999 et l'informe qu'il retire ses propos tenus lors de son premier courrier ! 
Fig. 2.2.4 : Les échanges de courriers entre SEMIONOV
et KONIOUKHOV. Le livre officiel de la RKK Energuia indique que les travaux sur l'étage Courrier sont toujours en cours au moment de sa publication, en 2001. Toutefois, pour une raison inconnue, aucune suite n'a été donnée au projet. 3. Le projet KretchetDans le cadre d'un contrat avec la MKK Kosmotras, le KB Youzhnoïe, maître d'œuvre du lanceur Dniepr, a lancé dans les années 2000 le développement d'un nouvel étage supérieur. Baptisé Kretchet, il est destiné à remplacer l'étage hérité du missile R-36M UTTKh, qui n'est pas optimisé pour le lancement de satellites. 
Fig. 3.1 : L'étage Kretchet chez Youzhmach. Le Kretchet est constitué de quatre réservoirs d'ergols de 125 litres chacun. Ils sont construits dans un alliage d'aluminium, et sont maintenus sous pression par un gaz, séparé des ergols par une membrane [7]. 
Fig. 3.2 : L'étage Kretchet. La propulsion est assurée par le nouvel ensemble moteur DU-802, développé également par le KB Youzhnoïe. D'une masse de 165,4kg, il est constitué d'un moteur principal et de plusieurs moteurs de faible poussée. 
Le moteur principal est réallumable jusqu'à dix fois, et peut fonctionner pendant une durée totale de 350" [10]. Il fournit une poussée de 450kgf avec une impulsion spécifique dans le vide de 322,5". Il brûle un mélange d'ergols stockables (UDMH/N2O4) [8]. L'alimentation en ergols de la chambre de combustion n'est pas assurée par une turbopompe, comme c'est le cas sur la quasi-totalité des moteur fusées, mais par une pompe pneumatique, qui est entraînée par de l'hélium stocké à une pression comprise entre 10 et 30 bars, et à une température de 450K. Cette pompe a un rendement de 0,75. Les débits sont de 0,5kg/s pour l'UDMH, et de 1,1kg/s pour le N2O4 [10]. 
Fig. 3.4 : Le moteur principal du DU-802. 
Fig. 3.5 : Le moteur du DU-802. 
Fig. 3.6 : La pompe pneumatique du moteur principal du DU-802. Ce moteur principal n'est pas orientable. Pendant son fonctionnement, l'orientation de l'étage est assurée par huit moteurs de faible poussée (11,1kgf, avec une impulsion spécifique dans le vide de 243") [10]. De nombreux essais du DU-802 ont été réalisés chez Youzhmach, mais on ne sait pas actuellement si ce projet est toujours d'actualité. Bibliographie[1] KONIOUKHOV, S., Ракеты и
Космические аппараты КБ Южное, édition 2004 Dernière mise à jour : 10 décembre 2013 |
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