R-1 | Descriptif technique1. GénéralitésLa R-1 (8A11) est le premier missile balistique à longue portée construit en Union soviétique, sous la maîtrise d'œuvre du NII-88. Sa conception est identique à celle du missile V2, développé par le Troisième Reich.
Elle est constituée d'un étage unique, propulsé par un moteur à ergols liquides RD-100. La partie haute n'est pas séparable, et c'est donc le missile entier qui frappe sa cible, avec une portée maximale de 270km. Il atteint alors une altitude maximale de 80km, et une vitesse de 1400m/s. A ce moment, le moteur est mis hors service et la fusée poursuit son vol selon une trajectoire balistique. Au moment d'atteindre la cible, elle a une vitesse de 850 à 900m/s [2]. 
Fig. 1.1 : Schéma de la R-1. Le réservoir d'éthanol est placé au-dessus du réservoir d'oxygène liquide. En dessous des réservoirs, un compartiment arrière abrite le moteur RD-100 et est équipé de quatre stabilisateurs. Au-dessus des réservoirs se trouve le compartiment des instruments, qui abrite le système de contrôle et le système de télémétrie. Enfin, au sommet de la fusée se trouve la partie haute, abritant la charge militaire.
Les réservoirs d'ergols (alcool et oxygène liquide) sont en alliage d'aluminium et de magnésium. Ils sont soudés au NII-88 sous la direction de Leonid MORDVINTSEV [7]. La charge militaire de la R-1 est développée par le NII-137 sous la direction de Mark LIKHNITSKI [8]. 2. MotorisationLa fusée R-1 est équipée d'un unique moteur RD-100 (8D51) développé par l'OKB-456 de Valentin GLOUCHKO. Il utilise l'oxygène liquide comme comburant, et une solution à 75% d'éthanol (C2H5OH) comme carburant.
Il s'agit d'une copie conforme du moteur du V2 allemand, produit avec des matériaux soviétiques. La production en série est assurée, comme pour le reste de la R-1, à l'usine n°586 de Dniepropetrovsk, en Ukraine. 
Fig. 2.1 : Le moteur RD-100. Les ergols (éthanol et oxygène liquide) sont pompés des réservoirs vers la chambre de combustion par une turbopompe. Celle-ci est constituée de deux pompes (une pour chaque ergol) et d'une turbine. La turbine est entraînée par un gaz produit dans le générateur de gaz (GG). Il s'agit d'une solution de peroxyde d'hydrogène (H2O2) à 80% décomposée à l'aide d'un catalyseur, en l'occurrence du permanganate de sodium (NaMnO4) concentré à 28%. Après être passés dans la turbine, les gaz sont éventés vers l'extérieur, et ne contribuent donc pas à la poussée totale du moteur. La mise à feu du moteur est déclenchée par des allumeurs pyrotechniques actionnés électriquement [10]. 
Fig. 2.2 : La turbopompe du RD-100. La chambre de combustion, en forme de poire, est constituée d'éléments soudés, et elle est équipée d'une tuyère conique. Le refroidissement est assuré par un écoulement d'éthanol prélevé dans le réservoir, qui circule dans l'espace inter-parois [10]. Cet éthanol est envoyé dans l'espace inter-parois via six injecteurs disposés tout autour de la tuyère. 
Fig. 2.3 : Les six injecteurs d'éthanol, et l'espace inter-parois où il circule. Il arrive ensuite dans dix-huit petites chambres de combustion, dans lesquelles sont installés les allumeurs. L'éthanol est pulvérisé dans les chambres grâce à des petits trous. L'oxygène liquide arrive directement du réservoir dans ces petites chambres, et il est lui aussi pulvérisé. Le mélange éthanol/LOX est enflammé, puis se détend dans la chambre de combustion principale, en forme de poire. Le surplus d'éthanol est renvoyé à l'aspiration de la turbopompe par une vanne réglante placée au centre des dix-huit petites chambres. 
Fig. 2.4 : Les dix-huit petites chambres de combustion. De plus, des petits orifices dans la paroi interne de la chambre de combustion permettent à une partie de l'éthanol circulant dans l'espace inter-parois de pénétrer à l'intérieur de la chambre de combustion, ce qui forme un film protecteur sur toute la surface de la chambre. Ce film joue le rôle d'isolant et permet de mieux protéger le métal des très hautes températures. 
Fig. 2.5 : Les orifices percés dans la paroi interne de la chambre de combustion. Les réservoirs d'éthanol, de peroxyde d'hydrogène et de permanganate de sodium sont maintenus sous pression grâce à un ciel d'azote. Le réservoir d'oxygène liquide, quant à lui, est pressurisé par de l'oxygène prélevé en amont des chambres de combustion et amené à l'état gazeux dans un échangeur thermique. 3. TélémétrieLa première version de la R-1 était équipée du système de télémétrie Brazilionit, développé au NII-20 sous la direction de Grigori DEGTIARENKO et dérivé du système allemand Messina [1]. La seconde version de la R-1 était équipée du système de télémétrie STK-1 « Don », développé par le NII-885 sous la direction d'Evgueni BOGOUSLAVSKI [1]. Don représente une grande avancée. Non seulement il fonctionne sur seize canaux, mais il utilise la technique du multiplexage temporel, ce qui permet d'augmenter considérablement la quantité de données transmises chaque seconde. Avec une fréquence de 62,5Hz, il est en effet capable de transmettre 1000 signaux distincts [3]. 4. Système de contrôleLe système de contrôle de la R-1 est fourni par le NII-885 de Nikolaï PILIOUGUINE. Il utilise les informations données par des capteurs fournis par le NII-10 de Viktor KOUZNIETSOV afin de déterminer à tout instant la position et la vitesse de la fusée [4]. Ces capteurs sont :
- le gyromètre GG-1, qui mesure l'angle de tangage, Vidéo 4.1 : Essai de l'intégrateur IG-1. Le système de contrôle comprend également l'allumeur électrique, les batteries au plomb fournies par le VNIEEI de Nikolaï LIDORENKO, le programmeur d'allumage (PTR), le convertisseur-amplificateur (UP) et la connectique [4]. Les gyromètres GG-1 et GV-1 mesurent l'angle entre le vecteur vitesse de la fusée et un repère de référence, et transmettent au convertisseur UP un signal électrique proportionnel à cet angle. L'UP génère alors un courant électrique qui alimente les moteurs électriques des compensateurs, qui permettent de corriger la trajectoire de la fusée [4]. Vidéo 4.2 : Essai des gyromètres GG-1 et GV-1. De son côté, l'accéléromètre envoie ses données à l'intégrateur IG-1, qui en déduit la vitesse de la fusée. Quand cette vitesse atteint une valeur prédéfinie, l'IG-1 envoie l'ordre qui arrête le moteur RD-100. La phase propulsée du vol est alors terminée, et la phase balistique commence [4]. Tous les systèmes électrotechniques qui constituent le système de contrôle de la R-1 sont fournis par le NII-627 d'Andronik IOSSIFIAN.
En plus des moyens inertiels, le guidage est complété par un système radio appelé BRK-1 (Боковая радиокоррекция), qui permet d'améliorer la précision. Il est développé également au NII-885 sous la direction de Mikhaïl BORISSIENKO. Le BRK-1 est dérivé du système allemand Viktoria/Hawaï qui équipait le V2, mais il utilise une antenne Yagi au lieu d'une antenne dipolaire [9]. La partie terrestre du BRK-1 est constituée de trois camions ZIL-131 à six roues motrices, et de trois groupes électrogènes mobiles 8N01 de 12,5kW chacun, fournis par le SKB-686. Le premier camion abrite l'émetteur du BRK-1, le second l'appareil de contrôle, et le troisième des pièces détachées, en cas de panne. 
Fig. 4.1 : Emetteur du BRK-1. 5. Le segment solLe segment sol de la R-1, calqué sur celui de la fusée allemande V2, est constitué d'un complexe technique (TP) et d'un complexe de tir (SP). Son développement est confié au GSKB SpetsMach de Vladimir BARMINE. Le transporteur-redresseur de la R-1, ainsi que le portique qui permet sa manutention, sont développés par un groupe d'ingénieurs de l'usine Podiomnik (ce groupe deviendra plus tard le TsKBTM). 
Fig. 5.1 : Schéma du complexe technique. 
Fig. 5.2 : Schéma du complexe de tir. Le transporteur-redresseur 1N (8U22) a une masse de 12500kg. Il permet de transporter la fusée depuis le complexe technique jusqu'au complexe de tir, et de l'y placer à la verticale [19]. 
Fig. 5.3 : Schéma du transporteur-redresseur 1N. Le portique de manutention N63 (8T21) permet de déplacer la fusée R-1 lors de sa préparation, et également de la disposer sur le transporteur-redresseur [19]. 
Fig. 5.4 : Schéma du portique de manutention N63. Les système électriques du segment sol sont développés par le SKB-686 (usine Prozhektor) de Moscou, sous la direction d'Aleksandr GOLTSMAN [8]. 6. La version R-1ALa fusée R-1A a été lancée à six exemplaires en mai 1949. Son objectif principal était de tester la séparation de la partie haute afin de préparer la R-2. La séparation intervient après l'arrêt du moteur RD-100, c'est à dire au début de la phase balistique du vol. L'instant de la séparation est détecté par un gyroscope [11]. L'ogive de la fusée est équipée d'une protection afin d'assurer son intégrité durant son retour dans l'atmosphère, et elle atterrit à l'aide d'un parachute [12]. La R-1A est équipée d'un émetteur radar qui permet au sol de suivre la trajectoire de la fusée [11][12]. Ce système radar, développé au NII-20 sous la direction de Boris KONOPLIEV, permet pour la première fois d'étudier la propagation des ondes SHF et UHF dans la haute atmosphère. Il s'avère que le plus gros obstacle à leur propagation n'est pas l'environnement lui-même, mais le jet du moteur de la fusée [12]. Outre son rôle premier de banc d'essai volant pour le système de séparation, la R-1A est également mise à profit par l'Académie des Sciences pour mener des études scientifiques sur la haute atmosphère. Ainsi, les deux dernières fusées ne sont pas lancées sur des trajectoires balistiques classiques, mais sur des trajectoires verticales (ce qui leur vaut l'appellation de V-1A). 
Fig. 6.1 : Schéma de la V-1A. Les deux containers des FIAR-1 sont visibles. Les V-1A sont plus lourdes que les R-1 classiques : elles sont une masse au lancement de 13910kg (au lieu de 13430kg), et une masse sèche de 4470kg (au lieu de 4030kg). Elles sont capables de monter jusqu'à une altitude de 100km. Au moment de l'arrêt du RD-100, la fusée a une vitesse de 1210m/s [13]. Elles sont équipées de deux instruments FIAR-1 (Физические Измерения Атмосферы Разреженной) de 65kg chacun, fournis par l'Institut de Géophysique de l'Académie des Sciences (GueoFIAN) [13]. Ils sont placés dans des containers cylindriques situés dans le compartiment arrière de la fusée, et sont largués après l'arrêt du moteur RD-100 afin que leurs mesures ne soient pas affectées par le jet de gaz. Les mesures des FIAR-1 commencent 4" après le largage des containers, et l'atterrissage se fait grâce à un parachute fourni par le NII PDS [11][14]. Le parachute s'ouvre 17" après le largage, à une altitude d'environ 20km [15]. Un émetteur radio permet aux équipes de récupération de localiser les containers. La récupération des FIAR-1 a été un échec lors du premier vol de la V-1A, suite à un dysfonctionnement des parachutes. Ceux-ci sont donc modifiés, et le deuxième vol est un succès [11]. 7. La version R-1BLa fusée R-1B est identique à la R-1A, à deux différences près. Premièrement, les deux containers es instruments FIAR-1 du GueoFIAN, qui ont maintenant une masse de 85kg [13], ne sont pas positionnés dans le compartiment arrière, mais dans des nacelles latérales fixées sur le corps de la fusée. Le but est de les protéger des gaz produits par le moteur RD-100 [11]. Deuxièmement, la partie haute de la fusée est allongée de trois mètres. Elle abrite notamment un instrument de l'Institut de Physique de l'Académie des Sciences (FIAN) pour l'étude du rayonnement cosmique [11]. 
Fig. 7.1 : La partie haute d'une R-1B, en version ailée. Au-dessus de l'instrument du FIAN se trouve un compartiment hermétique qui permet d'emporter deux chiens. Ces expériences sont sous la responsabilité du NII AM. Un parachute, situé entre l'instrument du FIAN et le container hermétique, permet de récupérer l'ensemble [11]. La partie supérieure de la partie haute existe en deux variantes : une version ailée, développée par l'Institut de Recherches en Vol (LII), et une version dotée d'un spectroscope, développée par l'Institut National d'Optique (GOI) [11]. 
Fig. 7.2 : Schéma de la partie haute de la R-1B, dans la version spectroscope. 
Fig. 7.3 : Le spectroscope de la R-1B. La R-1B a une masse au lancement de 14320kg, et une masse à vide de 5050kg. Au moment de l'arrêt du RD-100, la fusée a une vitesse de 1185m/s (Mach = 3,45). La partie récupérable de la partie haute a une masse de 590kg. L'altitude maximale est de 90 à 100km [13]. La partie haute est séparée du corps de la fusée après l'arrêt du moteur RD-100. Quatre aérofreins sont alors déployés, et permettent de réduire la vitesse à 140m/s. A l'altitude de 6 à 8km, le parachute de tirage est extrait, et permet de déployer le parachute de freinage [16]. 8. La version R-1VLa fusée R-1V est strictement identique à la R-1B, à ceci près qu'elle n'emporte pas l'instrument du FIAN. A la place, elle dispose d'un parachute qui permet de récupérer la fusée toute entière [11]. 
Fig. 8.1 : Schéma de la R-1V Ainsi, comme on le voit sur la figure 8.2, le corps de la fusée, la partie haute (avec les chiens) et les deux containers FIAR-1 reviennent séparément. Le corps de la fusée, lors de son atterrissage, a une masse de 4160kg [13]. 
Fig. 8.2 : Profil de vol de la R-1V. Le parachute de récupération du corps de la fusée est ouvert quarante-cinq secondes après la séparation de la partie haute, au moyen de boulons pyrotechniques [11]. 9. La version R-1DLa fusée R-1D est identique à la R-1B, à ceci près que les deux chiens ne sont pas dans un compartiment hermétique, mais dans des scaphandres individuels qui sont éjectés de la fusée lors de la descente [11]. Le scaphandre, fourni par l'usine Zvezda de Tomilino, est constitué d'une structure de protection étanche à trois couches et d'un casque sphérique en plexiglas. Le chien est inséré dans le scaphandre par l'arrière, et il y a des logements à l'avant pour ses pattes. L'oxygène est contenu dans deux bouteilles de deux litres à 150 bars, et un détendeur permet d'alimenter l'animal [17]. 
Fig. 9.1 : Le scaphandre de la R-1D. Avec cette réserve, le chien peut respirer normalement pendant deux heures à deux heures et demi. La ventilation du scaphandre est assurée à un débit nominal de 6L/min par une vanne réglante automatique qui maintient la pression entre 400hPa et 440hPa [17]. Le premier scaphandre est éjecté à l'altitude de 75-85km, et le second à 35km. Pour chacun des scaphandres, le parachute est ouvert automatiquement à l'altitude de 3-4km. Au moment de son ouverture, une vanne s'ouvre pour relier le scaphandre à l'extérieur. Pendant la descente, le chien passe par une phase de microgravité de 220" [17]. La R-1D a une masse au lancement de 13836kg (4426kg à vide), et elle atteint l'altitude de 110,8km. Au moment de l'arrêt de son moteur RD-100, elle vole à la vitesse de 1230m/s (Mach = 3,58). La partie haute, récupérée sous parachute, a une masse de 734kg [13]. 
Fig. 9.2 : Schéma de la R-1D. Le compartiment à la base de la partie haute, qui était occupé par l'instrument du FIAN sur la R-1B, et par un parachute sur la R-1V, est ici utilisé pour loger deux instruments scientifiques. Le premier mesure la distribution ionique dans les couches supérieures de l'atmosphère, et le second la propagation des ondes basse fréquence [11]. De plus, des études de l'atmosphère sont également menées avec la R-1D, qui est équipée d'un container atmosphérique chargé de collecter de l'air à haute altitude (entre 80 et 110km). Ce container bénéficie d'un système d'amortissement afin d'assurer qu'il ne soit pas endommagé lors du contact avec le sol. Une fissure pourrait en effet fausser complètement les résultats des mesures, si elle permet à de l'air de pénétrer à l'intérieur après l'atterrissage [11]. La partie supérieure de la partie haute abrite un capteur de pression pour faire des mesures dans la haute atmosphère. Cette même partie supérieure contient un instrument du LII dont le but est de mesurer la pression de l'air lors de la phase de vol supersonique [11][18]. 10. La version R-1ELa dernière version de la R-1, appelée R-1E, a pour objectif de tester de nouvelles techniques de récupération du corps de la fusée. Ces investigations avaient été initiées avec la R-1V. Cette fois, le parachute du corps de la fusée n'est pas ouvert par des boulons pyrotechniques après la séparation de la partie haute. Il est tiré hors de son compartiment par la partie haute elle-même pendant sa séparation. La partie haute est pour cela équipée de trois petits moteurs à propergols solides, qui lui donnent une vitesse relative de 12m/s au moment de la séparation [11]. 
Fig. 10.1 : Schéma de la R-1E et de sa partie haute. Ce système ne s'avère toutefois pas efficace et, à partir de la troisième R-1E, ce sont de nouveau des boulons pyrotechniques qui sont utilisés. Cette fois, en revanche, ils ne servent pas juste à libérer le parachute de tirage, mais aussi le parachute de freinage. Les quatre essais de récupération réalisés avec ce système seront des succès [11]. La R-1E a une masse au lancement de 14211kg (4800kg à vide), et atteint l'altitude de 100km. Au moment de l'arrêt du moteur RD-100, elle a la vitesse de 1183m/s. La partie haute, lors de sa récupération, a une masse de 760kg, et le corps de la fusée a une masse de 4286kg [13]. La version R-1E est également utilisée pour poursuivre les investigations scientifiques du NII AM sur les animaux, avec les mêmes scaphandres pour chiens que sur la R-1D. Le GOI fournit également un spectroscope pour l'étude du Soleil [16]. 
Fig. 10.2 : Le spectroscope de la R-1E. 
Fig. 10.3 : Profil de vol de la R-1E. Notes et bibliographie
[1] RAÏKOUNOV, G., По велению времени, 2006, pp. 12-13 Dernière mise à jour : 2 août 2015 |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||