Soyouz | Régulation thermique

1. Historique

1.1. Création du système

Le développement du Système de Conditionnement Thermique SOTR (Система Обеспечения Теплового Режима) du vaisseau Soyouz a été réalisé à partir de 1962 sous la maîtrise d'œuvre du département n°91 de l'OKB-1, dirigé par Piotr FLIOROV, l'un des plus anciens compagnons de Sergueï KOROLIOV [10].

Fig. 1.1.1 : Piotr Vassilievitch FLIOROV (1907 - 1976).
Crédit : DR.

L'OKB-1 confie la réalisation de certains équipements à la NPO Nauka en 1962. Le projet est réalisé aux départements n°59 et n°67 sous la direction de V.G. ZAGOROUÏKO, et demande des innovations considérables par rapport à ce qui avait été fait sur les vaisseaux Vostok et Voskhod [1].

1.2. Evolutions du système

Le système SOTR donne entière satisfaction au cours de l'exploitation de la première génération de Soyouz. Au début des années 1970, le département n°223 du TsKBEM, qui deviendra ensuite le département n°506, puis n°053, commence à réfléchir à une évolution du système pour la nouvelle génération du Soyouz, baptisée Soyouz T. Sous la direction de A.V. POUTCHININE, le SOTR sera lourdement modifié pour tenir compte du retour d'expérience et des nouveaux besoins du Soyouz T [11].

NPO Nauka fournit toujours les principaux composants du SOTR mais, en 1996, RKK Energuia estime que son fournisseur n'est plus en mesure de remplir ses contrats et décide d'internaliser la production. Pour certains matériels, la tâche est plutôt aisée et la conception est terminée en novembre 1996 [2].

En revanche, le composant le plus complexe à développer est le Réfrigérant-Dessiccateur KhSA, qui doit être repensé dans le cadre du développement de la version Soyouz TMA du vaisseau. Afin de permettre à des cosmonautes plus grands de monter dans le vaisseau, l'encombrement du KhSA doit en effet fortement diminuer. La conception est terminée en février 1997 [2], et le premier vol est réalisé en 2002.

Fig. 1.2.1 : Essai du nouveau KhSA chez RKK Energuia.
Crédit : RKK Energuia 1996-2001.

Par ailleurs, le capteur de pression est maintenant redondé deux fois, et un mode de fonctionnement automatique est ajouté pour les réchauffeurs électriques utilisés pendant la phase amarrée [3].

Lors du passage à la version Soyouz TMA-M, en 2010, de nouveaux appareils électroniques sont installés sur le vaisseau et le SOTR doit donc être adapté pour permettre leur refroidissement. L'ensemble de pompe ENA1 de la boucle KNR et l'échangeur ZhZhT de la boucle KZhO sont améliorés [9]. Par ailleurs, à partir de Soyouz TMA-04M, le procédé de cuisson de la protection thermique du Compartiment de Descente (SA) est améliorée [16].

En 2017, RKK Energuia étudie la possibilité de modifier les pompes ENA et la vanne RRZh de façon à permettre des vols de Soyouz de 370 jours. Ces deux éléments sont en effet des facteurs limitants de la durée des vols [14].

2. Descriptif technique

2.1. Généralités

Le vaisseau Soyouz est soumis à un flux thermique externe en provenance du Soleil et de la Terre, ainsi qu'à un flux thermique interne du fait de la chaleur dégagée par les équipements électroniques et par les cosmonautes. Le Système de Conditionnement Thermique SOTR du vaisseau Soyouz remplit quatre rôles :

- il stabilise la température de la structure du vaisseau et de ses éléments,
- il maintient un environnement thermiques acceptable dans les modules pressurisés,
- il maintient l'hygrométrie dans les modules pressurisés à un niveau acceptable,
- il ventile les modules pressurisés.

Il est pour cela constitué de deux sous-systèmes :

- les Moyens Passifs de Régulation Thermique SPTR (Средства пассивного терморегулирования),
- le Système de Régulation Thermique STR (Система терморегулирования).

Paramètre Valeur
Température de l'air dans les compartiments habitables [18°C - 25°C]
Température des instruments [0°C - 40°C]
Hygrométrie < 75%
Température de l'azote dans le PO [0°C - 40°C]
Durée de vie garantie du STR 4500h

2.2. Le Système de Régulation Thermique (STR)

Le STR est un système hydraulique constitué de quatre boucles de refroidissement (il n'y en a plus que trois à partir de la version Soyouz TMA), d'une boucle d'évacuation des condensats et d'un système de ventilation.

Fig. 2.2.1 : Schéma général du système STR (version Soyouz TM).
La boucle PKP, supprimée à partir de Soyouz TMA, est représentée.
Crédit : Soyuz Crew Operations Manual.

Fig. 2.2.2 : Schéma général du système STR (version Soyouz TM).
La boucle PKP, supprimée à partir de Soyouz TMA, est représentée.
Crédit : Manuel Soyouz en exposition à Arts et Sablons à Bruxelles.

Fig. 2.2.3 : Schéma général du système STR (version Soyouz TM).
La boucle PKP, supprimée à partir de Soyouz TMA, est représentée.
1. EVTI - 2. Moteur d'orientation - 3. Surface radiative - 4. Boucle KZhO - 5. Pompe de la boucle KZhO - 6. Echangeur ZhZhT - 7. Capteur de température - 8. Protection thermique du SA -
9. Echangeur-condenseur - 10. Ventilateur - 11. Pompe de la boucle KNR - 12. Boucle KNR -
13. Vanne RRZh - 14. Capteur de température - 15. Echangeur GZhA - 16. Radiateur -
17. Bouclier thermique du moteur SKD
Crédit : Космические аппараты.

La figure 2.2.4 donne un schéma simplifié du système STR. La première boucle, appelée KZhO, récupère les calories des deux compartiments habitables au moyen de deux appareils appelés KhSA.

Une deuxième boucle, la KNR interne, récupère les calories :

- de la première boucle, d'une part, via l'échangeur ZhZhT,
- des systèmes du Compartiment des Machines et des Instruments (PAO), d'autre part, via l'échangeur GZhA
.

Via la vannes RRZh, la KNR interne envoie les calories à la boucle KNR externe qui les évacue dans l'Espace via le radiateur NKhR.

Fig. 2.2.4 : Schéma synoptique simplifié du système STR.
Crédit : Nicolas PILLET.

2.2.1. La Boucle des Compartiments Habitables

La boucle KZhO (Контур Жилых Отсеков) permet de contrôler la température et l'hygrométrie de l'air du Compartiment de Descente (SA) et du Compartiment de Vie (BO), ainsi que de réguler la température de la pièce d'amarrage et des moteurs DPO [6].

Le fluide caloporteur est le triol, une solution aqueuse de glycérine avec un additif anticorrosif. La boucle en contient 17,5L à une pression comprise entre 0,5 et 2,5bar en fonction de la température du fluide, qui varie entre 0 et 40°C [6]. Comme cette boucle circule à l'intérieur du volume habitable, le fluide a été choisi pour ses propriétés non inflammable et non toxique [7].

La circulation dans la boucle KZhO est assurée par le groupe de pompes ENA3 (Электронасосный Агрегат), situé dans le Compartiment des Instruments (PO)[8] et constitué de deux motopompes électriques centrifuges redondantes N1 et N2. Chaque pompe est équipée d'un capteur tachymétrique qui permet de surveiller son fonctionnement et de démarrer la pompe redondante en cas de problème. Un capteur de pression différentielle PNT3 est monté en parallèle des pompes pour en surveiller le fonctionnement, et il est transmis au TsUP par télémesure [6].

Les pompes aspirent le fluide après qu'il se soit réchauffé en passant dans les deux réfrigérants-dessiccateurs KhSA (Холодильно-Сушильный Агрегат). L'un est situé dans le SA et l'autre dans le BO. Les KhSA permettent de récupérer les calories et l'humidité de l'air ambiant. Le débit d'air aspiré peut être réglé par l'équipage au moyen des vannes RRV (Регулятор Расхода Воздуха) situées directement sur les KhSA [7].

Fig. 2.2.1.1 : Des réfrigérants-dessiccateurs KhSA.
Sur la partie haute, on aperçoit les vannes RRV.
Musée historique de Koroliov et musée d'Arkhipo-Ossipovka. Crédit : Nicolas PILLET / Christian LARDIER.

Fig. 2.2.1.2 : Emplacement des KhSA dans le SA et dans le BO.
Crédit : Nicolas PILLET / NASA.

Fig. 2.2.1.3 : Un KhSA du nouveau modèle dans le SA.
Crédit : RKK Energuia 1996-2001.

Chaque KhSA est constitué d'un radiateur liquide-air, qui comprend un radiateur et un piège à humidité, ainsi que d'un bloc de ventilation. Le radiateur est constitué de trois sections qui comportent chacune des tubes d'aluminium, dans lesquels circule le caloporteur froid, et des capillaires. L'humidité se condense sur les tubes puis elle est transportée par les capillaires jusqu'au piège à humidité [6].

L'équipage peut choisir le régime de fonctionnement de chaque KhSA avec les vannes KR1 (pour le KhSA du BO) et KR2 (pour le KhSA du SA). La position MAX permet de mettre les trois sections du radiateur en service, la position MIN une seule et la position ARRÊT (ВЫКЛ) aucune. Dans les deux derniers cas, tout ou partie du débit est orienté vers un by-pass. Quand le vaisseau est amarré à la station, seuls les ventilateurs des KhSA fonctionnent : la récupération des condensats est assurée par les moyens de la station [6].

Fig. 2.2.1.4 : Emplacement des vannes KR1 et KR2.
Crédit : Nicolas PILLET / NASA.

Dans le Compartiment de Vie (BO), le caloporteur en sortie du KhSA circule dans la pièce d'amarrage avant de revenir vers le groupe de pompes ENA3. Le filtre 1F, situé à l'aspiration des pompes, permet de les protéger en cas d'impureté dans le circuit. Par ailleurs, le réchauffeur électrique ZhEN (Жидкостный Электронагреватель) permet de maintenir le caloporteur en température quand le système STR est en attente, c'est-à-dire pendant le vol amarré à la station. Il est constitué de fils de nichrome et consomme 300W [6].

Au refoulement des pompes se trouve un compensateur à membrane 1K qui permet d'absorber les dilatations du caloporteur via un volume d'azote gazeux. Deux capteurs de pression DMT2 et 2SD sont installés sur le compensateur et permettent de détecter l'apparition d'une fuite sur la boucle. Les pompes refoulent le fluide caloporteur chaud au travers de l'échangeur thermique liquide-liquide ZhZhT (Жидкостно-жидкостный Теплообменник), qui transmet la chaleur à la boucle KNR. En fonction de la charge thermique à bord du vaisseau, la température de la KZhO est supérieure de 0 à 4°C à celle de la KNR. L'échangeur ZhZhT est lui aussi situé dans le PO [8]. En aval de l'échangeur, on trouve le capteur de température DTZh [6].

Les tuyauteries de la boucle KZhO passent d'un compartiment à l'autre, et elles sont équipées de connecteurs 1GR, 2GR, 3GR et 4GR qui permettent d'assurer l'étanchéité des boucles après la séparation des compartiments [6].

La boucle KZhO est démarrée environ trois heures avant le décollage avec les deux KhSA en mode maximal avec leurs deux ventilateurs en service afin de conditionner l'air du vaisseau en vue de son vol autonome. Les KhSA passent ensuite en mode minimal, avec seulement un ventilateur en service [6].

Quand le vaisseau est amarré à la station, le réchauffeur ZhEN permet de maintenir le caloporteur de la boucle KZhO à une température acceptable. Il est automatiquement mis hors-service par le système de contrôle du vaisseau SUBK si le capteur 2SD détecte une pression de 0,25bar (significative d'une dépressurisation). Cette action a pour effet de faire apparaître l'alarme DEPRESSURISATION KZhO (РАЗГЕРМ. КЖО) sur le tableau de bord [6].

Fig. 2.2.1.5 : Les alarmes de dépressurisation de la KZhO et de la KNR.
Science Museum de Londres. Crédit : Nicolas PILLET.

Le capteur DMT2 permet de s'assurer que la dépressurisation est réelle et que l'alarme n'est pas due à une défaillance du capteur 2SD. Simultanément avec la mise hors-service du ZhEN, le SUBK actionne le boîtier BAVEN (Блок Автоматического Включения Электронагреватель) qui alimente des petits réchauffeurs de secours pour le maintien en température des moteurs DPO [6].

2.2.2. La Boucle du Radiateur Externe

La boucle KNR (Контур Навесных Радиаторов) permet de récupérer les calories émises par le Compartiment des Machines et des Instruments (PAO) et la boucle KZhO et de les évacuer dans l'Espace [7]. Elle est constituée de deux circuits : le circuit interne, qui récupère les calories, et le circuit externe, qui les évacue.

Le caloporteur utilisé est l'isooctane. C'est un hydrocarbure dont la formule est (CH3)3CCH2CH(CH3)2 et qui présente des propriétés thermiques intéressantes, car il est à l'état liquide entre -107°C et +99°C. La KNR en contient 30L, à une pression variant entre 0,5 et 2,5bar et à une température variant entre -70°C et 40°C [6].

Dans le circuit interne, le caloporteur est mis en circulation par le groupe de pompes ENA1, qui est similaire au groupe ENA3 de la boucle KZhO (cf. plus haut). Au refoulement des pompes se trouve l'échangeur ZhZhT, qui permet de récupérer les calories de la boucle KZhO, puis l'échangeur gaz-liquide GZhA (Газожидкостный Агрегат) qui, à l'aide de deux ventilateurs, permet de récupérer les calories de l'atmosphère d'azote du Compartiment des Instruments (PO). Le caloporteur circule ensuite sur la paroi du Compartiment des Machines (AO) pour récupérer les calories de sa structure et des réservoirs d'ergols du Système de propulsion [6].

Fig. 2.2.2.1 : Le radiateur NKhR d'un vaisseau Soyouz TMA.
Crédit : NASA.

Dans le circuit externe, le caloporteur est mis en circulation par le groupe de pompes ENA2, identique aux deux autres, et circule au travers du Radiateur de Refroidissement Externe NKhR (Наружный Холодильный Радиатор) qui permet d'évacuer les calories dans l'Espace. Le circuit est doté du compensateur 2K pour absorber les dilatations du fluide et des capteurs de pression DMT1 et 1SD. En cas de dépressurisation du circuit externe en dessous de 0,25bar, le 1SD provoque l'apparition d'une alarme sur le tableau de bord (fig. 2.2.1.4) [6].

Les circuits interne et externe sont reliés par la vanne de régulation de débit RRZh (Регулятор Расхода Жидкости), actionnée par deux moteurs électriques redondants. L'ouverture de la RRZh est commandée par le capteur de température DTZh (Датчик Температуры Жидкости) qui est situé à l'entrée de l'échangeur ZhZhT entre les boucles KZhO et KNR [6].

Fig. 2.2.2.2 : Le NKhR de la première génération de Soyouz (11F615).
Cité de l'Espace de Toulouse. Crédit : Nicolas PILLET.

La température du circuit interne doit toujours rester moins de 2°C supérieure à celle du circuit externe. La vanne RRZh obéit donc à la loi de fonctionnement suivante :

Tinterne ≥ Texterne + 2°C → ouverture de la RRZh

Tinterne ≤ Texterne - 2°C → fermeture de la RRZh

En cas de défaillance de la RRZh, la vanne pyrotechnique Pn214 couplée à un tube d'étranglement permet d'assurer une liaison entre les deux circuits de la boucle KNR [6].

2.2.3. La Boucle de Pompage des Condensats

La boucle KOK (Контур Откачки Конденсата) sert à évacuer et à stocker les condensats des deux réfrigérants-dessiccateurs KhSA de la boucle KZhO. Ces condensats sont issus de la récupération de l'humidité de l'atmosphère du vaisseau.

Quand les pièges à humidité des KhSA sont pleins, les cosmonautes doivent actionner une pompe manuelle pour transférer les condensats vers les réservoirs de stockage ESK (Ёмкость Сбора Конденсата). Il y a deux réservoirs (2E et 3E) de 9L chacun dans la servante du BO, et un troisième (1E) sous le siège de droite dans le SA. La pompe manuelle 1NR du Compartiment de Descente (SA) est située à droite du tableau de bord. La pompe 2NR du Compartiment de Vie (BO) est sur la partie droite de la servante [6].

Fig. 2.2.3.1 : Emplacement des pompes manuelles 1NR et 2NR.
Crédit : NASA.

Le KhSA du SA peut être vidangé soit vers l'ESK du SA, soit vers les ESK du BO afin de minimiser la masse du SA lors du retour sur Terre. Le choix se fait au moyen de la vanne 3V située dans le SA [6].

Fig. 2.2.3.2 : Emplacement de la vanne 3V.
Crédit : NASA.

Quand le vaisseau est amarré à la station, les condensats sont récupérés par les moyens de la station. Les ESK ne sont donc utilisés que pendant le vol autonome. Les pompes manuelles doivent être actionnées toutes les quatre heures environ [6].

2.2.4. La Boucle de Refroidissement par Eau

La boucle KVO (Контур Водяного Охлаждения) n'est utile qu'en cas d'amerrissage du Compartiment de Descente (SA). La structure du SA emmagasine de la chaleur pendant la rentrée dans l'atmosphère et la transmet à l'atmosphère interne. Dans le cas d'un amerrissage, les cosmonautes ne peuvent pas évacuer facilement le SA et il est donc important de diminuer la température dans l'attente des secours.

Le principe de fonctionnement est d'ouvrir trois vannes pyrotechniques (Pn88, Pn89 et Pn90) pour créer des ouvertures sur la Boucle des Compartiments Habitables (KZhO), ce qui permet à l'eau de mer de s'y engouffrer, de traverser le KhSA puis d'être refoulée. Cette circulation est possible grâce à la pompe N, qui est mise en service manuellement par l'équipage. Elle fournit un débit de 8L/min [5][6].

L'ouverture de la vanne pyrotechnique Pn88 est provoquée par le largage du bouclier thermique lors de la descente sous parachutes. L'ouverture des deux autres vannes est provoquée par la mise en service de la pompe [6].

2.2.5. La Boucle Intermédiaire de Chauffage

La boucle PKP (Промежуточный Контур Подогрева) permet de réchauffer la pièce d'amarrage pendant la phase où le vaisseau est amarré sur la station. Elle a été supprimée à partir de la version Soyuz TMA du vaisseau Soyouz, et elle n'était pas utilisée sur les vaisseaux Soyouz TM qui ont rejoint la Station Spatiale Internationale (MKS).

Au moyen de deux raccords GR situés sur le collier d'amarrage, elle permettait de faire circuler le caloporteur de la station dans la pièce d'amarrage et de transmettre, via un échangeur thermique ZhZhT, la chaleur à la boucle KZhO [5].

2.2.6. Le système de ventilation

Le rôle du système de ventilation est d'homogénéiser la composition de l'atmosphère du SA et du BO, de maintenir des températures confortables dans le SA et le BO ainsi que de maintenir une température acceptable dans le PO.

Le débit d'air est compris entre 0,1 et 0,8m/s. Dans le SA et le BO, le moyen de ventilation principal est le ventilateur des deux KhSA. Comme certaines zones ne sont pas balayées, deux ventilateurs d'appoint sont ajoutés : le VSA dans le SA, et le VBO dans le BO. La ventilation de l'atmosphère d'azote du PO est assurée par les ventilateurs du GZhA de la boucle KNR.

Fig. 2.2.6.1 : Le ventilateur VBO.
Crédit : NASA.

Le SA est également doté d'un Système de Ventilation Respiratoire SDV (Система Дыхательной Вентиляции) qui permet d'assurer l'arrivée d'air respirable pour les cosmonautes après l'atterrissage. Il est constitué d'un ventilateur de forçage DVN (Дыхательный Вентилятор Нагнетающий), qui souffle l'air dans le SA, ainsi que d'un ventilateur d'extraction DVV (Дыхательный Вентилятор Вытяжной). Deux clapets permettent d'isoler ces conduits, et ils doivent être ouverts par les cosmonautes après l'atterrissage [6].

Fig. 2.2.6.2 : Les leviers d'ouverture des clapets de respiration.
Science Museum de Londres. Crédit : Nicolas PILLET.

2.2.7. Contrôle-commande

Le Système de Régulation Thermique (STR) est commandé de façon automatique par trois boîtiers situés dans le Compartiment des Instruments (PO) [6]:

- Le Boîtier de Basculement Automatique BAP-82 (Блок Автоматических Переключателей) commande les trois ensembles de pompe ENA ainsi que les ventilateurs de l'échangeur GZhA.

- Le Boîtier d'Amplification et de Commutation UKT-75 (Усилитель-Коммутатор) commande la vanne RRZh de la boucle KNR. Cet élément est ensuite devenu l'UKT-98, et son électronique a été modifiée sur la version Soyouz MS [12].

- Le Boîtier de Démarrage Automatique des Réchauffeurs Electriques BAVEN (Блок Автоматического Включения Электронагреватель) commande les réchauffeurs de secours pour le maintien en température des moteurs DPO.

2.2.8. Exploitation du STR

Le fonctionnement du système STR est principalement géré de façon automatique (cf. 2.2.7). Pendant le vol autonome, les actions de l'équipage consistent principalement à gérer les condensats des KhSA (en purgeant régulièrement les pièges à humidité à l'aide des pompes manuelles) et à gérer le ode de fonctionnement des KhSA [6].

Une fois que le vaisseau Soyouz est amarré à la station orbitale, l'équipage a un délai maximal de trois heures pour mettre en place les gaines de ventilation de la station vers le vaisseau. Les ventilateurs VSA et du SA et VBO du BO restent en fonctionnement permanent. La partie hydraulique des KhSA est mise hors service, mais leurs ventilateurs fonctionnent en permanence. La vanne RRZh reste en position fermée [6].

2.3. Le système passif

Les Moyens de Régulation Thermique Passive SPTR (Средства Пассивного Терморегулирования) comportent plusieurs éléments destinés à protéger le vaisseau des flux thermiques externes.

2.3.1. L'isolation thermique

L'isolation thermique externe EVTI (Экранно-Вакуумная Теплоизоляция) permet de calorifuger les différents compartiments du vaisseau de façon à les protéger du rayonnement du Soleil et de la Terre. Elle est constituée de plusieurs couches de feuilles métalliques de 5 à 10μm d'épaisseur. Chaque couche est perforée de façon à laisser s'échapper l'air lors du lancement. Le nombre de couches varie en fonction de l'endroit du vaisseau. Une couche en fibre de verre est placée entre chaque couche métallique pour prévenir la conduction thermique [6].

Fig. 2.3.1.1 : La découpe dans l'EVTI de Soyouz MS-09.
Elle a été réalisée lors de la sortie du 11 décembre 2018.
Crédit : NASA.

Du côté extérieur et du côté du vaisseau, deux couches en fibre de verre assurent la protection mécanique. Pour des raisons thermiques, la couche externe est grise et la couche interne est blanche [6]. Depuis Soyouz TMA-04M en 2012, le Compartiment de Vie (BO) est muni d'une couche supplémentaire pour le protéger des impacts de micrométéorites [13].

Fig. 2.3.1.2 : Les différentes couches de protection du BO, avant et après 2012.
Crédit : NASA.

Certains éléments non couverts par l'EVTI, comme les antennes ou les capteurs, sont par ailleurs dotés d'une isolation thermique particulière. Un bouclier thermique recouvre aussi le moteur SKD et permet de le protéger de la chaleur quand il ne fonctionne pas. Avant sa mise en service, le bouclier bascule de 170° [6].

Fig. 2.3.1.3 : La protection thermique du SKD de Soyouz TMA-02M.
Crédit : Roscosmos.

2.3.2. Résistances et ponts thermiques

Des résistances thermiques en amiante permettent d'isoler certains éléments. A l'inverse, des ponts thermiques en aluminium ou en cuivre permettent de relier thermiquement certains éléments de la structure du vaisseau de façon à mieux faire circuler les flux [6].

2.3.3. Protection pour la rentrée dans l'atmosphère

Le revêtement thermique TZP (Теплозащитное Покрытие) permet de protéger le Compartiment de Descente (SA) pendant la phase de rentrée dans l'atmosphère. Il est constitué (en partant de l'intérieur vers l'extérieur) d'une couche d'isolation thermique, d'une couche de protection mécanique et d'une couche ablative [6].

Fig. 2.3.3.1 : Les couches de protection de Cosmos 772.
Crédit : Alekseï KHLOPOTOV.

La couche d'isolation thermique est constituée de matériaux composites à base de fibres de verre et d'un liant de type phénol-formaldéhyde. La couche d'isolation est formée dans un autoclave qui cuit le matériau à 140°C. Dans le passé, ce procédé se faisait sous air mais, depuis Soyouz TMA-04M, le chauffage se fait sous azote, ce qui permet d'améliorer les propriétés de la couche [15][16].

Fig. 2.3.3.2 : Couches de protection cuites sous air (à gauche) et sous azote (à droite).
Crédit : RKK Energuia.

Fig. 2.3.3.3 : L'autoclave pour la cuisson de la protection thermique du SA.
Crédit : RKK Energuia.

2.3.4. Le bouclier thermique

Le bouclier thermique frontal LTE (Лобовый Теплозащитный Экран) permet de protéger la face la plus exposée du SA pendant la phase de rentrée.

Fig. 2.3.4.1 : Le SA de Soyouz TMA-20 avec son bouclier LTE.
Crédit : RKK Energuia.

Fig. 2.3.4.2 : Un LTE après sa chute.
Crédit : DR.

Fig. 2.3.4.3 : Un bouclier LTE récupéré.
Musée Mémorial de la Cosmonautique. Crédit : Nicolas PILLET.

Fig. 2.3.4.4 : Un LTE après sa cuisson.
Crédit : RKK Energuia.

3. Historique des anomalies

3.1. Défaillance de la protection thermique de Soyouz-1

Lors de l'atterrissage du vaisseau Soyouz-1, le parachute principal du Système de Parachute Primaire (OSP) ne s'est pas ouvert, ce qui a conduit à la destruction du Compartiment de Descente (SA) et à la mort du cosmonaute Vladimir KOMAROV. Le parachute n'a pas pu s'extraire car la cuisson de la protection thermique TZP n'avait pas été faite correctement, ce qui avait amené une rugosité trop importante du container à parachute.

3.2. Perte du bouclier de protection du moteur de Soyouz-32

Le 18 mai 1979, l'équipage EO-3 de la station orbitale Saliout-6 réalise un essai d'allumage du moteur SKD du vaisseau Soyouz-32. Mais Valeri RIOUMINE suit mal la procédure et met le moteur en service avant d'avoir ouvert le capot de protection. Le capot, par conséquent, est détruit, et le moteur n'a plus de protection thermique.

3.3. Déchirement de l'EVTI de Soyouz TM-9

Lors du lancement du vaisseau Soyouz TM-9, le 11 février 1990, trois des huit sections du revêtement thermique EVTI du Compartiment de Descente (SA) sont partiellement détachées. Les cosmonautes Anatoli SOLOVIOV et Aleksandr BALANDINE doivent réaliser une sortie dans l'Espace le 17 juillet 1990 pour sécuriser les sections détachées afin qu'elles ne perturbent pas les instruments lors du retour sur Terre.

Fig. 3.3.1 : Soyouz TM-9 avec son EVTI partiellement détachée.
Crédit : TASS.

3.4. Perte d'un ventilateur de KhSA de Soyouz TMA-3

En octobre 2003, Soyouz TMA-3 était amarré sur la Station Spatiale Internationale (MKS), et le ventilateur principal du KhSA du Compartiment de Descente (SA) est tombé en panne. Le problème ne vient pas du ventilateur lui-même, mais de son relais de commande. RKK Energuia conclut qu'il est possible de poursuivre le vol avec un seul ventilateur mais, en cas de défaillance de celui-ci, il faudra rentrer sur Terre en urgence. Les cosmonautes parviennent finalement à réparer le KhSA [4].

Fig. 3.4.1 : Michael FOALE à bord du vaisseau Soyouz TMA-3.
Crédit : NASA.

3.5. Brèche du STR de Soyouz MS-22

Le 15 décembre 2022, le système STR du vaisseau Soyouz MS-22, amarré sur la Station Spatiale Internationale (MKS), subit une brèche et une fuite est observée.

Bibliographie

[1] POUCHKINE, B., 75 лет для авиации и космоса, Moscou, 2006, p. 83
[2] SEMIONOV, Y., На рубеже двух веков, 1996-2001, p. 552
[3] LOPOTA, V., Первое десятилетие XXI века, p. 60
[4] Ibid., p. 82
[5] Soyuz Crew Operations Manual, pp. 43-47
[6] Система Обеспечения Теплового Режима (СОТР) транспортного корабля "СОЮЗ ТМА"
[7] Soyuz/Progress Data Book
[8] FEOKTISTOV, K., Космические аппараты, Moscou, 1983, pp. 213-215
[9] LOPOTA, Op. Cit., p. 97
[10] SEMIONOV, Y., РКК "Энергия" им. С.П. Королева, Vol. 1, p. 176
[11] Ibid., p. 214
[12] KRASSILNIKOV, A., Модернизированный корабль, NK n°2016-09
[13] SUFFREDINI, M., International Space Station Program Overview, novembre 2012
[14] BIELOOUSSOVA, O., Основные направления совершенствования гидроагрегатов СОТР для обеспечения полётного ресурса кораблей "Союз-МС" и "Прогресс-МС" до 370 суток, с учётом 150% ресурса на момент пуска изделия, XXI научно-технической конференции молодых ученых и специалистов, Koroliov, Tome 2
[15] ROMANENKOV, V., et. al., Повышение физико-механических показателей теплозащитных покрытий при автоклавном формовании в нейтральной среде, KTT n°2017-03
[16] LOPOTA, V., Второе десятилетие XXI века, p. 381


Dernière mise à jour : 17 décembre 2022