Zaria | Motorisation

Le Système de Contrôle des Mouvements SUD (Система Управления Движением) permet au module Zaria de s'orienter dans l'Espace au moyen d'un Ensemble Moteurs DU (Двигательная Установка).

A partir du lancement de Zaria en novembre 1998, et jusqu'à l'arrivée de Zvezda en juillet 2000, le SUD a été responsable de l'orientation. C'est lui également qui a été utilisé pour réaliser le rendez-vous avec Zvezda.

A partir de juillet 2000, c'est le système d'orientation de Zvezda qui prend le relais, et celui de Zaria n'est plus utilisé.

1. L'ensemble moteurs

Au total, l'ensemble moteurs du module Zaria est composé de 42 moteurs, répartis en trois sous-systèmes : DKS, DPS et DTS. Bien que leurs fonctions soient différentes, ils utilisent tous un mélange UDMH/N2O4.

1.1. Moteurs de Corrections et de Rendez-vous (DKS)

Deux moteurs réallumables de type KRD-442 (11D442) permettent de réaliser les corrections d'orbite pendant le vol autonome. Ils ont aussi servi lors des manœuvres de rendez-vous avec Zvezda, en juillet 2000.

Les KRD-442 ont été développés par le KBKhM entre 1972 et 1977. Ils ont déjà été utilisés sur les modules Kvant, Kvant-2, Spektr, Priroda et Kristall de la station Mir, ainsi que sur les vaisseaux TKS, les stations Almaz et le Skif-DM.

Fig. 1 : Le moteur KRD-442 du KBKhM.
Crédit : Ракетно-Космическая Эпоха, KBKhM.

Ils ont une masse de 52kg, une hauteur de 729mm et un diamètre maximal de 230mm. Ils sont réallumables jusqu'à 100 fois et développent une poussée de 4,089kN (±157N) avec une impulsion spécifique de 317". Leur durée maximale de fonctionnement est de 2600", et la pression dans la chambre atteint 38,7atm.

Les deux DKS sont situés sur la paroi du PGO-1. Le premier (n°38) est situé sur la face supérieure du module, et le second (n°37) sur la face inférieure.

Fig. 2 : Le DKS n°38 (à gauche) et le DKS n°37 (à droite).
Crédit : NASA.

Les moteurs DKS ont deux modes de fonctionnement : propulsion et pompage. Dans ce second mode, la turbopompe de chaque moteur est utilisée pour transférer les ergols des réservoirs basse pression vers les réservoirs haute pression.

Fig. 3 : Vue de Zaria depuis Pirs, avril 2004. Le DKS n°37 est bien visible.
Crédit : ESA.

Quand la station n'était constituée que des deux premiers éléments, Zaria et Unity, son centre de gravité était légèrement excentré par rapport à l'axe longitudinal. Afin d'éviter que la propulsion des DKS ne génère un moment difficile à gérer, les deux moteurs ont été placés de manière légèrement asymétrique.

Après l'amarrage du troisième élément, Zvezda, les deux DKS ont été physiquement inhibés. Des petites charges pyrotechniques ont pour cela bloqué leurs vannes d'alimentation en ergols en position fermée.

1.2. Les moteurs d'approche et de stabilisation (DPS)

Le module Zaria est équipé de 24 moteurs 11D458 qu'il a utilisés lors de son vol autonome pour assurer sa stabilisation.

Les 11D458 sont construits par le NIIMach et ont déjà été utilisés sur les stations Almaz, sur plusieurs modules de la station Mir ainsi que sur les étages supérieurs Briz. Ils fournissent une poussée de 392,4N (±19,6N) avec une impulsion spécifique de 275".

Il y a deux blocs de sept moteurs sur le GA, et deux blocs de cinq moteurs sur le PGO-1. Dans chacun de ces quatre blocs, trois moteurs permettent de contrôler le lacet. D'autres moteurs permettent de contrôler le tangage et le roulis (il y en a quatre sur chaque bloc du GA, et deux sur chaque bloc du PGO-1).

Fig. 4 : Les DPS du GA (à gauche) et du PGO (à droite).
Crédit : NASA.

Contrairement aux DKS, les DPS n'ont pas été inhibés physiquement après l'amarrage de Zvezda. Cependant, ils ne peuvent être mis en service que par le système SUD de Zaria. Un seul SUD peut-être en service, et c'est celui de Zvezda qui a pris le dessus, rendant celui de Zaria inopérant, et interdisant ainsi l'utilisation des DPS.

1.3. Les moteurs de stabilisation fine (DTS)

En plus de ses 24 moteurs DPS, Zaria dispose de 16 moteurs de stabilisation fine, utilisés pendant le vol autonome lors des amarrages avec les navettes spatiales américaines ou avec Zvezda.

Il s'agit de moteurs 17D58E du NIIMach, déjà utilisés sur les stations Almaz, sur plusieurs modules de la station Mir, ainsi que sur les étages supérieurs Briz.

Chacun d'eux est capable de délivrer une poussée de 13,3N (±0,6N) avec une impulsion spécifique de 270". Ils sont disposés à côté des DPS (fig. 4b).

2. Les réservoirs (SPiPT)

Le module Zaria comporte seize réservoirs d'ergols pour alimenter les 42 moteurs décrits plus haut. Huit d'entre eux contiennent de l'UDMH, et les huit autres sont remplis en péroxyde d'azote (N2O4). Sur la coque de Zaria, les réservoirs sont regroupés par paire, et chaque paire est recouverte d'un panneau de protection. Les réservoirs sont par ailleurs répartis en deux catégories :

- dix réservoirs haute pression, destinés à alimenter les moteurs DKS,
- six réservoirs basse pression, pour alimenter les moteurs DPS et DTS.

A l'avant du module, sur le PGO-3, on trouve huit réservoirs haute pression de 330 litres chacun :

- TBG1 à TBG4, qui contiennent de l'UDMH,
- TBO1 à TBO4, qui contiennent du N2O4.

A l'arrière du module, sur le PGO-1, on trouve les huit réservoirs de plus grande taille (400L chacun) :

- BVDG, un réservoir haute pression d'UDMH,
- BVDO, un réservoir haute pression de N2O4,
- BNDG1 à BNDG3, des réservoirs basse pression qui contiennent de l'UDMH,
- BNDO1 à BNDO3, des réservoirs basse pression qui contiennent du N2O4.

Fig. 5 : Vue du dessus du module Zaria, 11 septembre 2000.
Huit des seize réservoirs sont visibles.
Crédit : NASA.

La capacité totale de ces réservoirs est de 6120kg (3952kg d'UDMH et 2168kg de N2O4). En 1998, lors du lancement de Zaria, ils n'étaient remplis qu'à hauteur de 3450kg. Ils peuvent être ravitaillés en orbite par des vaisseaux Progress à travers les pièces d'amarrage frontale et nadir. Les ergols qu'ils contiennent peuvent être utilisés par Zvezda, mais le contraire est impossible.

Fig. 6 : Zaria lors de ses tests chez Khrounitchev. Les réservoirs sont bien visibles.
Crédit : RIA Novosti.

Pour assurer les transferts d'ergols, une pompe est installée sur la partie conique du GA. Cette pompe, ainsi que l'ensemble des réservoirs, constitue le Système de Pompage et de Transfert des Réservoirs SPiPT (Система Подачи и Перекачки Топлива).

3. Pressurisation

Zaria est équipé d'un système de pressurisation à l'azote pour son système de propulsion. Le N2 est stocké dans seize réservoirs d'une capacité totale de 145kg. Il y a deux groupes de six réservoirs sous le module, et un groupe de quatre sur le dessus. L'azote y est maintenu à une pression de 235 bars.

Un détendeur permet de le ramener à une pression de 30 à 45 bars, qui va lui permettre d'attaquer les réservoirs et les turbopompes des moteurs DKS. Cette ligne haute pression est également utilisée pour purger la canalisation d'ergols.

Fig. 7 : Schéma du système de pressurisation de Zaria.
Crédit : Guidance, Navigation, and Control Training Manual.

Un second détendeur permet d'abaisser encore plus la pression (jusqu'à 5 à 8 bars), ce dans le but d'alimenter les réservoirs des petits moteurs DPS.

La ligne d'azote est maintenue en pression par trois compresseurs.

4. Capteurs

Le système SUD, quand il était en service, utilisait plusieurs capteurs afin de se repérer dans l'Espace. Aucun d'eux ne peut être utilisé depuis que le module Zvezda a rejoint la station.

4.1. ORT

Les capteurs de vitesse angulaire ORT ont une précision de 3 secondes d'angle par minute.

4.2. 256K

Les quatre capteurs d'horizon 256K fonctionnent à des altitudes comprises entre 180km et 40.000km. Ils ont un champ de vision de 85° et une précision inférieure à 20 minutes d'angle.

4.3. Capteurs solaires

Les capteurs solaires de Zaria ont un champ de vision de 93±7° en azimut, et de 40±5° en élévation. Ils ont une précision inférieure à 3 minutes d'angle.

Bibliographie

- ZHOURAVINE, Y., Что такое ФГБ?, Novosti Kosmonavtiki n°1999-1.
- ZHOURAVINE, Y., VLADIMIROV, A., Хроника полета ФГБ, Novosti Kosmonavtiki n°1999-1.
- СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ и НАВИГАЦИЕЙ (СУДН).
- Guidance, Navigation, and Control Training Manual, ISS GNC TM 21109, février 1999.
- VLADIMIROV, A., Полет МКС, Novosti Kosmonavtiki n°1999-2


Dernière mise à jour : 21 janvier 2011