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Soyouz | RemplissageLes différents étages (Bloc A, Blocs BVGD, Bloc E, Bloc I et Bloc L) des lanceurs de classe Soyouz utilisent comme carburant du kérosène de type T-1, et l'oxygène liquide (LOX) comme comburant. Seuls les étages équipés du moteur RD-0124 (14D23), c'est à dire le Bloc I des versions Soyouz-2.1b (14A14-1B), Soyouz-ST-B (372RN21B) et Soyouz-2.1v (14A15), utilisent comme carburant le kérosène de type RG-1 [8]. De plus, les moteurs RD-107 et RD-108 des deux premiers étages ont besoin de peroxyde d'hydrogène (H2O2) pour la mise en rotation de leur turbine, et d'azote pour la pressurisation de leurs réservoirs d'oxygène liquide. Les réservoirs des trois étages sont remplis sur le pas de tir quelques heures avant le lancement. L'étage supérieur Bloc L des lanceurs Molnia (8K78) et Molnia-M (8K78M) était lui aussi rempli sur le pas de tir, contrairement à l'étage supérieur Fregat (14S44) qui est rempli avant la mise sous coiffe, à l'instar des satellites. 1. Remplissage en kérosène des deux premiers étagesLe système de remplissage des deux premiers étages (Bloc A et Blocs BVGD) en kérosène de type T-1 est constitué d'une avitailleuse (8G0119) montée sur voie ferrée et d'une partie fixe (8G0124), intégrée au pas de tir. 1.1. L'avitailleuseElle sert à transporter le kérosène de son lieu de stockage vers le pas de tir. Elle est constituée d'un wagon de 24,82m de long qui comprend deux citernes de 53m3 chacune, séparées par un poste de pompage [2]. Le poste de pompage abrite deux motopompes TsN-54, qui refoulent le kérosène au travers d'un filtre. En temps normal, le remplissage du lanceur est réalisé avec une seule pompe, la seconde restant en réserve [2]. Le démarrage de la pompe de remplissage est commandé manuellement depuis le pupitre de l'avitailleuse. Sa mise hors service est commandée de manière automatique par le système de contrôle du remplissage [2].
L'avitailleuse a été développée à partir de 1954 par l'usine de machines lourdes Jdanov, appelée aujourd'hui Azovmach et située à Marioupol, dans l'est de l'Ukraine. Le développement a été réalisé conjointement avec le KBOM, maître d'œuvre du segment sol du missile R-7. La première version s'appelait 8G119 [1]. Au vu des photographies disponibles dans la littérature, il existe au moins six exemplaires, répartis sur les trois bases de lancement du lanceur Soyouz. L'avitailleuse de Guyane porte une référence différente (373TP11) et a été développée par le TsKB TM [5] et la NPP Ekspert [6].
En 1997, le système de refroidissement SM-1000 a été installé sur l'avitailleuse 8G0119 du pas de tir n°5 du cosmodrome de Baïkonour. Abaisser la température du kérosène permet en effet d'améliorer la performance du lanceur [3]. 1.2. Le système de remplissageSur le pas de tir, l'avitailleuse (8G0119) est connectée par les équipes techniques au système de remplissage (8G0124), qui permet de la relier aux réservoirs du lanceur. La connexion se fait sur un poste de raccordement situé à côté du pas de tir (Fig. 1.2.1). Le kérosène est d'abord pompé dans un collecteur qui entoure le pas de tir (repères n°15 et 16 sur le schéma de la figure 1.2.2), puis il est envoyé dans les cinq réservoirs à remplir via des flexibles métalliques (Fig. 1.2.3) raccordés manuellement au lanceur par les techniciens [2]. Fig. 1.2.3 : Les flexibles du système 8G0124
raccordés au lanceur. 2. Remplissage en kérosène du troisième étagePour le troisième étage du lanceur (Bloc I), le plein du réservoir est réalisé au moyen d'une avitailleuse (8G133) qui vient se raccorder à un système de remplissage (8G0124M3) intégré au pas de tir [2]. Il existe aussi une avitailleuse d'un autre type (11G133), destinée également au remplissage du Bloc I, d'un volume de 12,1m3 [4]. On ne sait pas exactement si elle remplace la 8G133 ou si les deux types coexistent. L'avitailleuse 11G133 est basée sur un camion de type Oural 44202. Pour les Bloc I équipés du moteur RD-0124 (14D23), le kérosène est de type RG-1 (appelé aussi naphtyle). Pour toutes les autres versions, il est de type T-1, comme les deux premiers étages. De plus, quel que soit le type de kérosène, un antigel appelé ethylcellosolve (CH3-CH2-O-CH2-CH2-OH) y est ajouté afin d'éviter que le kérosène ne gèle dans l'Espace. Ce composé organique est appelé Liquide I (Жидкость И) dans la terminologie spatiale russe. Le système de remplissage est raccordé manuellement au réservoir de kérosène du Bloc I via le mât KZM (Кабель-Заправочная Мачта) [2]. Avant d'arriver dans le réservoir, le kérosène passe par des filtres 20µm [7]. Le système de remplissage était le même pour le Bloc E des lanceurs Vostok (8K72), Vostok (8K72K), Vostok-2 (8A92), Vostok-2M (8A92M) et Vostok-2A (11A510), ainsi que pour le Bloc L des lanceurs Molnia (8K78) et Molnia-M (8K78M). 3. Remplissage en peroxyde d'hydrogène des deux premiers étagesComme pour le kérosène, l'approvisionnement du Bloc A et des Blocs BVGD en peroxyde d'hydrogène (H2O2) à haute concentration (82,5%), appelé Produit 030 dans la terminologie russe, est réalisé au moyen d'une avitailleuse (8G029) qui vient se raccorder à un système de remplissage (8G0125) intégré au pas de tir. Comme les réservoirs toriques de peroxyde d'hydrogène sont en-dessous du niveau 0m, leur remplissage est réalisé gravitairement. Une fois l'avitailleuse connectée aux réservoirs par l'intermédiaire du système de remplissage, il n'y a qu'à ouvrir les vannes et le peroxyde s'écoule dans les réservoirs [2]. Le remplissage du peroxyde, réalisé simultanément sur les cinq réservoirs, prend entre 40 et 60 minutes. Le fluide, avant d'entrer dans les réservoirs, passe par des filtres 70µm. Les cinq points de raccordement de l'avitailleuse au système de remplissage sont situés à 0m, et le peroxyde s'écoule dans un collecteur situé à -5,2m avant de finir dans les réservoirs [2]. Sur la partie verticale de la ligne de remplissage (qui plonge dans la fosse du pas de tir) de chaque étage, un capteur de niveau U1 et un capteur de débit DPP permettent de contrôler visuellement le débit de peroxyde. Une fois que le collecteur est rempli, l'opérateur ouvre les vannes ZSK et DPK de chacun des cinq réservoirs, ce qui permet au peroxyde d'y pénétrer [2]. Le peroxyde d'hydrogène est un produit hautement instable et donne lieu à des réactions énergétiques violentes au contact de la moindre impureté. Cette réaction se traduit par une brusque montée en température pouvant conduire à une explosion. Le peroxyde se dilue très facilement dans l’eau et se transforme en eau sans réaction thermique violente [9]. Au Centre Spatial Guyanais, afin d’éviter les réactions au contact de la surface bétonnée, un bassin a été positionné directement sous les containers en stockage. De ce fait, en cas de fuite le peroxyde tombe directement dans l’eau [9]. La première avitailleuse de Baïkonour a été construite en Ukraine par Azovmach à partir de 1954 (comme l'avitailleuse de kérosène). L'avitailleuse de Guyane (373TP41) a été construite par le TsKB TM de Tver. Fig. 3.4 : Tuyauterie du système de remplissage en peroxyde
d'hydrogène. 4. Remplissage en oxygène liquide et en azoteTous les étages des lanceurs de classe Soyouz utilisent l'oxygène liquide (LOX), appelé Produit 099 dans la terminologie russe, comme comburant pour leurs moteurs. D'autre part, les réservoirs de LOX des deux premiers étages (Bloc A et Blocs BVGD) sont maintenus sous pression par un matelas d'azote à l'état gazeux. L'azote, appelée Produit 100 par les Russes, est stockée dans un réservoir à l'état liquide, et se vaporise après un passage dans le moteur. L'exploitation de ce type d'ergols, dits cryotechniques car maintenus à de très basses températures, est très complexe. Le développement de moyens de stockage et de remplissage a été confié en 1954 au bureau d'études Uralkriomach (anciennement OKB-250), créé spécialement au sein de l'entreprise Uralvagonzavod. Fig. 4.1 : Le cahier des charges signé en août
1954 Le système d'approvisionnement des lanceurs R-7, Spoutnik, Vostok et Voskhod est constitué : - d'une
avitailleuse de LOX (8G117), Fig. 4.2 : Le système de remplissage. Crédit : Uralvagonzavod. Le remplissage en oxygène liquide est réalisé par quatre pompes TsN-24 fournies par le NII Hydromach de Moscou, qui aspirent dans trois avitailleuses 8G117 et trois citernes 8G52 [10]. Avec l'entrée en service du lanceur Vostok et de son troisième étage Bloc E, Uralkriomach développe un nouveau système constitué : - d'un
train de transport d'oxygène liquide (8G59), Le train de transport est constitué de neuf citernes (8G61), d'un groupe de compresseurs (8P211) et de deux wagons technologiques (8P212, 8P217). Le train de remplissage, quant à lui, est constitué de six avitailleuses (8G0117, 8G0118). En 1966, avec l'entrée en service du lanceur Soyouz, un nouveau système de remplissage (11G722) est développé. Il est constitué de cinq citernes d'oxygène liquide de 74m3 chacune, ainsi que d'une citerne d'azote liquide de 30m3. C'est toujours ce système qui est utilisé de nos jours [10]. Fig. 4.4 : Schéma du système de remplissage 11G722 du
lanceur Soyouz. Crédit : Uralvagonzavod. L'oxygène et l'azote arrivent sur le pas de tir dans des wagons et sont transférés dans les citernes situées à côté du pas de tir, puis dans les réservoirs du lanceur. Fig. 4.5 : Les citernes d'oxygène et d'azote sur le
pas de tir n°5 de Baïkonour. Fig. 4.6 : Transfert de LOX des wagons vers les
citernes du pas de tir n°5 de Baïkonour. Fig. 4.8 : L'orifice de remplissage en LOX de l'un
des blocs latéraux. 5. Séquence de remplissage
On remarque, pour les lanceurs Soyouz-2 équipés du nouveau moteur RD-0124 sur leur troisième étage (Bloc I), le remplissage du kérosène RG-1 se fait en deux temps.
Bibliographie[1] EFIMOV, A., Заправщики гагаринского старта, «Азовский машиностроитель» №39 Dernière mise à jour : 30 septembre 2014 |
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