Dossier de vol - Astrium - EADS

ARIANE 5
KOUROU
Juin 2013
Données relatives au Vol VA213 par Florence Hauss

Données relatives au vol VA213
Vol VA213
Ariane 5 ES/ATV – charge utile : ATV
Sommaire
1. Introduction ......................................................................3
2. Le lanceur L592 ...............................................................4
3. La mission VA213 ............................................................9
4. Albert Einstein................................................................17
5. Le Cargo ATV ................................................................18
6. La campagne de lancement...........................................22
7. La fenêtre de lancement ................................................26
8. La chronologie finale......................................................27
9. Le séquentiel vol ............................................................30
10. EADS ASTRIUM et les programmes ARIANE...............32
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Données relatives au vol VA213
1. Introduction
Le Vol 213 est le 69 ème lancement ARIANE 5 et le deuxième lancement de l’année
2013. C’est un lanceur de type A5 ES, avec un 3 ème étage rallumable.
Le vol 213 est une mission commerciale du lanceur Ariane 5. Le lanceur 592 dédié à cette
mission est le 13 ème lanceur livré par ASTRIUM ST à Arianespace au titre du lot PB. Le
contrat de production PB a été signé en mars 2009 pour garantir une continuité de service
de lancement après le lot PA constitué de 30 lanceurs. Le lot de production PB est
constitué de 35 lanceurs dont 5 lanceurs A5ES, et couvre la période 2010 - 2016.
Quatrième de la série A5ES, ce lanceur est le 43 ème lanceur complet livré à Arianespace,
intégré et contrôlé sous la responsabilité d’ASTRIUM au Bâtiment d’Intégration Lanceur
(BIL).
En configuration lancement simple, sous coiffe longue, il emporte le quatrième cargo ATV
(Automated Transfer Vehicle) de l’ESA, destiné à ravitailler la Station Spatiale
Internationale (ISS).
Placé sous la coiffe longue de RUAG Aerospace
Le Cargo ATV de l’ ESA construit par EADS Astrium
monté sur un adaptateur spécifique , SDM
(Separation & Distancing Module), au diamètre 3936
sur le haut de l’EPS et de la Case
La conduite des opérations au Bâtiment d’Assemblage Final (BAF) et des opérations de
lancement depuis le pas de tir dédié à ARIANE5 (ELA3) est assurée par Arianespace.
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Données relatives au vol VA213
2. Le lanceur L592
Description du lanceur
Il est constitué d’un composite supérieur fixé sur l’EPC, et comprenant :
• la Case à équipements, à structure carbone
• l’Etage à Propergols Stockables EPS, P2000
• la Coiffe.
et d’un composite inférieur comprenant :
• l’Etage Principal Cryotechnique EPC (H175), équipé du moteur
Vulcain 2,
• deux Etages d’Accélération à Poudre EAP (P240), soutenant le
corps central
L’Etage Principal Cryotechnique de type C:
Haut de plus de 30 mètres, avec un diamètre de 5,4 m et une masse à vide de seulement
14,1 t, l’EPC est essentiellement constitué de :
• un grand réservoir en alliage d’aluminium,
• un bâti moteur transmettant la poussée du moteur à l’étage,
• une jupe avant assurant la liaison avec le composite supérieur et transmettant la
poussée des deux étages à poudre.
Capacité du sous-système Hélium liquide
© ASTRIUM ST
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Données relatives au vol VA213
Par rapport à la version Ariane 5 générique de l’étage, les principales évolutions concernent
l’intégration du moteur Vulcain 2 (dont la poussée est supérieure de 20% à celle du
Vulcain 1) accompagnée d’un abaissement du fond commun du réservoir et d’un renforcement
des structures jupe avant et bâti moteur. Comme pour les lanceurs A5ECA depuis
L521 (vol 164), le Vulcain 2 a été modifié principalement au niveau du divergent (raccourci
et renforcé) et de son système de refroidissement (dump-cooling).
Le réservoir est doté de deux compartiments contenant les 175 tonnes d’ergols
(environ 25 t d’hydrogène liquide et 149,5 t d’oxygène liquide). Son moteur, le Vulcain 2,
délivre une poussée de l’ordre de 136 t ; il est articulé pour le pilotage, suivant deux axes
au moyen du Groupe d’Activation Moteur (G.A.M). Sa mise à feu est faite au sol, ce qui
permet un contrôle de ‘bon fonctionnement moteur’ pour autoriser le décollage.
L’étage fonctionne de façon continue pendant environ 532 s et fournit l’essentiel de
l’énergie cinétique nécessaire à la mise en orbite de la charge utile
L’étage assure également le contrôle en roulis du lanceur pendant la phase propulsée par
l’intermédiaire du SCR (Système de Contrôle en Roulis).
A son extinction, vers 137 km d’altitude pour cette mission, l’étage se désolidarise du
composite supérieur et retombe dans l’océan Atlantique, entre les Açores et l’Espagne.
Les Etages d’Accélération à Poudre :
Hauts de plus de 31 mètres, avec un diamètre de 3 m, une masse à vide de 38 t chacun,
contenant chacun 240 t de propergol solide, ils sont essentiellement constitués de :
• une enveloppe de 7 viroles d’acier,
• une tuyère à butée flexible (de rapport de détente Σ = 11), orientable au moyen d’un
Groupe d’Activation Tuyère (G.A.T.),
• le propergol réparti en 3 segments.
Matériel exposé au Bourget en 2001
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Données relatives au vol VA213
Les EAP sont mis à feu 6,05 s après le début de la séquence d’allumage du moteur Vulcain,
soit 7,05 s par rapport à H0 ; ils délivrent une poussée variable dans le temps (environ
600 t chacun au décollage, soit plus de 90 % de la poussée totale du lanceur au décollage;
la valeur maximale en vol est de l’ordre de 650 t). Leur combustion dure environ 135 s, ils
sont ensuite séparés de l’EPC par découpe pyrotechnique et retombent en mer.
Par rapport à la version Ariane 5 générique de l’étage, les évolutions principales
concernent la suppression d’une bouteille GAT, le sur-chargement du segment S1 augmentant
la poussée au décollage et l’utilisation d’une tuyère allégée (allègement total
d’environ 1,8 t de la structure).
L’Etage à Propergols Stockables :
La mission de l’EPS est d’apporter le complément d’énergie nécessaire à la satellisation
des charges utiles automatiques sur l’orbite visée, et d’assurer leur orientation et séparation.
L’étage EPS de la version A5/ES est identique à l’EPS utilisé sur le lanceur A5G+ et
A5/GS.
Il est constitué de :
• quatre réservoirs pouvant contenir 10 t d’ergols (MMH et N2O4),
• un moteur Aestus réallumable qui délivre une poussée dans le vide de 2,7 t, et sa
tuyère articulée suivant deux axes pour le pilotage.
Pour cette mission, afin d’optimiser la performance, le remplissage EPS est de 5,222 t.
Le moteur Aestus sera allumé deux fois avant le largage de l’ATV (le moteur fonctionnera
environ 520 s au total) puis une troisième fois 15 s pour désorbiter le composite.
Le premier rallumage EPS est précédé d’un refroidissement à l’hélium du moteur
Aestus, d’une pressurisation des réservoirs EPS et des manœuvres de tassement des
ergols EPS.
Photo :
EPS en cours d'intégration sur le lanceur.
Notez les réservoirs d'ergols en jaune et,
pour la pressurisation, les sphères Hélium
en noir.
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La Case à Equipements :
Elle est constituée :
• d’une structure cylindrique située autour de l’EPS, et abritant une partie des équipements
électriques nécessaires à la mission (2 OBC, 2 centrales inertielles, électroniques
séquentielles, alimentations, TM),
• d’un système de contrôle d’attitude (SCA) à hydrazine, utilisé pour le contrôle du roulis
en phases propulsées EPS, et pour le contrôle 3-axes en vol balistique.
De plus, spécialement pour cette mission, des caméras vidéo (OCAM) ont été ajoutées
pour filmer la séparation de l'ATV.
La structure de la case à équipements est réalisée en sandwich nid d’abeille / peaux carbone
et le système de séparation utilise une technologie ‘’bi-plaque’’. Elle a été renforcée
pour les missions ATV par rapport à celle utilisée pour A5G+ et A5/GS, le cône intérieur
devant supporter la masse de l’ATV.
L’évolution majeure concerne l’utilisation des équipements électriques identiques à la
version A5+ECA (2 OBC, 2 SRI-ND - Système de Référence Inertielle Nouvelle Définition,
télémesure avec UCTM-D).
Pour cette mission spécifique, le SCA a été adapté afin de manœuvrer l’ensemble [lanceur
+ C.U.] dans des conditions particulières de mission longue : 6 bouteilles d’hydrazine sont
montées au lieu de 3 habituellement ; le SCA comporte également 4 tuyères longitudinales
au lieu de 2.
SCA VUS
© Photo ASTRIUM BREME
- Brême : case VEB001D avant livraison à
Kourou
© photo ASTRIUM BREME
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Données relatives au vol VA213
La Coiffe :
De forme ogivale, elle assure la protection de la charge utile pendant le vol atmosphérique
(acoustique au décollage et transsonique, flux aérothermiques).
Pour cette mission, c’est une coiffe longue d’une hauteur de 17 m et d’un diamètre de 5,4m
qui sera utilisée.
Elle est constituée de deux demi-coiffes formées à partir de 10 panneaux. Ces panneaux
ont une structure sandwich avec une âme en « NIDA » d’aluminium perforé et expansé, et
recouvert de peaux en fibre de carbone/résine.
La coiffe est équipée d’un système de séparation HSS3+ afin de réduire les niveaux de
chocs à la séparation.
La séparation de la coiffe est assurée par le fonctionnement de deux dispositifs
pyrotechniques, l’un horizontal (HSS), l’autre vertical (VSS), ce dernier communiquant aux
deux demi-coiffes l’impulsion nécessaire à leur dégagement latéral.
Depuis Vol 534, la coiffe est revêtue d’une nouvelle FAP plus légère (Fairing Acoustic
Protection).
Kourou : Mise en place de la coiffe sur le
lanceur L592
© ESA/ARIANESPACE/Service optique CSG
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Données relatives au vol VA213
3. La mission VA213
La mission Charge Utile
La mission principale du vol VA213 est d'injecter, sur une orbite LEO circulaire d’altitude
260 km, la charge utile ATV (Automatic Transfert Vehicle) pour une mission de
rendez-vous avec la station spatiale internationale puis de désorbiter le composite
supérieur.
Altitude de l'apogée 260 km
Altitude du périgée 260 km
Inclinaison 51,63 °
Argument du périgée libre °
Longitude du nœud ascendant libre °
L’inclinaison est définie en fonction de celle de l’ISS. La longitude du nœud ascendant a
été choisie afin que la trace du Point d’Impact Instantané passe à environ 60 km au sud de
Paris.
La masse de l’ATV est de 19 887 kg. Compte tenu de la masse de l’adaptateur SDM et du
système de caméras, ceci correspond à une performance totale de 20 252 kg demandée
au lanceur sur l’orbite décrite ci-dessus.
Pour cette mission, à des fins d’optimisation de la performance, l'EPS est allumé 2 fois
(mission bi-boost) avant le largage de l'ATV et une 3 ième fois pour la désorbitation du composite
supérieur, suivant le schéma suivant :
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Données relatives au vol VA213
Phase
EPC
Boost EPS2
Circularisation
ΔV
3
Boost EPS3
Désorbitation
Séparation
EPC
Phase
SCA1
5
ΔV
ω
1 er boost
EPS1
Fin boost EPS1
2
Phase
SCA2
TERRE
6
2 ème
boost
EPS2
Préparation
Séparation
ATV
Séparation ATV
Décollage
Impact
Désorbitation
3 ème boost
EPS3
2 3 4 5
7
1
4
Atmosphère
120 km d’altitude
Orbite circulaire
260 km d’altitude
Phase SCAFIN
Préparation
de la
passivation
6
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Données relatives au vol VA213
Description des différentes phases du vol
La référence des temps étant H0 (date d’ouverture de la vanne hydrogène de la chambre
du moteur Vulcain de l’EPC), l'allumage du Vulcain est effectué à H0 + 1 s, la vérification
de son bon fonctionnement autorise la mise à feu des deux Etages d’Accélération
à Poudre (EAP) (à H0 + 7,05s) qui entraîne le décollage du lanceur.
La masse au décollage est d’environ 773 tonnes et la poussée initiale de 13 000 kN
(dont 90% communiqués par les EAP).
Après une montée verticale de 5 secondes, pour se dégager de l’ELA3, en particulier
des pylônes anti-foudre, le lanceur effectue un basculement dans le plan de la trajectoire,
puis 5 secondes plus tard une manœuvre en roulis pour placer le plan des EAP
perpendiculairement à celui de la trajectoire. L’azimut de tir pour cette mission est de
39,21° par rapport au Nord.
Le vol «EAP» se poursuit à incidence nulle durant toute la phase atmosphérique,
jusqu’à la séparation des EAP.
Les manœuvres ont pour but :
• d’optimiser la trajectoire pour maximiser la performance ;
• d’assurer un bilan de liaison radioélectrique satisfaisant avec les stations au sol ;
• de respecter les contraintes liées aux charges admissibles en vol par les structures
et le pilotage.
L’enclenchement de la séquence de séparation des EAP s’effectue sur détection d’un
seuil d’accélération (γ = 6,15 m/s 2 pour cette mission) lors de la chute de poussée des
propulseurs à poudre. La séparation effective s’exécute dans la seconde qui suit cet
événement.
Cet instant est référencé H1. Il intervient à environ H0 + 141,7s, l’altitude atteinte alors
est de 65 km, la vitesse relative est de 2044 m/s.
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Données relatives au vol VA213
Pour la poursuite du vol (vol «EPC») le lanceur suit une loi d’attitude commandée en
temps réel par l’ordinateur de bord sur information de la centrale de navigation, qui
optimise la trajectoire en minimisant le temps de combustion donc la consommation
d’ergols.
La coiffe est larguée pendant le vol « EPC » dès que les flux aérothermiques sont
suffisamment faibles pour être supportés par la charge utile haute (à une altitude
d’environ 110 km).
Le vol guidé EPC vise une orbite prédéterminée, fixée par les impératifs de sauvegarde
et de performances
L’arrêt du moteur Vulcain est commandé lorsque les caractéristiques de l’orbite atteinte
sont :
altitude de l’apogée 140,7 km
altitude du périgée -1242,4 km
inclinaison 51,20 °
argument du périgée -152,53 °
longitude du nœud ascendant -2,73 °
Cet instant est référencé H2. Il intervient à H0 + 531,8 s.
L’Etage Principal Cryotechnique (EPC) retombe naturellement après sa séparation, dans
l’océan Atlantique. Sa rupture intervient entre 80 et 60 km d’altitude sous les charges dues
à la rentrée atmosphérique.
Pour éviter une explosion de l’étage due à l’échauffement de l’hydrogène résiduel, il faut
dépressuriser l’étage, c’est la passivation. Ceci est fait au moyen d’une tuyère latérale du
réservoir hydrogène, tuyère actionnée par un relais retard initié à la séparation de l’EPC.
Cette poussée latérale permet en outre de mettre l’étage en rotation, donc de limiter les
dispersions à la rentrée.
La rentrée de l’Etage Principal Cryotechnique (EPC) se fait avec une pente de -1,8°, et la
longitude du point d'impact est de 15,3° W (au large de la péninsule ibérique)
La phase de vol propulsé « EPS1 » qui suit, dure environ 8 minutes 11 secondes. Elle
se termine sur ordre du calculateur de bord quand il estime, à partir des calculs élaborés
sur la base des informations fournies par la centrale inertielle, que l’orbite visée est
atteinte. Pour des raisons d’optimisation de la performance, l’EPS est rempli de 5,222 t
d’ergols stockables. Ce premier allumage permet d’atteindre une orbite elliptique de
258 km d’apogée et de 138 km de périgée.
Cet instant est référencé H3.1. Il intervient à H0 + 1035,7 s.
Après 42 minutes de phase balistique intermédiaire, un second allumage de 28
secondes, phase de vol « EPS2 », intervient afin de circulariser l’orbite à 260 km
d’altitude.
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Données relatives au vol VA213
La phase balistique qui suit, a pour objectifs d'assurer :
• le pointage dans la direction requise pour l’ATV (vers l’antenne TDRS)
• la séparation de l’ATV (H4.1),
tout en gérant à court et moyen termes l’espacement des corps en orbite, et en évitant
les risques de pollution de la charge utile par le SCA. La séparation de l’ATV intervient
environ 4 minutes après.
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Données relatives au vol VA213
Une heure et 20 minutes après la séparation ATV, un 3 ème allumage EPS de
15 secondes est commandé afin de désorbiter le composite et de le faire retomber
dans le Pacifique, à mi-distance entre les côtes de Nouvelle-Zélande et du Mexique.
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Données relatives au vol VA213
Du fait de la trajectoire très inclinée sur l’équateur (51,6°), le suivi lanceur et la réception
de la télémesure pendant la mission est assuré par les stations de Kourou/Galliot, une
SNA (Station Navale Ariane), les stations des Açores, d’Adélaïde et Perth (Australie)
ainsi que d’Invercargill (Nouvelle-Zélande).
Le satellite TDRSS (altitude de 35 786 km, longitude de 174° W) est également utilisé
pour suivre l’ATV à partir de l’extinction EPS-2.
Le lanceur survolera l'Europe environ 20 minutes après le décollage, soit vers 0h12 le
6 juin pour un décollage le 5 juin à 23h52 CET (heure de Paris)
Situation des Stations et des principaux événements du vol
Source Arianespace –Contrôle Visuel Immédiat
Visibilité stations
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Données relatives au vol VA213
Les planches suivantes présentent l’évolution de l’altitude et de la vitesse du lanceur pendant le vol :
Altitude géodésique
Vitesses relative et inertielle
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Données relatives au vol VA213
4. Albert Einstein
Une icône majeure de la science du XX e siècle
Les vaisseaux ATV sont nommés d’après de grands scientifiques et visionnaires européens
afin de mettre en valeur les profondes racines scientifiques, technologiques et
culturelles de l’Europe.
Le choix du nom d’Albert Einstein pour l’ATV4, proposé par la délégation suisse à l’ESA,
l’industrie helvétique étant impliquée dans la fabrication de la structure et des soussystèmes
de l’ATV, illustre parfaitement cette approche.
Albert Einstein est né en 1879 à Ulm en Allemagne mais il a étudié et commencé sa
carrière en Suisse, au bureau des brevets de Berne. C’est en 1905, « l’année de merveilles
», que ses idées révolutionnaires ont fleuri. Il publia quatre communications en sciences
fondamentales : sur l’effet photoélectrique, sur le mouvement brownien, sur la relativité
restreinte et l’équivalence entre matière et énergie (E= mc²).
Albert Einstein contribua largement au développement de la mécanique quantique et de
la cosmologie et ses apports scientifiques ont bouleversé notre perception de l’Univers. Il
avait prédit dans sa théorie de la relativité générale que les rayons lumineux se courbaient
autour des corps massifs. Ses travaux sont utilisés aujourd’hui pour guider les
sondes vers d’autres planètes.
En 1908, il partit effectuer une carrière universitaire à Berne, puis à Zurich, Prague, Berlin
et finalement, après avoir émigré aux Etats-Unis avant la seconde guerre mondiale, à
l’Université de Princeton.
La preuve définitive de la validité de la théorie d’Einstein fut apportée en 1919 quand
l’astronome britannique Arthur Eddington observa, pendant une éclipse solaire en 1919,
que des rayons lumineux provenant d’étoiles lointaines se courbaient à proximité du
Soleil.
Il reçoit le prix Nobel de physique de 1921 pour son explication de l’effet photoélectrique.
Il est décédé aux Etats-Unis en 1955 à l’âge de 76 ans.
Le dernier vaisseau cargo de la famille ATV, dont le vol est programmé en 2014, portera
le nom de l’astronome et cosmologiste belge Georges Lemaître qui découvrit une série de
solutions à l’équation de la relativité d’Einstein décrivant un univers en extension plutôt
qu’un univers statique. Cette théorie a reçu plus tard le nom plus connu de théorie du
« big-bang ».
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Données relatives au vol VA213
5. Le Cargo ATV
Le Programme et la Mission
En 1995, lors de la conférence ministérielle de Toulouse, l’Europe s’est officiellement engagée
à participer au programme de la Station Spatiale Internationale en fournissant le
laboratoire Columbus (lancé en février 2008) et un véhicule de transfert automatisé, l’ATV
(Automatic Transfert Vehicle) lancé par la version A5/ES d’Ariane. Dans ce programme, la
France demeure un des principaux contributeurs.
En novembre 1998, l’ESA signe un contrat avec EADS Launch Vehicles pour le développement
de l’ATV et l’intégration du premier modèle de vol.
En juillet 2004, l’ESA signe un contrat avec Astrium pour la production de modèles
génériques de l’ATV
Le 1 er vol, l'ATV "Jules Verne", eut lieu le 9 mars 2008 lors du vol V181.
Le 2 ème vol, l'ATV "Johannes Kepler", eut lieu le 16 février 2011 lors du vol V200.
Le 3 ème vol, l'ATV "Edoardo Amaldi", eut lieu le 23 mars 2012 lors du vol V205.
Profil d’une mission type du vaisseau Cargo ATV :
Elle débute par son lancement en orbite à bord d’une Ariane 5 depuis le CSG. Après sa
séparation du lanceur, ses moteurs sont allumés et ses systèmes de navigation activés
afin de l’injecter sur une orbite de transfert.
Après trois à cinq jours en orbite, le cargo arrive en vue de la Station ; ses ordinateurs
commandent alors les manœuvres d’approche finale qui durent deux orbites. La vitesse
relative des deux corps est de quelques centimètres par seconde alors que les deux
vaisseaux filent à une vitesse orbitale d’environ 28 000 km/h.
L’arrimage est entièrement automatique ; en cas de problème, les ordinateurs de l’ATV ou
l’équipage de la Station pourront déclencher la manœuvre anticollision préprogrammée,
entièrement indépendante du système de navigation principal. Pour un tir le 05 juin,
l'arrimage est prévu le 15 juin.
L’ATV une fois arrimé, l’équipage de la Station peut pénétrer dans le Cargo Carrier pour en
décharger le fret : nourriture, équipements scientifiques et matériel de maintenance. Les
réservoirs de combustible sont raccordés à la Station ; la livraison d’air – oxygène ou azote
– est effectuée par l’équipage directement dans l’atmosphère ambiante de l’ISS ;
l’équipage pompe également l’eau des réservoirs de l’ATV pour la transférer vers les
réservoirs de l’ISS.
La mission de ravitaillement une fois terminée, l’ATV va devenir alors un ‘’local à
poubelles’’, les déchets de la Station y étant peu à peu remisés (ceux-ci se consumeront
en même temps que le cargo lors de la rentrée dans l’atmosphère). Après fermeture de
l’écoutille par l’équipage de la Station, la séparation ATV s’effectuera automatiquement.
Puis ses moteurs procèderont à sa désorbitation ; la rentrée dans l’atmosphère se fera
avec un angle très prononcé (contrairement aux vols habités) afin de réaliser une rentrée
destructive au-dessus d’une zone bien définie de l’océan Pacifique, cette phase étant
guidée et contrôlée.
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Données relatives au vol VA213
Le véhicule
L’ATV est constitué de deux modules :
- un module d’avionique et de propulsion, appelé Module de Service, qui assure sa
navigation en orbite avec quatre moteurs principaux et 28 petits moteurs pour le
contrôle d’attitude. Une fois arrimé, l’ATV peut alors participer au contrôle d’attitude
de l’ISS, dé-saturer ses roues à inertie, effectuer les manœuvres d’évitement des
débris spatiaux et rehausser son orbite afin de compenser les effets de traînée aérodynamique.
- un module pressurisé, appelé Cargo Carrier (transporteur de ‘’fret’’) qui s’arrime à la
l’ISS ; d’un volume de 48 m 2 , il est modulaire. Ce module pressurisé transporte huit
casiers permettant de ranger du matériel dans des sacs de taille différente. Il est
équipé de plusieurs réservoirs pouvant contenir de l’eau potable, du combustible
destiné au système de propulsion de la Station et de l’air (oxygène, azote) pour
l’équipage. Dans le ‘’nez’’ de l’ATV sont installés les différents systèmes d’approche
et le mécanisme d’amarrage fabriqué en Russie
Les principales caractéristiques de l’ATV, sont rappelées dans le tableau suivant :
* Dimensions
* Masse
* Puissance
• Hauteur : 9,8 m – diamètre structure principale : 4,5 m
• envergure en orbite 22,3 m (panneaux solaires déployés)
• au décollage (inclut le SDM et l’OCAM) 20 252 kg
• sèche (structure) 9 804 kg
• ergols : 4815 kg
dont 2580 kg au profit de l'ISS
• 4,80 kW (3,80 kW en fin de vie)
• batteries : 4 x NiCd et 4 x LiMnO2
* Propulsion • bi-ergol : MMH – MON3 ( 4 tuyères principales de 490 N)
* Stabilisation
* Capacité de
transmission
* Configuration du
cargo A. Einstein
* Stations Sol
• stabilisé 3 axes
• contrôle d’attitude bi-liquide MMH – MON3 (220N)
(4 groupes de 5 tuyères et 4 jeux de 2 tuyères)
• Antennes :
- TDRS TM/TC : bande S
- GPS : bande L
- Liaison Proxy TM/TC : bande S
- Radar KURS : bande C
• Masse sèche cargo : 2 497 kg
• Oxygène : 100 kg
• Eau : 570 kg
• Ergols pour l’ISS : 860 kg
• Centre de Contrôle ATV : Toulouse, avec utilisation :
- du réseau TDRSS et du satellite ARTEMIS
- des centres de la NASA et de RSC (Moscou) via l’ISS
La durée de vie attendue est de 6 mois (docké à l’ ISS)
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Données relatives au vol VA213
L’ATV n’a pas pour mission de lancer des hommes dans l’espace, mais ceux-ci auront
accès à son module pressurisé, lorsqu’il sera arrimé à la Station, sans avoir besoin de
revêtir de combinaison spatiale.
Participants au programme ATV :
30 sociétés à la fois européennes, russes ou américaines partagent le travail sous la
direction d'Astrium ST pour la construction des véhicules ATV. La répartition des activités
de développement est la suivante :
Astrium ST (France)
- maître d’œuvre du développement du segment spatial ATV,
- ingénierie système et véhicule,
- algorithmes et logiciels de vol pour le guidage, navigation et contrôle,
- algorithmes et logiciels de vol pour le bon fonctionnement automatisé du véhicule,
- développement des moyens et plate-formes d’essais
- vérification et qualification du véhicule et de ses interfaces externes
Alcatel Alenia Space (Italie)
- développement et intégration du ‘’Cargo Carrier’’ (module de fret)
- études thermiques en support à l’ingénierie système et véhicule
Astrium ST (Allemagne)
- sous-système de propulsion et de reboost,
- intégration du ‘’spacecraft’’ et du véhicule
Astrium Sat (Fance)
- sous-système avionique,
- intégration de la baie avionique
RUAG Aerospace (Suisse)
- structures du module de service (spacecraft)
Dutch Space (Pays Bas)
- panneaux solaires
Vérification des 2 composants de l'ATV à leur arrivée au S5C
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Données relatives au vol VA213
Intégration ATV
au S5
Chargement du cargo.
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Données relatives au vol VA213
6. La campagne de lancement
Les principales étapes de la campagne du vol VA213 sont résumées ci-après :
Arrivée de l’ATV à Pariacabo le 18 septembre
2012
Déstockage et érection de l'étage EPC dans le Bâtiment d’Intégration le 01 février
Lanceur (BIL)
Transfert des Etages d’Accélération à Poudre (EAP) BSE → BIL le 04 février
Accostage de l’EPC sur les EAP le 04 février
Déstockage et érection de la case à équipements le 08 février
Déstockage et érection de l’EPS le 08 février
Contrôle de synthèse lanceur le 27 février
Réception lanceur par Arianespace le 05 mars
Transfert BIL BAF le 07 mars
Transfert de l’ATV au BAF le 07 mai
Intégration ATV sur le lanceur
le 10 mai
Mise en place de la coiffe autour de l’ATV
le 24 mai
Remplissage SCA le 28 mai
Remplissage EPS en MMH
le 29 mai
Remplissage EPS en N2O4
le 30 mai
Répétition Générale le 30 mai
Armements lanceur
Revue d'Aptitude au Lancement
Transfert du lanceur du BAF vers la Zone de Lancement (ZL3)
Remplissage de la sphère Hélium de l’EPC
Chronologie finale de lancement H0
le 03 juin
le 03 juin
le 04 juin
le 04 juin
le 05 juin
22

Données relatives au vol VA213
Le conteneur logistique intégré (ICC)
© ESA
Les conteneurs de l‘ATV-4 à leur débarquement du navire français
MN Toucan au port de Kourou, le 18 septembre 2012
© ESA
23

Données relatives au vol VA213
Kourou : hissage de l 'EPC dans le Bâtiment
d’intégration Lanceur (BIL)
© ESA/ARIANESPACE/Service optique CSG
Kourou : hissage de l 'EPS sur la
case au BIL
© ESA/ARIANESPACE/Service optique CSG
Kourou : transfert d’un EAP du BSE au BIL
© ESA/ARIANESPACE/Service optique CSG
L’ATV-4 en préparation au Centre Spatial
Guyanais
© ESA/ARIANESPACE/Service optique CSG
24

Données relatives au vol VA213
Mise en place de la coiffe sur l'ATV-4
© ESA/ARIANESPACE/Service optique CSG
Kourou : transfert du lanceur du BIL au BAF
(Bâtiment d’Assemblage Final)
© ESA/ARIANESPACE/Service optique CSG
25

Données relatives au vol VA213
7. La fenêtre de lancement
Pour un lancement le 5 juin 2013, le H0 intervient à 21h 52 mn 13 secondes (*) en T.U.
Pour cette mission, il n’y a pas de fenêtre de lancement.
Heure de Kourou
le 5 juin 2013
à 18h52mn
Heure Paris et Brême
le 5 juin 2013
à 23h52mn
Heure
TEMPS UNIVERSEL
le 5 juin 2013
à 21h52mn
L’instant H0 fixe diminue d’environ 25 mn par jour pour les jours suivants :
• Le 6 juin 2013, le tir est prévu à 21h 26mn 32 s (T.U.)
(*) Les horaires sont confirmés 48h avant le vol par le centre de contrôle de
Toulouse en fonction des derniers calculs de trajectoire de l'ISS.
26

Données relatives au vol VA213
8. La chronologie finale
Sont rassemblées sous ce vocable toutes les opérations de préparation du lanceur, des
satellites et de la base de lancement dont le bon déroulement autorise l’allumage du moteur
Vulcain, puis des EAP à l’heure de lancement choisie, le plus tôt possible dans la
fenêtre de lancement autorisée par les satellites. La chronologie se termine par une séquence
synchronisée gérée par les calculateurs du banc de contrôle Ariane à partir de H0 -
7 mn. Dans certains cas, une phase pré-séquence synchronisée peut être nécessaire pour
optimiser les remplissages en Ergols de l’EPC (*). Si la durée d’un arrêt de chronologie
détermine H0 au-delà de la fenêtre de lancement, le lancement est reporté à J+1 ou J+2
suivant la cause du problème et la solution apportée.
H0 - 7h 30 Contrôle des chaînes électriques, des indicateurs rouges, du temps
décompte
Assainissements et mise en configuration de l’EPC et du Vulcain
pour le remplissage et la mise en froid
H0 - 6h Préparation finale de la Zone de lancement : fermetures des portes,
retrait des sécurités, mise en configuration de remplissage des circuits
fluides
Chargement du Programme de Vol
Essais des liaisons hertziennes entre lanceur et BLA
Alignement des centrales inertielles
H0 - 5h Evacuation de la zone de lancement
Remplissage de l’EPC en quatre phases :
pressurisation des stockages sol (durée ½ h)
mise en froid des lignes sol (durée ½ h)
remplissage des réservoirs de l’étage (durée 2 h)
compléments de pleins (jusqu’à la séquence synchro)
H0 - 5h Pressurisation des systèmes de pilotage et de commande :
(GAT pour les EAP et GAM pour l’EPC)
H0 - 3h Mises-en froid du moteur Vulcain
H0 - 30mn Préparation de la Séquence Synchronisée
H0 - 7mn Début de la séquence synchronisée (*)
27

Données relatives au vol VA213
La séquence synchronisée
Ces opérations sont pilotées par le Contrôle Commande Opérationnel (CCO) de l’ELA3 de
façon entièrement automatique. Durant cette séquence tous les moyens participant au
lancement sont synchronisés par le «temps décompte» distribué par le CSG.
Dans une première phase (jusqu’à H0 -6s) le lanceur est mis progressivement en configuration
de vol par le calculateur appelé CCO (Contrôle Commande Opérationnel). Tout arrêt
de séquence synchronisée ramène automatiquement le lanceur dans la configuration à H0
–7 mn.
Dans une deuxième phase (de H0 –6s jusqu’à H0 -3, 2s) ou séquence irréversible, la séquence
synchronisée n’est plus dépendante du temps décompte du CSG, elle fonctionne
sur horloge interne.
La dernière phase est la phase d’allumage du lanceur. La séquence d’allumage est directement
réalisée par l’OBC (ordinateur de bord). Les systèmes sol réalisent quelques actions
en parallèle de la séquence d’allumage bord.
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Données relatives au vol VA213
SYSTEMES FLUIDES SYSTEMES ELECTRIQUES
H0 - 6mn 30s
Arrêt des compléments de pleins (LOX et LH2)
Compléments de pleins LOX et LH2 à la valeur
vol
Ouverture des vannes de sécurité des déluges
de la table de lancement
H0 - 4 mn
Pressurisation vol des réservoirs de l’EPC
Isolement des réservoirs et début de la purge
des ombilicaux en interface sol / bord EPC
H0 - 2 mn : Ouverture des vannes d’alimentation
du Vulcain 2
Fermeture des vannes sol de mise en froid du
moteur
H0 - 30s Contrôle des purges des ombilicaux
sol / bord
Ouverture des vannes de refroidissement du
guide jet EPC
H0 – 16,5 s
Gonflage du système correcteur POGO
Arrêt des ventilations POP Coiffe, POE
case, EPC
H0 – 12 s Commande ouverture vannes déluge
H0 - 6mn 30s
Armement des barrières de sécurité des
lignes pyrotechniques
H0 - 6 mn : Arrêt réchauffage électrique
réservoirs EPS
H0 - 3 mn 30 : Calcul du H0 sol et contrôle
Passage du 2 ème OBC en mode observateur
H0 - 3 mn
Chargement du H0 dans les 2 OBC
Contrôle du H0 chargé par rapport au H0 sol
H0 - 2 mn 30s : Arrêt réchauffage électrique
piles EPC et Case, arrêt réchauffage
électrique allumage Vulcain 2
H0 – 1mn
Commutation sol / bord de l’alimentation
électrique du lanceur
H0 - 37s
Démarrage de l’automatisme de la
séquence d’allumage
Démarrage des enregistreurs des mesures
bord
Armements des barrières de sécurité électriques
des lignes pyrotechniques
H0 - 22s
Activation des systèmes de pilotage des
étages inférieurs du lanceur
Autorisation de la prise de gérance par
l’OBC
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Données relatives au vol VA213
9. Le séquentiel vol
temps /H0
(s)
temps/H0
(mn)
événement
altitude
(km)
Vitesse
(m/s)
Masse
7,30 0‘ 07‘’ décollage --- 772,9
12,70 0‘ 13‘’ début de la manœuvre de basculement 0,092 37 744,8
17,05 0‘ 17‘’ début de la manœuvre de roulis 0,334 74 721,2
37,05 0‘ 37‘’ fin de la manœuvre de roulis 3,6 250 621,0
48,4 0‘ 48‘’ Transsonique (Mach = 1) 6,6 324 577,0
68,5 1‘ 08‘’ Pdyn max. 13,6 534 495,4
111,2 1‘ 51‘’ passage à γmax (41,7 m/s 2 ) 38,8 1 576 307,4
141,7 2‘ 22‘’ passage à γ = 6,15 m/s² "H1" 64,9 2 044 250,3
142,5 2‘ 23‘’ Séparation EAP 65,5 2 045 175,6
----- Vol propulsé EPC
212,7 3‘ 33‘’ Largage de la coiffe 109,6 2 424 150,4
465,0 7' 45" Acquisition Station Navale Ariane 137,0 5 463 68,3
495,0 8’ 15" Perte Galliot 135,5 6096 58,5
531,8 8‘ 52‘’ Extinction de l’EPC (H2) 136,8 7 034 46,5
537,8 8‘ 58‘’ Séparation de l’EPC 137,5 7 058 28,4
---- Vol propulsé EPS
544,8 9’ 05’’ Allumage de l’EPS (K2.1) 138,3 7 058 28,4
755,0 12’ 35” Acquisition Açores 148,2 7 249 26,5
770 12 50” Perte Station Navale Ariane 148,2 7 265 26,3
916,9 15’ 17” Fin orientation roulis 147,0 7 429 24,9
927,9 15’ 28” Début de blowdown 146,9 7 442 24,8
1 035,7 17’ 16’’ Extinction de l’EPS-1 (H3-1) 147,0 7 563 23,9
---- Phase balistique intermédiaire
1 115 18’ 35 Perte Açores 146,8 7 562 23,9
1 237 20’ 37” Phase de ‘’barbecue’’ 151,7 7 558 23,9
2 193 36’ 33” despin puis ré-orientaion 197,3 7 502 23,9
2 217 36’ 57” Phase de barbecue 198,7 7,502 23,9
3 062 51’ 02” Despin puis ré-orientation 247,7 7 441 23,9
3290 54' 50" Acquisition Adélaïde 258,2 7 428 23,9
3 323 55’ 23” Spin puis boost 259,5 7 426 23,9
3 566 59’ 26” Deuxième allumage EPS (K2.2) 266,6 7 419 23,8
3 595 59’ 55” Extinction EPS-2 (H3.2) 267,0 7 451 23,3
(t)
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Données relatives au vol VA213
temps /H0
(s)
temps/H0
(mn)
événement
altitude
- - - - Phase «balistique» - - -
3 597 59’ 57’’ Phase 1 : orientation au profit l’ ATV 267,1
3 665 1h01’ 05’’ Acquisition Awarua 267,8
3 750 1h02’ 30” Perte Adélaïde 268,8
3 778 1h02’ 58’’ Phase 2 : 2ème orientation pour pointage antenne TDRS 269,1
3 834 1h03’ 54’’ Séparation de l’ ATV 269,7
3 843 1h04’ 03’’
Manoeuvres d’évitement composite (orientation, boost
contrôlé,etc....)
(km)
269,8
4 174 1h09’ 34’’ Perte Awarua 270,9
4 448 1h14’ 08’’ phase de barbecue 269,3
8 276 2h17’ 56’’
8 500 2h21’ 40’’
Despin – orientation composite dans la direction du boost de
désorbitation
Phase de tassement d’ergols (spin à 30°/s, puis 9,4°/s puis boost
spinné en vue du rallumage)
255,4
257,7
8 630 2h23’ 50’’ Acquisition Perth 259,6
8 661 2h24’ 21’’ Troisième allumage EPS (K2.3) 260,1
8 676 2h24’ 36’’ Extinction EPS-3 (H3.3) 260,2
8 920 2h28’ 20’’ Passivation EPS 250,3
Remarque : Ce séquentiel de vol prévisionnel a été déterminé avec les dernières données lanceur
disponibles pour la simulation finale et reste indicatif.
ATV Jules Verne vue de l'ISS
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Données relatives au vol VA213
10. EADS ASTRIUM et les programmes ARIANE
La société Astrium Space Transportation est le spécialiste européen du transport spatial et des
infrastructures orbitales. Elle conçoit, développe et produit les lanceurs de la famille Ariane, le
laboratoire Columbus et le cargo spatial ATV pour la Station spatiale internationale, des véhicules
de rentrée atmosphérique, des systèmes de missiles pour la force de dissuasion française, des
systèmes propulsifs et des équipements spatiaux. Astrium ST est une division d’Astrium.
EADS est le leader dans les domaines de l'aéronautique, de la défense et des services associés. En
2010 EADS a généré un chiffre d'affaire de 45.8 milliard d'euros avec plus de 122 000 salariés.
Astrium, filiale d’EADS, spécialisée dans les systèmes spatiaux civils et militaires. En 2010, Astrium
a réalisé un chiffre d'affaire de 5 milliards d’euros avec 15 000 employés en France, en Allemagne,
au Royaume-Uni en Espagne et aux Pays-Bas. Ses trois principaux domaines d'activité sont Astrium
Space Transportation pour les lanceurs et les infrastructures orbitales, Astrium Satellites
pour les satellites et les segments sols et Astrium Services pour le développement et la fourniture
de satellites en orbite.
Astrium possède un savoir-faire, unique en Europe, d’architecte industriel et de maître d’œuvre de
grands programmes stratégiques et spatiaux. Ce rôle implique de réunir et de faire collaborer
l’ensemble des expertises qui concourent à la conception, au développement et à la production de
projets complexes.
Faisant suite à l'échec du lanceur L517 en décembre 2002, la conférence ministérielle organisée par
l'Agence Spatiale Européenne le 27 mai 2003, a décidé la mise en place d'un maître d'œuvre
industriel pour la conduite, dans un premier temps des activités de production Ariane 5 puis dans un
deuxième temps des développements. Au delà de l'exigence de management consistant à maîtriser
la chaîne de responsabilités sur l'ensemble du cycle de conception et de production du lanceur
Ariane 5, l'objectif économique fixé a été de réduire significativement les coûts par rapport aux
modes de fonctionnement jusqu'alors en vigueur.
Le contrat de production PA a été signé en 2004 avec ces objectifs et Astrium ST, par une approche
industrielle novatrice dans l'environnement des lanceurs Ariane en Europe et en adaptant les
processus de management, a conduit avec succès la production des lanceurs depuis l'exemplaire
L527 lancé le 11 mars 2006. La cadence de lancement est passée de 4 lanceurs par an à 7 en
maîtrisant les coûts et en améliorant la qualité du produit livré à Arianespace.
Le contrat de production PB a été établi sur cette nouvelle référence de management en exploitant
au mieux l'expérience de PA.
32

Données relatives au vol VA213
Astrium ST délivre donc à Arianespace un lanceur testé dans sa configuration en sortie du Bâtiment
d'Intégration du Lanceur en Guyane constitué:
Site d’Intégration aux Mureaux
o des Etages d'Accélération à Poudre
intégrés en Guyane par Europropulsion,
Ces étages sont intégrés dans les bâtiments
spécifiques du Centre spatial
guyanais à partir du moteur MPS (livré
par Europropulsion) et d’autres éléments
(électriques, pyrotechniques, hydrauliques,
système de parachutes,
etc.) venant d’Europe. C’est la première
fois qu’un élément majeur du lanceur
est réalisé en Guyane française
Site d’Intégration à Brême
o de l'Etage Principal Cryotechnique intégré aux Mureaux,
Ce site est situé près de Cryospace, un GIE AIR LI-
QUIDE – ASTRIUM qui réalise les réservoirs cryotechniques
de l’EPC. A proximité se trouve également,
l’Installation de Simulation Fonctionnelle, où Astrium a
mis au point le système électrique et le logiciel du lanceur,
ainsi que le système de guidage-pilotage et navigation.
Site de Bordeaux
o d'un Composite Supérieur intégré à Brême, constitué
de l'Etage Supérieur Cryotechnique (version
A), de la case à équipements et d'un cône d'interface
avec les Charges utiles, Les établissements
allemands d’Ottobrunn, près de Munich, et de
Lampoldshausen, fournissent les chambres de
combustion du moteur principal d’Ariane 5, le Vulcain,
ainsi que le moteur Aestus pour les versions
de base de l’étage supérieur
o du SYstème de Lancement Double Ariane5 (Sylda5) structure porteuse permettant les lancements
doubles, intégrée aux Mureaux et adaptée aux particularités des clients "Charges Utiles",
o du programme de vol testé aux Mureaux et dont les données résultent du processus d'analyse
de mission également conduit par Astrium ST.
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Données relatives au vol VA213
Par ailleurs, Astrium ST est responsable de fournir à Arianespace les exigences de mise en œuvre
du lanceur jusqu'au décollage et offre en conséquence les prestations relatives aux opérations ou le
support technique pour garantir l'aptitude au lancement.
Astrium possède en outre l’ensemble des expertises nécessaires pour assurer le contrôle d’un
programme aussi complexe :
• la gestion du programme : management du risque, gestion de configuration, sûreté de fonctionnement,
documentation
• la gestion technique : approbation de la définition et de la qualification des éléments du lanceur,
contrôle de cohérence d’ensemble, gestion des interfaces
• l’ingénierie système : études d’ensemble (aérodynamiques, acoustiques, thermiques, structurales,
mécanique de vol, guidage et pilotage, pogo), essais (acoustiques, thermiques, maquettes
dynamiques et électriques).
• l’analyse des données de vol après chaque lancement
Site internet EADS Astrium : www.astrium.eads.net
Site internet ARIANESPACE : www.arianespace.com
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