Soyouz (vaisseau spatial)
Un vaisseau spatial Soyouz se compose de trois parties (d’avant en arrière) :
- Un module orbital sphéroïdal, qui assure l’hébergement de l’équipage pendant sa mission ;
- Un petit module de rentrée aérodynamique, qui ramène l’équipage sur Terre ;
- Un module de service cylindrique avec des panneaux solaires fixés, qui contient les instruments et les moteurs.
Les modules orbitaux et de service sont à usage unique et sont détruits lors de la rentrée dans l’atmosphère. Bien que cela puisse sembler un gaspillage, cela réduit la quantité de bouclier thermique nécessaire à la rentrée dans l’atmosphère, ce qui permet de gagner de la masse par rapport aux conceptions contenant tout l’espace habitable et le support de vie dans une seule capsule. Cela permet d’utiliser des fusées plus petites pour lancer le vaisseau spatial ou d’augmenter l’espace habitable disponible pour l’équipage (6,2 m3 (220 pi3) dans Apollo CM contre 7,5 m3 (260 pi3) dans Soyouz) dans le budget de masse. Les parties orbitale et de rentrée sont des espaces habitables, le module de service contenant le carburant, les moteurs principaux et les instruments. Le Soyouz n’est pas réutilisable, il est consommable. Un nouveau vaisseau Soyouz doit être fabriqué pour chaque mission.
Soyouz peut transporter jusqu’à trois membres d’équipage et fournir un soutien vital pendant environ 30 jours-personnes. Le système de survie fournit une atmosphère d’azote/oxygène à des pressions partielles du niveau de la mer. L’atmosphère est régénérée par des cylindres de superoxyde de potassium (KO2), qui absorbent la majeure partie du dioxyde de carbone (CO2) et de l’eau produits par l’équipage et régénèrent l’oxygène, et des cylindres d’hydroxyde de lithium (LiOH) qui absorbent le CO2 restant.
Le véhicule est protégé pendant le lancement par une coiffe de charge utile, qui est larguée avec le SAS à 2 1⁄2 minutes du lancement. Il est doté d’un système d’amarrage automatique. Le vaisseau peut être piloté automatiquement, ou par un pilote indépendamment du contrôle au sol.
Système d’échappement au lancementModifié
Le vaisseau spatial Vostok utilisait un siège éjectable pour renflouer le cosmonaute en cas d’échec du lancement à basse altitude, ainsi que pendant la rentrée dans l’atmosphère, cependant il aurait probablement été inefficace dans les 20 premières secondes après le décollage, lorsque l’altitude serait trop basse pour que le parachute se déploie. Inspirés par le LES de Mercury, les concepteurs soviétiques ont commencé à travailler sur un système similaire en 1962. Il s’agissait notamment de développer un système de détection complexe pour surveiller les différents paramètres du lanceur et déclencher un abandon en cas de dysfonctionnement du booster. En se basant sur les données des lancements du R-7 au fil des ans, les ingénieurs ont dressé une liste des modes de défaillance les plus probables du véhicule et ont pu réduire les conditions d’interruption à la séparation prématurée d’un propulseur d’appoint attaché, à une faible poussée du moteur, à une perte de pression dans la chambre de combustion ou à une perte de guidage du propulseur. Le système d’avortement du vaisseau spatial (SAS ; russe : Система Аварийного Спасения, romanisé : Sistema Avarijnogo Spaseniya) pouvait également être activé manuellement depuis le sol, mais contrairement aux vaisseaux spatiaux américains, il n’y avait aucun moyen pour les cosmonautes de le déclencher eux-mêmes.
Puisqu’il s’est avéré presque impossible de séparer proprement l’ensemble de la coiffe de la charge utile du module de service Soyouz, il a été décidé que la coiffe se séparerait entre le module de service et le module de descente lors d’un abandon. Quatre stabilisateurs repliables ont été ajoutés pour améliorer la stabilité aérodynamique pendant l’ascension. Deux essais du SAS ont été effectués en 1966-1967.
La conception de base du SAS est restée presque inchangée en 50 ans d’utilisation et tous les lancements Soyouz en sont équipés. La seule modification a eu lieu en 1972, lorsque le carénage aérodynamique au-dessus des tuyères du moteur SAS a été retiré pour des raisons d’économie de poids, car le vaisseau spatial Soyouz 7K-T redessiné transportait des équipements de survie supplémentaires. Le vaisseau de ravitaillement Progress sans équipage dispose d’une tour d’évacuation factice et retire les ailerons de stabilisation de la coiffe de la charge utile. Trois lancements ratés d’un véhicule Soyouz avec équipage ont eu lieu : Soyuz 18a en 1975, Soyuz T-10a en 1983 et Soyuz MS-10 en octobre 2018. L’échec de 1975 a été avorté après le largage de la tour d’évacuation. En 1983, le SAS de Soyuz T-10a a sauvé avec succès les cosmonautes d’un incendie sur le plateau et de l’explosion du véhicule de lancement. Plus récemment, en 2018, le sous-système SAS de la coiffe de la charge utile de Soyouz MS-10 a sauvé avec succès les cosmonautes d’une défaillance de la fusée 2 minutes et 45 secondes après le décollage, alors que la tour d’échappement avait déjà été larguée.
Module orbitalModification
L’avant du vaisseau spatial est le module orbital (russe : бытовой отсек, romanisé : bytovoi otsek), également appelé section d’habitation. Il abrite tous les équipements qui ne seront pas nécessaires à la rentrée dans l’atmosphère, comme les expériences, les caméras ou le fret. Le module contient également une toilette, l’avionique d’amarrage et le matériel de communication. Le volume interne est de 6 m3 (210 pi3), l’espace habitable de 5 m3 (180 pi3). Sur les dernières versions de Soyouz (depuis Soyouz TM), un petit hublot a été introduit, offrant à l’équipage une vue vers l’avant.
Une trappe située entre lui et le module de descente peut être fermée de manière à l’isoler pour servir de sas en cas de besoin, les membres de l’équipage sortant par son orifice latéral (près du module de descente). Sur le pas de tir, l’équipage entre dans le vaisseau spatial par ce port. Cette séparation permet également d’adapter le module orbital à la mission avec moins de risques pour le module de descente, dont la survie est critique. La convention d’orientation dans un environnement micro-g diffère de celle du module de descente, les membres de l’équipage étant debout ou assis, la tête tournée vers le port d’amarrage. De même, le sauvetage de l’équipage alors qu’il se trouve sur le pas de tir ou avec le système SAS est compliqué à cause du module orbital.
La séparation du module orbital est essentielle pour un atterrissage en toute sécurité ; sans séparation du module orbital, il n’est pas possible pour l’équipage de survivre à l’atterrissage dans le module de descente. En effet, le module orbital gênerait le déploiement correct des parachutes du module de descente, et la masse supplémentaire dépasse la capacité du parachute principal et des moteurs de freinage à fournir une vitesse d’atterrissage en douceur en toute sécurité. C’est pourquoi, jusqu’à la fin des années 1980, le module orbital a été séparé avant l’allumage du moteur de retour. Cela garantissait que le module de descente et le module orbital seraient séparés avant que le module de descente ne soit placé sur une trajectoire de rentrée. Cependant, après l’atterrissage problématique de Soyouz TM-5 en septembre 1988, cette procédure a été modifiée et le module orbital est désormais séparé après la manœuvre de retour. Ce changement a été effectué car l’équipage de TM-5 ne pouvait pas se désorbiter pendant 24 heures après avoir largué son module orbital, qui contenait ses installations sanitaires et le collier d’amarrage nécessaire pour se fixer à Mir. Le risque de ne pas pouvoir séparer le module orbital est effectivement jugé inférieur au risque d’avoir besoin des installations qu’il contient, y compris les toilettes, suite à une désorbitation ratée.
Module de descenteModification
Le module de descente (russe : Спуска́емый Апара́т, tr. Spuskáyemy Apparát), également appelé capsule de rentrée, est utilisé pour le lancement et le retour sur Terre. La moitié du module de descente est recouverte d’un revêtement résistant à la chaleur pour la protéger pendant la rentrée ; cette moitié est orientée vers l’avant pendant la rentrée. Il est d’abord ralenti par l’atmosphère, puis par un parachute de freinage, suivi par le parachute principal qui ralentit l’engin pour l’atterrissage. À un mètre du sol, les moteurs de freinage à combustible solide montés derrière le bouclier thermique sont allumés pour permettre un atterrissage en douceur. L’une des exigences de conception du module de descente était qu’il ait la plus grande efficacité volumétrique possible (volume interne divisé par la surface de la coque). La meilleure forme pour cela est une sphère – comme celle du module de descente du vaisseau spatial Vostok – mais une telle forme ne peut fournir aucune portance, ce qui entraîne une rentrée purement balistique. Les réentrées balistiques sont difficiles pour les occupants en raison de la forte décélération et ne peuvent pas être dirigées au-delà de leur combustion initiale de désorbitation. C’est pourquoi il a été décidé d’adopter la forme de « phare » utilisée par le Soyouz : une zone avant hémisphérique reliée par une section conique à peine inclinée (sept degrés) à un bouclier thermique classique de section sphérique. Cette forme permet de générer une légère portance en raison de la répartition inégale des masses. Le surnom a été inventé à une époque où presque tous les phares étaient circulaires. Les dimensions réduites du module de descente ont conduit à ce qu’il n’y ait que des équipages de deux hommes après la mort de l’équipage de Soyouz 11. Le vaisseau Soyouz T a résolu ce problème. Le volume interne de Soyouz SA est de 4 m3 (140 pi3) ; 2,5 m3 (88 pi3) sont utilisables pour l’équipage (espace de vie).
Module de serviceModification
À l’arrière du véhicule se trouve le module de service (russe : прибо́рно-агрега́тный отсе́к, tr. pribórno-agregátny otsék). Il est doté d’un conteneur pressurisé en forme de boîte de conserve bombée (compartiment d’instrumentation, priborniy otsek) qui contient des systèmes de contrôle de la température, d’alimentation électrique, de radiocommunications à longue portée, de radiotélémétrie et des instruments d’orientation et de contrôle. Une partie non pressurisée du module de service (compartiment de propulsion, agregatniy otsek) contient le moteur principal et un système de propulsion à carburant liquide permettant de manœuvrer en orbite et d’amorcer la descente vers la Terre. Le vaisseau dispose également d’un système de moteurs à faible poussée pour l’orientation, fixé au compartiment intermédiaire (perekhodnoi otsek). À l’extérieur du module de service se trouvent les capteurs du système d’orientation et le panneau solaire, qui est orienté vers le Soleil en faisant tourner le vaisseau. Une séparation incomplète entre le module de service et le module de rentrée a entraîné des situations d’urgence lors des missions Soyouz 5, Soyouz TMA-10 et Soyouz TMA-11, ce qui a conduit à une mauvaise orientation de rentrée (trappe d’entrée de l’équipage en premier). La défaillance de plusieurs boulons explosifs n’a pas coupé la connexion entre les modules de service et de rentrée lors de ces deux derniers vols.
Procédure de rentréeEdit
Le Soyouz utilise une méthode similaire au module de commande et de service Apollo des États-Unis pour se désorbiter. Le vaisseau spatial est tourné moteur en avant et le moteur principal est allumé pour la désorbitation sur la face cachée de la Terre avant son site d’atterrissage prévu. Cela nécessite le moins d’ergols pour la rentrée ; le vaisseau spatial se déplace sur une orbite de transfert elliptique de Hohmann jusqu’au point d’interface d’entrée où la traînée atmosphérique le ralentit suffisamment pour tomber hors de l’orbite.
Les premiers vaisseaux Soyouz verraient alors les modules de service et orbital se détacher simultanément du module de descente. Comme ils sont reliés par des tubes et des câbles électriques au module de descente, cela faciliterait leur séparation et éviterait au module de descente de modifier son orientation. Plus tard, les vaisseaux Soyouz ont détaché le module orbital avant de mettre à feu le moteur principal, ce qui a permis d’économiser de l’ergol. Depuis le problème de l’atterrissage de Soyuz TM-5, le module orbital n’est à nouveau détaché qu’après la mise à feu de rentrée, ce qui a entraîné (mais n’a pas provoqué) les situations d’urgence de Soyuz TMA-10 et TMA-11. Le module orbital ne peut pas rester en orbite en tant qu’ajout à une station spatiale, car la trappe du sas entre le module orbital et le module de rentrée fait partie du module de rentrée, et le module orbital se dépressurise donc après la séparation.
La mise à feu de rentrée est généralement effectuée du côté « aube » de la Terre, afin que l’engin spatial puisse être vu par les hélicoptères de récupération lorsqu’il descend dans le crépuscule du soir, éclairé par le Soleil lorsqu’il est au-dessus de l’ombre de la Terre. Le vaisseau Soyouz est conçu pour atterrir sur la terre ferme, généralement quelque part dans les déserts du Kazakhstan en Asie centrale. Cela contraste avec les premiers vaisseaux spatiaux américains avec équipage, qui s’écrasaient dans l’océan.
Systèmes du vaisseau spatialModification
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- Système de contrôle thermique – Sistema Obespecheniya Teplovogo Rezhima, SOTR
- Système de survie – Kompleks Sistem Obespecheniya Zhiznedeyatelnosti, KSOZh
- Système d’alimentation électrique – Sistema Elektropitaniya, SEP
- Systèmes de communication et de suivi – Système de radiocommunication Rassvet (Dawn), système de mesure embarqué (SBI), contrôle du vaisseau spatial Kvant-V, système de télévision Klyost-M, suivi radio de l’orbite (RKO)
- Système de contrôle complexe embarqué – Sistema Upravleniya Bortovym Kompleksom, SUBK
- Système de propulsion combiné – Kompleksnaya Dvigatelnaya Ustanovka, KDU
- Système de contrôle de mouvement de Chaïka-3 (SUD)
- Dispositifs optiques/visuels (OVP) – VSK-4 (Vizir Spetsialniy Kosmicheskiy-4), dispositif de vision nocturne (VNUK-K, Visir Nochnogo Upravleniya po Kursu), feu d’amarrage, viseur du pilote (VP-1, Vizir Pilota-1), télémètre laser (LPR-1, Lazerniy Dalnomer-1)
- Système de rendez-vous kurs
- Système d’amarrage – Sistema Stykovki i Vnutrennego Perekhoda, SSVP
- Mode de contrôle du téléopérateur – Teleoperatorniy Rezhim Upravleniya, TORU
- Système d’actionneurs d’entrée – Sistema Ispolnitelnikh Organov Spuska, SIO-S
- Kit d’aide à l’atterrissage – Kompleks Sredstv Prizemleniya, KSP
- Kit de survie portable – Nosimiy Avariyniy Zapas, NAZ, contenant un pistolet de survie pour cosmonautes TP-82 ou un pistolet Makarov
- Système d’évacuation du lancement de Soyouz – Sistema Avariynogo Spaseniya, SAS
| Module orbital (A) 1 mécanisme d’amarrage 2, 4 antenne radar de rendez-vous Kurs 3 antenne de transmission de télévision 5 caméra 6 écoutille | Module de descente (B) 7 compartiment à parachute 8 périscope 9 hublot 11 bouclier thermique | Module de service (C) 10, 18 moteurs de contrôle d’attitude 12 capteurs terrestres 13 capteur solaire 14 point de fixation du panneau solaire 15 capteur thermique 16 antenne Kurs 17 propulsion principale 19 antenne de communication 20 réservoirs de carburant 21 réservoir d’oxygène |
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