la propulsion aéronautique spatiale
Transcription
la propulsion aéronautique spatiale
LA PROPULSION AÉRONAUTIQUE SPATIALE Des moteurs qui vous emmènent loin, dans l’espace et dans le temps Depuis près de soixante-dix ans, Snecma a développé une compétence technique et industrielle de maître d’œuvre qui lui permet de fédérer des partenaires européens autour de la propulsion d’Ariane depuis l’origine du lanceur en 1973. Les moteurs Viking (sur les premier et deuxième étages) et HM7B (étage cryotechnique) de Snecma ont assuré la propulsion d’Ariane 1 à 4. Ils ont été des éléments majeurs de la réussite du lanceur. De la Terre à la Lune 2 SNECMA • LA PROPULSION AÉRONAUTIQUE SPATIALE Motoriste aéronautique et spatial de rang mondial Snecma, société du groupe international de haute technologie SAFRAN, est spécialisée dans la propulsion aéronautique et spatiale. Snecma conçoit, développe et produit des moteurs pour l’aviation civile et militaire, ainsi que des systèmes de propulsion pour lanceurs spatiaux et satellites. Snecma exporte ses produits partout dans le monde. Propulsion spatiale Équilibrer performance, fiabilité et coût Principal motoriste de la fusée européenne Ariane avec ses moteurs Vulcain®2 et HM7B, Snecma se situe au deuxième rang mondial sur le marché de la propulsion liquide pour lanceurs. Snecma a également motorisé à ce jour plus de 350 satellites français ou européens. Placée au premier rang européen en propulsion plasmique, Snecma s’est spécialisée dans ce domaine majeur de la propulsion des satellites : son moteur PPS®1350 a établi un record mondial de durée de fonctionnement. Propulsion civile La gamme de poussée la plus étendue du marché En coopération avec General Electric (États-Unis), Snecma conçoit, produit, commercialise et assure le support des CFM56, moteurs civils les plus vendus au monde, et participe aux moteurs de forte poussée CF6-80, GE90 et GP7200. La société développe également le moteur SaM146 pour l’aviation régionale et prépare enfin un nouveau concept de moteur destiné au marché de l’aviation d’affaires. Propulsion militaire Plus de 20 types d’avions dans près de 40 pays Snecma conçoit, développe et produit des moteurs d’avions de combat, d’entraînement et de transport militaire, et en assure le support aprèsvente. Ses produits phares : le M53-P2 du Mirage 2000, le M88-2 du Rafale et le TP400-D6 du futur avion de transport militaire A400M d’Airbus Military. SNECMA • LA PROPULSION AÉRONAUTIQUE SPATIALE 3 4 SNECMA • LA PROPULSION AÉRONAUTIQUE SPATIALE Stratégie et marché Être plus performant et plus fiable, à moindre coût L’Europe ne dispose pas d’un marché institutionnel spatial important (lancement de satellites scientifiques et militaires) : son activité spatiale dépend donc du lancement de satellites commerciaux. Depuis plus de vingt-cinq ans, les lanceurs Ariane 1 à 4 ont assuré à l’Europe son autonomie d’accès à l’espace. À son tour, Ariane 5 permet aujourd’hui à Arianespace de capter une part majeure du marché commercial. Le marché spatial exige des lanceurs – et donc des systèmes propulsifs – toujours plus performants et fiables. Et ce, à moindre coût pour emporter des satellites plus lourds. Véritable avantage concurrentiel, Ariane peut emporter, sur un unique lancement, plusieurs satellites de tailles différentes, générant ainsi un important gain de compétitivité en permettant aux clients de partager le coût du lancement. La propulsion, facteur clé de compétitivité Snecma participe à une double mission en matière spatiale : réaliser un objectif stratégique pour l’Europe (l’accès pérenne et indépendant à l’espace) et ancrer Arianespace sur le marché commercial en augmentant l’efficacité du lanceur et en baissant le coût de sa propulsion. Les connaissances acquises au cours des dernières décennies permettent à Snecma de proposer des solutions de pointe pour des coûts et des délais de développement de plus en plus optimisés. Décollage d’Ariane 5 ECA, vol 164 du 12 février 2005 La tendance du marché est à la mise en orbite de satellites aux tailles de plus en plus diverses : leur gamme s’étire désormais de moins de 3 tonnes pour les plus légers et jusqu’à plus de 6 tonnes pour les plus lourds. SNECMA • LA PROPULSION AÉRONAUTIQUE SPATIALE 5 Vulcain® Snecma, chef de file de la propulsion d’Ariane L’expérience de Snecma dans la conception de systèmes propulsifs complets à ergols liquides va au-delà du moteur lui-même. Elle lui permet d’avoir la responsabilité sur Ariane 5, comme sur les versions précédentes du lanceur, de l’ensemble de la propulsion des étages principal et supérieur cryotechniques. Snecma en conduit le développement et coordonne un réseau de partenaires industriels européens tout en travaillant en concertation avec l’ESA*, le CNES**, Arianespace et EADS ST, maître d’œuvre industriel du lanceur. Cette coordination permet de concevoir une propulsion optimisée dans sa globalité et intégrant, dès son origine, le potentiel d’évolution attendu par le marché. *Agence spatiale européenne. **Centre national d’études spatiales. Ariane 5 ECA Un gain de 50 % de capacité d’emport Les évolutions nécessaires du lanceur requièrent une propulsion toujours plus performante : équipée du moteur Vulcain® de Snecma, Ariane 5 « générique » offrait une capacité d’emport vers une orbite de transfert (GTO*) de près de 7 tonnes de charge utile, contre un peu plus de 4 tonnes pour Ariane 4. Son premier vol commercial a lieu en 1999. Pour rester concurrentielle, Ariane 5 en version ECA offre une capacité de près de 10 tonnes de charge utile en GTO grâce au nouveau moteur Vulcain®2, sur l’étage principal cryotechnique, et au moteur HM7B, désormais placé sur le nouvel étage supérieur cryotechnique. Validés en vol en février 2005, ces deux moteurs augmentent la capacité de mise en orbite du lanceur de 50 %. *GTO : Geosynchronous Transfer Orbit (orbite de transfert géostationnaire). 6 SNECMA • LA PROPULSION AÉRONAUTIQUE SPATIALE Snecma contribue depuis plusieurs années à baisser les coûts du lanceur. D’Ariane 1 à 5, le prix du lanceur a été divisé par près de deux, tandis que la capacité est passée de 2 à 10 tonnes de charge utile en GTO. Snecma maîtrise depuis plus de 40 ans la technologie des moteurs cryotechniques (qui utilisent de l’hydrogène et de l’oxygène liquides) comme les Vulcain®2, HM7B ou Vinci®. Vulcain®2 a un cycle à flux dérivé. Les turbines des pompes qui alimentent la chambre sont entraînées par les gaz produits par la combustion d’une fraction du débit de l’hydrogène et de l’oxygène liquides dans un générateur de gaz séparé. La poussée de Vulcain®2 est obtenue par éjection à grande vitesse des gaz produits dans la chambre par la combustion des ergols à haute pression et à haute température. Le divergent assure l’accélération des gaz en régime supersonique jusqu’à 4 000 m/s. La puissance de la pompe hydrogène est de 14 MW (mégawatt). Vulcain®2 La relève Vulcain®2 remplace Vulcain® sur l’étage principal cryotechnique. Vulcain® développait une poussée de 110 tonnes : Vulcain®2, plus puissant de 20 %, développe 130 tonnes tout en offrant une consommation spécifique moindre. Ce moteur a été développé par Snecma et ses partenaires pour fournir à Ariane 5 ECA une capacité d’emport plus importante (portée à 10 t de charge utile). Cela lui permet d’opérer des lancements doubles de satellites plus lourds. Vulcain®2 fournit près de la moitié de son gain de performance à Ariane 5 ECA. Cet objectif est atteint grâce à l’augmentation de poussée qu’il offre et la possibilité de doter Ariane 5 ECA d’un étage supérieur cryotechnique. Le tir de qualification a validé les performances en vol de Vulcain®2. Il intègre de nombreuses améliorations techniques par rapport à son prédécesseur, notamment au niveau de la turbopompe à oxygène, de la chambre de combustion et du divergent. SNECMA • LA PROPULSION AÉRONAUTIQUE SPATIALE 7 Le HM7B et la nouvelle génération Vinci® Les moteurs d’étage supérieur Le moteur HM7B a un cycle à flux dérivé. Un générateur de gaz séparé produit des gaz chauds par la combustion d’une fraction du débit de l’hydrogène et de l’oxygène liquides. Ces gaz chauds alimentent une seule turbine qui tourne à 61 000 tours par minute et entraîne les deux pompes alimentant la chambre en ergols. La poussée du moteur HM7B est obtenue par éjection à grande vitesse des gaz produits dans la chambre par la combustion à haute température des ergols. HM7B Le moteur au fil d’Ariane Avec le moteur HM7B, qui a propulsé le troisième étage de toutes les versions d’Ariane 1 à 4, Snecma a permis à la France d’accéder au club très fermé des nations maîtrisant la propulsion à hydrogène. Ce moteur trouve encore sa place sur le nouvel étage supérieur d’Ariane 5 ECA, qui emporte 14 tonnes d’oxygène et d’hydrogène liquides. Le HM7B fournit, à lui seul, plus de la moitié du gain de performance globale d’Ariane 5 ECA grâce à son impulsion spécifique et sa poussée (6,5 tonnes) élevées. D’une poussée de 18 tonnes, Vinci® intègre les dernières avancées de Snecma en recherche et technologie. Son divergent en matériaux composites est léger et déployable en vol ; sa capacité de rallumages multiples offrira à Ariane 5 un potentiel de missions plus large. Vinci® Snecma prépare une nouvelle génération de moteurs avec Vinci® (qui pourra remplacer le HM7B), pour offrir à Ariane 5 la flexibilité apportée par le réallumage de l’étage supérieur, ainsi qu’une capacité d’emport plus élevée (jusqu’à 12 tonnes de charge utile en orbite géostationnaire). Ce moteur cryotechnique est l’objet d’un programme de démonstration de l’ESA décidé fin 2005 : les premiers essais aux conditions nominales de vol se sont déroulés avec succès. Vinci® représente une nouvelle avancée en termes de fiabilité, de prix et de performance. Produit au même coût que le moteur HM7B, il est en outre réallumable en vol et offre une poussée trois fois supérieure. Propulsion plasmique Snecma, leader en propulsion plasmique Depuis plus de trente ans, Snecma développe, intègre et teste des systèmes propulsifs de satellites. Maîtrisant ces composants critiques, la société a équipé par exemple les plates-formes Spot, Hélios et ERS en propulsion chimique. Snecma s’est aujourd’hui spécialisée dans la propulsion plasmique, dont elle fut la pionnière européenne avec son partenaire, l’industriel russe Fakel. C’est ainsi qu’elle équipe des satellites de télécommunication d’Astrium comme Intelsat 10 ou Inmarsat 4. Dans ce domaine, elle se place au premier rang européen. Les premiers propulseurs plasmiques remontent aux années 1970. Cette technologie permet, à masse égale, d’augmenter la durée de vie du satellite ou la masse de la charge utile, grâce à une consommation moins importante que celle d’un propulseur chimique de même poussée. Elle répond aux besoins actuels des clients et facilite aussi la réalisation de missions scientifiques et d’exploration planétaire, qui réclament beaucoup d’énergie et d’impulsion totale. Snecma est, depuis 1993, le distributeur exclusif des propulseurs à plasma stationnaire de Fakel en Europe. Très fiables, ils équipent de nombreux satellites russes et occidentaux. PPS®1350 Record mondial d’endurance Le propulseur à plasma stationnaire PPS®1350 est l’élément clé de la propulsion de SMART-1, la sonde d’exploration lunaire de l’ESA*. Il a été développé par Snecma avec l’aide du CNES**. Le PPS®1350 possède une impulsion spécifique élevée et une stabilité de fonctionnement conformes aux spécifications les plus contraignantes des satellites de télécommunication. Il consomme 5 à 6 fois moins d’ergol qu’un propulseur chimique conventionnel. Si le moteur Vulcain®2 développe 130 tonnes de poussée pendant une dizaine de minutes, le PPS®1350, avec ses 8 grammes de poussée, a battu en 2004 le record mondial d’endurance. Il a fonctionné pendant 5 000 heures pour l’ensemble de la mission qui a conduit SMART-1 autour de la Lune… Le PPS®1350 a illustré à cette occasion les avantages considérables offerts par la propulsion plasmique. *Agence spatiale européenne. **Centre national d’études spatiales. La propulsion plasmique du futur Snecma mène des travaux de recherche et technologie sur des moteurs plasmiques de plus forte puissance (30 grammes et plus) et sur des concepts nouveaux de moteurs (plasmiques à double étage), destinés à répondre aux besoins des futurs gros satellites de télécommunication et des sondes d’exploration interplanétaire. SNECMA • LA PROPULSION AÉRONAUTIQUE SPATIALE 9 Ariane 5 ECA sur son pas de tir, vol 167 Préparer l’avenir Dans le marché étroit de la propulsion spatiale, la préparation des évolutions d’Ariane 5, de lanceurs nouvelle génération ainsi que la recherche active de nouvelles technologies, permettent à Snecma de maintenir une excellence technique. Ces activités s’appuient sur des compétences internes et sur de nombreux partenariats scientifiques ou technologiques, garants de la compétence et de la compétitivité européennes en matière spatiale. Snecma travaille notamment avec le CNES, l’ESA et divers industriels, mais aussi des organismes et des laboratoires de recherche français, européens et internationaux. 10 SNECMA • LA PROPULSION AÉRONAUTIQUE SPATIALE TPX : une turbopompe nouvelle génération Snecma travaille, par exemple, sur une turbopompe nouvelle génération « TPX ». L’objectif est de réaliser une turbopompe de type Vulcain® en diminuant le coût de production de moitié grâce, notamment, à une architecture simplifiée et à un nombre de composants réduits. Pour entraîner cette turbopompe, la société prépare également un nouveau générateur de gaz qui vise les mêmes performances économiques. Réalisé à l’échelle Vulcain®, le projet TPX validera de nombreuses technologies utilisables sur différents types de moteurs. Vers des lanceurs du futur réutilisables Snecma explore la propulsion des futurs lanceurs réutilisables (en partie ou en totalité) pour des projets à plus long terme. La société étudie, seule ou en partenariat, des démonstrateurs de moteurs à combustion étagée. C’est le cas, par exemple, avec le Veda, un moteur cryotechnique de 200 tonnes de poussée, et le Volga, un moteur à oxygène et méthane liquides de 400 tonnes de poussée, dont les premières études ont été réalisées en coopération avec l’industrie russe. La sonde lunaire SMART-1 en route vers la Lune Des prestations de services fondées sur une grande expertise technique Au-delà de sa maîtrise en conception et production de systèmes propulsifs, Snecma apporte aux opérateurs lors des lancements une expertise technique plus large. Elle a ainsi développé de nombreux savoir-faire de haute technologie en matière spatiale : • assistance technique lors des lancements (exploitation des mesures…), • essais moteurs, • études et calculs, expertises, études de fiabilité, • formation, • assistance technique au sol (remplissage des réservoirs, vidange et décontamination…). Snecma conçoit et réalise les matériels nécessaires à ces différentes opérations. Les services à l’industrie : l’expertise spatiale étendue à d’autres domaines Par ailleurs, Snecma propose à de nombreuses entreprises, en dehors du secteur spatial, les savoir-faire et les outils industriels qu’elle utilise pour le développement de la propulsion des lanceurs Moteur Vinci® en cours de montage et satellites. Cette offre comporte de nombreuses prestations de service en matière : • d’essai (ingénierie des moyens et bancs d’essais, exécution d’essais, développement et fourniture d’instrumentation, conseil et formation), • de métrologie (vérification et étalonnage des moyens de mesure, gestion de parcs d’instruments, conseil et formation), • de laboratoire (matériaux, chimie, expertises, contrôles non destructifs, essais mécaniques), • de maîtrise des risques (assistance, conseil et formation), • de production (conception, méthode, usinage, procédés spéciaux, tuyauterie, montage, contrôle et essai). Enfin, à partir de son savoir-faire acquis dans la propulsion à hydrogène, Snecma développe des technologies destinées à des applications industrielles, comme les piles à combustible ou des incinérateurs et pompes à basse pression pour le transfert du gaz naturel liquéfié. Les exemples de technologies de pointe développées par Snecma pour ses activités spatiales sont nombreux et permettent à d’autres industries de trouver des solutions plus performantes et adaptées à leurs problématiques. SNECMA • LA PROPULSION AÉRONAUTIQUE SPATIALE 11 Applications Vulcain®2 Ariane 5 ECA HM7B Vinci® Ariane 5 ECA PPS®1350 SMART-1 10, allée du Brévent – CE1420 Courcouronnes 91019 Évry Cedex – France Tél. : 33 (0) 1 69 87 09 00 Fax : 33 (0) 1 69 87 09 02 www.snecma.com Conception et réalisation : . Crédits photos : Snecma, ESA/CNES/Arianespace, ESA/Medialab, J. Huart/ESA, Éric Forterre/Snecma, Alain Vidon/Snecma – juin 2006 Ariane 1 à 5 ECA
Documents pareils
surveillance en opération des moteurs d`avions
Superjet 100 de Sukhoï Civil Aircraft Company. Snecma prépare également le Silvercrest, un
futur moteur destiné au marché de l’aviation d’affaires.
Moteurs militaires
Elle regroupe les activités de...