Fregat

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Modèle de l'étage Fregat pour la sonde spatiale Phobos-Grunt.

Fregat est un étage de fusée développé par le constructeur russe Lavotchkine dans les années 1990, utilisé pour les changements orbitaux des sondes et des satellites sur différentes variantes du lanceur Soyouz. Son moteur principal consomme un mélange d'UDMH et de peroxyde d'azote. Il existe en deux versions : la version de base, d'une masse de 6,2 tonnes, et la version avec réservoir largable utilisée sur le lanceur lourd Zenit, de 11,6 tonnes.

Caractéristiques[modifier | modifier le code]

L'étage Fregat a une masse à vide de 924 kg et de 5 350 kg lorsqu'il est rempli de ses ergols. Le moteur S5.92 a une impulsion spécifique de 332 s et une poussée de 19,79 kN (environ 2 018 kg). Le contrôle d'attitude est réalisé par 12 petits moteurs-fusée ayant chacun 50 N de poussée (environ 5 kg) et une impulsion spécifique de 225 s. L'étage a une durée de combustion de 1 350 s[1]. L'étage peut être redémarré plusieurs fois[2].

Dans la version de base l'étage est haut de 1,5 m pour un diamètre de 3,35 m. La structure de l'étage est constituée de six sphères : deux d'entre-elles contiennent le carburant, deux autres le comburant et les deux dernières sphères contiennent l'avionique.

Historique[modifier | modifier le code]

L'étage Fregat a été développé à partir du système de propulsion des sondes spatiales Phobos et Mars 96. Le développement de l'étage a commencé en 1993 mais s'est heurté à des problèmes de financement. La création de l'entreprise Starsem, chargée de la commercialisation du lanceur Soyouz et la signature du contrat pour le lancement des 4 satellites Cluster de l'Agence spatiale européenne, a permis d'accélérer le développement de l'étage Fregat, qui sera par la suite proposé comme quatrième étage du lanceur Soyouz.

Le premier lancement de l'étage Fregat a lieu le 8 février 2000. Après un deuxième vol d'essai, le lanceur Syouz-U/Fregat a lancé avec succès les quatre satellites scientifiques Cluster, qui avaient été reconstruits suite à l'échec du vol inaugural d'Ariane 5 le 4 juin 1996. L'étage Fregat a démontré, au cours d'un des deux vols, sa capacité à rattraper une défaillance partielle du troisième étage du lanceur. Aujourd'hui, l'étage Fregat est proposé sur différentes versions du lanceur Soyouz (Soyouz-U, Soyouz-FG, et depuis 2006 Soyouz-2.1a et Soyouz-2.1b) pour la mise en orbite de satellites commerciaux et de sondes spatiales (Mars Express, Venus Express).

Une version comportant un réservoir toroïdal supplémentaire jetable, et baptisée Fregat-SB, est développée pour permettre l'emport de charges plus lourdes. Il est proposé sur le lanceur Zenit. La version Fregat-SB a une hauteur de 2,3 m pour un diamètre de 3,44 m et une masse de 11 600 kg. La masse à vide de l'ensemble est de 950 kg, dont 375 kg pour le réservoir largable. Le premier vol de cette version a lieu le 20 janvier 2011 : il est utilisé par un lanceur Zenit pour placer en orbite le satellite météorologique russe Elektro-L.

L'échec du lancement du 22 août 2014[modifier | modifier le code]

Le 22 août 2014, un lanceur Soyouz MTB utilisant un étage Fregat-MT est lancé depuis la base de Kourou, avec une charge utile constituée par les deux premiers satellites opérationnels du système de positionnement par satellites européen Galileo. L'étage Fregat place les deux satellites sur une orbite erronée (13 700 x 25 900 km et inclinaison de 49,7 °, au lieu d'une orbite circulaire de 23 500 km avec une inclinaison de 55 °) qui les rend inutilisables, car les satellites ne disposent pas de suffisamment de carburant pour effectuer les corrections nécessaires[3]. Une commission nommée pour déterminer les causes de cet échec met en évidence un mauvais fonctionnement de l'étage Fregat, avec une cascade de défaillances techniques et humaines.

L'étage Fregat est utilisé à deux reprises, pour la mise en orbite puis la circularisation de l'orbite, avec un intervalle de temps de 3 heures 15 minutes entre les deux mises à feu. A l'issue de la première mise à feu, les petits propulseurs de l'étage utilisés pour contrôler l'attitude sont mis à contribution pour imprimer un mouvement de rotation à l'étage, aussi apellé « spin », afin que l'action du Soleil soit répartie de manière assez uniforme sur toutes les parois de l'ensemble, évitant ainsi une élévation excessive de la température durant la phase de croisière passive (mode dit « barbecue »)[4].

Ces petits propulseurs ont été mis à contribution durant 18 minutes. Or les capteurs ont détecté que trois des quatre moteurs d'une des 4 grappes de propulseurs n'ont pas été alimentés durant ces 18 minutes. L'explication la plus probable est que l'hydrazine, qui devait parvenir jusqu'à leur chambre de combustion, a gelé (-52 °C) dans la canalisation d'alimentation, du fait de la proximité trop importante d'une conduite d'hélium utilisée pour mettre sous pression le carburant du propulseur principal. En effet, durant la première utilisation de la propulsion principale de l'étage Fregat, la circulation de l'hélium aurait abaissé fortement la température autour de la canalisation[4]. La commission a constaté que la conduite d'hélium était fixée par une bride non pas à la structure de l'étage comme prévu mais à la conduite d'hydrazine créant un pont thermique entre les deux. Cette erreur de montage aurait déjà été commise sur des étages Fregat ayant volé précédemment mais une utilisation différente de la propulsion aurait permis d'éviter la même défaillance[5].

La deuxième anomalie est que le système de contrôle d'attitude n'a apparemment ni détecté ni tenté de corriger cette anomalie, qui a placé le lanceur dans une orientation non conforme. Les contrôleurs au sol n'ont également rien détecté. Après la phase de croisière de 3 heures et demi, la propulsion principale a été remise à feu. Le lanceur étant mal orienté (l'erreur de pointage a été évalué à 145 °[3]), la poussée s'est exercée dans une direction erronée et les satellites se sont retrouvés sur une orbite inutilisable. De nouveau, avant la mise à feu du propulseur principal, ni les instruments, ni les contrôleurs au sol ne se sont rendus compte de l'erreur d'orientation de l'étage, alors que ce paramètre fait normalement toujours l'objet de vérifications minutieuses avant un ré-allumage de ce type[4].

Lancements comportant un étage Fregat[modifier | modifier le code]

Liste des lancements (mise à jour le 12/09/2014)[6].
Date Lanceur Base de lancement Charge utile Type de charge utile Orbite Remarques
8 février 2000 Soyouz-U/Fregat Baïkonour IRDT 1 Vol de qualification Orbite basse Succès
20 mars 2000 Soyouz-U/Fregat Baïkonour Test Deuxième vol de qualification Orbite fortement elliptique Succès
16 juillet 2000 Soyouz-U/Fregat Baïkonour Cluster FM6 et Cluster FM7 2 Satellites scientifiques de la mission Cluster[Note 1] Orbite elliptique à forte excentricité Succès
8 août 2000 Soyouz-U/Fregat Baïkonour Cluster FM5 et Cluster FM8 2 Satellites scientifiques de la mission Cluster[Note 1] Orbite elliptique à forte excentricité Succès
2 juin 2003 Soyouz-FG/Fregat Baïkonour Mars Express / Beagle 2 Sonde spatiale martienne et son atterrisseur Orbite de Hohmann Succès
27 décembre 2003 Soyouz-FG/Fregat Baïkonour Amos 2 Satellite de télécommunications Orbite de transfert géostationnaire Succès
13 août 2005 Soyouz-FG/Fregat Baïkonour Galaxy 14 Satellite de télécommunications pour diffusion de chaines de télévision par satellite Orbite de transfert géostationnaire Succès
9 novembre 2005 Soyouz-FG/Fregat Baïkonour Venus Express Sonde spatiale vénusienne Orbite de Hohmann Succès
28 décembre 2005 Soyouz-FG/Fregat Baïkonour GIOVE A (GSTB V2/A) Satellite test du système européen Galileo Orbite moyenne Succès
19 octobre 2006 Soyouz-2.1a/Fregat Baïkonour MetOp A Satellite météorologique sur orbite polaire Orbite héliosynchrone Succès
24 décembre 2006 Soyouz-2.1a/Fregat Plessetsk Meridian-1 Satellites de télécommunications militaires Orbite elliptique à forte excentricité Succès
27 décembre 2006 Soyouz-2.1b/Fregat Baïkonour COROT Télescope spatial Orbite basse Succès
29 mai 2007 Soyouz-FG/Fregat Baïkonour Globalstar 65, 69, 71 et 72 4 satellites du système de communications par satellite Globalstar Orbite basse Succès
20 octobre 2007 Soyouz-FG/Fregat Baïkonour Globalstar 66, 67, 68 et 70 4 satellites du système de communications par satellite Globalstar Orbite basse Succès
14 décembre 2007 Soyouz-FG/Fregat Baïkonour RADARSAT-2 Satellite d'observation Orbite héliosynchrone Succès
26 avril 2008 Soyouz-FG/Fregat Baïkonour GIOVE A (GSTB V2/A) Satellite test du système européen Galileo Orbite moyenne Succès
21 mai 2009 Soyouz-2-1a/Fregat Plessetsk Meridian-2 Satellites de télécommunications militaires Orbite elliptique à forte excentricité Succès partiel[7]
17 septembre 2009 Soyouz-2-1b/Fregat Baïkonour Meteor-M 1, Sterkh 2, Universitetsky 2, UGATUSAT, BLITS, IRIS Satellites météorologique (Meteor-M 1), de sauvetage SAR (Sterkh 2), de recherches universitaires (Universitetsky 2, UGATUSAT), de mesures (BLITS) et démonstrateur technologique (IRIS) Orbite basse Succès
19 octobre 2010 Soyouz-2-1a/Fregat Baïkonour Globalstar 73, 74, 75, 76, 77 et 79 6 satellites du système de communications par satellite Globalstar Orbite basse Succès
2 novembre 2010 Soyouz-2-1a/Fregat Plessetsk Meridian-3 Satellites de télécommunications militaires Orbite elliptique à forte excentricité Succès
20 janvier 2011 Zenit/Fregat-SB Baïkonour Elektro-L Satellite météorologique Orbite géostationnaire Succès
26 février 2011 Soyouz-2-1b/Fregat Plessetsk Kosmos 2471 (Uragan-K1 #1) Satellite du système russe GLONASS Orbite moyenne Succès
4 mai 2011 Soyouz-2-1b/Fregat Plessetsk Meridian-4 Satellites de télécommunications militaires Orbite elliptique à forte excentricité Succès
13 juillet 2011 Soyouz-2-1a/Fregat Baïkonour Globalstar 81, 83, 85, 88, 89 et 91 6 satellites du système de communications par satellite Globalstar Orbite basse Succès
18 juillet 2011 Zenit/Fregat-SB Baïkonour RadioAstron (Spektr-R) Télescope spatial Orbite haute très elliptique Succès
2 octobre 2011 Soyouz-2-1b/Fregat Plessetsk Kosmos 2474 (Uragan-M #33) Satellite du système russe GLONASS Orbite moyenne Succès
21 octobre 2011 Soyouz-2 ST/Fregat-MT Kourou Galileo-IOV PFM et Galileo-IOV FM2 2 satellites du système européen Galileo Orbite moyenne Succès
8 novembre 2011 Zenit-2M/Fregat-SB Baïkonour Phobos-Grunt / Yinghuo 1 Exploration de Phobos (lune martienne) et analyses de la planète Mars (Yinghuo 1) Orbite martienne Échec[8]
28 novembre 2011 Soyouz-2-1b/Fregat-M Plessetsk Kosmos 2478 (Uragan-M #37) Satellite du système russe GLONASS Orbite moyenne Succès
17 décembre 2011 Soyouz-STA/Fregat Kourou Pléiades-1A, SSOT, Elisa-1, Elisa-2, Elisa-3 et Elisa-4 Satellites des projets français Pléiades et Myriade Orbite basse Succès
23 décembre 2011 Soyouz-2-1b/Fregat-M Plessetsk Meridian-5 Satellite de télécommunications Orbite elliptique à forte excentricité Échec[9],[10]
28 décembre 2011 Soyouz-2-1a/Fregat-M Baïkonour Globalstar 80, 82, 84, 86, 90 et 92 6 satellites du système de communications par satellite Globalstar Orbite basse Succès
22 juillet 2012 Soyouz-FG/Fregat Baïkonour Kanopus-V1, BKA, Zond-PP, exactView 1 et TET-1 Satellites de surveillance de catastrophes naturelles (Kanopus), maritime (exactView 1), et d'expérimentations scientifiques (TET-1) Orbite basse Succès
17 septembre 2012 Soyouz-2-1a/Fregat-M Baïkonour MetOp-B Satellite météorologique Orbite polaire Succès
12 octobre 2012 Soyouz-STB/Fregat-MT Kourou Galileo-IOV FM3 et Galileo-IOV FM4 2 satellites du système européen Galileo Orbite moyenne Succès
14 novembre 2012 Soyouz-2-1a/Fregat-M Plessetsk Meridian-6 Satellite de télécommunications Orbite elliptique à forte excentricité Succès
2 décembre 2012 Soyouz-STA/Fregat Kourou Pléiades-1B Satellite du projet français Pléiades Orbite basse Succès
6 février 2013 Soyouz-2-1a/Fregat-M Baïkonour Globalstar 78, 87, 93, 94, 95 et 96 6 satellites du système de communications par satellite Globalstar Orbite basse Succès
26 avril 2013 Soyouz-2-1b/Fregat-M Plessetsk Kosmos 2485 (Uragan-M #38) Satellite du système russe GLONASS Orbite moyenne Succès
25 juin 2013 Soyouz-STB/Fregat-MT Kourou O3b 1, O3b 2, O3b 4 et O3b 5 4 satellites de relais Internet pour l'opérateur O3b Networks Orbite moyenne Succès
19 décembre 2013 Soyouz-STB/Fregat-MT Kourou Gaia Satellite de recherches scientifiques (Astrométrie) Point de Lagrange L2 Succès
23 mars 2014 Soyouz-2-1b/Fregat-M Plessetsk Kosmos 2494 (Uragan-M #42) Satellite du système russe GLONASS Orbite moyenne Succès
3 avril 2014 Soyouz-STA/Fregat-M Kourou Sentinel 1A Satellites d'observation de la Terre (environnement) Orbite basse Succès
14 juin 2014 Soyouz-2-1b/Fregat-M Plessetsk Kosmos 2500 (Uragan-M #43) Satellite du système russe GLONASS Orbite moyenne Succès
8 juillet 2014 Soyouz-2-1b/Fregat-M Baïkonour Meteor-M 2, Relek, TechDemoSat 1, SkySat 2, DX 1, UKube 1, AISSat 2 et une maquette inerte du M3MSat[Note 2] Micro-satellites d'observation météo (Meteor-M 2), observation de la magnétosphère (Relek), démonstrateur technologique (TechDemoSat 1), photographies par satellite (SkySat 2), expérimentations technologiques (DX 1, UKube 1) et surveillance maritime (AISSat 2 et M3MSat) Orbite basse Succès
10 juillet 2014 Soyouz-STB/Fregat-MT Kourou O3b 3, O3b 6, O3b 7 et O3b 8 4 satellites de relais Internet pour l'opérateur O3b Networks Orbite moyenne Succès
22 août 2014 Soyouz-STB/Fregat-MT Kourou Galileo-FOC FM5 et Galileo-FOC FM6 2 satellites du système européen Galileo Orbite moyenne Échec[11]

Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

  1. a et b Ces satellites ont été reconstruits, suite à leur perte dans l'explosion de la fusée Ariane 5 lors de son vol inaugural, le 4 juin 1996.
  2. Pour des raisons politiques, le M3Msat a été retiré du lancement, il a donc été remplacé par une maquette inerte, afin de ne pas modifier la configuration de la fusée.

Références[modifier | modifier le code]

  1. (en) « Fregat versatile rocket stage », Russian Space Web,‎ 7 mars 2011 (consulté le 10 septembre 2014)
  2. (en) « Starsem successfully launches second Europe navigation satellite », Arianespace,‎ 2008-04-27
  3. a et b Stefan Barensky, « Galileo FOC : erreur de navigation », Air & Cosmos, no 2418,‎ 29 août 2014, p. 34-36
  4. a, b et c (en) Patrick Blau, « Soyuz VS09 launch updates - Galileo FOC-1 & 2 : Frozen propellant line found to be cause of galileo launch failure », spaceflight101.com,‎ 26 septembre 2014
  5. Stefan Barensky, « Bruxelles chamboule le calendrier », Air & Cosmos, no 2423,‎ 3 octobre 2014, p. 48
  6. (en) « Fregat », sur Gunter's space page (consulté le 12 septembre 2014)
  7. (en) « Launch of the second Meridian communication satellite », Russian strategic nuclear forces,‎ 22 mai 2009 (consulté le 15 septembre 2014)
  8. « Une sonde russe s'écrase dans le Pacifique », Le Monde.fr,‎ 15 janvier 2012 (consulté le 15 septembre 2014)
  9. (en) Chris Bergin et William Graham, « Assessing the Soyuz failure with Meridian – Redressing Russia’s internal woes », NASA Spaceflight.com,‎ 23 décembre 2011 (consulté le 15 septembre 2014)
  10. (en) « Soyuz rocket fails to achieve orbit and crashes », SpaceFlight 101,‎ 23 décembre 2011 (consulté le 15 septembre 2014)
  11. (en) « Galileo satellites experience orbital injection anomaly on Soyuz launch : Initial report », Arianespace,‎ 23 août 2014 (consulté le 15 septembre 2014)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]