Nuri (lanceur spatial)

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KSLV-II
Lanceur spatial
Décollage du lanceur (21/10/2021).
Décollage du lanceur (21/10/2021).
Données générales
Pays d’origine Drapeau de la Corée du Sud Corée du Sud
Constructeur Korea Aerospace Industries
Hanwha Aerospace
Premier vol 21 octobre 2021
Période développement 2012-2021
Statut En cours de qualification
Hauteur 47,2 m
Diamètre 3,5 m
Masse au décollage 204 tonnes
Étage(s) 3
Poussée au décollage 267 tonnes
Base(s) de lancement Naro
Charge utile
Orbite basse 2 600 kg
Orbite héliosynchrone 1 500 kg
Transfert géostationnaire (GTO) 550 kg
Dimension coiffe 8 x 3,05 m (diamètre)
Motorisation
Ergols LOX/Kérosène
1er étage L-131 : 4 x KRE-075 (655 kN)
2e étage L-37 : 1 x KRE-075 (789 kN)
3e étage L-11 : 1 x KRE-007 (69 kN)
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Le lanceur KSLV-II (ou Nuri) est le deuxième lanceur spatial de la Corée du Sud. Successeur du KSLV-1 (Naro-1), c'est le premier lanceur développé entièrement par des constructeurs nationaux. KSLV-II qui comporte trois étages, a une masse d'environ 203 tonnes, est haut de 47,5 mètres et a un diamètre maximum de 3,3 mètres. Il peut placer environ 1,5 tonne sur une orbite héliosynchrone. Pour le propulser deux moteurs-fusées entièrement nouveaux brulant un mélange d'oxygène liquide et de kérosène sont développés. Le moteur principal, le KRE-075, a une poussée d'environ 75 tonnes et est alimenté par un générateur de gaz. Le lanceur, dont le développement a débuté en 2012, effectue son premier vol le . Un arrêt prématuré de la propulsion du troisième étage ne permet pas la mise en orbite de la charge utile.

Contexte

Décollage du lanceur KSLV-I/Naro-1 (premier vol de 2009).
Article principal : Naro-1.

Lancement du développement d'un lanceur national (1996)

Dans le cadre de son plan spatial national défini en 1996, la Corée du Sud planifie le développement d'un lanceur spatial national. En , elle lance pour la première fois une fusée-sonde de fabrication nationale (KSR-3). Celle-ci utilise une moteur-fusée à ergols liquides. L'objectif est alors de développer pour l'échéance 2005 le lanceur KSLV-1 capable de placer de petits satellites en orbite qui serait dérivé de la fusée sonde KSR-3 par l'ajout de deux propulseurs d'appoint et d'un étage supérieur à propergol solide. Finalement, pour accélérer le développement du KSVL-1, cette approche est abandonnée au profit d'un lanceur développé avec l'assistance d'un autre puissance spatiale[1].

Coopération avec la Russie : le lanceur KSLV-1

En 2004, la Corée du Sud se tourne vers la Russie pour le développement du moteur-fusée à ergols liquides pièce la plus complexe du lanceur KSLV-1. Elle passe contrat avec la société russe GKNPZ Khrounitchev, constructeur de la fusée Angara en . La Corée du Sud sous-traite finalement la construction complète du premier étage à Khrounitchev. Celui-ci est dérivé du premier étage du lanceur Angara et est propulsé par un moteur-fusée RD-151 développé par NPO Energomach, version à poussée réduite du RD-191. Le contrat final est ratifié en par la Douma russe qui autorise le transfert de technologies sensibles. L'institut coréen de recherche aérospatiale (KARI) a la charge de développer le deuxième étage de très petite taille, la coiffe ainsi que l'avionique du lanceur. Ce dernier étage utilise un moteur à propergol solide d'une poussée de 42 kN, dérivé de la fusée-sonde KSR-1, qui doit fonctionner durant 66 secondes. Le lanceur peut placer 100 kg en orbite. Un centre spatial complet est édifié à Naro : il comprend un complexe de lancement, un centre de contrôle, des installations pour permettre d'effectuer les tests et l'assemblage, un centre administratif et un quartier d'habitation[2].

La Corée du Sud devient la 12e puissance spatiale (2013)

Le lancement du lanceur KSLV-1, prévu initialement fin 2007, est repoussé par les russes à 6 reprises. Finalement, le premier vol du lanceur Naro-1 a lieu le [3]. Après deux échecs en 2009 et 2010 le lanceur KSLV-1 parvient à placer sa charge utile en orbite le 30 janvier 2013. La Corée du Sud devient ainsi la 12e puissance spatiale[4].

Développement du lanceur KSLV-II

Planification

La réalisation du lanceur KSLV-1 n'était qu'une étape dans le développement d'un lanceur national et il ne sera plus utilisé par la suite. L'agence spatiale de la Corée du sud, l'Institut coréen de recherche aérospatiale (KARI), lance dès 2012 le développement d'un lanceur à trois étages utilisant des technologies entièrement nationales. Le lanceur nécessite la mise au point de deux nouveaux moteurs-fusées baptisés KRE-075 et KRE-007. La construction du lanceur est planifiée en trois phases[5]. Le projet comprend trois phases[6] :

  • La première phase (2012-2015) porte sur la mise au point du moteur KRE-007 de 7 tonnes de poussée destiné à propulser l'étage supérieur et la construction des bancs d'essais.
  • La deuxième phase (2015-2018) comprend le développement du moteur KRE-075 de 75 tonnes de poussée destiné à propulser les deux premiers étages du lanceur et la réalisation d'un test en vol des deux derniers étages.
  • Enfin la troisième phase (2018-2021) comprend le développement du lanceur complet et la réalisation de deux vols destinés à qualifier la fusée.

La construction du lanceur KSLV-II est confiée à la société aérospatiale sud-coréenne Korea Aerospace Industries. Le développement des moteurs-fusées est pris en charge par Hanwha Aerospace, filiale spécialisée dans les activités de défense du conglomérat sud-coréen Hanwha. La structure des étages du lanceur (réservoirs,...) sont fabriqués principalement par Doowon Heavy Industrial. Les installations au sol sont réalisées par Hyundai Heavy Industries[7],[8].

Premières mises à feu des moteurs-fusées

Début 2016, le moteur-fusée KRE-075 propulsant le premier et le deuxième étage est testé avec succès sur un banc d'essais pendant une durée équivalente à celle de son fonctionnement durant un vol réel. En , le moteur du troisième étage KRE-007 est à son tour testé avec succès sur un banc d'essais. Le test en vol des deux moteurs est programmé fin 2016 mais des problèmes de combustion du KRE-075 et de soudage d'un des réservoirs repousse le vol de 10 mois. Le test du lanceur complet, qui était prévu en décembre 2019, est repoussé à février 2021[9].

Test en vol des deuxième et troisième étages

La fusée KSLV TLV composée des deux derniers étages du KSLV-II sur le pas de tir avant son vol suborbital.

Les deux derniers étages du KSLV-II doivent être testée au cours d'un vol suborbital pour vérifier le fonctionnement des moteurs KRE-075 et KRE-007. La fusée résultante, baptisée KSLV TLV, est haute de 25,8 mètres pour un diamètre de 2,6 mètres et une masse de 52,1 tonnes. Le vol a lieu le . Le premier étage fonctionne pendant 151 secondes afin de simuler le fonctionnement du lanceur complet (140 secondes). La fusée atteint une altitude de 209 km avant de retomber dans l'océan Pacifique au sud-est de l'île de Jeju et à 429 km du centre spatial de sa base de lancement à Naro. Le vol valide la conception des deux moteurs et plus globalement les choix technologiques retenus pour le lanceur[10],[11].

Tests du premier étage complet

Le 28 janvier 2021, le Kari réalise avec succès un premier essai à feu du premier étage complet au centre spatial de Naro. Les quatre moteurs KRE-075 fonctionnent pendant 30 secondes. [12]. Des essais de 100  puis 127 secondes suivent en mars de la même année.

Caractéristiques techniques

Vue de l'intérieur d'un des deux réservoirs du premier étage.
Le moteur KRE-075 de la classe des 75 tonnes qui propulse les premier et deuxième étages du lanceur.

Le lanceur KSLV-II est haut de 47,2 mètres pour un diamètre à la base de 3,5 m. Sa masse au décollage est d'environ 204 tonnes dont 182,5 tonnes d'ergols (56,5 tonnes de kérosène et 126 tonnes d'oxygène liquide). Il comporte trois étages[9],[10],[13] :

Premier étage

Le premier étage a un diamètre de 3,30 mètres et une longueur de 26,12 mètres. Sa masse au décollage est de 147 tonnes dont 131 tonnes d'ergols. Il est propulsé par quatre moteurs-fusées KRE-075 d'une poussée unitaire de 655 kN au niveau de la mer brûlant un mélange de kérosène et d'oxygène liquide. La poussée totale est de 267 tonne au décollage. Le moteur est alimenté par un générateur de gaz et son impulsion spécifique est de 267 secondes au niveau de la mer. Ces moteurs sont alimentés par une turbopompe et ont une impulsion spécifique de 298 secondes. Les moteurs sont orientables à l'aide d'un système hydraulique ce qui leur permet d'agir en roulis, tangage et lacet. La durée de fonctionnement est de 128 secondes[9].

Deuxième étage

Le deuxième étage a une longueur de 10,64 mètres, un diamètre de 2,6 mètres et une masse de 41 tonnes dont 37 tonnes d'ergols. Il est propulsé par un unique moteur-fusée KRE-075 d'une poussée de 789 kN. Le moteur est orientable selon deux axes et agit sur le tangage et lacet. Des propulseurs à gaz froid sont utilisés pour contrôler le roulis. Le moteur-fusée comporte une tuyère rallongée (rapport de section passant de 12 à 35) ce qui permet d'optimiser sa poussée dans le vide portant son impulsion spécifique à 325 secondes. Sa durée de fonctionnement est de 144 secondes[9].

Troisième étage

Le troisième étage est haut de 3,6 mètres pour un diamètre de 2,6 mètres. Sa masse est de 12 tonnes dont 10,8 tonnes d'ergols. Il est propulsé par un moteur-fusée KRE-007 d'une poussée de 68,6 kN (environ 7 tonnes) brûlant un mélange de kérosène et d'oxygène liquide. Ce moteur est alimenté par une turbopompe et son impulsion spécifique est de 325 secondes. Le rapport de section de la tuyère est de 94,5. Le moteur est orientable selon deux axes et agit en tangage et lacet. Des propulseurs à gaz froid sont utilisés pour contrôler le roulis. La durée de fonctionnement est de 502 secondes. [9]. Le moteur du troisième étage ne peut pas être rallumé ce qui diminue la charge utile d'environ 500 kg.

Coiffe

La coiffe a un diamètre de 2,6 mètres pour une longueur de 7 mètres. Sa masse est de 1 tonne[9]. Elle permet de loger un satellite de 2,7 mètres de diamètre et de 4 mètres de haut.

Performances

Le lanceur peut placer une charge utile de 2,6 tonnes sur une orbite basse, de 1,5 tonnes sur une orbite héliosynchrone (600-800 km) et de 550 kilogrammes sur une orbite de transfert géostationnaire[9].

Installations de lancement et de suivi

Article principal : centre spatial de Naro.

La fusée KSLV-II est lancé depuis le centre spatial de Naro. Ce site se trouve dans l'ile Naro (district de Goheung) à l'extrémité sud de la péninsule coréenne et à environ 485 kilomètres de la capitale Séoul. La fusée est assemblée dans un bâtiment proche du pas de tir puis transporté sur une remorque jusqu'au celui-ci. Là il est érigé en position verticale à l'aide de vérins incorporés dans la remorque le long d'une tour ombilicale puis la remorque se place en retrait. La tour ombilicale, qui comprend quatre plateformes mobiles permettant d'accéder aux différents étages de la fusée, comporte des conduites d'ergols ainsi que des câbles électriques et des liaisons informatiques qui sont connectés au lanceur. Le fonctionnement du lanceur est vérifié puis le plein d'ergols et d'hélium est effectué. La séquence de lancement est automatique durant les dix dernières minutes précédant le décollage[14].

Pour les lancements en orbite polaire et héliocentrique, les tirs se font vers le sud qui est dégagé de toute terre. Le plan d'eau est interdit à la navigation au sud du centre sur une distance de 78 kilomètres et une largeur de 28 kilomètres. A terre la zone d'interdiction s'étend jusqu'à 3 kilomètres de la base. Tout survol aérien est interdit sur un périmètre de 95 km de long pour 44 kilomètres de large. Le centre de contrôle du lancement se situe sur la base de Naro. Il dispose d'un radar de poursuite qui permet de suivre le lanceur jusqu'à une distance de 3000 kilomètres et de deux stations de télémesures qui collectent les données de vol transmises par la fusée. Une station installée dans l'archipel de Palaos à l'est de Mindanao (Philippines) prend la relève lorsque la fusée n'est plus à la portée des moyens de suivi de Naro. Elle comprend deux antennes de diamètre 7,3 m et 4,6 m et permet de suivre la séparation de la charge utile et du lanceur. Elle est reliée par fibre optique au centre de contrôle de Naro[15].

Qualification du lanceur

Deux vols sont prévus pour qualifier le lanceur :

Premier vol du lanceur complet (21 octobre 2021)

Vidéo du décollage du lanceur.

Le premier vol du lanceur complet a lieu le 21 octobre 2021. Les responsables du projet estiment la probabilité d'un succès à 30%. La fusée emporte pour ce vol une charge utile fictive de 1,5 tonnes (structure en aluminium et en acier inoxydable). Celle-ci doit être placée sur une orbite héliosynchrone de 700 kilomètres[16]. Les deux premiers étages fonctionnent de manière nominale mais le troisième étage s'éteint au bout de 47 secondes soit 46 secondes trop tôt. La charge utile, qui s'est séparée, comme prévu, du dernier étage à une altitude de 700 kilomètres, n'a toutefois pas une vitesse suffisante pour se maintenir en orbite et retombe sur Terre en se désintégrant dans l'atmosphère. Une commission doit déterminer l'origine de l'anomalie et la corriger avant le deuxième vol de qualification programmé[17].

Déroulement prévu du vol inaugural[9]
Événement Temps Altitude Vitesse
Décollage 0 0,1 km 0 km/s
Franchissement mur du son 0 min 55 sec 7 km 0,3 km/s
Séparation du premier étage 2 min 7 sec 59 km 1,7 km/s
Largage de la coiffe 3 min 53 sec 191 km 3,2 km/s
Séparation du second étage 4 min 34 sec 700 km 4,3 km/s
Extinction du troisième étage 13 min 18 sec 700 km 7,5 km/s
Séparation de la charge utile 16 min 7 sec 700 km 7,5 km/s

Le lanceur, dont la trajectoire est pratiquement plein sud survole l'Océan Pacifique en longeant la côte est des Philippines à plusieurs centaines de kilomètres de distance. Le premier étage retombe dans l'océan à 413 kilomètres de la base de lancement et le deuxième étage à 2800 kilomètres[18].

Deuxième vol de qualification

Le deuxième vol de qualification est programmé pour mai 2022. Il doit emporter un satellite dont la charge utile est constituée d'instruments destinés à vérifier les performances du lanceur[19].

Le développement du lanceur a couté 1,43 milliards € en incluant deux vols de qualification (1967 milliards wons)[20]. Courant 2021 la fabrication et le lancement de quatre autres lanceurs sont budgétés pour un montant de 440 millions €.

Projets d'amélioration du lanceur

Avant même le premier vol du KSLV-II l'agence spatiale sud-coréenne a planifié en juin 2021 plusieurs modifications du lanceur qui doivent permettre d'augmenter ses capacités. Une enveloppe de 1,09 milliards euros est prévue pour cette évolution mais n'avait pas reçu d'accord définitif courant 2021. Cette version, qui est planifiée pour 2026, doit pouvoir faire passer la capacité du lanceur en orbite héliosynchrone de 1,5 à 2,8 tonnes et permettre de lancer un satellite de taille significative sur une orbite géostationnaire ainsi que des sondes spatiales pour étudier le système solaire. Les améliorations envisagées comprennent une version plus puissante du moteur-fusée KRE-075 (KRE-087). L'agence spatiale a par ailleurs commencé à tester depuis 2016 une version du moteur-fusée propulsant le troisième étage utilisant la combustion étagée. Plus de 60 tests sur banc d'essais ont été effectués dont l'un d'une durée de 600 secondes[21].

Références

  1. ↑ Emerging space powers : The new space programs of Asia, the Middle East ans South America - Uran Origins - the road to space, p. 517
  2. ↑ Emerging space powers : The new space programs of Asia, the Middle East ans South America - Uran Origins - the road to space, p. 518-
  3. ↑ Emerging space powers : The new space programs of Asia, the Middle East ans South America - Uran Origins - the road to space, p. 525-527
  4. ↑ (en)« (4th LD)S. Korea successfully launches Naro space rocket », sur Yonhap, (consulté le )
  5. ↑ (en) Jung Min-hee, « Hanwha Techwin to Produce Liquid Rocket Engine for Korea Space Launch Vehicle », sur http://www.businesskorea.co.kr/, (consulté le ).
  6. ↑ (en) Dr. Kyung-Ju Min, « Space Activities in Korea », KARI,
  7. ↑ (en) « S. Korea’s Hanwha Techwin to build liquid fuel engine for KSLV II project », sur Pulsenews,
  8. ↑ (en) « Homegrown KSLV-2 rocket to launch on Oct. 21 », Korea JoongAng Daily,
  9. ↑ a b c d e f g et h (en) N. Brügge, « KSLV-2 », sur Spacerockets (consulté le )
  10. ↑ a et b (en) Patric Blau, « South Korea advances Rocket Engine Development Testing for KSLV-II Rocket », sur spaceflight101,
  11. ↑ (en) Norbert Brügge, « KSR-IV », sur Spacerockets (consulté le ).
  12. ↑ Stefan Barensky, « Le premier étage du KSLV-II en essai à feu », sur Aerospatium, (consulté le )
  13. ↑ 한국형발사체((누리호)) 프레스킷((Press Kit)), p. 4
  14. ↑ 한국형발사체((누리호)) 프레스킷((Press Kit)), p. 7
  15. ↑ 한국형발사체((누리호)) 프레스킷((Press Kit)), p. 13-18
  16. ↑ 한국형발사체((누리호)) 프레스킷((Press Kit)), p. 6
  17. ↑ (en) Stephen Clark, « South Korean rocket fails to reach orbit on inaugural test flight », sur spaceflightnow.com,
  18. ↑ 한국형발사체((누리호)) 프레스킷((Press Kit)), p. 3
  19. ↑ 한국형발사체((누리호)) 프레스킷((Press Kit)), p. 5
  20. ↑ 한국형발사체((누리호)) 프레스킷((Press Kit)), p. 3
  21. ↑ (en) Lee Kanayama, « South Korea’s KSLV-II conducts maiden launch », sur spaceflightnow.com,

Documentation

  • (ko) 한국형발사체((누리호)) 프레스킷((Press Kit)), Kari,‎ , 36 p. (lire en ligne) — Dossier de presse diffusé par l'agence spatiale sud-coréenne pour le lancement inaugural (en coréen).

Voir aussi

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