Réservoir externe de la navette spatiale américaine

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Un réservoir externe est amené vers le Vehicle Assembly Building, au centre spatial Kennedy (Floride, États-Unis)
Assemblage d'un réservoir externe au centre d'assemblage Michoud de La Nouvelle-Orléans

Le réservoir externe (external tank en anglais) est un des trois composants de la navette spatiale américaine. Attaché à l'orbiteur, il alimente les trois moteurs principaux SSME de celui-ci en hydrogène liquide (le carburant) et oxygène liquide (le comburant) au cours de l'ascension du vaisseau. Ce réservoir comprend trois parties, le réservoir d'oxygène liquide à l'avant, la jupe inter-étage et le réservoir d'hydrogène liquide à l'arrière. C'est le seul élément de la navette qui n'est pas réutilisé puisqu'il est détruit au cours de sa chute dans l'atmosphère.

Genèse du réservoir externe[modifier | modifier le code]

Le réservoir externe constitue un des trois composants de la navette spatiale américaine. Fin 1970, alors que celle-ci est encore en phase de définition, la NASA commande aux sociétés Boeing et Gruman une étude pour comparer des navettes ayant recours à un réservoir d'hydrogène externe et interne. Le problème est beaucoup plus aigu pour l'hydrogène liquide que pour l'oxygène liquide car il occupe beaucoup plus de place. Les conclusions sont très favorables au réservoir externe moins coûteux et plus sûr. Le principe d'un stockage des deux ergols dans un réservoir externe est adopté. Par ailleurs pour limiter le cout de développement la NASA décide que ce réservoir ne sera pas réutilisable contrairement aux deux autres composants de la navette : l'orbiteur et les propulseurs d'appoint.

Caractéristiques[modifier | modifier le code]

Le réservoir externe est une structure cylindrique réalisée en alliage d'aluminium avec un nez conique qui mesure 46,88 mètres de long pour 8,40 mètres de diamètre[1]. Il comporte 138 pièces ventilé en trois sous-ensembles : le réservoir d'oxygène liquide, le réservoir d'hydrogène liquide et la jupe inter-étages qui sépare les deux réservoirs.

Schéma d'un réservoir externe.

Réservoir d'oxygène liquide[modifier | modifier le code]

Le réservoir externe dans le VAB avant son assemblage avec l'orbiteur et les propulseurs externes.
Des techniciens travaillent sur la vanne permettant d'évacuer l'hydrogène gazeux au-delà d'une certaine pression durant la phase de remplissage du réservoir sur le pas de tir.
Gros plan sur les conduites d'alimentation et le système de fixation entre le réservoir externe et l'orbiteur

Le réservoir d'oxygène est une structure monocoque en alliage d'aluminium. Il alimente via une conduite de 42,5 cm de diamètre, qui court à l'extérieur du réservoir d'hydrogène, les moteurs SSME de l'orbiteur par l'intermédiaire d'une prise ombilicale, située au bas du réservoir d'hydrogène, à droite, qui permet de déverser 1 114 kg d'oxygène par seconde aux moteurs SSME. Cette partie du réservoir située à l'avant de l'ensemble formé par la navette spatiale a une forme aérodynamique afin de limiter la traînée et l'échauffement au cours de l'ascension. L'oxygène liquide occupe un volume de 553 m³ qui mesure 8,40 m de diamètre pour 16,64 m de long et pèse 45 400 kg à vide. Rempli avec 549 407 litres d'oxygène liquide, il pèse 625 650 kg.

La jupe inter-étage[modifier | modifier le code]

La jupe inter-étage (intertank en anglais) est un compartiment non pressurisé situé, comme son nom l'indique, entre le réservoir d'oxygène liquide et le réservoir d'hydrogène liquide. Il abrite l'instrumentation et comporte en outre les points d'attache supérieur des deux boosters. La jupe inter-étage mesure 6,86 mètres de long, 8,40 mètres de diamètre et pèse 5 445 kg.

Réservoir d'hydrogène liquide[modifier | modifier le code]

Comme pour le réservoir d'oxygène, le réservoir d'hydrogène est une structure semi-monocoque en alliage d'aluminium. Le compartiment contenant l'hydrogène liquide est situé à la base du réservoir externe. La prise du réservoir d'hydrogène permet d'alimenter les moteurs SSME à raison de 179 039 litres par minute. Le réservoir d'hydrogène mesure 29,47 mètres de long pour 8,4 mètres de diamètre, pèse 13 050 kg à vide et offre un volume de 1 514,5 m³. Rempli avec 1 476 836 litres d'hydrogène liquide, il pèse 104 308 kg.

Isolation thermique[modifier | modifier le code]

Les contenus du réservoir, LOX (Oxygène Liquide) et LH2 Hydrogène liquide sont respectivement à des températures de −183 °C et de −253 °C, le contenant étant principalement en aluminium, il convient de l'isoler pendant la phase pré-lancement. Il est donc recouvert d'une couche de mousse dite ablative, car elle se désagrège au départ de l'engin. Cette isolation est censée éviter le réchauffement du carburant, en conjonction avec d'autres dispositifs, mais aussi la formation de glace sur le réservoir. Cette glace pourrait alourdir la navette, mais aussi, être dangereuse en se détachant. Or ce sont les blocs de mousse qui en brisant des tuiles ont provoqué l'accident de Columbia. Le dispositif a subi de nombreuses modifications, mais il reste un sujet de préoccupation pour la NASA. Pour les missions STS-1 et STS-2 l'isolation thermique du réservoir externe étaient recouverte d'une peinture blanche ignifuge. À partir de STS-3 cette peinture n'est plus appliquée ce qui permit de réduire la masse du réservoir de 272 kilos et de réduire de manière marginale le coût de fabrication[2].

Les différentes versions[modifier | modifier le code]

Plusieurs versions du réservoir externe ont été fabriquées afin de gagner du poids et permettre à la navette spatiale d'augmenter sa capacité d'emport[3] :

  • La version d'origine dite stantard (Standard Weight Tank ou SWT) est utilisée pour six des premières missions (STS-1 à STS-7 STS-6 exclus). Elle est légèrement modifiée en cours de fabrication : à partir de la version STS-3 la peinture blanche ignifuge n'est plus appliquée tandis que le deuxième conduit d'alimentation du réservoir d'oxygène est supprimé. Lors de son dernier vol cette version du réservoir pèse 35 tonnes à vide.
  • La première version allégée (Lightweight Tank ou LT) est mise en service pour la première fois au cours de la mission STS-6. La masse à vide a été réduite de 5 tonnes grâce à différentes modifications : le nombre de raidisseurs a été réduit, l'épaisseur de certaines parois a été diminuée en utilisant un nouveau processus d'usinage, un alliage de titane (moins couteux) remplace l'alliage d'aluminium/cuivre utilisé jusque là et les fixations qui solidarisent le réservoir externe et les propulseurs d'appoint sont allégés.
  • Une nouvelle version encore plus allégée (Super Lightweight Tank ou SLWT) apparait en 1998 à partir de de la mission STS-91. La principale modification porte sur l'alliage utilisé : le SLWT utilise un alliage aluminium-lithium qui permet d'abaisser la masse du réservoir de 3 175 kg. Cette version a permis d'obtenir 50 % de l'accroissement de charge utile rendue nécessaire pour l'assemblage de la Station spatiale internationale.

Fabrication[modifier | modifier le code]

Mise en œuvre[modifier | modifier le code]

Lors de son ascension de la navette spatiale, la séparation entre le réservoir externe et l'orbiteur intervient juste avant que ce dernier ait atteint une vitesse suffisante pour se placer en orbite. Le réservoir externe ne se satellise donc pas et entame sa chute immédiatement après avoir effectué un vol suborbital. Cette trajectoire permet d'être certain que le réservoir retombe dans l'Océan Atlantique, loin de toute zone habitée. La navette utilise ses moteurs auxiliaires pour achever la mise en orbite. Au moment de la séparation entre le réservoir et la navette, la valve à l'avant du réservoir LOX est ouverte produisant une petite poussée nécessaire à son éloignement de l'Orbiter ainsi qu'à sa retombée. Il y a huit sondes d'épuisement sur le réservoir, quatre dans chaque réservoir, localisées au fond pour le réservoir LH2 et sur la ligne d'alimentation avant sur le réservoir LOX.

Les projets de réutilisation[modifier | modifier le code]

Le Shuttle-C était une proposition de la NASA de transformer l'ensemble navette spatiale en un lanceur sans pilote dédié à la cargaison. Ceci en réutilisant entre autres le réservoir externe de la navette spatiale.

Galerie[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

Sources[modifier | modifier le code]

  • (en) Dennis R. Jenkins, Space Shuttle: The History of the National Space Transportation System the first 100 missions, Midland Publishing,‎ 2006 (ISBN 978-1857801163)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]