S-IC

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S-IC
Ap10-KSC-68C-7912.jpg
L'étage S-IC d'Apollo 10 est hissé dans le VAB pour l'assemblage
Constructeurs Boeing
Pays d'origine Drapeau des États-Unis États-Unis
Fusée Saturn V (1er étage)

Taille

Hauteur 42 m (138 ft)
Diamètre 10 m (33 ft)
Masse 2 280 000 kg (5 030 000 lb)

Infos sur les moteurs

Moteurs 5 moteurs F-1
Poussée 33 400 kN (7 500 000 lbf))
Autonomie 150 secondes
Carburant oxygène liquide/RP-1

Le S-IC était le premier étage du lanceur Saturn V, destiné à envoyer des hommes sur la surface de la Lune. Il a été construit par la compagnie Boeing.

Caractéristiques[modifier | modifier le code]

Comme les premiers étages de la plupart des fusées, la majeure partie de sa masse, de plus de deux mille tonnes au lancement, était dédiée aux ergols alimentant la propulsion de la fusée, en l'espèce d'un carburant RP-1 (un dérivé du kérosène) et d'un comburant, l'oxygène liquide (LOX). Il mesurait 42 mètres de haut et 10 mètres de diamètre, et produisait une poussée de 33 000 kN (environ 3 365 tonnes) pour propulser la fusée pendant les 68 premiers kilomètres de son ascension.

À titre d'exemple, lors de la mission Apollo 11, le premier étage avait une masse totale de 2 278 689 kg, dont 130 422 kg d'étage sec (5,72 %) et 2 145 798 kg d'ergols (94,17 %)[1].

Parmi les cinq moteurs F-1, celui du centre était fixe, tandis que les quatre sur le pourtour extérieur pouvaient être orientés pour contrôler la trajectoire de la fusée pendant son vol. Cette orientation, pouvant atteindre 6 °, était possible car les moteurs étaient installés sur des cardans à deux degrés de mobilité et asservis à des vérins hydrauliques utilisant le RP-1 sous pression pour fonctionner.

Fabrication[modifier | modifier le code]

Boeing a obtenu le contrat pour la fabrication du S-IC le 15 décembre 1961. À cette époque, la conception générale de l'étage avait été décidée par les ingénieurs du Marshall Space Flight Center (MSFC). Le principal lieu de fabrication a été le Michoud Assembly Facility, à la Nouvelle-Orléans. Les essais en soufflerie ont eu lieu à Seattle et l'usinage des outils nécessaires pour construire les étages à Wichita, au Kansas.

MSFC a construit les trois premiers étages de test (S-IC-T, le S-IC-S, et le S-IC-F) et les deux premiers modèles de vol (S-IC-1 et -2). Ils ont été construits en utilisant des outils fabriqués à Wichita.

Il a fallu environ 7 à 9 mois pour construire les réservoirs et 14 mois pour achever un étage. Le premier étage construit par Boeing fut le S-IC-D, un modèle de test.

Composants[modifier | modifier le code]

Vue en coupe du S-IC

La partie la plus lourde et la plus grande du S-IC était la structure de poussée, particulièrement massive, pesant 21 tonnes (à comparer avec la masse à vide totale de 136 tonnes de l'étage entier). Constituée de quatre longerons, reliés par deux poutres assemblées en croix, et de deux cadres circulaires, elle a été conçue pour soutenir la poussée des cinq moteurs et la redistribuer de manière uniforme sur la base de la fusée. Il y avait également quatre ancres qui soutenaient et retenaient la fusée lorsqu'elle développait sa poussée maximale au décollage[2]. Ces pièces, qui permettaient aux moteurs de stabiliser leur combustion avant de laisser s'élever la fusée, sont parmi les plus grandes pièces forgées en aluminium produites aux États-Unis à l'époque. Elles mesuraient 4,3 m de long pour une masse de 816 kg. Les quatre ailerons de stabilisation, placés sur les carénages enveloppant les moteurs périphériques, étaient conçus pour résister à une température de 1 100 °C.

Les étages de Saturn V S-1C-10, S-1C-11, et S-1C-9 au Michoud Assembly Facility

Au-dessus de la structure de poussée se trouvait le réservoir de carburant, contenant 770 000 l de RP-1. Le réservoir lui-même avait une masse de 11 tonnes et pouvait libérer un volume de 7 300 l de carburant par seconde. De l'azote était insufflé dans le réservoir avant le lancement pour brasser le carburant. Au cours du vol, le carburant était pressurisé en utilisant de l'hélium, qui était stocké dans des réservoirs placés à l'intérieur du réservoir d'oxygène liquide positionné au-dessus. Ce dernier était séparé du réservoir de RP-1 par une structure.

Séparation du S-IC d'Apollo 11.

Le réservoir d'oxygène liquide avait une capacité de 1 204 000 l et avait soulevé des questions particulières pour le concepteur. Les conduits par lesquels le LOX passait vers les moteurs devaient être droits et devaient donc passer par le réservoir de carburant. Cela signifiait qu'il fallait isoler ces conduits dans un tunnel, pour arrêter la congélation du carburant à l'extérieur, et signifiait également la création de cinq trous supplémentaires dans le haut du réservoir de carburant.

Deux rétrofusées à carburant solide étaient situées à l'intérieur de chacun des quatre carénages coniques des moteurs périphériques. À la séparation du S-IC, les huit rétrofusées étaient mises à feu, soufflant les parties amovibles des carénages avant des ailerons, et éloignant le S-IC du reste du lanceur, alors que les moteurs du deuxième étage S-II étaient allumés.

Fonctionnement au cours d'une mission[modifier | modifier le code]

Le premier étage fonctionne durant 150 s (2 min 30 s) en brûlant 2 000 tonnes d'ergols. Lorsque le second étage prend le relais, la fusée se trouve à une altitude de 61 km et sa vitesse est de 8 600 km/h.

La séquence d'allumage du 1er étage débute 8,9 s avant le lancement proprement dit. Le moteur F-1 central s'allume en premier, suivi par les deux paires de moteurs symétriques, avec un décalage de 300 ms entre chaque paire pour réduire les efforts mécaniques appliqués sur la fusée. Une fois que les ordinateurs ont confirmé que les moteurs ont atteint leur poussée maximale, la fusée est relâchée en douceur en deux étapes : les bras qui maintiennent la fusée se déverrouillent pour la libérer puis, tandis que le lanceur commence à s'élever au-dessus du sol, des fixations métalliques accrochées à travers des fentes à la fusée se déforment progressivement jusqu'à relâcher complètement le lanceur[3]. Cette phase du lancement dure une demi-seconde. Lorsque la fusée est complètement relâchée, le lancement ne peut plus être interrompu, même si un moteur a un fonctionnement défectueux. Il faut environ 12 s à la fusée pour s’élever au-dessus de la tour de lancement. Une fois que celle-ci est dépassée, le lanceur Saturn V pivote pour s'éloigner suffisamment de la zone de tir en cas de vents contraires ou de panne moteur.

Par précaution, les quatre moteurs périphériques sont inclinés vers l’extérieur, de manière à ce que si un moteur venait à s'arrêter, la poussée des moteurs restants soit dirigée vers le centre de gravité de la fusée. Saturn V accélère rapidement, atteignant la vitesse de 500 m/s à 2 km d'altitude. La priorité de la phase préliminaire du vol est de prendre de l'altitude, le critère de vitesse venant plus tard. 135,5 secondes après le décollage, le moteur central s’éteint pour réduire les contraintes structurelles sur la fusée liés à l’accélération. En effet cette dernière s'accroît au fur et à mesure que la fusée brûle ses ergols et s'allège. Or la poussée du moteur F-1 n'était pas modulable. 600 millisecondes après l'extinction du moteur, alors que la fusée a atteint une altitude de 62 km le premier étage se sépare du lanceur. Il est ralenti dans sa course par huit petites rétrofusées à poudre, qui lui empêchent, alors qu'il est toujours propulsé, de télescoper le second étage qui n'avance plus que sur son inertie. Juste avant ce largage, l'équipage subit sa plus forte accélération, 4 g (soit 39 m/s²). Après sa séparation, le premier étage poursuit sa trajectoire ascendante jusqu'à une altitude de 110 km. En effet, les quatre moteurs F-1 périphériques continuent à fonctionner jusqu'à l’épuisement d'un des deux ergols, mesuré par des capteurs placés dans les systèmes d'alimentation situés dans les réservoirs. Puis le premier étage retombe dans l'océan Atlantique, à environ 560 km du pas de tir.

Étages construits[modifier | modifier le code]

Numéro de série Utilisation Date de lancement Localisation actuelle Notes
S-IC-T tir d'essai statique partie de Saturn V montrée au Kennedy Space Center
S-IC-S tests de charge structurelle (n'avait pas de moteur) emplacement inconnu (la dernière fois au MSFC)
S-IC-F installations d'essai pour le contrôle du complexe de lancement, des bâtiments d'assemblage de lancement et des équipements de lancement emplacement inconnu
S-IC-D modèle d'essais au sol dynamiques U.S. Space & Rocket Center, Huntsville (Alabama)
S-IC-1 Apollo 4 9 novembre 1967 Fabriqué par le MSFC
S-IC-2 Apollo 6 4 avril 1968 Fabriqué par le MSFC; portait des caméras sur la jupe avant
S-IC-3 Apollo 8 21 décembre 1968 30° 12′ N 74° 07′ O / 30.2, -74.117 Fabriqué par Boeing (comme pour tous les étages ultérieurs); moins lourd que les précédents pour permettre 36 kg supplémentaires de charge utile
S-IC-4 Apollo 9 3 mars 1969 30° 11′ N 74° 14′ O / 30.183, -74.233
S-IC-5 Apollo 10 18 mai 1969 30° 11′ N 74° 12′ O / 30.183, -74.2 Dernier vol pour S-IC R&D Instrumentation
S-IC-6 Apollo 11 16 juillet 1969 30° 13′ N 74° 02′ O / 30.217, -74.033
S-IC-7 Apollo 12 14 novembre 1969 30° 16′ N 74° 54′ O / 30.267, -74.9
S-IC-8 Apollo 13 11 avril 1970 30° 11′ N 74° 04′ O / 30.183, -74.067
S-IC-9 Apollo 14 31 janvier 1971 29° 50′ N 74° 03′ O / 29.83, -74.05
S-IC-10 Apollo 15 26 juillet 1971 29° 42′ N 73° 39′ O / 29.7, -73.65
S-IC-11 Apollo 16 16 avril 1972 30° 12′ N 74° 09′ O / 30.2, -74.15
S-IC-12 Apollo 17 7 décembre 1972 28° 13′ N 73° 53′ O / 28.217, -73.883
S-IC-13 Skylab 1 14 mai 1973 Arrêt du moteur changé en 1-2-2 du 1-4 afin de réduire les charges sur l'Apollo Telescope Mount
S-IC-14 Inutilisé Saturn V exposée au Johnson Space Center Prévu pour Apollo 18/19
S-IC-15 Inutilisé Centre d'assemblage Michoud Assembly Facility Désigné, mais jamais utilisé comme lanceur pour un Skylab B

Références[modifier | modifier le code]

  1. (en) « Ground ignition weights » (consulté le 26 juillet 2014)
  2. (en) [vidéo] Apollo 11 Saturn V launch camera E-8 sur YouTube
  3. Forum de www.unmannedspaceflight.com/, version site web du 17 janvier 2007.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]