Prospective et synthèse
Centor
Concepts d'ENgins de Transfert Orbital Réutilisables
Figure 1 : vue CAO écorchée d’un véhicule aéroassisté inspiré de l’AOTV NASA/JSC (travaux ONERA/DPRS)
L’objectif global de ce projet de recherche fédérateur Onera est
d’étudier l’intérêt et les performances
de véhicules de transfert orbital capables d'effectuer une ou
plusieurs missions avec un trajet retour entre une orbite basse et
d’autres orbites (à la différence des étages
de transfert consommables utilisés actuellement, qui ne font
qu’un "aller simple"). Un objectif secondaire est
l’expérimentation de techniques de conception
pluridisciplinaire (MDO-Multidisciplinary Design Optimization) pour une
application spatiale.
Ce type de véhicule présente un intérêt dans
le cadre d’un système de lancement, puisqu’il
permettrait :
- d’introduire un niveau de réutilisation
supplémentaire dans le système par rapport aux lanceurs
"consommables"
- de compléter les capacités de mise à poste
possibles avec les systèmes existants (par exemple, changement
de plan de petits satellites à faible capacité
manœuvrante, ou sauvetage d’une mise à poste dont la
phase finale a échoué
- de faire revenir le satellite d’une orbite
élevée vers une orbite basse (ce service étant le
complément naturel de la mise à poste) à des fins
de réparation, retour sur Terre (au moyen d’un
véhicule de type Shuttle) ou désorbitation (cf.
problème des débris spatiaux)
Ce type de véhicule ouvre par ailleurs la voie à toutes
les applications civiles ou militaires d’intervention in
situ : réparation et réapprovisionnement en orbite
(on-orbit servicing), inspection,…
Le PRF doit aboutir à la définition de 2 à 4
concepts de véhicules optimisés pour une certaine
catégorie de missions, les disciplines mises en jeu
étant :
- L’analyse de mission.
- L’aménagement du véhicule et le
dimensionnement des différents sous-systèmes.
- Le choix et le dimensionnement du système propulsif.
- Le contrôle thermique (en rapport en particulier avec
l’aéroassistance et la propulsion cryotechnique).
- L’aérothermodynamique (cf. aéroassistance).
- Les matériaux haute température (protections
thermiques pour l’aéroassistance).
- Le guidage/pilotage.
- L’impact de l’environnement spatial.
Ces travaux sont organisés en deux
"axes" :
- Axe "générique" : travaux destinés à
développer les connaissances et le savoir-faire dans les
différentes disciplines nécessaires au projet
(développement d’outils, base de données,
bibliographie)
- Axe "applicatif" : étude concrète (et
pluridisciplinaire) de concepts de véhicules
Les deux axes de travaux sont présents durant l’ensemble
du projet, suivant une proportion évolutive, afin
d’assurer une progression entre le développement des
compétences nécessaires au sujet (accent mis sur le 1er
axe) et les travaux de conception pluridisciplinaires vers lequel doit
tendre le projet (accent mis sur le 2ème axe). La
première année du projet (2004) a consisté
principalement en une "prise en main" du sujet,
avec une forte proportion de travaux
"génériques" (outils,
modèles, bibliographie). L’axe
"applicatif" n’incluait pas de travaux de
conception proprement dits, mais l’étude (ou
"restitution") d’un concept d’OTV
réutilisable extrait de la littérature,
intéressant par les technologies employés : le
véhicule aéroassisté AOTV étudié par
la NASA/JSC dans les années 1980.
En deuxième année (2005), les travaux
génériques sont poursuivis dans toutes les disciplines et
l’axe "applicatif" prend plus
d’ampleur avec l’étude de étudie 9 variantes
de concepts de véhicules sur une mission donnée, en
utilisant un niveau de modélisation relativement grossier. En
troisième année (2006), cette approche sera poursuivie et
conduira à des premiers choix
"système" qui détermineront (et
limiteront) le domaine dans lequel le "vrai"
travail de conception pluridisciplinaire interviendra
jusqu’à la fin du projet.
Départements concernés par ce projet de recherche
fédérateur :
- Branche Traitement de l’Information et Systèmes
(TIS)
- Département PRospective et Synthèse (DPRS)
- Département Commande des Systèmes et Dynamique du
vol (DCSD)
- Branche Mécanique des Fluides et Energétique (MFE)
- Département Modèles pour
l’Aérodynamique et l’Energétique (DMAE)
- Département Energétique Fondamentale et
Appliquée (DEFA)
- Branche Physique (PHY)
- Département Environnement SPatial (DESP)
- Branche Matériaux et Structures(MAS)
- Département Matériaux et Structures Composites
(DMSC)
Durée du projet : 48 mois à partir du 1er janvier 2004
Figure 2 : transfert orbital par aérofreinage (travaux ONERA/DPRS/SSD)
Figure 3 : distribution de flux de chaleur sur le bouclier thermique, calculée avec la plateforme ATD CHAPCORE (travaux ONERA/DMAE)
