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DCPS - Conception et évaluation des performances des systèmes

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/DCPS)

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.

Durée du projet : 48 mois à partir du 1er janvier 2004

Figure 2 : transfert orbital par aérofreinage (travaux ONERA/DCPS/SSD)

Figure 2 : transfert orbital par aérofreinage (travaux ONERA/DCPS/SSD)

Figure 3 : distribution de flux de chaleur sur le bouclier thermique, calculée avec la plateforme ATD CHAPCORE (travaux ONERA/DMAE)
Figure 3 : distribution de flux de chaleur sur le bouclier thermique, calculée avec la plateforme ATD CHAPCORE (travaux ONERA/DMAE)

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