Dream Chaser

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Dream Chaser
Cargo spatial
Description de cette image, également commentée ci-après
Campagne de tests en août 2013.
Fiche d'identité
Organisation Drapeau : États-Unis NASA
Constructeur Drapeau : États-Unis Sierra Nevada
Type de vaisseau Cargo spatial
Lanceur Vulcan/Atlas V
Premier vol vers 2021
Statut En développement
Caractéristiques
Hauteur 9 m
13,5 m. (avec module cargo)
Diamètre 7,2 m
5 mètres (aile repliées)
Masse totale ~20 tonnes
Source énergie Panneaux solaires
Atterrissage Piste de 3000 x 45 m.
Performances
Destination Station spatiale internationale
Fret total 5,5 t.
Fret pressurisé 5 t.
Fret non pressurisé 1,5 tonnes
Retour de fret 1,75 tonnes
Volume pressurisé 15,3 m³ (avec module cargo)
Volume non pressurisé 7,2 m³
Delta-V 270 m/s
Autonomie 2 à 3 semaines
Puissance électrique 1 500 watts
Maquette du HL-20 réalisée en 1992 par la NASA dont s'inspire le Dream Chaser.
Un exemplaire de Dream Chaser utilisé pour les tests en juillet 2013 (vue de l'arrière).
Un véhicule de test de rentrée atmosphérique du Dream Chaser en cours de fabrication en 2011.
La maquette de la version qui doit effectuer son premier vol en 2021 avec le module cargo fixé à l'arrière.

Dream Chaser (en anglais chasseur de rêve) est un cargo spatial développé par la société Sierra Nevada pour transporter du fret jusqu'à la Station spatiale internationale. D'une masse d'environ 20 tonnes au lancement pour une longueur de 9 mètres ce cargo spatial réutilisable peut emporter 5,5 tonnes de fret et ramener sur Terre environ 1,75 tonnes. Le Dream Chaser est une navette spatiale de type corps portant fortement inspirée du HL-20 qui est un prototype développé par la NASA à la fin des années 1980. Il décolle verticalement au sommet d'un lanceur classique et atterrit comme la navette spatiale américaine sur une piste d'atterrissage. La navette spatiale doit assurer 6 missions de ravitaillement de la Station spatiale internationale. Son premier vol est planifié fin 2021. Il doit être placé en orbite par un lanceur Vulcan qui effectue ses débuts à la même époque.

Le projet Dream Chaser débute en 2004. Il est développé pour répondre à l'appel d'offres COTS de la NASA portant sur le ravitaillement de la Station spatiale internationale. Il n'est pas retenu mais en février 2010, il est sélectionné pour la première phase du programme Commercial Crew Development (CCDev) de la NASA dont l'objectif est d'assurer la relève des équipages de la Station spatiale internationale. Mais une fois de plus il n'est pas retenu. Il est finalement sélectionné début 2016, dans le cadre du deuxième contrat passé par la NASA pour le ravitaillement de la Station spatiale internationale (CRS 2).

Les précurseurs[modifier | modifier le code]

La navette spatiale soviétique BOR-4[modifier | modifier le code]

Dream Chaser reprend une architecture dérivée du corps portant HL-20 développé durant 7 ans par la NASA à la fin des années 1980. A cette époque les ingénieurs soviétiques développent une mini-navette spatiale, de type corps portant, baptisée BOR-4. Ils lancent dans l'espace avec succès un prototype à échelle réduite à quatre reprises entre 1982 et 1984. À compter de 1983 les ingénieurs du centre de recherche Langley de la NASA réalisent des maquettes sur la base des photos du BOR-4 et testent celles-ci dans leurs souffleries. Le modèle s'avère très stable dans toutes les conditions de vol rencontrées, de la vitesse subsonique à Mach 20 avec une charge thermique réduite durant la rentrée atmosphérique et une capacité de déport de 2 040 km par rapport à l'axe de descente. Des modifications sont apportées à la conception initiale pour améliorer l'aérodynamique à basse vitesse avec l'aide des ingénieurs qui ont travaillé dans les années 1960 sur le corps portant HL-10 de Northrop[1], et qui à l'époque est testé durant 1 200 heures en soufflerie[2].

L'ancêtre du Dream Chaser : le HL-20[modifier | modifier le code]

Article principal : HL-20 Personnel Launch System.

L'accident de la navette spatiale Challenger en 1986 met en évidence la nécessité pour les astronautes de la future Station spatiale internationale de disposer d'un engin de remplacement leur permettant de retourner sur Terre en cas d'indisponibilité des navettes. Fin 1986 le centre Langley étudie le développement d'une mini-navette HL-20 (Horizontal Landing 20) à partir du dessin du BOR-4 soviétique. Le vaisseau HL-20 est conçu pour ramener un équipage de 8 personnes sur Terre. Son coût de mise en œuvre est peu élevé, le coefficient de sûreté est important elle peut atterrir sur des pistes d'atterrissage aux caractéristiques standard. Une maquette à l'échelle 1 est utilisée pour effectuer des tests d'habilité et plusieurs sociétés aérospatiales américaines réalisent des études d'industrialisation. Mais le projet est arrêté en 1993 à la suite de la décision américaine de développer la Station spatiale internationale avec la Russie. Dans cette nouvelle configuration le vaisseau Soyouz va jouer le rôle de vaisseau de secours[1]. Le Dream Chaser développé par Sierra Nevada pour répondre aux besoins de la NASA reprend les plans du HL-20 en les adaptant aux besoins (transport de fret pour le ravitaillement de la Station spatiale internationale.

Architecture technique[modifier | modifier le code]

Le Dream Chaser décolle verticalement au sommet d'un lanceur et atterrit comme un planeur. Grâce à ses formes, propres à tout corps portant, il dispose d'une portance importante qui joue un rôle central dans la manière dont il revient sur Terre. Lors de la rentrée atmosphérique, un véhicule spatial classique subit une décélération très forte (3 à 4 g mais éventuellement beaucoup plus) alors que la mini-navette peut limiter cette décélération à 1,5 g. Sa portance lui permet de se poser comme un planeur sur une piste d'aéroport. Contrairement à la navette spatiale américaine, une piste de longueur standard peut être utilisée. Enfin il dispose de la capacité de se déporter de 1 500 km durant son retour sur Terre pour rejoindre éventuellement un aéroport différent si celui visé initialement est indisponible pour des raisons météorologiques. Le vaisseau peut être lancé au moins 15 fois et 90 % de ses composants sont réutilisables.

Caractéristiques techniques détaillées[modifier | modifier le code]

Le Dream Chaser est composé de la navette spatiale proprement dit, fortement inspirée du HL-20, et d'un module cargo de forme conique fixé à son extrémité arrière qui est utilisé principalement pour stocker du fret et qui est largué et détruit au moment du retour sur Terre. La navette spatiale, dont la masse à vide est d'environ 9 tonnes, a une longueur d'environ 9 mètres pour une envergure d'environ 7 mètres. Cette envergure n'est que de 5 mètres dans sa configuration de lancement avec les extrémités d'aile repliées pour tenir sous la coiffe du lanceur).

Propulsion[modifier | modifier le code]

Le Dream Chaser dispose d'une propulsion lui permettant de modifier son orbite et de contrôler son attitude. Le delta-V total est de 270 m/s pour les changements d'orbite et de propulseurs utilisant des ergols hypergoliques pour le contrôle d'attitude. Dans la proposition initiale à la NASA, le Dream Chaser utilise une propulsion hybride pour les changements d'orbite

Énergie[modifier | modifier le code]

L'énergie est fournie par des panneaux solaires orientables fixés de part et d'autre du module cargo. Ceux-ci permettent de fournir jusqu'à 1 500 watts dont 750 peuvent être utilisés pour alimenter la charge utile[3].

Régulation thermique[modifier | modifier le code]

La température de la navette spatiale est maintenue dans une fourchette donnée par un système de régulation thermique actif ACTS comprenant deux circuits indépendants dans lequel circule un mélange d'eau et de propylène glycol qui traverse les principales sources de chaleur. Six radiateurs d'une superficie totale de 10,7 m² fixés à la surface du module cargo et exposés dans l'espace sont chargés d'évacuer les calories transportées par le circuit de refroidissement. Ils permettent de dissiper entre 610 et 1 142 watts[4]

Amarrage[modifier | modifier le code]

Le Dream Chaser ne dispose pas de sas mais d'une simple écoutille placée à l'arrière du module cargo. Après une phase d'approche, le vaisseau est saisie par le bras télécommandé de la Station spatiale internationale et amarré à une des écoutilles de la Station spatiale.

Charge utile[modifier | modifier le code]

Dream Chaser peut transporter jusqu'à la Station spatiale au maximum 5,5 tonnes de fret. Celui-ci peut comprendre jusqu'à 5 tonnes de fret pressurisé, c'est-à-dire placé dans la partie pressurisée du vaisseau communiquant avec l'intérieur de la Station spatiale après l'amarrage, et 1,5 tonnes de fret non pressurisé à destination des parties extérieures de la Station spatiale (pièces de rechange des appareils, expériences scientifiques exposées dans l'espace). La partie pressurisée a un volume total (avec le module cargo) de 15,3 m³. Le fret non pressurisé est réparti entre trois casiers fixés sur les côtés du module cargo dont le volume cumulé est de 7,2 m³. Lors du retour sur Terre, le vaisseau peut ramener 1,75 tonnes de fret dans la partie pressurisée de la navette (résultats d'expériences, combinaison spatiale réparer, expérience scientifique, etc...). Le module cargo, qui est détruit durant la rentrée atmosphérique, peut être chargé avec 3,25 tonnes de déchets dans la partie pressurisée et 1,5 tonnes de déchets dans la partie non pressurisée. La soute peut contenir 1,75 tonnes de fret auxquels s'ajoutent 500 kg de fret externe. Les déchets de la Station spatiale sont stockés dans le module externe pour être détruits durant la rentrée. Enfin le Dream Chaser peut ramener au sol jusqu'à 1,75 tonnes de fret[3].

Comparaison des versions passager et cargo[modifier | modifier le code]

Une première version du Dream Chaser est proposée à la NASA pour assurer la relève des équipages. La version finalement retenue est utilisée pour transporter du fret. Les principales différences entre les deux versions sont présentées dans le tableau ci-dessous.

Différences entre les versions passager et cargo[5]
Caractéristique Version passager Version cargo
(version retenue par la NASA)
Lancement Pas de coiffe pour permettre l'éjection Coiffe
Ailes Ailes non repliables Ailes repliables
Module externe Module cargo supplémentaire permettant d'ajouter du fret
Propulsion Propulsion principale pour permettre l'éjection
et des manœuvres orbitales importantes
Charge utile 7 passagers + fret 5 tonnes de fret pressurisé et 500 kg non pressurisé
1,75 tonnes fret ramené au sol
Type de fret Fret pressurisé aller / retour Fret pressurisé aller/retour
Fret non pressurisé aller
Déchets détruits au retour
Aménagements Hublots
Sièges
Équipements Système de support de vie
Système de contrôle environnemental
Panneaux solaires sur le module externe

Lancement[modifier | modifier le code]

Un Dream Chaser au sommet d'un lanceur Atlas V (vue d'artiste).

Le vaisseau Dream Chaser est placé en orbite par un lanceur Vulcan de United Launch Alliance qui décolle depuis Cap Canaveral. Si ce lanceur en cours de développement n'est pas disponible, un lanceur Atlas V est utilisée[6],[7].

Historique[modifier | modifier le code]

Première proposition pour le programme COTS[modifier | modifier le code]

En 2006, la NASA lance l'appel d'offres COTS destiné à sous-traiter à l'industrie spatiale privée une partie du ravitaillement de la Station spatiale internationale afin de compenser le retrait de la navette spatiale américaine programmé pour fin 2010. La société SpaceDev propose un véhicule spatial de type corps portant baptisé Dream Chaser dérivé du HL-20 développé durant 7 ans par la NASA à la fin des années 1980 et qui à l'époque est testé durant 1 200 heures en soufflerie. SpaceDev, qui emploie à l'époque quelques dizaines de personnes, est créée en 1997 par Jim Benson (en) et reprend en 1999 toutes les licences dans le domaine de la propulsion hybride détenues par la société American Rocket Company (en) qui a fait faillite en 1996. SpaceDev développe le micro satellite CHIPSat et fournit le propulseur hybride de SpaceShipOne. Le Dream Chaser est sélectionné pour la première phase du programme COTS mais est éliminé au tour suivant.

Rachat de SpaceDev par Sierra Nevada Corporation[modifier | modifier le code]

Jim Benson (en) décide en 2006 de quitter la société pour développer le Dream Chaser et le proposer pour des vols suborbitaux en le motorisant avec une propulsion hybride développée par SpaceDev[8] mais il décède en 2008. Parallèlement, en 2007, SpaceDev signe un accord de partenariat avec United Launch Alliance pour que le Dream Chaser puisse être lancé par un lanceur Atlas V[9]. À la suite du décès de Benson, SpaceDev est rachetée en décembre 2008 par le fabricant d'électronique militaire Sierra Nevada Corporation (SNC) qui emploie près de 3 000 personnes et qui est implantée à Denver dans le Colorado[10]. SpaceDev change son nom en Sierra Nevada Corporation's Space Systems en 2009.

Le programme CCDeV de la NASA[modifier | modifier le code]

Depuis le retrait, pour des raisons de sécurité, de la navette spatiale américaine en juillet 2011, la relève des équipages de la Station spatiale internationale est uniquement assurée par les vaisseaux russes Soyouz. Cette situation place l'agence spatiale américaine dans une situation de dépendance vis-à-vis de l'agence spatiale russe mal supportée et coûteuse (426 millions $ pour le transport des astronautes américains au titre de l'année 2016 et du premier semestre 2017[11]). La NASA décide de confier au secteur privé le développement d'un nouveau véhicule spatial dont le rôle est d'assurer la relève des astronautes américains séjournant à bord de la Station spatiale. Elle lance à cet effet le programme CCDeV dont l'objectif est de financer les premiers développements de plusieurs propositions de sélectionner le meilleur candidat.

Sélection du Dream Chaser[modifier | modifier le code]

SNC fait partie des sociétés qui répondent à l'appel d'offres du programme CCDeV en proposant d'utiliser son Dream Chaser pour le transport d'astronautes. Le 1er février 2010, le Dream Chaser est sélectionné par la NASA pour la première phase du programme[12]. SNC reçoit 20 millions de dollars américains pour fournir une étude détaillée. Il est opposé durant cette phase au projet plus classique proposé par la société Boeing associé à Bigelow Aerospace : la capsule CST-100 Starliner. En avril 2011, elle reçoit 80 millions de dollars pour continuer à développer ce projet[13].

Développement du projet[modifier | modifier le code]

En août 2012, le projet Dream Chaser est sélectionné pour faire partie de la phase 3 du programme Commercial Crew Development (CCDev)[14].

En mai 2013, la Sierra Nevada Corporation Space Systems franchit deux nouvelles étapes importantes dans le cadre du CCiCap (Commercial Crew Integrated Capability) de la NASA. Le premier est le « Program Implementation Review » soit l'examen de la mise en œuvre du programme, en fournissant à la NASA les plans détaillés pour faire avancer le Dream Chaser pour le transport d'équipage. La SNC a également remis son analyse de fiabilité et de sécurité sur les systèmes intégrés des principaux composants du vaisseau et le lanceur Atlas 5 de United Launch Alliance [15].

Premiers tests en vol[modifier | modifier le code]

En juillet 2013, le Dream Chaser baptisé « Eagle », fraîchement arrivé au centre de recherche Dryden commence plusieurs séries de tests de roulage[16] de 10 à 100 kilomètres à l'heure via un véhicule de tractage et de remorquage spécialement adapté. La navette Enterprise connaît le même dénouement en 1977 pour la phase ALT (tests d'approche et d'atterrissage de la navette spatiale) réalisée là aussi au centre de recherche Edwards de la NASA.

Ces tests sont les prémices du premier vol libre qui a lieu le . Largué d'un hélicoptère à 4 000 m d'altitude pour effectuer un vol plané le prototype s'écrase sur la piste d’atterrissage de la base aérienne Edwards en raison d'une défaillance de son train d'atterrissage[17].

Le 10 janvier 2014, l'agence spatiale européenne entre dans le projet en signant un accord prévoyant l'identification de technologies européennes susceptibles d'être adaptées au Dream Chaser, ainsi qu'une série d'études sur des missions habitées au-delà de la Station spatiale internationale et la possibilité de créer un consortium industriel comprenant des partenaires européens afin d'utiliser le Dream Chaser dans le cadre de missions européennes[18]. L'ESA annonce qu'elle propose également ce type d'accord aux deux autres projets concurrents.

Le projet n'est finalement pas retenu par la NASA lors de la sélection finale publiée le 16 septembre 2014 où ses deux concurrents sont retenus.

Comparaison des principales caractéristiques des trois candidats du programme CCDeV rapprochées de celles du vaisseau Soyouz [19]
Caractéristique CST-100 Dragon V2 Dream Chaser Soyouz TMA m/MMS
Constructeur Boeing SpaceX Sierra Nevada RKK Energia
Type véhicule de rentrée Capsule classique Capsule classique Corps portant Capsule classique
Masse 10 tonnes 7,5-10 tonnes 11,3 tonnes 7,15 tonnes
Diamètre externe 4,56 m 3,6 m m 2,72 m (module descente 2,2 m)
Longueur 5,03 m 7,2 m m 7,48 m
Volume pressurisé 11 m3 9,3 m3 16 m3 4 + 6,5 m3
Source énergie Panneaux solaires + batteries Panneaux solaires Batteries Panneaux solaires
Système d'éjection Propulseurs intégrés Propulseurs intégrés Propulseurs intégrés Tour de sauvetage
Autonomie en vol libre 60 heures Une semaine ? 4 jours
Méthode d'atterrissage Parachutes + coussins gonflables (Terre) Atterrissage vertical propulsé (finalement abandonné pour les parachutes)[20] Vol plané Parachutes + propulsion pour la vitesse résiduelle
Site d'atterrissage Terre ou Mer Mer Piste d'atterrissage Terre
Lanceur Atlas V Falcon 9 Atlas V Soyouz
Réutilisable ?
pour l'utilisation par la NASA
Non Oui Oui Non
Autres caractéristiques Parachutes de secours en cas de défaillance du système d'atterrissage
propulsif (finalement utilisés comme méthode d'atterrissage principale)[20]
À l'atterrissage déportation possible jusqu'à 1 500 km Partie pressurisée subdivisée en deux modules

Sélection pour le deuxième programme de ravitaillement de la Station spatiale internationale (janvier 2016)[modifier | modifier le code]

Début 2016, la NASA sélectionne les sociétés qui assurent le ravitaillement de la Station spatiale internationale à compter de 2019 dans le cadre de son second contrat CRS 2. Les vainqueurs du premier contrat, SpaceX et Orbital ATK sont retenus mais la NASA sélectionne également le Dream Chaser dans sa version cargo. Dans le cadre du contrat, le vaisseau doit effectuer au moins six vols de ravitaillement[21]. Début 2017, Sierra Nevada passe commande de 2 lanceurs Atlas V pour le lancement de son cargo spatial[22].

Campagne de tests (février 2017-)[modifier | modifier le code]

Un modèle d'ingénierie de la nouvelle version du vaisseau spatial est acheminée à la base aérienne Edwards pour réaliser une série de tests. Après des tests de roulage sur la piste d'atterrissage destinée à vérifier la capacité de l'engin à tenir sa direction et à freiner jusqu'à son arrêt complet, un premier vol effectué accroché par des suspentes à un hélicoptère lourd est effectué le 30 août 2017 pour tester le comportement aérodynamique en vol à basse vitesse et en configuration d'atterrissage avec le train d'atterrissage sorti. Un vol libre avec largage à basse altitude est programmé en septembre 2017 pour tester la capacité du Dream Chaser à se poser de manière autonome[22].

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Liens internes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a et b (en) Mark Wade, « HL-20 », sur Astronautix.
  2. (en) Giuseppe De Chiara, « “From HL-20 to Dream Chaser” The Long story of a little spaceplane » [PDF], .
  3. a et b (en) Luciano Saccani, « United Nations : Dream Chaser® Mission », ONU,
  4. (en) Nathan Hahn et Cheryl Perich (8 juillet 2017) « Active Thermal Control System Radiators for the Dream Chaser Cargo System » (pdf) dans 48th International Conference on Environmental Systems : 11 p.. 
  5. (en) « About the Dream Chaser Spacecraft », sur Agence spatiale européenne - FAQ (consulté le 26 octobre 2016)
  6. « http://www.spacedev.com/spacedev_advanced_systems.php: SpaceDev - Advanced System », sur archive.is (consulté le 3 août 2018)
  7. Stephen Clark, « Sierra Nevada selects ULA’s Vulcan rocket to launch Dream Chaser missions », sur spaceflightnow,
  8. « http://www.spacedev.com/newsite/templates/subpage_article.php?pid=583: SpaceDev Announces Founder James Benson Steps Down as Chairman and CTO; Benson Starts Independent Space Company to Market SpaceDev’s Dream Chaser™ », sur archive.is (consulté le 3 août 2018)
  9. (en) « SpaceDev and United Launch Alliance to Explore Launching the Dream Chaser(TM) Space Vehicle on an Atlas V Launch Vehicle »
  10. (en) « Sierra Nevada Corporation Acquires Space Dev Inc », SNC,
  11. (en) Chris Bergin, « NASA’s Commercial Crew Catch 22 as another $424m heads to Russia », NASA Spaceflight.com,
  12. « NASA Unveils Commercial Human Spaceflight Development Agreements and Announces $50 Million in Seed Funding for Commercial Crew », SpaceRef.com,
  13. (en) « Sierra Nevada Corp. wins $80 million from NASA for space plane », The Denver Post,
  14. Rémy Decourt, « La Nasa réduit la liste des firmes privées pour lancer ses astronautes », sur Futura-sciences, (consulté le 26 janvier 2014)
  15. (en) Julie Ardito, « Sierra Nevada Corporation's Dream Chaser Spacecraft System Passes Third Milestone With Successful Integrated System Safety Design Review », sur Sierra Nevada Corporation, (consulté le 26 janvier 2013)
  16. « Le Dream Chaser fait des essais de roulage et remorquage », sur Dream Space, (consulté le 26 janvier 2014)
  17. « La navette spatiale Dream Chaser s’est crashée », sur Ciel et Espace, (consulté le 25 décembre 2013)
  18. « Aider à faire de Dream Chaser une réalité », sur Agence spatiale européenne, (consulté le 26 janvier 2014)
  19. Stefan Barensky, « Deux capsules pour 6,8 Mds $ », Air & Cosmos, no 2421,‎ , p. 36-37
  20. a et b (en) Elon Musk, « Dragon 2 was designed to land using thrusters, with parachutes as backup. Switched to chutes as primary, due to difficulty of proving safety, but Dragon can still do it.https://m.youtube.com/watch?v=07Pm8ZY0XJI … », sur @elonmusk, (consulté le 9 mars 2019)
  21. (en) Chris Gebhardt et Chris Bergin, « NASA awards CRS2 contracts to SpaceX, Orbital ATK, and Sierra Nevada », sur Agence spatiale européenne
  22. a et b Patric Blau, « Sierra Nevada’s Dream Chaser Returns to Flight Testing with Successful Captive Carry Test », sur spaceflight101.com/,

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