SYSTÈME DE CONTRÔLE PAR RÉACTION DU CM (RCS)
Le système de contrôle d'attitude par réaction ou RCS (Reaction Control System), est utilisé après la séparation du module de service, ainsi que dans certain cas de vol avorté. Il assure le contrôle du module de commande (CM) sur les trois axes (tangage, roulis, lacet), maintenant ce dernier sur sa trajectoire durant la rentrée atmosphérique. Le RCS du CM se compose de deux sous-systèmes similaires, indépendants mais pouvant fonctionner ensemble, désignés sous-système 1 et sous-système 2. Ceux-ci sont pressurisés simultanément. En cas de dysfonctionnement de l’un d’eux, l’autre est capable de fournir l’impulsion nécessaire pour effectuer les manœuvres de pré-entrée et de rentrée. Les 12 moteurs du RCS sont situés à l'extérieur du compartiment de l'équipage, 10 sont répartis sur la périphérie du compartiment arrière et deux se trouvent dans le compartiment avant. Chaque moteur produit une poussée d’environ 37 kg. Comme ceux du module de service, ces moteurs utilisent du monométhylhydrazine (MMH, également appelé méthylhydrazine) et du peroxyde d’azote (nitrogen tetroxide, N2O4), stockés dans des réservoirs et pressurisés par de l’hélium gazeux.
 Localisation des différents composants du RCS sur le CM |
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Le fonctionnement des moteurs RCS du CM est semblable à celui des blocs moteurs RCS du SM. Le carburant utilisé est le même (du MMH), et l’hélium est également employé pour la pressurisation. Chacun des deux systèmes redondants du CM comprend un réservoir de carburant et un réservoir d’oxydant, similaires à ceux du SM, ainsi qu’un réservoir d’hélium. Avant la rentrée, l'hélium est isolé du système par des vannes pyrotechniques d'isolement, contenant une petite charge explosive, plutôt que par des électrovannes. Ces vannes sont déclenchées avant la séparation du module de commande et du module de service. Une fois ouvertes, il n’existe aucun dispositif permettant d’isoler à nouveau l’alimentation en hélium. Chaque réservoir d'ergols est équipé d'une conduite de dérivation de l'hélium destinée à évacuer la surpression avant l’amerrissage. En fonctionnement normal, le débit est interrompu au moyen d’une vanne pyrotechnique placée sur chaque conduite de dérivation. Ces conduites ne sont ouvertes qu’après l’arrêt de la propulsion par épuisement des ergols.
• L'hélium à haute pression traverse des régulateurs, puis des clapets anti-retour, avant d’atteindre les réservoirs de carburant, où il maintient la pression autour des vessies souples d’expulsion contenues dans chaque réservoir.
• Le carburant et l’oxydant sont ensuite forcés dans les conduites d'alimentation à travers d'un diaphragme d'éclatement, jusqu' aux moteurs. Le diaphragme ne se rompt qu’au moment voulu, garantissant que les moteurs ne peuvent pas être mis à feu de manière accidentelle.
• Les deux ergols sont distribués aux 12 moteurs via un circuit d’alimentation parallèle. La vanne d’injection de chaque moteur contient des orifices calibrés qui assurent un ratio de flux de 2 pour 1 entre l’oxydant et le carburant.
• Un préchauffage peut être nécessaire avant l’allumage, afin d’éviter que l’oxydant ne gèle au contact des vannes d’injection. Les astronautes surveillent la température des moteurs depuis un indicateur en cabine et peuvent activer, au besoin, les résistances chauffantes situées sur les vannes d’injection.
En raison de la dangerosité des ergols hypergoliques à l’amerrissage, le carburant restant dans les réservoirs est brûlé pendant la descente finale sous parachutes. Une fois les ergols entièrement consommés, les conduites d’alimentation sont purgées à l’hélium. Ces opérations de combustion et de purge sont généralement commandées manuellement par l’équipage, sauf en cas d’abandon après 42 secondes de vol, auquel cas elles sont exécutées automatiquement.
LES COMPOSANTS PRINCIPAUX
Réservoirs d'héIium (Menasco Manufacturing Co., Burbank, Calif.) : les quatre réservoirs sphériques sont en titane. Chacun a un volume de 5,981dm3. L'hélium est pressurisé à 291g/cm². Le diamètre extérieur de chaque réservoir est de 23,36 cm, avec une épaisseur de paroi de 0,259 cm. La capacité de chacun est de 258,5 g. Ces réservoirs stockent l'hélium déstiné à pressuriser les réservoirs de carburant.
Réservoirs de carburant (Bell) : Deux réservoirs en titane, identiques aux réservoirs de carburant secondaires du système du module de service.
Réservoirs d'oxydant (Bell) : Deux réservoirs en titane, identiques aux réservoirs secondaires d’oxydant du système du module de service.
Moteurs (Rocketdyne) : Le système comprend 12 moteurs, dont 10 sont situés dans le compartiment arrière et 2 dans le compartiment avant du module de commande (CM). Ce sont des générateurs de poussée bipropergols à refroidissement par ablation, pouvant fonctionner en mode impulsionnel ou en régime permanent. Chaque moteur, montés à l’intérieur de la structure du CM, mesure 32,13 cm de long pour une masse de 3,76 kg, et est équipé d’une extension de tuyère ablative traversant le bouclier thermique et épousant la ligne de moule, c’est-à-dire la forme aérodynamique extérieure, du CM.
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Le diamètre de sortie est de 5,41 cm, et la poussée unitaire atteint 42,184 kg. La durée de fonctionnement nominale de chaque moteur est de 200 secondes, avec un temps minimal de mise à feu d’environ 12 millisecondes. Chaque moteur est capable d’effectuer jusqu’à 3000 cycles opérationnels. Leur usage principal concerne les manœuvres de rotation, de translation et le contrôle d’attitude, notamment lors de la rentrée. Chaque moteur comprend des valves d’injection pour le carburant et le comburant qui contrôlent le débit des propergols, un injecteur, et une chambre de combustion où les propergols sont brûlés pour produire la poussée.
Les valves d’injection utilisent deux bobines coaxiales, l’une pour le contrôle automatique et l’autre pour le contrôle manuel direct.
• La bobine automatique est utilisée lorsque la consigne de poussée provient de l’électronique de guidage et de contrôle.
• La bobine manuelle directe est activée lorsque la consigne de poussée est donnée via la commande manuelle de rotation par l’astronaute.
Les valves d’injection des moteurs sont maintenues fermées par un ressort et s’ouvrent lorsqu’elles sont alimentées électriquement. Les bobines automatiques des valves d’injection de carburant et de comburant sont connectées en parallèle à partir de l’électronique de guidage et de contrôle. Les bobines manuelles directes des valves d’injection de carburant et de comburant fournissent une sauvegarde directe au système automatique. Elles sont également connectées en parallèle. L'injecteur comporte 16 orifices pour le carburant et 16 pour le comburant, qui percutent une plaque d'impact située à l'intérieur de la chambre de combustion. Ce dispositif est désigné sous le nom d'injecteur à jets percutants non similaires. L’ensemble de la chambre de poussée comprend la chemise ablative de la chambre de combustion, l’insert de gorge, le corps ablatif, l’amiante, et un enroulement en fibre de verre. Le moteur est refroidi par ablation.
Le saviez-vous ?? Une différence majeure entre les moteurs de contrôle d’attitude (RCS) du module de commande (CM) et ceux du module de service (SM) réside dans le type de moteurs utilisés. Les moteurs du SM sont refroidis par rayonnement et ont une durée de vie illimitée (en termes de temps de fonctionnement). En revanche, les moteurs du CM sont refroidis par ablation, ont une durée de vie limitée et sont utilisés dans une configuration intégrée à la structure. La principale différence entre les moteurs du CM et ceux du SM réside dans les chambres de combustion. Étant donné que les moteurs du CM sont intégrés sous la surface extérieure du module, des chambres de combustion ablatives sont utilisées. Bien que ces modifications constituent un écart par rapport à l’intention initiale de réutiliser le même modèle que celui employé sur le vaisseau Gemini et sur le CM Apollo, les gains en fiabilité et la meilleure résistance aux échauffements lors de la rentrée justifient ces changements.
Texte de Paul Cultrera, tous droits réservés.