Hydra

ARES 14bi-P2mP2

Le lancement a eu lieu le jeudi 23 juillet 2015 à midi. Hydra a effectué un vol nominal : la séparation des deux étages s’est déroulé comme prévu, l’inflammateur mettant à feu le propulseur fictif a éclaté comme prévu et chaque étage a déployé avec succès son parachute de descente. Les deux éléments ont été retrouvés intacts à quelques mètres l’un de l’autre.

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Présentation du projetHydra_250p

La fusée Ares14Bi “Hydra” est un démonstrateur de validation technologique pour la future fusée bi-étage bi-Pro98 supersonique

L’objectif principal est de tester en vol, lors du C’Space 2015, un système de séparation d’étages, dont un prototype a été développé il y a 3 ans pour la fusée Ares02Bi tout en assurant le suivi des deux étages. Ce prototype a été modifié et adapté pour répondre aux contraintes de résistance et de fonctionnement liées aux démonstrateurs de la filière ARES PERFO.

Cette fusée sera aussi l’occasion d’acquérir une expérience de gestion des problématiques bi-étage : conception et utilisation d’un séquenceur pyrotechnique pour le propulseur de l’étage supérieur (factice pour cette fusée), gestion de la séparation et des données devant transiter d’un étage à l’autre, chronologie de mise en œuvre et lancement adaptée, étude du processus de séparation par vidéo et mesures de pression, …

Après des avaries ayant empêché le lancement en 2014, des modifications et améliorations ont été apportées au démonstrateur et au système de séparation pour le C’Space 2015.

CAO_Hydra
Vue CAO de la fusée Hydra

 

Une organisation atypique

Le projet s’appuie sur la participation de deux associations étudiantes, une lyonnaise, Centrale Lyon Cosmos, et une toulousaine, Supaero Space Section, avec le soutien de leur école respective aux travers de projets intégrés aux cursus. En supplément, vient se greffer un Projet de Fin d’Etude d’étudiants de l’IPSA sur le système de séparation inter-étage.

 

Pour la première fois sur les démonstrateurs ARES, 2 étudiants ont transformé leur participation à travers un stage d’application directement autour de la fabrication, du montage final et de la réalisation d’essais spécifiques, en renfort des équipes associatives.

 

Cette composition d’équipe nécessite une bonne émulation et la mise en commun régulière des différents travaux réalisés par chaque partie. Un suivi particulier au niveau du Macro-Projet ARES permet la synchronisation et la cohérence des résultats finaux.

 

Caractéristiques techniques

Afin de minimiser les développements et de se concentrer sur l’objectif principal de la séparation inter-étage, la structure de la fusée reprend au maximum des définitions, voire du matériel existants.

 

La fusée Ares06 Teyla, qui a volé en 2012, est en grand partie réutilisée comme base du deuxième étage d’Hydra. Le premier étage se base sur la définition de la fusée Ares02bi (2011) et sur l’adaptation de son système de séparation inter-étage.

 

L’électronique répond à la définition des systèmes électriques ARES avec une adaptation spécifique aux multi-étages. Une centrale inertielle SYSTAR est embarquée dans chaque étage dans le but, après vol, de restituer au mieux l’attitude et le comportement global de chacun d’eux après la séparation.

 

Les améliorations apportées en vue du C’Space 2015 incluent notamment une amélioration du câblage, un nouveau système d’arrachage des ombilicaux, l’amélioration du faux propulseur instrumenté pour le l’étage supérieur (utilisation d’un vrai casing, pièce en impression 3D, nouvelles mesures de pression, caméra embarquée, logement pour inflammateur) ainsi que des retouches sur le système de séparation inter-étage.

 

Système de séparation inter-étage

SSIE_Hydra
Vue CAO du Système de Séparation Inter-Etages (SSIE)

Le système de séparation est une évolution de celui développé en 2011 pour Ares02bi. Il est notamment redimensionné pour être intégré dans des démonstrateurs ARES PERFO dont les masses d’étage et les performances sont largement supérieures.

L’essai en vol sur Ares14 Hydra permettra de confronter les calculs théoriques avec la réalité du vol (mesures de pression, caméra embarquée) et en cas de réussite participera à sa qualification pour son utilisation sur de futurs démonstrateurs.

Ce système est basé sur un principe de mutualisation des actionneurs pour les actions de maintien, séparation et éloignement des étages. Il est conçu autour d’un système pneumatique avec des vérins à double-effet synchronisés sur des crochets de maintien.

 

Lors de la commande, les têtes de vérins déverrouillent les crochets du système puis continuent dans leur course pour donner une impulsion créant une différence de vitesse d’au moins 1m/s entre les 2 étages.

 

Un des avantages de ce système est sa facilité de mise en œuvre, sa répétabilité et une dangerosité réduite lors des opérations d’assemblage ou désassemblage. La masse totale du système est d’environ 2,5kg

 

 

Performances attendues

VolHydra
Performances attendues lors du vol d’Hydra
Étage inférieur : 1 Pro 75-3GÉtage supérieur : 1 maquette de Pro75-3GDiamètre : 160 mmMasse : 23kg au décollage (11kg/12kg)Altitude max : ~750 mVitesse max : ~110 m/s

Campagne de lancement

Le démonstrateur PERSEUS Hydra a été présenté au C’Space 2015, campagne de lancement nationale organisée par Planètes Sciences du 18 au 25 juillet. Cet événement s’est déroulé sur le camp militaire du 1er Régiment des Hussards Parachutistes à Ger, près de Tarbes.

Au cours de cette semaine, Hydra, transportée en pièces détachées du fait de sa taille, a été remontée puis a subit une batterie de tests de qualification, obligatoires pour pouvoir s’envoler. La résistance mécanique, la stabilité, mais aussi la fiabilité de tous les sous-systèmes du démonstrateur ont ainsi été validées. Hydra a reçu sa qualification de tir le mardi 21 juillet 2015.

Le lancement

Le démonstrateur Hydra sur sa rampe de lancement
Le démonstrateur Hydra sur sa rampe de lancement

Le lancement a eu lieu le jeudi 23 juillet à midi. Hydra a effectué un vol nominal : la

séparation des deux étages s’est déroulé comme prévu, l’inflammateur mettant à feu le propulseur fictif a éclaté comme prévu et chaque étage a déployé avec succès son

parachute de descente. Les deux éléments ont été retrouvés intacts à quelques mètres l’un de l’autre.

Vidéos :

Décollage d’Hydra, vue par les caméras sol :

Séparation inter-étages d’Hydra, vue par la caméra embarquée :

Performances atteintes et résultats

Les données relevées par l’instrumentation à bord (centrales inertielles, prises de pression, caméra, statuts logiques) ont été récupérées que ce soit via le stockage interne ou via la télémétrie du GAREF Aérospatial.

La présence de 3 centrales inertielles dans le démonstrateur (2 respectivement à 867Hz et 100Hz dans le 2ème étage, et 1 à 867Hz dans le premier étage) a permis d’étudier très finement le déroulement de la séparation qui a duré moins de 0,1s.

Le séquenceur pyrotechnique, développé pour le GAREF et utilisé en conditions réelles pour la première fois lors du vol d’Hydra, a fait preuve d’un fonctionnement nominal tout en validant son utilisation par les pyrotechniciens. Dans le cas d’Hydra, le deuxième étage étant passif, seul un inflammateur était présent et a été détonné.

Le nouveau système de séparation des ombilicaux, développé sur-mesure pour le démonstrateur en 2015, vient répondre au problème du faible espace disponible pour les ombilicaux de par la position de la rampe et du double jeu d’ailerons décalés. Celui-ci est constitué d’un coulisseau côté sol et d’une trappe mobile côté bord qui assurent la connexion lors de la manipulation du démonstrateur sur rampe et une déconnexion propre et sans reprise d’efforts par les connecteurs lors du décollage. Le système s’est bien comporté et une caméra disposée à proximité a permis de valider les différentes étapes de fonctionnement.

Systemedarrachage
Le système d’arrachage des ombilicaux au cours du décollage

Un succès récompensé !

La 23ème édition des Prix Espace et Industrie s’est tenu le samedi 5 décembre 2015 dans un lieu symbolique : le Musée des Arts et Métiers à Paris. A l’initiative de Planète Sciences et du GIFAS, tous les deux ans, des industriels et personnalités du milieu de l’aéronautique et du spatial récompensent les travaux de clubs spatiaux menés les deux années précédentes.

10 projets étaient en compétition devant un jury composé d’Arianespace, du CNES, du Gifas, de Sodern et de Thalès Alenia Space qui attribuèrent chacun un prix. Planète Sciences donna également un prix d’encouragement.

Hydra fut honorée par le Prix Sodern, qui a reconnu la qualité du travail accompli et la démarche adoptée sur le projet. L’amélioration incrémentale, la maturation et la qualification des technologies et des systèmes avant une phase d’exploitation sont des étapes essentielles au développement d’un produit, et ont ainsi été appliquées sur Hydra. De même, le partenariat réussi entre plusieurs associations travaillant sur des sous-systèmes différents avant assemblage et intégration démontre un réel professionnalisme. Filiale à 90% d’Airbus Defence and Space (Airbus Group) et 10% du CEA, Sodern est spécialisée dans l’instrumentation spatiale, optique et neutronique au service de l’Espace, de la Défense et de la Sécurité. Le développement de systèmes complexes fiables en coopération est une des compétences clés de son activité que Sodern a souhaité récompenser.
La fusée SCALAR a également été récompensée, par le prix Arianespace