Simulation : lanceur VEGA avec un HM7B

[vador59]

Je me suis amusé à calculer les performances d'un lanceur Véga doté d'un 3ème étage équipé du moteur Vinci à l'aide de ce logiciel:

http://www.silverbirdastronautics.com/LVperform.html

C'est bien sûr approximatif, mais pour le même type d'orbite visé, on atteint une capacité d'emport de 4 660 kg! (et près de 1 700kg en GTO...)

Faisons un voeu: bazardez l'AVUM et faites-nous un bon 3ème étage 100% made in UE; même avec un bon vieux HM7B, on obtient une performance de 3 500kg!

[Admin Nikolai39 : je créé un sujet indépendant pour cette (intéressante) discussion, pour plus de clarté]

[Eyp]

Ca m'intéresserait de savoir quelles valeurs tu as pris en compte pour ce troisième étage en terme de masse d'ergol et d'indice structurel.
Les résultats obtenus me semblent très optimistes.
Cela peut s'expliquer entre autres par le fait que l'on ne peut pas donner toutes les données nécessaires à la prise en compte de moteur à propulsion solide, pour lesquels la poussée change fortement durant le vol.
De plus l'adaptation d'un Vinci avec son extension de tuyère au dessus du Z23 et ses 2,2 m de diamètre pourrait requérir une structure inter-étage relativement lourde.
Il est en revanche certain que la configuration actuelle de Vega avec 4 étages n'a pas que des avantages...

[vador59]

Ca m'intéresserait de savoir quelles valeurs tu as pris en compte pour
ce troisième étage en terme de masse d'ergol et d'indice structurel.
Les résultats obtenus me semblent très optimistes.
Cela
peut s'expliquer entre autres par le fait que l'on ne peut pas donner
toutes les données nécessaires à la prise en compte de moteur à
propulsion solide, pour lesquels la poussée change fortement durant le
vol.

Le logiciel ne permet pas ce genre de finesse malheureusement...J'ai repris l'essentiel des informations disponibles sur le net concernant les différents étages (source: http://www.arianespace.com/launch-services-vega/VEGAUsersManual.pdf) J'ai intégré dans le 3ème étage les masses à vide des deux étages actuels et une masse d'ergols équivalente à la somme des ergols des étages 3 et AVUM (calcul évidemment sujet à caution en raison de masses volumiques très différentes!). Il faut donc prendre les résultats obtenus avec des pincettes!

Si on prend une orbite visée circulaire à 300kms, inclinée de 45°, la performance du lanceur Véga+ (appelons-le ainsi) est de 4T, contre 2,1T à la version 4 étages de base (le résultat entre le logiciel et la documentation Arianespace sont donc quasiment similaire)

	Premier étage (P80)	Deuxième étage (Zefiro)	Troisième étage (Vinci)
Masse à vide	10 500kg	3000 kg	1500 kg
Masse propergols	88 000 kg	2 400 kg	10 500 kg
Poussée	3040 kN	871 kN	180 kN
ISP	280s	287s	464s
Masse de la coiffe	490kg	Largage	194s

[Eyp]

Comme tu le dis Vador, il n'est pas possible de re-simuler Vega dans sa configuration actuelle avec le logiciel, car on est limité par le nombre d'étage.
Concernant ton calcul je pense que les valeurs que tu as considérées pour l'étage supérieur avec Vinci sont un peu optimistes. Le rapport masse à vide / masse d'ergol est légèrement sous les 15%. Mais il ne faut pas oublier que presque 600 kg de cette masse corresponde à Vinci qui est très performant mais malheureusement relativement lourd et volumineux. C'est le problème avec ce type de cycle.
Autre remarque tu prends en compte pour le premier étage l'Isp dans le vide et la poussée dans le vide. J'aurais tendance à dire qu'il vaudrait mieux utiliser une valeur de l'ordre de 270 s et une poussée inférieur. L'idéal serait sans doute de connaitre la moyenne de ses 2 valeurs pendant le vol.

Tu pourrais aussi regarder les résultats du DLR concernant les études de remplacement des étages supérieur de VEGA dans le cadre su projet VENUS (Vega New Upper Stage): http://elib.dlr.de/55962/1/IAC-08-D2.4.6.pdf
Ils ont étudié en 2008, la configuration que tu proposes: VENUS Version C. Et ils sont aussi arrivés à la conclusion qu'une importante augmentation de la charge utile serait possible en théorie: 3650 kg sur l'orbite de référence de Vega (700kmx700km, 90 deg) au lieu des 1500 kg espérés pour Vega. Mais ils disent aussi que la configuration considérée aurait d'importants problèmes du fait de sa longueur et du diamètre de la tuyère de Vinci. Ils proposent donc d'utiliser une version de Vinci avec une tuyère plus courte (baisse de l'isp) ou de supprimer carrément le deuxième étage et de mettre l'étage cryogénique au dessus de P80FW.

[Eyp]

Je ne sais pas ce qu'en pense les administrateurs, peut être faudrait il ouvrir un nouveau fil pour ces discussions ?

[vador59]

Tu pourrais aussi regarder les résultats du DLR concernant les études de
remplacement des étages supérieur de VEGA dans le cadre su projet VENUS
(Vega New Upper Stage): http://elib.dlr.de/55962/1/IAC-08-D2.4.6.pdf
Ils ont étudié en 2008, la configuration que tu proposes: VENUS Version C.

Effectivement, il est toujours facile de faire des plans sur le papier, et je n'avais pas le moins du monde la prétention d'inventer l'eau tiède! Document très intéressant dont j'ignorais l'existence...Je l'ai parcouru un peu en diagonale mais il ne me semble pas qu'il y soit fait référence à un étage propulsé par un HM7B (après tout, c'est un moteur dont la fiabilité est désormais bien éprouvé, à l'inverse du Vinci qui n'a jamais fonctionné que sur banc). En tout cas, même si les temps sont durs, c'est agréable de constater que les projets sont là dans les cartons, n'attendant que les bourses se délient...

[Eyp]

Le "problème" de HM7B c'est qu'on ne peut pas le rallumer, donc on ne pourrait atteindre que des orbites elliptiques. Je pense que c'est une des raisons pour lesquelles il n'a pas été considéré.
Comme toujours dans le spatial les projets ne manquent pas, c'est l'argent et la volonté politique qui manquent ... :(
Il y a eu d'autres papiers sur ce sujet pendant la dernière IAC au Cap, mais je ne les ai pas trouvé sur internet.

[vador59]

Merci pour le transfert des posts

Le "problème" de HM7B c'est qu'on ne peut pas le rallumer, donc on ne pourrait atteindre que des orbites elliptiques.

C'est vrai que je n'avais pas envisagé ce problème. D'ailleurs en est-ce vraiment un? Equipé d'un propulseur ionique, du genre de celui qui équipait SMART-1 (ou une évolution), on peut imaginer que l'étage supérieur puisse circulariser son orbite, non? Ca me fait penser à ConeXpress... Qui a d'ailleurs des nouvelles de ce ConeXpress? Encore une bonne idée passée à la trappe? (pardon d'avance pour le HS!)

[Eyp]

Si tu veux aller en GTO ou MTO, effectivement utiliser HM7B ne serait pas un problème, la question serait de savoir s'il y a beaucoup de satellites correspondant aux perfos de ce lanceur qui veulent aller en GTO. Pour des LEO, comme ce que doit faire Vega c'est un peu plus embêtant à mon avis. Déjà il faut que tu équipes ton satellite avec un moteur ionique ce qui est cher et normalement réservé pour des grands delta V ou d'un moteur d'apogée. C'est faisable mais cher pour le satellite. L'autre problème que je vois c'est que l'étage supérieur restera un long moment en orbite avant de retomber.
Tu aurais raison de dire que c'est la même chose pour les étages qui vont en GTO. Mais j'aurais tendance à dire qu'un étage restant en LTO serait plus embêtant car il serait sans doute sur une inclinaison élevée que recherchent beaucoup de satellites. Qu'en penses tu?

[vador59]

En fait dans mon esprit, c'est le dernier étage du lanceur qui serait équipé du moteur ionique, la séparation n'intervenant qu'une fois la bonne orbite atteinte. Par la suite, toujours avec son moteur ionique, le dernier étage réalise les manoeuvres nécessaires pour plonger dans l'atmosphère...

Ce n'est de toute façon qu'une vue de l'esprit: cela nécessiterait d'équiper l'étage avec des panneaux solaires, l'alourdissant et du même coup réduisant les performances... Enfin, je pense. De toute manière, il ne s'agit que d'hypothèses alors autant se laisser aller aux solutions les plus extravagantes, il y en a peut-être une qui pourrait s'avérer bonne!