Procédés d’atterrissage des capsules spatiales

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J’ouvre ce sujet purement technique sur les procédés qu’utilisent les capsules - en particulier les Soyouz et les Shenzhou- pour amortir l’impact au moment de l’atterrissage et fais appel à nos spécialistes de la cosmonautique et de la taïkonautique pour éclairer nos lanternes. ;)
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Giwa
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@Giwa a écrit:J’ouvre ce sujet purement technique sur les procédés qu’utilisent les capsules - en particulier les Soyouz et les Shenzhou- pour amortir l’impact au moment de l’atterrissage et fais appel à nos spécialistes de la cosmonautique et de la taïkonautique pour éclairer nos lanternes. ;)

Les Russes ont un procédé très simple, ils utilisent l'amorti du corps humain ... :D

Bon, ok, je sors ... mais pas avant de citer Wikipédia, la bible en tout sujet ...

Wiki a écrit:

À 10 km d'altitude un capteur de pression déclenche l'éjection du couvercle du compartiment des parachutes. Une paire de petits parachutes extracteurs attachés au couvercle déploient un premier parachute stabilisateur de 24 m2 qui ralentit brutalement la vitesse de 250 m/s à 90 m/s. Au bout de 20 secondes, le parachute principal de plus de 1 000 m² s'extrait à son tour. Il est ligaturé et une fois complètement extrait un cordon détonnant permet son ouverture alors que la capsule est parvenue à une altitude de 5,5 km. Si le déploiement ne s'effectue pas correctement, un parachute de secours d'une superficie de 570 m² est ouvert à une altitude comprise entre 3 et 6 km. Après le déploiement, le module de descente reste suspendu sous le parachute durant un certain temps en faisant un angle de 30 ° par rapport à l'horizontale pour accélérer le refroidissement de la coque portée à l'incandescence puis le vaisseau reprend une position normale, bouclier thermique vers le bas. À une altitude comprise, selon les auteurs, entre 3 et 5,5 km le bouclier thermique est largué ce qui permet de dégager un altimètre qui est activé et les tuyères des fusées qui seront utilisées dans la phase finale de l'atterrissage. La pression de la cabine est égalisée avec la pression extérieure grâce à une valve dont l'ouverture est déclenchée automatiquement. Le parachute principal permet de réduire la vitesse de descente à 8 m/s. Cette vitesse est encore trop élevée ; aussi l'altimètre déclenche, à 1,5 mètre du sol, des rétrofusées qui doivent réduire cette vitesse à 2 ou 3 m/s au moment du contact avec le sol. Le choc est également absorbé par des amortisseurs situés sous la tête des couchettes. L'atterrissage est malgré tout souvent rude : parfois la capsule rebondit plusieurs fois ou se met à rouler entrainée par la pente, ou tirée par son parachute (lorsque le vent souffle) avant de se stabiliser parfois tête bêche. Les cosmonautes déclenchent un dispositif qui désolidarise le parachute du vaisseau pour éviter d'être trainés sur le sol en cas de vent violent



ps : inutile de précise de quelle capsule il s'agit, il y a un indice dans le texte qui ne peut échapper au passioné du spatial.
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@Argyre a écrit:

Les Russes ont un procédé très simple, ils utilisent l'amorti du corps humain ... :D
... et un crayon à mine pour écrire leurs dernières volontés ;)

@Argyre a écrit:

Bon, ok, je sors ... mais pas avant de citer Wikipédia, la bible en tout sujet ...

Non, non tu ne sors pas comme çà sans dire si j'ai trouvé la capsule en question... ne serait-ce pas Soyouz puisque l'on parle de cosmonautes ? LOL ... mais bon tu avais déjà vendu la mèche en parlant des russes ;)

@Argyre a écrit:

Wiki a écrit:
... Cette vitesse est encore trop élevée ; aussi l'altimètre déclenche, à 1,5 mètre du sol, des rétrofusées qui doivent réduire cette vitesse à 2 ou 3 m/s au moment du contact avec le sol. Le choc est également absorbé par des amortisseurs situés sous la tête des couchettes. L'atterrissage est malgré tout souvent rude : parfois la capsule rebondit plusieurs fois ou se met à rouler entrainée par la pente, ou tirée par son parachute (lorsque le vent souffle) avant de se stabiliser parfois tête bêche. Les cosmonautes déclenchent un dispositif qui désolidarise le parachute du vaisseau pour éviter d'être trainés sur le sol en cas de vent violent



ps : inutile de précise de quelle capsule il s'agit, il y a un indice dans le texte qui ne peut échapper au passioné du spatial.

Lorsque l’on voit l’arrivée des capsules Soyouz ou Shenzhou, il y a toujours un énorme nuage de gaz et de poussière ce qui met en évidence un effet de sol qui accentue le freinage au moment de l’atterrissage (même principe que celui des aéroglisseurs ou des ékranoplanes ).
Amha c’est voulu car cela améliore l’efficacité des rétrofusées.
A ce sujet je me demande si ces rétrofusées ne sont pas proches des générateurs pyrotechniques - comme ceux des airbags - et si ce ne sont pas des monergols solides du type azoture de sodium ou nitrate d’ammonium
Spoiler:

http://fr.wikipedia.org/wiki/Airbag#Le_g.C3.A9n.C3.A9rateur_de_gaz
Les générateurs pyrotechniques n'utilisent pour générer des gaz que des éléments pyrotechniques : propergols solides, proche du carburant des fusées comme, de l'azoture de sodium (NaN3), du nitrate d'ammonium (NH4NO3) sous forme de pastilles ou de blocs. L'impulsion électrique est transmise à un allumeur et enflamme ces pastilles. Le propergol brûle dans une chambre de combustion et entraîne une libération du gaz diazote (N2), par des trous de diffusion, qui gonfle le coussin. La réaction de formation du diazote est une décomposition spontanée de l'azoture de sodium au-dessus de 275 °C : 2NaN3 = 2Na + 3N2, le sodium réagissant immédiatement avec son environnement.
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Giwa
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Pour la capsule fret Cygnus il existe des options (variantes) envisagées avec un engin où le Pressurized Cargo Module est remplacé par un Return Cargo Module (RCM), il peut alors faire une rentrée et permettre un retour de fret) . Il était pressenti d'utiliser des airbags pour la phase finale d'atterrissage.
Je suppose que ce seraient des vented-aibags qui se dégonflent, ce qui permet d'éviter des rebonds.

Mais rien ne dit que cette variante sera réalisée un jour, encore moins qu'il y aura une version habitée (auquel cas encore plus hypothétique de savoir si la solution des airbags serait conservée ???)
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Il me semble que la capsule CST 100 de Boeing utilise des airbags (couplé aux parachutes bien évidement) pour les atterrissages (du moins c'est ce qu'on voit sur les photos des tests de largage dans le désert de Mojave :

Procédés d’atterrissage des capsules spatiales  Boeing10
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@Spoutnik51 a écrit:Il me semble que la capsule CST 100 de Boeing utilise des airbags (couplé aux parachutes bien évidement) pour les atterrissages (du moins c'est ce qu'on voit sur les photos des tests de largage dans le désert de Mojave :

La CST-100 est prévue pour se poser sur lit asséché, via 3 parachutes + airbags.
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@montmein69 a écrit:Pour la capsule fret Cygnus il existe des options (variantes) envisagées avec un engin où le Pressurized Cargo Module est remplacé par un Return Cargo Module (RCM), il peut alors faire une rentrée et permettre un retour de fret) . Il était pressenti d'utiliser des airbags pour la phase finale d'atterrissage.
Je suppose que ce seraient des vented-aibags qui se dégonflent, ce qui permet d'éviter des rebonds.

Mais rien ne dit que cette variante sera réalisée un jour, encore moins qu'il y aura une version habitée (auquel cas encore plus hypothétique de savoir si la solution des airbags serait conservée ???)
Effectivement de tels air-bags qui se dégonflent devraient éviter les rebonds. Par quel système? Des soupapes relachant les gaz à partir d'une certaine surpression ? En tout cas cela serait préférable à ceux de Pathfinder à l'arrivée sur Mars faisant plusieurs bonds avant de stopper sa course ... même si le petit roveur s'en est bien sorti... mais avec des astronautes à bord, il y aurait de quoi les achever :eeks:
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@Giwa a écrit:
Effectivement de tels air-bags qui se dégonflent devraient éviter les rebonds. Par quel système? Des soupapes relachant les gaz à partir d'une certaine surpression ? En tout cas cela serait préférable à ceux de Pathfinder à l'arrivée sur Mars faisant plusieurs bonds avant de stopper sa course ... même si le petit roveur s'en est bien sorti... mais avec des astronautes à bord, il y aurait de quoi les achever Procédés d’atterrissage des capsules spatiales  Eek

Dans le cas de la CST-100, les airbags sont "pré-perforés" : lors du choc, les perforations s'ouvrent, les sacs amortissent le choc tout en se dégonflant, sans effet de rebond.
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Pour la variante de la Cygnus (on ne sait pas si cette version permettant le retour sera réellement développée), il est à l'étude un bouclier gonflable qui servirait d'abord de bouclier thermique, puis d'amortisseur à l'impact au sol.

video montage sur le déroulement d'un test du système :


Des expliccations :

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Un détail important pour la récupération : j’ai remarqué qu’une fois les spationautes installés chacun sur une chaise pour récupérer, rien d’adéquat n’était prévu pour le transport et que les porteurs se tordaient pour les transporter.

Pourquoi ne pas utiliser des chaises à porteur ? Je vous propose un modèle français du XVIII siècle :


Procédés d’atterrissage des capsules spatiales  Chaise-a-porteur-xviiie-siecle.2420474-56753735


Comme quoi nous n’avons pas fait Hermès , mais que nous pouvons encore contribuer au spatial !

PS : une preuve de ce que j'avance

Procédés d’atterrissage des capsules spatiales  Chaise10

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Petit rappel :
- Vostok (1961 - 1963) : Un parachute + éjection du pilote à 7km d'altitude.
- Mercury (1961 - 1963) : Un parachute + amortisseur rudimentaire + amerrissage
- Voskhod (1964 - 1965) : Un parachute + rétrofusées à poudre attachées aux suspentes
- Gemini (1964 1966) : Un parachute + amerrissage
- Soyouz (1967 - ...) : Un parachute + rétrofusées à poudre
- Apollo (1968 - 1972) : 3 parachutes + amerrissage
- STS (1981 - 2012) : Vol plané
- Shenzhou (2003 - ...) : Un parachute + rétrofusées à poudre
- Orion (2014) : 3 parachutes + amerrissage
- Dragon Crew (2016) : 3 parachutes + amerrissage
- CST-100 (2015) : 3 parachutes + airbags ou amerrissage
- DreamChaser (2016) : Vol plané
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Les chinois utilisent pourtant déjà la technique pour les touristes

Procédés d’atterrissage des capsules spatiales  Dscf0410

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@montmein69 a écrit:Les chinois utilisent pourtant déjà la technique pour les touristes

Procédés d’atterrissage des capsules spatiales  Dscf0410


C'est vrai et ils ont aussi les pousse-pousses ... mais la Révolution Culturelle avait mis aux oubliettes tout ce savoir vivre et il faut que tout se remette en place comme au bon vieux temps. ;)
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Dans tous les cas précédents – avant l’atterrissage- des parachutes sont utilisés pour réduire partiellement la vitesse de chute, mais en acceptant une vitesse de chute limite plus élevée de l’ordre de 300 à 500 km/h - avant la mise en œuvre des rétrofusées -, on peut s’en passer et atterrir uniquement en utilisant ces dernières , ce qui peut permettre un atterrissage plus précis et éviter d’être trainées par les vents latéraux
Certes on peut objecter que les rétrofusées doivent alors être plus importantes et donc plus lourdes, mais il ne faut pas oublier qu’en contre partie on s’allège de tout le système de parachutes.
Ce concept avait été retenu pour le Delta Clipper qui n’était pas à proprement parlé une capsule puisque un ensemble complet de vaisseau spatial mono étage.
Spoiler:

http://fr.wikipedia.org/wiki/McDonnell_Douglas_DC-X
Le DC-X, abréviation pour Delta Clipper ou Delta Clipper Experimental, était un prototype de lanceur orbital monoétage non habité, à décollage et atterrissage vertical, réutilisable, construit par McDonnell Douglas en collaboration avec l'Initiative de défense stratégique duDépartement de la Défense des États-Unis de 1991 à 1993. Après cette période, il a été donné à la NASA, qui en a amélioré la conception pour une meilleure performance, créant le DC-XA. Le projet a été abandonné en 19971.

Il a été évoqué que la capsule Dragon de Space X reprenne ce concept d’atterrissage sans parachute : qu’en sera-t-il ?
Spoiler:

http://www.flashespace.com/html/mars06/08_03.htm
La capsule Dragon

Initialement, le design de Dragon s'inspirait du Delta Clipper, un démonstrateur technologique de la NASA qui dans le milieu des années 90 a exploré les phases du décollage et de l'atterrissage à la verticale d'un véhicule réutilisable. Il a été abandonné en 1996 après la perte du Delta Clipper lors de son atterrissage
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@Giwa a écrit:Dans tous les cas précédents – avant l’atterrissage- des parachutes sont utilisés pour réduire partiellement la vitesse de chute, mais en acceptant une vitesse de chute limite plus élevée de l’ordre de 300 à 500 km/h - avant la mise en œuvre des rétrofusées -, on peut s’en passer et atterrir uniquement en utilisant ces dernières ,

...Et en cas de défaillance de ces dernières, on fait comment ?...
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@Akwa a écrit:
@Giwa a écrit:Dans tous les cas précédents – avant l’atterrissage- des parachutes sont utilisés pour réduire partiellement la vitesse de chute, mais en acceptant une vitesse de chute limite plus élevée de l’ordre de 300 à 500 km/h - avant la mise en œuvre des rétrofusées -, on peut s’en passer et atterrir uniquement en utilisant ces dernières ,

...Et en cas de défaillance de ces dernières, on fait comment ?...

Cette question se pose aussi tous les jours pour les avions commerciaux : aucun parachute pour l'équipage et les passagers et là ce sont des centaines de vie qui sont en jeu... mais aussi pour les parachutistes dont les parachutes se mettent en torche.

J'admets que cette réponse est une boutade et que votre question méritait d'être posée, mais elle nous conduit à un débat beaucoup plus général sur les activités humaines et les risques qui en découlent.

Pour rester sur ce sujet , disons que je préfère une très grande fiabilité des rétrofusées avec en plus une redondance de certaines parties critiques que de dépendre d un système de parachutes qui s'ouvrent successivement en fonction de la vitesse résiduelle avec à chaque ouverture risque de voir les suspenses s'emmêler.

Amha je n'ai jamais eu une grande confiance dans les parachutes car cela fait plus d'un siècle que ce système existe et proportionnellement à leur usage , leur fonctionnement reste plus accidentogène même que celui des motos. Or le système après plus d'un siècle devrait être bien rodé et ne pas dépendre du pliage plus ou moins consciencieux des parachutes après chaque vol ou chute : il y a peut être un problème à la base dans ce concept même. :scratch:

PS : Et cela est déjà arrivé même lors de la récupération de boosters de fusée, là où on peut supposer que toutes les précautions de mise en place ont été prises.
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Rappelons le terrible drame de Komarov le 24 avril 1967 dont le parachute s’est mis en vrille. 😢

Certes comme il est dit dans l’extrait ci-dessous cela provenait d’une mauvaise attitude du vaisseau qui ne put être corrigée et que se serait-il passé avec un système de rétrofusées ? Nous ne pouvons y répondre, mais cela implique que quelque soit le système de récupération, il y a toujours un risque inhérent.
Spoiler:

http://www.capcomespace.net/dossiers/astronautes_cosmonautes/astronautes_cosmonautes_disparus.htm
Le second drame intervient quelques mois après en union soviétique le 24 avril. Les soviétiques testent leur nouveau vaisseau Soyouz, de 6500 kg multiplace destiné à ravitailler les futurs stations orbitales. Le cosmonaute Vladimir Komarov en est le pilote. Si le lancement s' est déroulé sans problème, il n' en est pas de même pour le retour sur terre. A la 18 eme révolution, le vaisseau rentre dans l’atmosphère, mais son attitude est mauvaise, elle tourne sur elle même. A 7000 m lorsque le parachute s' ouvre, il se met à vrille, la cabine tombant alors comme une pierre à 1190 km de Moscou dans la steppe d' Orenbourg. Il est 3 h 30 TU. Komarov est mort sur le coup (le choc a eu lieu à près de 150 m/s).
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En règle générale, le mauvais fonctionnement d'un parachute ne conduit pas à la perte de la capsule, car il est prévu un parachute de secours. Dans le même ordre d'idée, on pourrait penser à dupliquer les rétrofusées, avec un système de backup en cas de panne des rétrofusées principales. Toutefois, ce qui est à mon avis pénalisant dans cette option, c'est la masse des ergols ... qu'il faut aussi dupliquer. Je suppose que les concepteurs de capsule ont envisagé cette solution et qu'elle n'a pas été retenue précisément à cause de la pénalité de masse, a priori bien plus importante que la masse des parachutes et des systèmes de déploiement.
Autre cas à considérer : des rétrofusées en système principal et un parachute en système secondaire. Les rétrofusées seraientt utilisées pour naviguer et poser la capsule à l'endroit voulu avec précision. Le parachute ne serait utilisé que comme système de freinage de secours. C'est un concept qui me semble séduisant, avec malgré tout une pénalité de masse. N'oublions pas que cette pénalité a des répercutions sur les capacités du lanceur et le coût du lancement.
En vérité, c'est une option qui pourrait être retenue pour un atterrissage ... sur Mars. En effet, il faudra de toute façon des rétrofusées pour freiner l'atterrisseur, car la résistance de l'air n'est pas suffisante pour freiner uniquement avec un parachute. Néanmoins, en système de backup, ça peut être une solution intéressante pour limiter la casse et espérer la survie des astronautes dans leurs combinaisons. Il faudrait alors envisager une mission immédiate pour leur prêter secours ... ce qui est envisageable dans certains scénarios de mission :D
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Comme le mot atterrissage ne doit pas être pris" stricto sensu" , parlons de pose au sol - pour ne pas utiliser " landing" ou " landage " -, il y a un cas où les parachutes n'auraient servi à rien ... pour les LEM ... heureusement que tout à bien fonctionné en mode rétrofusée. :)
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En lisant ces quelques échanges où il est question de savoir si un seul jeu de rétro-fusées est suffisant pour la sécurité lors d'un retour d'équipage, je me demandais si l'atterrissage était potentiellement mortel si les rétro-fusées ne venaient pas à s'allumer. Autrement dit, est-ce que les rétro-fusées sont-elles impérativement nécessaires pour effectuer un atterrissage ou sont-elles uniquement là pour rendre plus "confortable" le choc du contact?
Peut-être qu'en cas de malfonctionement des rétro-fusées, une capsule peut se passer exceptionnellement de son système amortisseur, surtout que l'équipage est bien arnaché et prêt au choc.
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@Argyre a écrit:
Autre cas à considérer : des rétrofusées en système principal et un parachute en système secondaire. Les rétrofusées seraientt utilisées pour naviguer et poser la capsule à l'endroit voulu avec précision. Le parachute ne serait utilisé que comme système de freinage de secours. C'est un concept qui me semble séduisant, avec malgré tout une pénalité de masse. N'oublions pas que cette pénalité a des répercutions sur les capacités du lanceur et le coût du lancement.
Idées intéressantes, si on me dit, en gros, (pour le cas de la terre d'abord) à quelles distances vont fonctionner les rétrofusées et/ou les parachutes?


Dernière édition par Firnas2 le Mer 4 Juil - 22:39, édité 1 fois
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Sais t'on le poids exact que pèse les systèmes complets des parachutes sur les capsules Soyouz (voir Progress), Dragon, Apollo ou Shenzhou ?
Eventuellement le poids du ou des trois parachutes principale/aux ?

Puis éventuellement quel serait le poids (approximatif bien sûr et tout compris) d'un système de rétrofusées pour qu'on puissent se faire une idée ?


Dernière édition par Ariane 68 le Mer 4 Juil - 16:01, édité 1 fois
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Si les rétrofusées ne sont jamais utilisées sur Terre, c'est bien à cause d'un coût massique non pas énorme, mais colossal, absolument rédhibitoire.

@Ariane 68 a écrit:Puis éventuellement quel serait le poids (approximatif bien sûr et tout compris) d'un système de rétro-fusées pour qu'on puissent se faire une idée ?
Pour une capsule type ARD ou ATV, le carburant nécessaire revient à plusieurs fois la masse de la capsule.
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@Space Opera a écrit:Si les rétrofusées ne sont jamais utilisées sur Terre, c'est bien à cause d'un coût massique non pas énorme, mais colossal, absolument rédhibitoire.

@Ariane 68 a écrit:Puis éventuellement quel serait le poids (approximatif bien sûr et tout compris) d'un système de rétro-fusées pour qu'on puissent se faire une idée ?
Pour une capsule type ARD ou ATV, le carburant nécessaire revient à plusieurs fois la masse de la capsule.

En fait, l'atmosphère freine déjà beaucoup la capsule rien qu'en agissant sur le bouclier. Pour la capsule Soyouz, il est précisé un peu plus haut que les parachutes sont ouverts alors que la vitesse à été réduite à 250 m/s, ce qui ne représente plus grand chose. Après un petit calcul rapide, en considérant une capsule de masse sèche de 3500 kg, un Delta V de 500 m/s et une ISP de 370s, on obtient quelque chose comme 600 kg pour le système de rétrofusées, ergols compris. Disons 1 tonne pour simplifier. Ca ne me parait pas rédhibitoire, bien que bien plus lourd que des parachutes. Je lis sur Wikipédia pour le module de service de Soyouz :

wiki a écrit:Tous les moteurs utilisent le même mélange d'ergols liquides stockables hypergoliques : l'UDMH qui est combiné avec du peroxyde d'azote est stocké dans quatre réservoirs sphériques du module de service dont la contenance initialement de 500 kg a été portée dans les dernières versions à 880 kg, capable de fournir un delta-V total de 390 m/s.

Ca me semble cohérent avec mon approximation, car la masse du module de service se rajoute à celle de la capsule. Donc on a bien de l'ordre de 1 tonne.

Pour les parachutes, je ne sais pas la masse, mais je ne serais pas étonné que ça soit de l'ordre de 100 kg tout compris.

A+,

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@Argyre a écrit:
@Giwa a écrit:J’ouvre ce sujet purement technique sur les procédés qu’utilisent les capsules - en particulier les Soyouz et les Shenzhou- pour amortir l’impact au moment de l’atterrissage et fais appel à nos spécialistes de la cosmonautique et de la taïkonautique pour éclairer nos lanternes. ;)

Les Russes ont un procédé très simple, ils utilisent l'amorti du corps humain ... :D

Bon, ok, je sors ...

La preuve en images :
Admin Sidjay: vidéo hors-thème forum. supprimée ;)
d'ailleurs moi aussi je sors...
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