Programme Vanguard

Données générales
Vanguard Lanceur spatial
Le lancement d'un Vanguard.
Pays d’origine	États-Unis
Premier vol	6 décembre 1957
Dernier vol	18 septembre 1959
Statut	Retiré du service
Lancements (échecs)	12 (9)
Hauteur	21,6 mètres
Diamètre	1,14 mètre
Masse au décollage	10,4 tonnes
Étage(s)	3
Poussée au décollage	120 kilonewtons
Charge utile
Orbite basse	45 kg (SLV-7)
Motorisation
Ergols	Ergols liquides + Propergol solide
1^er étage	Kérosène/Oxygène liquide : 623 kN
2^e étage	UDMH + Acide nitrique : 33 kN
3^e étage	Propergol solide : 11,6 kN
Missions
Petits satellites scientifiques
modifier

Vanguard est un petit lanceur américain développé par le Naval Research Laboratory (NRL) dont l'objectif était de placer en orbite le premier satellite artificiel. La mise au point du lanceur est difficile avec 9 échecs sur 12 tirs entre 1956 et 1959 et Vanguard ne réussit pas à atteindre son objectif. Les responsables américains décident finalement de confier la mise en orbite du premier satellite américain Explorer 1 au lanceur Juno I le 1^er février 1958. Le premier étage est dérivé de la fusée-sonde Viking tandis que le second étage provient de la fusée-sonde Aerobee. Bien que n'ayant pas rempli son but initial le programme permet la mise au point de plusieurs technologies clé et les étages développés seront réutilisés par la suite par plusieurs lanceurs.

Contexte

Article détaillé : Course à l'espace.

En juillet 1955, les États-Unis et l'URSS annoncent, chacun de leur côté, qu'ils lanceront un satellite artificiel dans le cadre des travaux scientifiques prévus pour l'Année géophysique internationale (juillet 1957—décembre 1958)^[1]. Aux États-Unis, plusieurs projets sont en concurrence pour développer le lanceur et son satellite. Wernher von Braun de l'Agence des missiles balistiques de l'Armée de terre américaine (ABMA) propose sous l'appellation projet Orbiter d'utiliser le missile balistique à courte portée Redstone qu'il développe surmonté par un ensemble de propulseurs à propergol solide formant le lanceur Juno I. Le Naval Research Laboratory propose d'utiliser le lanceur Vanguard, un nouveau lanceur consacré à la recherche scientifique dont le second étage est une fusée-sonde Aerobee fournie par le Jet Propulsion Laboratory (JPL) tandis que la US Air Force (Armée de l'air) propose son missile balistique intercontinental Atlas. Ces deux dernières fusées, contrairement au lanceur Juno I, sont toutefois à un stade de développement très peu avancé. Le secrétariat de la Défense nomme en août 1955 un comité pour sélectionner un des trois projets. Ce comité est composé de deux représentants de chacune des trois armes et est dirigé par Homer Stewart, un professeur de Caltech (California Institute of Technology) également responsable d'une des divisions du JPL. Bien que le projet Orbiter soit le plus abouti, c'est le projet Vanguard proposé par le laboratoire de la Marine américaine qui l'emporte par cinq voix contre deux pour le projet Orbiter de von Braun. Ce choix reflète la volonté du président américain en exercice, Dwight D. Eisenhower, de dissocier le programme spatial du domaine militaire. Quelques jours plus tard, cette décision est confirmée et l'équipe de von Braun se voit interdire toute tentative de lancement de satellite^[2]^,^[3]^,^[4].

Les prédécesseurs du lanceur Vanguard

HATV et SSTO

Le premier projet doit consister dans la réalisation d'une fusée de recherche à haute altitude (High Altitude Test Vehicle - HATV) et à un seul étage brûlant de l'hydrogène liquide avec de l'oxygène liquide (Single Stage To Orbite - SSTO).

Ce projet est confié à la société Glenn L. Martin Company (Lockheed Martin) en 1946, en association avec North American Aviation, (Rockwell Collins – Boeing Aerojet) comme motoriste.

Le lanceur a comme caractéristiques :

Longueur : 26,2 mètres.
Diamètre : 4,9 mètres.
Poids au lancement : 45,8 tonnes.
Poussée : 136 tonnes.
Charge utile : 450 grammes.

Le programme, trop ambitieux, ne dépasse pas le stade de simple projet. De nos jours (2019), aucun SSTO n'a vu le jour.

La fusée-sonde Viking

Article principal : Viking (fusée-sonde).

La fusée-sonde Viking (à l'origine nommé Neptune) est plus réaliste et plus au niveau technologique de l’époque (1946).

Les fusées-sondes Viking sont directement dérivés des fusées V-2 allemandes. Les Viking doivent remplacer les V-2, disponibles en quantité limitée, dans les missions de sondage de la haute atmosphère et pour des observations astronomiques. Le projet est également confié à Glenn L. Martin Company.

La technologie du Viking est à peu près identique à celle des V-2, à quelques différences près. Tout d’abord, la structure est en aluminium, beaucoup plus légère que celle en acier des V-2, conçu pour supporter la chaleur de la rentrée atmosphérique (la technique de « séparation » du lanceur de sa charge utile n'est pas encore inventée lors de la Seconde Guerre mondiale). Le développement du moteur du Viking est confié à Reaction Motors. Ce moteur est moins puissant que celui du V-2 (charge totale moins élevée).

Le moteur doit développer une poussée moyenne de 9,1 tonnes (entre 8,5 à 9,7 tonnes).

Le « pilotage » du Viking se fait grâce à une articulation cardan qui permet au moteur de s'incliner sur 2 axes pour assurer la stabilité de la fusée. Les informations de pilotage provenaient du cerveau stabilisateur gyroscopique situé dans la partie supérieure de la fusée. Après l'arrêt du moteur, des jets de gaz intermittent assurent la stabilité de la fusée.

Caractéristiques de la fusée-sonde Viking I pour les sept premiers vols (3 mai 1947 au 7 août 1951)

Longueur : 13,8 à 14,8 mètres.
Diamètre : 0,81 mètre.
Poids au lancement : 4,4 à 5,2 tonnes.
Poussée : 8,5 à 9,7 tonnes.

Caractéristiques de la fusée-sonde Viking II pour les 5 vols suivants (6 juin 1952 au 4 février 1955)

Longueur : 12,7 à 13,7 mètres.
Diamètre : 1,14 mètre.
Poids au lancement : 5,8 à 6,8 tonnes.
Poussée : 8,5 à 9,7 tonnes.

Les 2 derniers vols du Viking s'inscrivent plus tard, dans le cadre du programme Vanguard, les 8 décembre 1956 et 1^er mai 1957.

Développement du lanceur Vanguard

Le projet Vanguard voit le jour le 5 juillet 1955 avec la publication d’un rapport concernant un programme de satellites scientifiques par le Naval Research Laboratory (NRL). Ce rapport recommande l'utilisation du Viking comme premier étage du lanceur, et des étages supérieurs consistant en deux étages à propergol solide ou en un deuxième étage à propergol liquide dérivé de la fusée-sonde Aerobee et un troisième étage à propergol solide. Le projet est approuvé le 29 juillet 1955 par le président des États-Unis Dwight D. Eisenhower.

Caractéristiques des Vanguard

Le premier étage est identique à celui des fusées-sondes Viking II (1,14 m de diamètre pour 13,4 m de hauteur), mais le moteur est développé par General Electric. Le nouveau moteur, appelé X-405, fournit une poussée de 12,7 tonnes pendant 142 s (contre 9,7 tonnes pour les précédents moteurs) grâce à l'utilisation du kérosène (avec l'oxygène liquide comme oxydant).

Le deuxième étage, (0,81 m de diamètre pour une hauteur de 9,4 m, identique au Viking I) utilise un moteur dérivé de celui de la fusée-sonde Aerobee mais plus puissant (3,4 tonnes contre 1,1 tonne de poussée pendant 120 s), le AJ-10. Le « pilotage » du deuxième étage se fait selon le même principe que celui du Viking (articulation cardan). Le carburant du deuxième étage du Vanguard est du diméthylhydrazine asymétrique (UDMH) avec de l'acide nitrique fumant blanc comme oxydant.

Le troisième étage à propergol solide (poudre) mesure 1,5 m de haut pour 50 cm de diamètre et fournit une poussée de 1 tonne (moteur GRC 133-KS-2800).

Le moteur du 3ème étage de la version SLV-7 est fourni par Hercules Powder. Ce moteur, le X-248, développe 1,4 tonne de poussée en brûlant un mélange de nitrocellulose et de nitroglycérine, avec addition de perchlorate d'ammonium et de poudre d'aluminium, entre autres. Le corps du moteur est en fibre de verre. La charge utile est de 45 kg en orbite terrestre basse. La version SLV-7 qui vole une seule fois en septembre 1959 est équipé d'un nouveau troisième étage avec un moteur X 248-A2. La capacité de lancement est de 45 kg en orbite terrestre basse.

Missions

Quatorze lancements de Vanguard ont lieu (contre les 12 prévus au départ). Les deux premiers portent la désignation de Vanguard Test Vehicle TV-0 et TV-1. Les véritables lancements « Vanguard » à proprement parler, commencent avec le Vanguard TV-2. Le dernier lancement a lieu le 18 septembre 1959 après 12 lancements et trois satellites (Vanguard 1, 2 et 3) placés en orbite.

Le succès du Spoutnik soviétique en 1957, accélère les lancements à tel point que le lancement d’un satellite, initialement prévu avec le Vanguard TV-6, est avancé au TV3 avec comme conséquence la destruction du lanceur sur son pas de tir.

Historique des lancements
Date	Désignation	Charge utile	Masse	Expérience	Résultat
8 décembre 1956	TV-0	(pas de satellite)			Vol suborbital avec un seul étage
1^er mai 1957	TV-1	(pas de satellite)			Vol suborbital avec deux étages
23 octobre 1957	TV-2	(pas de satellite)			Échec : vol suborbital avec deux étages
6 décembre 1957	TV3	Vanguard TV-3	1,36 kg		Échec : pression trop basse dans le réservoir à T+2 secondes
5 février 1958	TV-3 Back-up	Vanguard TV 3BU	1,36 kg		Échec : perte de contrôle du 1er étage
17 mars 1958	TV-4	Vanguard 1	1,47 kg
28 avril 1958	TV-5		9,98 kg	Mesure du rayonnement X	Échec : pas de séparation des 2^e et 3^e étages
27 mai 1958	SLV-1		9,98 kg	Mesure de la raie Lyman-Alpha	Échec : perte de contrôle d'attitude du 2^e étage
26 juin 1958	SLV-2		9,98 kg	Mesure de la raie Lyman-Alpha	Échec : extinction du 2^e étage peu après sa mise à feu
26 septembre 1958	SLV-3		9,98 kg	Couverture nuageuse	Échec : extinction prématurée du 2^e étage
17 février 1959	SLV-4	Vanguard 2	10,75 kg	Couverture nuageuse Mesure de la densité de la haute atmosphère
13 avril 1959	SLV-5		10,3 kg	Magnétomètre	Échec : perte de contrôle du 2ème étage
22 juin 1959	SLV-6		10,3 kg	Radiation balance # 1 de 20 pouces	Échec : anomalie d'une valve d'hélium du 2^e étage
18 septembre 1959	SLV-7	Vanguard 3	22,7 kg	Magnétomètre, mesure du rayonnement X et détection de micrométéorites

Notes et références

↑ Homer E. Newell (NASA), « Beyond the Atmosphere : Early Years of Space Science - CHAPTER 5 THE ACADEMY OF SCIENCES STAKES A CLAIM », 1980 (consulté le 11 octobre 2009)
↑ Explorer 1 (monographie), p. 15-17
↑ (en) Project Vanguard - Why It Failed to Live Up to Its Name, 21 octobre 1957, Time Magazine
↑ Discovering the cosmos with small spacecraft, p. préambule

Bibliographie

(en) J. D. Hunley, US Space-launch vehicle technology : Viking to space shuttle, University press of Florida, 2008, 453 p. (ISBN 978-0-8130-3178-1)
(en) Dennis R. Jenkins et Roger D. Launius, To reach the high frontier : a history of U.S. launch vehicles, The university press of Kentucky, 2002 (ISBN 978-0-8131-2245-8)
(en) M. C. Green et M. Lomask, Vanguard : A history, NASA, 1970, 329 p. (lire en ligne)