KARI atteint l'orbite lors du deuxième vol d'essai de la fusée nationale Nuri

L'Institut coréen de recherche aérospatiale (KARI) a effectué son deuxième lancement de la fusée spatiale coréenne (KSLV)-II, également connue sous le nom de Nuri. C'était le retour en vol de Nuri après avoir presque atteint l'orbite lors de sa mission précédente. La fusée a décollé du Launch Complex-2 (LC-2) au Naro Space Center le 21 juin à 16h00, heure de Corée (07h00 UTC).

Ce lancement était le deuxième vol de démonstration de Nuri et la cinquième tentative de lancement orbital de KARI. Lors de ce vol, Nuri a transporté un simulateur de masse de 1,2 tonne métrique, le satellite de vérification des performances (PVSAT) de 162,5 kg, quatre CubeSats et un CubeSat factice en orbite avec succès.

Présentation de la fusée et de la charge utile :

Nuri est le lanceur orbital de deuxième génération de la Corée du Sud. La fusée est la première fusée de construction nationale du pays à atteindre l'orbite. La première fusée orbitale sud-coréenne était la KSLV-I, également connue sous le nom de Naro-1.

Naro-1 était un système de lancement orbital de petits satellites développé conjointement par la Corée du Sud et la Russie. Le premier étage était un module de fusée universel (URM) -1 modifié de fabrication russe utilisant un moteur RP-1/LOX RD-151. Son deuxième étage utilisait un moteur-fusée à combustible solide de fabrication sud-coréenne. Avec deux étages, la fusée de 144 mT, de 2,9 mètres de diamètre et de 33 mètres de haut pourrait transporter une charge utile de 100 kg en orbite terrestre basse (LEO).

Lancement de Naro-1 (Crédit : KARI)

Naro-1 a effectué son premier vol le 25 août 2009, transportant le vaisseau spatial STSat-2A. Peu de temps après l'arrêt du premier étage, le vol n'a pas réussi à atteindre l'orbite car le carénage de la charge utile ne s'est pas séparé. En raison de la masse supplémentaire du carénage, le deuxième étage n'a pas atteint la vitesse orbitale.

Le deuxième lancement de Naro-1 a eu lieu un peu moins d'un an plus tard, le 10 juin 2010. Pour cette mission, la fusée a tenté de mettre en orbite le satellite STSat-2B. Cependant, 137 secondes après le décollage, le lanceur a été perdu. La cause de l'échec est toujours contestée.

Deux ans et demi plus tard, le troisième et dernier Naro-1 a réussi à atteindre l'orbite avec le satellite STSat-2C. En tant que première fusée sud-coréenne à atteindre l'orbite, elle est devenue le 11e et le plus récent pays à atteindre l'orbite. Après ce vol, Naro-1 a été retiré au profit d'un lanceur plus grand, développé dans le pays.

Nuri est une fusée à trois étages capable de soulever 1 500 kg vers une orbite héliosynchrone (SSO). Le premier étage est propulsé par quatre moteurs Jet-A/LOX KRE-075. Chaque moteur produit 735 kN de poussée à 298 secondes d'impulsion spécifique dans le vide. Au total, les quatre moteurs produisent 2 942 kN de poussée et brûlent pendant 127 secondes. Cette scène mesure 3,5 mètres de diamètre et mesure 21,6 mètres de haut.

Le deuxième étage est propulsé par un moteur Jet-A/LOX KRE-075 optimisé pour le vide. Ce moteur optimisé pour le vide produit 788 kN de poussée avec une impulsion spécifique de 315,4 secondes. En vol, cette étape brûle pendant 148 secondes. Comparé au premier étage, le deuxième étage est plus petit, avec 2,6 mètres de diamètre et 13,6 mètres de haut.

Le troisième étage de Nuri est le plus petit et le dernier étage de la fusée. La scène est alimentée par un seul moteur à vide Jet-A/LOX KRE-007. Ce moteur produit 68,7 kN de poussée avec une impulsion spécifique de 325 secondes. Lors d'un lancement, cet étage brûle pendant environ 500 secondes et place sa ou ses charges utiles sur l'orbite prévue.

Avec le carénage de la charge utile, la fusée mesure 47,2 mètres de haut, 3,5 mètres de diamètre et a une masse de 200 mT.

Les moteurs de Nuri utilisent chacun un cycle de générateur de gaz pour alimenter leur turbopompe. Chaque moteur a été testé au sol en vue du vol à bord de Nuri. Pour qualifier le moteur KRE-075 ainsi que plusieurs éléments de la fusée Nuri, le KARI a lancé le 28 novembre 2018 le véhicule de lancement d'essai KSLV-II (KSLV-II TLV).

Le lanceur suborbital à petite échelle a pris son envol avec succès, atteignant une apogée de 209 kilomètres, et son seul moteur KRE-075 a brûlé pendant 151 secondes. Après ce vol d'essai, KARI a ensuite qualifié le moteur KRE-007 pour le vol. Après plusieurs campagnes de tests, la première fusée Nuri était prête pour son premier lancement.

Après un compte à rebours relativement fluide - en plus d'un délai d'une heure pour des vérifications supplémentaires de la fusée - Nuri a pris son envol du LC-2 le 21 octobre à 08h00 UTC lors de sa première tentative orbitale. Après le décollage, le véhicule a passé avec succès la plupart de ses étapes de vol. Les premier et deuxième étages se sont parfaitement déroulés avec le carénage se séparant comme prévu.

La troisième étape s'est allumée et a bien fonctionné pendant 475 secondes dans sa durée de combustion nominale de 521 secondes. Un arrêt prématuré du moteur 475 secondes après le début du vol a fait que l'étage s'est retrouvé juste en deçà de la vitesse orbitale. Son simulateur de masse de 1,5 mT s'est tout de même séparé avec succès du troisième étage, atteignant son altitude cible de 700 km.

Après un examen approfondi des données recueillies pendant le vol, quelques événements anormaux ont été découverts. À T+ 36 secondes, des vibrations non nominales ont été détectées dans la structure de support de la ferme du réservoir du troisième étage et dans l'adaptateur de charge utile. L'hélium a alors commencé à fuir du réservoir d'hélium du troisième étage, augmentant la pression dans le réservoir LOX.

https://twitter.com/kari2030/status/1453181710917529601?s=20&t=MoNywLHedmgoPwL7ucwh5w

32 secondes plus tard, la pression du réservoir LOX du troisième étage a commencé à chuter et la température de surface de la moitié supérieure du réservoir a chuté. Enfin, à T + 115,8 secondes après le début du vol, la pression du réservoir d'hélium a commencé à baisser et la pression du réservoir LOX a de nouveau augmenté. Même avec l'augmentation et la diminution des pressions du réservoir LOX du troisième étage, l'étage était encore capable de fonctionner pendant un certain temps.

En décembre 2021, la cause de l'échec a été annoncée. En raison de l'accélération croissante pendant le vol - et donc de l'augmentation de la flottabilité de tous les composants du réservoir LOX - une ancre du réservoir d'hélium LOX du troisième étage a échoué. En raison de la rupture de l'ancre, le réservoir d'hélium s'est détaché et a commencé à se déplacer autour du réservoir LOX. Avec le déplacement du réservoir d'hélium, il a endommagé les réservoirs et provoqué des fissures entraînant de nouvelles fuites d'hélium et de LOX.

Finalement, la fuite est devenue suffisamment grave pour ne plus fournir de LOX au moteur KRE-007. Le LOX n'étant pas alimenté au moteur, un arrêt prématuré du moteur a eu lieu, mettant fin au vol.

Une fois les investigations terminées, des modifications ont été apportées à l'ancre pour compenser la flottabilité accrue observée pendant le vol. Le deuxième vol de Nuri a été reporté du 19 mai 2022 à la mi-juin 2022, pour mettre en œuvre ces changements sur le véhicule.

Fort des leçons tirées du premier vol, le deuxième vol a emporté cinq charges utiles actives et deux passives. La plus grande des charges utiles à bord de Nuri était le simulateur de masse de 1,2 mT. Ce simulateur de masse est similaire au simulateur de 1,5 mT vu lors du premier vol de Nuri. Cependant, sur le dessus se trouvait un adaptateur de charge utile pour le PVSAT.

PVSAT est un satellite de test pour vérifier le matériel satellite construit localement ainsi que les performances de Nuri en vol. Le satellite est relativement petit, à environ 0,93 x 0,9 x 0,89 mètres, avec une masse de 162,5 kg. Des cellules solaires seront utilisées pour alimenter le vaisseau spatial. Le satellite est équipé de cinq composants de fabrication nationale qui seront testés dans l'environnement spatial.

Modèles du PVSAT (à droite) et du simulateur de masse (à gauche, avec PVSAT monté sur le dessus). Remarquez les cinq baies CubeSat sur PVSAT. (Crédit : KARI)

Le premier est un générateur thermoélectrique chauffé électriquement (ETG) d'un kilogramme pour générer de l'électricité en utilisant les différences de température. Cette technologie pourrait être utilisée pour des programmes d'exploration et de développement lunaires. Un autre instrument est un gyroscope à moment de contrôle (CMG) de neuf kilogrammes qui agit comme un actionneur pour le contrôle d'attitude à grande vitesse. Le CMG sera utilisé pour tester la technologie des gyroscopes pour les futures missions.

Une antenne en bande S hémisphérique de 400 g sera utilisée comme antenne redondante. Cette antenne sera utilisée pour tester les performances d'une antenne en bande S pour les transmissions de télémétrie/commande. Un système de caméra vidéo (VCS) sera utilisé sur le vaisseau spatial. Le VCS sera utilisé pour enregistrer l'éjection des CubeSats - qui aura lieu depuis le vaisseau spatial. Les données et la vidéo capturées sont retransmises vers la Terre à l'aide de l'antenne en bande S.

Sur le satellite se trouvent cinq déployeurs de CubeSat, dont quatre détiennent des CubeSats construits par l'université. Le plus grand Cubesat est le 6U STEP Cube Lab-II qui a une masse de 9,6 kg. Ce CubeSat est équipé d'une caméra optique infrarouge moyen / infrarouge en tant que première mission d'observation de la Terre multibande électro-optique moyen infrarouge de Corée. Le deuxième plus grand est le 3U SNUGLITE-II avec une masse de 3,8 kg. Ce CubeSat sera utilisé comme satellite radioamateur éducatif avec un récepteur GPS.

Vient ensuite le 3U Multi-spectral Imaging for Monitoring Aerosol by Nanosatellite (MIMAN) pesant 3,7 kg. MIMAN utilisera l'imagerie multispectrale pour surveiller les aérosols. Repeater Arrangement & Disaster Early View (RANDEV) est le quatrième et dernier CubeSat actif. Ce CubeSat 3U/3,2 kg sera utilisé pour collecter des images des dangers potentiels des volcans, des côtes et des nuages.

Le CubeSat final sur PVSAT était un satellite factice 3U.

Nuri se tient sur LC-2 avant son premier lancement. (Crédit : KARI)

PVSAT a été monté sur le simulateur de masse de 1,3 mT début juin. Peu de temps après, les charges utiles ont été encapsulées dans le carénage de charge utile. Avec les charges utiles encapsulées, le troisième étage et les charges utiles ont été transférés pour être intégrés au reste de la fusée. Le 12 juin, tous les préparatifs du lancement étaient terminés.

Lancement:

Les derniers préparatifs de lancement commencent la veille du lancement avec le transfert de Nuri sur le site de lancement. Depuis le bâtiment d'assemblage, le véhicule se déplace à 1,5 km/h parcourant une distance de 1,8 kilomètres. Ce trajet a duré environ une heure et 20 minutes. Après son arrivée à LC-2, la fusée a commencé à être élevée verticalement à environ 10h00, heure de Corée.

Au fil de la journée, des connexions au pas de tir et à la fusée ont été créées. Les vérifications électriques, TVC, communications et hydrauliques sont également terminées. Les derniers préparatifs sont terminés vers 21h00, heure de Corée.

Les préparatifs du jour du lancement commencent à 9h00 (heures T-7), heure de Corée, avec des inspections de la rampe de lancement et des fusées. A T-5 heures et 30 minutes, les vérifications des réservoirs d'ergols sont terminées. Deux heures plus tard, le personnel au sol est évacué de la plate-forme pour commencer le ravitaillement. T-2 heures avant le lancement, le chargement du propulseur commence.

Le chargement du propulseur s'est terminé à T-1 heures et 20 minutes. À l'heure T-1, le stand de lancement a été déplacé vers sa position de lancement horizontale. 30 minutes avant le lancement, les vérifications finales du système et le sondage go/no-go sont terminés. Les opérations de lancement automatique (PLO) commencent 10 minutes avant le lancement.

Nuri décolle pour son vol inaugural. (Crédit : KARI)

A T-0, les moteurs du premier étage s'allument et le véhicule décolle. Peu de temps après le décollage, le véhicule entame une manœuvre de tangage pour atteindre son azimut de lancement de 170 degrés. Un peu moins d'une minute après le début du vol, le véhicule atteint Mach 1.

Une fois le propulseur épuisé, le premier étage s'arrête environ deux minutes et sept secondes de vol. En succession rapide, le premier étage se sépare du deuxième étage et le moteur du deuxième étage s'enflamme.

À près de quatre minutes de vol, le carénage de la charge utile se sépare, exposant les charges utiles à l'espace. 34 secondes plus tard, le deuxième étage coupe son moteur et se sépare du troisième étage. Peu de temps après, le troisième étage s'est enflammé et a effectué une manœuvre en dogleg pour atteindre un nouvel azimut de 191 degrés.

Environ 13 minutes après le lancement, le troisième étage s'arrête. Nuri a atteint avec succès une orbite circulaire de 700 km inclinée à 98,2 degrés, ayant une vitesse orbitale de 7,5 km/s. 100 secondes après la coupure moteur, le PVSAT se sépare de la fusée. Ensuite, la scène s'est inclinée à 90 degrés et - 70 secondes après la séparation de PVSAT - le simulateur de masse s'est séparé.

42 minutes après le lancement, le PVSAT commence à communiquer avec les stations au sol. Après avoir vérifié que le satellite est en bonne santé, il commencera à déployer les CubeSats tous les deux jours à partir du 23 juin. Le 23 juin, le STEP Cube Lab-II sera le premier à se séparer à partir de sa mission d'un an. Deux jours plus tard, RANDEV se séparera et commencera sa mission de six mois. Le 27 juin prochain, le satellite SNUGLITE-II commencera sa mission d'un an. Enfin, le 29 juin, le MIMAN se séparera du début de sa mission de six mois.

Après ce lancement, KARI a quelques mois bien remplis. Le 2 août (EDT), un SpaceX Falcon 9 lancera l'orbiteur lunaire Danuri de KARI. Ce Falcon 9 comportera un propulseur éprouvé en vol et enverra l'orbiteur lunaire en voyage vers la Lune.

Danuri en traitement final avant sa livraison. (Crédit : KARI)

KARI commencera également à préparer Nuri pour son troisième lancement. Ce troisième lancement devrait avoir lieu en janvier 2023, probablement avec NextSat 2. Suite à cette mission, Nuri a plusieurs lancements prévus sur plusieurs années jusqu'en 2027.

En utilisant Nuri, KARI utilisera les leçons apprises pour développer le KSLV-III provisoirement nommé. KSLV-III sera la fusée de nouvelle génération du KARI, conçue pour envoyer environ 3,5 mT en orbite de transfert géostationnaire. Cette fusée à deux étages utilisera cinq moteurs RP-1/LOX de 100 tonnes de poussée au premier étage et deux moteurs RP-1/LOX de 10 tonnes de poussée au deuxième étage. De nombreuses idées pour la fusée ont été proposées, notamment l'atterrissage du premier étage similaire à Falcon 9. Cette fusée devrait être lancée dans les années 2030.

(Photo principale : Nuri décolle pour son deuxième vol, et le premier à atteindre avec succès l'orbite. Crédit : KARI)