THEMIS OPEN « lasso » / système d’enlacement à la récupération d’étage VTVL
Contexte projet
La récupération d’un étage réutilisable est une phase cruciale de la réutilisation. Plusieurs concepts peuvent être imaginés sont corrélés à l’architecture du lanceur. A l’origine du projet Themis Open, il a été proposé d’imaginer un système alternatif aux pieds d’atterrissage (type Falcon 9) pour un VTVL (Vertical Take Off, Vertical Landing). Le projet n’a pas été activé depuis lors, pour mieux se concentrer sur la Baie Pelican, toujours en cours, début 2021.
Avec la bonne avancée de la Baie Pelican qui passe en phase de prototypage essais (depuis fin 2020), OSM propose d’intégrer au projet Ad Astra, un stage de deux mois sur la thématique récupération/atterrissage. Dans une volonté de synergie, la coopération du sous-projet Themis-Open a été identifiée comme un bon réceptacle pour adresser cette approche système au service du projetAd Adstra qui a l’ambition d’être réutilisable et de Themis qui investigue d’autres solutions d’atterrissage.
Une première phase de créativité et de conception d’un sous-sytème d’un concept innovant est proposé et vise en ligne de mire le prototypage et les essais.
En effet, un concept de récupération d’étage ayant l’objectif de se passer des pieds d’atterrissage et gagner notamment en performance, a été imaginée en 2019 par ArianeGroup en challenger de la solution par pieds. La phase de faisabilité a été lancé par Arianeworks dans une approche d’Open innovation. Le projet que l’on décrit ci-après, s’insère dans cette recherche technologique multi-expertise pour imaginer, ensemble, les concepts de demain, au service de la réutilisation.
Plusieurs fonctions sont à travailler dont celles de « l’accostage de l’étage » aux derniers instants de sa mission à l’aide de câbles « entourant » celui-ci.
Le projet proposé ici a pour objectif de travailler un des sous-systèmes de ce concept d’accrochage répondant à ce besoin fonctionnel. Il s’agit d’imaginer quelles interfaces peut-on prévoir entre les câbles et l’étage pour maximiser la fiabilité de récupération sans contraindre trop fortement le design du lanceur.
Description technique et objectifs
Le sous-projet initiera les premiers concepts et esquisses compatibles de l’échelle Themis et pourra consolider cette phase de conception préliminaire par un prototypage à petite échelle et une réalisation d’essai.
L’objet de l’étude devra prendre en compte des spécifications de haut niveau associées à la dernière phase de l’accostage d’un étage Themis par un système terre ou mer qui attrape un étage à l’aide de câbles.
Plusieurs aspects techniques pourront être adressés dans la recherche des concepts, des formes, des matériaux ou technologies pour répondre aux problèmatiques listées ci-après
Organigramme technique ou fonctionnel
Plusieurs sous-parties du projet peuvent être travaillés ensemble ou séparément
- Fonctions adressées par le soussystème « lasso »
- Transmettre l’effort aux câbles (la gestion de la décélération de l’étage et de l’absorption de l’énergie ne fait pas parti du projet)
- Permettre le mouvement des câbles au moment de la détection de l’étage jusqu’à sa phase stabilisée
- Permettre à l’étage de freiner de façon stabilisé, en mode vertical, sans détériorer l’étage (problématique d’accostage)
- Résister aux environements mécaniques liés au choc avec l’étage et aux frottements et efforts induits par les câbles
- ëtre fabricable et maintenable sans démonter les câbles (contrainte optionnelle)
Certains aspects peuvent être anticipés
- Gérer le croisement de câbles qui se croisent et limiter les frottements tout en transmettant la majeure partie de l’énergie cinétique aux câbles
- Maximiser la fiabilité de l’accostage en étant robuste aux angles de roulis ou de tangage de l’étage ainsi que le niveau d’énergies cinétiques et potentielles résiduelles en fin de mission
- S’adapter au mouvement et la courbure du câble lors de l’accostage et de la décélération
- Limiter les efforts locaux sur l’étage pour limiter le besoin de remise en état ou de modification du design de l’étage
- Anticiper le montage du système avec ses câbles (concept possibles avec ≥3 câbles pour enlacer l’étage ; 4 câbles illustrés et pris en référence de travail)
Roadmap avec les principaux jalons
Le projet se veut rythmé sur plusieurs mois
Un premier macro-planning est proposé dans lesquels deux jalons utiles pour l’inclusion à de nouveaux makers sont proposés
- Phase 1 : stage OSM / 2 mois avril> juin 2021
- Jalon d’inclusion à la fin de stage mijuin
- Phase 2 : juin> septembre 2021 prototypage et maturité du concept
- Jalon mi étape prototypage petite échelle fin de l’été
- Phase 3 : amélioration prototypage et potentiels essais jusqu’à fin 2021/ début 2022 puis clôture du projet sous ThemisOpen
Principaux résultats
A la cloture du projet sous convention CNES/OSM, les principaux résultats ont éte de plusieurs ordres:
- rapports d'étude
- hardware : fabrication d'un prototype validant la cinématique et le design géomatrique du concept à petite échelle
