Fregat

Étage de fusée

Fregat (en russe : Фрегат) est un étage de fusée développé par le constructeur russe Lavotchkine dans les années 1990, utilisé pour les manœuvres orbitales des sondes et des satellites sur différentes variantes du lanceur Soyouz. Son moteur principal S5.92 consomme un mélange d'UDMH et de peroxyde d'azote. Il existe en deux versions : la version de base, d'une masse de 6,2 tonnes, et la version avec réservoir largable utilisée sur le lanceur lourd Zenit, de 11,6 tonnes.

Description de cette image, également commentée ci-après
Modèle de l'étage Fregat pour la sonde spatiale Phobos-Grunt.
Caractéristiques
Type moteur 1 moteur S5.92
Ergols UDMH/Peroxyde d'azote
Poussée 19,79 kN
Impulsion spécifique 225 s
Rallumage 7 fois
Contrôle d'attitude 12 moteurs vernier
Masse 5 350 kg
Hauteur 1,5 m
Diamètre 3,35 m
Durée de fonctionnement 1 350 s
Utilisation
Utilisation Étage supérieur
Lanceur Soyouz
Zenit
Premier vol
Statut En service
Constructeur
Pays Drapeau de la Russie Russie
Constructeur Lavotchkine

Caractéristiques

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L'étage Fregat a une masse à vide de 924 kg et de 5 350 kg lorsqu'il est rempli de ses ergols. Le moteur S5.92 a une impulsion spécifique de 332 s et une poussée de 19,79 kN (environ 2 018 kg). Le contrôle d'attitude est réalisé par 12 petits moteurs-fusées ayant chacun 50 N de poussée (environ 5 kg) et une impulsion spécifique de 225 s. L'étage a une durée de combustion de 1 350 s[1]. L'étage peut être redémarré plusieurs fois[2].

Dans la version de base l'étage est haut de 1,5 m pour un diamètre de 3,35 m. La structure de l'étage est constituée de six sphères : deux d'entre elles contiennent le carburant, deux autres le comburant et les deux dernières sphères contiennent l'avionique.

Historique

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L'étage Fregat a été développé à partir du système de propulsion des sondes spatiales Phobos et Mars 96. Le développement de l'étage a commencé en 1993 mais s'est heurté à des problèmes de financement. La création de l'entreprise Starsem, chargée de la commercialisation du lanceur Soyouz et la signature du contrat pour le lancement des 4 satellites Cluster de l'Agence spatiale européenne, a permis d'accélérer le développement de l'étage Fregat, qui sera par la suite proposé comme quatrième étage du lanceur Soyouz.

Le premier lancement de l'étage Fregat a lieu le . Après un deuxième vol d'essai, le lanceur Syouz-U/Fregat a lancé avec succès les quatre satellites scientifiques Cluster, qui avaient été reconstruits à la suite de l'échec du vol inaugural d'Ariane 5 le . L'étage Fregat a démontré, au cours d'un des deux vols, sa capacité à rattraper une défaillance partielle du troisième étage du lanceur. Aujourd'hui, l'étage Fregat est proposé sur différentes versions du lanceur Soyouz (Soyouz-U, Soyouz-FG, et depuis 2006 Soyouz-2.1a et Soyouz-2.1b) pour la mise en orbite de satellites commerciaux et de sondes spatiales (Mars Express, Venus Express).

Une version comportant un réservoir toroïdal supplémentaire jetable, et baptisée Fregat-SB, est développée pour permettre l'emport de charges plus lourdes. Il est proposé sur le lanceur Zenit. La version Fregat-SB a une hauteur de 2,3 m pour un diamètre de 3,44 m et une masse de 11 600 kg. La masse à vide de l'ensemble est de 950 kg, dont 375 kg pour le réservoir largable. Le premier vol de cette version a lieu le  : il est utilisé par un lanceur Zenit pour placer en orbite le satellite météorologique russe Elektro-L.

L'échec du lancement du 22 août 2014

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Le , un lanceur Soyouz MTB utilisant un étage Fregat-MT est lancé depuis la base de Kourou, avec une charge utile constituée par les deux premiers satellites opérationnels du système de positionnement par satellites européen Galileo. L'étage Fregat place les deux satellites sur une orbite erronée (13 700 x 25 900 km et inclinaison de 49,7°, au lieu d'une orbite circulaire de 23 500 km avec une inclinaison de 55°) qui les rend inutilisables, car les satellites ne disposent pas de suffisamment de carburant pour effectuer les corrections nécessaires[3]. Une commission nommée pour déterminer les causes de cet échec met en évidence un mauvais fonctionnement de l'étage Fregat, avec une cascade de défaillances techniques et humaines.

L'étage Fregat est utilisé à deux reprises, pour la mise en orbite puis la circularisation de l'orbite, avec un intervalle de temps de 3 heures 15 minutes entre les deux mises à feu. À l'issue de la première mise à feu, les petits propulseurs de l'étage utilisés pour contrôler l'attitude sont mis à contribution pour imprimer un mouvement de rotation à l'étage, aussi appelé « spin », afin que l'action du Soleil soit répartie de manière assez uniforme sur toutes les parois de l'ensemble, évitant ainsi une élévation excessive de la température durant la phase de croisière passive (mode dit « barbecue »)[4].

Ces petits propulseurs ont été mis à contribution durant 18 minutes. Or les capteurs ont détecté que trois des quatre moteurs d'une des 4 grappes de propulseurs n'ont pas été alimentés durant ces 18 minutes. L'explication la plus probable est que l'hydrazine, qui devait parvenir jusqu'à leur chambre de combustion, a gelé (−52 °C) dans la canalisation d'alimentation, du fait de la proximité trop importante d'une conduite d'hélium utilisée pour mettre sous pression le carburant du propulseur principal. En effet, durant la première utilisation de la propulsion principale de l'étage Fregat, la circulation de l'hélium aurait abaissé fortement la température autour de la canalisation[4]. La commission a constaté que la conduite d'hélium était fixée par une bride non pas à la structure de l'étage comme prévu mais à la conduite d'hydrazine créant un pont thermique entre les deux. Cette erreur de montage aurait déjà été commise sur des étages Fregat ayant volé précédemment mais une utilisation différente de la propulsion aurait permis d'éviter la même défaillance[5].

La deuxième anomalie est que le système de contrôle d'attitude n'a apparemment ni détecté ni tenté de corriger cette anomalie, qui a placé le lanceur dans une orientation non conforme. Les contrôleurs au sol n'ont également rien détecté. Après la phase de croisière de trois heures et demie, la propulsion principale a été remise à feu. Le lanceur étant mal orienté (l'erreur de pointage a été évalué à 145°[3]), la poussée s'est exercée dans une direction erronée et les satellites se sont retrouvés sur une orbite inutilisable. De nouveau, avant la mise à feu du propulseur principal, ni les instruments, ni les contrôleurs au sol ne se sont rendu compte de l'erreur d'orientation de l'étage, alors que ce paramètre fait normalement toujours l'objet de vérifications minutieuses avant un ré-allumage de ce type[4].

Lancements comportant un étage Fregat

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Liste des lancements (mise à jour le )[6].
Date Lanceur Base de lancement Charge utile Type de charge utile Orbite Remarques
Soyouz-U/Fregat Baïkonour IRDT 1 Vol de qualification Orbite basse Succès
Soyouz-U/Fregat Baïkonour Test Deuxième vol de qualification Orbite fortement elliptique Succès
Soyouz-U/Fregat Baïkonour Cluster FM6 et Cluster FM7 2 satellites scientifiques de la mission Cluster[Note 1] Orbite elliptique à forte excentricité Succès
Soyouz-U/Fregat Baïkonour Cluster FM5 et Cluster FM8 2 satellites scientifiques de la mission Cluster[Note 1] Orbite elliptique à forte excentricité Succès
Soyouz-FG/Fregat Baïkonour Mars Express / Beagle 2 Sonde spatiale martienne et son atterrisseur Orbite de Hohmann Succès
Soyouz-FG/Fregat Baïkonour Amos 2 (en) Satellite de télécommunications Orbite de transfert géostationnaire Succès
Soyouz-FG/Fregat Baïkonour Galaxy 14 Satellite de télécommunications pour diffusion de chaines de télévision par satellite Orbite de transfert géostationnaire Succès
Soyouz-FG/Fregat Baïkonour Venus Express Sonde spatiale vénusienne Orbite de Hohmann Succès
28 décembre 2005 Soyouz-FG/Fregat Baïkonour GIOVE A (GSTB V2/A) Satellite test du système européen Galileo Orbite moyenne Succès
Soyouz-2.1a/Fregat Baïkonour MetOp A Satellite météorologique sur orbite polaire Orbite héliosynchrone Succès
Soyouz-2.1a/Fregat Plessetsk Meridian-1 Satellites de télécommunications militaires Orbite elliptique à forte excentricité Succès
27 décembre 2006 Soyouz-2.1b/Fregat Baïkonour COROT Télescope spatial Orbite basse Succès
Soyouz-FG/Fregat Baïkonour Globalstar 65, 69, 71 et 72 4 satellites du système de communications par satellite Globalstar Orbite basse Succès
20 octobre 2007 Soyouz-FG/Fregat Baïkonour Globalstar 66, 67, 68 et 70 4 satellites du système de communications par satellite Globalstar Orbite basse Succès
Soyouz-FG/Fregat Baïkonour RADARSAT-2 Satellite d'observation Orbite héliosynchrone Succès
26 avril 2008 Soyouz-FG/Fregat Baïkonour GIOVE A (GSTB V2/A) Satellite test du système européen Galileo Orbite moyenne Succès
Soyouz-2-1a/Fregat Plessetsk Meridian-2 Satellites de télécommunications militaires Orbite elliptique à forte excentricité Succès partiel[7]
Soyouz-2-1b/Fregat Baïkonour Meteor-M 1, Sterkh 2, Universitetsky 2, UGATUSAT, BLITS, IRIS Satellites météorologique (Meteor-M 1), de sauvetage SAR (Sterkh 2), de recherches universitaires (Universitetsky 2, UGATUSAT), de mesures (BLITS) et démonstrateur technologique (IRIS) Orbite basse Succès
Soyouz-2-1a/Fregat Baïkonour Globalstar 73, 74, 75, 76, 77 et 79 6 satellites du système de communications par satellite Globalstar Orbite basse Succès
2 novembre 2010 Soyouz-2-1a/Fregat Plessetsk Meridian-3 Satellites de télécommunications militaires Orbite elliptique à forte excentricité Succès
Zenit-3F/Fregat-SB Baïkonour Elektro-L Satellite météorologique Orbite géostationnaire Succès
Soyouz-2-1b/Fregat Plessetsk Kosmos 2471 (en) (Uragan-K1 #1) Satellite du système russe GLONASS Orbite moyenne Succès
Soyouz-2-1b/Fregat Plessetsk Meridian-4 Satellites de télécommunications militaires Orbite elliptique à forte excentricité Succès
Soyouz-2-1a/Fregat Baïkonour Globalstar 81, 83, 85, 88, 89 et 91 6 satellites du système de communications par satellite Globalstar Orbite basse Succès
Zenit-3F/Fregat-SB Baïkonour RadioAstron (Spektr-R) Télescope spatial Orbite haute très elliptique Succès
Soyouz-2-1b/Fregat Plessetsk Kosmos 2474 (en) (Uragan-M #33) Satellite du système russe GLONASS Orbite moyenne Succès
Soyouz-2 ST/Fregat-MT Sinnamary Galileo-IOV PFM et Galileo-IOV FM2 2 satellites du système européen Galileo Orbite moyenne Succès
Zenit-2FG/Fregat-SB Baïkonour Phobos-Grunt / Yinghuo 1 Exploration de Phobos (lune martienne) et analyses de la planète Mars (Yinghuo 1) Orbite martienne Échec[8]
Soyouz-2-1b/Fregat-M Plessetsk Kosmos 2478 (en) (Uragan-M #37) Satellite du système russe GLONASS Orbite moyenne Succès
Soyouz-STA/Fregat Sinnamary Pléiades-1A, SSOT, Elisa-1, Elisa-2, Elisa-3 et Elisa-4 Satellites des projets français Pléiades et Myriade Orbite basse Succès
Soyouz-2-1b/Fregat-M Plessetsk Meridian-5 Satellite de télécommunications Orbite elliptique à forte excentricité Échec[9],[10]
Soyouz-2-1a/Fregat-M Baïkonour Globalstar 80, 82, 84, 86, 90 et 92 6 satellites du système de communications par satellite Globalstar Orbite basse Succès
Soyouz-FG/Fregat Baïkonour Kanopus-V1, BKA, Zond-PP, exactView 1 et TET-1 Satellites de surveillance de catastrophes naturelles (Kanopus), maritime (exactView 1), et d'expérimentations scientifiques (TET-1) Orbite basse Succès
Soyouz-2-1a/Fregat-M Baïkonour MetOp-B Satellite météorologique Orbite polaire Succès
Soyouz-STB/Fregat-MT Sinnamary Galileo-IOV FM3 et Galileo-IOV FM4 2 satellites du système européen Galileo Orbite moyenne Succès
Soyouz-2-1a/Fregat-M Plessetsk Meridian-6 Satellite de télécommunications Orbite elliptique à forte excentricité Succès
2 décembre 2012 Soyouz-STA/Fregat Sinnamary Pléiades-1B Satellite du projet français Pléiades Orbite basse Succès
Soyouz-2-1a/Fregat-M Baïkonour Globalstar 78, 87, 93, 94, 95 et 96 6 satellites du système de communications par satellite Globalstar Orbite basse Succès
Soyouz-2-1b/Fregat-M Plessetsk Kosmos 2485 (en) (Uragan-M #38) Satellite du système russe GLONASS Orbite moyenne Succès
Soyouz-STB/Fregat-MT Sinnamary O3b 1, O3b 2, O3b 4 et O3b 5 4 satellites de relais Internet pour l'opérateur O3b Networks Orbite moyenne Succès
Soyouz-STB/Fregat-MT Sinnamary Gaia Satellite de recherches scientifiques (Astrométrie) Point de Lagrange L2 Succès
Soyouz-2-1b/Fregat-M Plessetsk Kosmos 2494 (en) (Uragan-M #42) Satellite du système russe GLONASS Orbite moyenne Succès
Soyouz-STA/Fregat-M Sinnamary Sentinel 1A Satellites d'observation de la Terre (environnement) Orbite basse Succès
Soyouz-2-1b/Fregat-M Plessetsk Kosmos 2500 (en) (Uragan-M #43) Satellite du système russe GLONASS Orbite moyenne Succès
Soyouz-2-1b/Fregat-M Baïkonour Meteor-M 2, Relek, TechDemoSat 1, SkySat 2, DX 1, UKube 1, AISSat 2 et une maquette inerte du M3MSat[Note 2] Micro-satellites d'observation météo (Meteor-M 2), observation de la magnétosphère (Relek), démonstrateur technologique (TechDemoSat 1), photographies par satellite (SkySat 2), expérimentations technologiques (DX 1, UKube 1) et surveillance maritime (AISSat 2 et M3MSat) Orbite basse Succès
Soyouz-STB/Fregat-MT Sinnamary O3b 3, O3b 6, O3b 7 et O3b 8 4 satellites de relais Internet pour l'opérateur O3b Networks Orbite moyenne Succès
Soyouz-STB/Fregat-MT Sinnamary Galileo-FOC FM5 et Galileo-FOC FM6 2 satellites du système européen Galileo Orbite moyenne Échec[11]
Soyouz-2-1a/Fregat-M Plessetsk Meridian 7 Satellite de télécommunications russe Orbite de Molnia Succès
Soyouz-2-1b/Fregat-M Plessetsk GLONASS K1 Satellite du système russe GLONASS Orbite moyenne Succès
Soyouz-STB/Fregat-MT Sinnamary 4 satellites O3b Satellites de relais Internet pour l'opérateur O3b Networks Orbite moyenne Succès
Soyouz-STA/Fregat-MT Sinnamary Galileo, satellites 7 et 8 2 satellites du système européen Galileo Orbite moyenne Succès
Soyouz-STA/Fregat-MT Sinnamary Galileo, satellites 9 et 10 2 satellites du système européen Galileo Orbite moyenne Succès
Soyouz-2-1b/Fregat-M Plessetsk Toundra 1 Satellite d'alerte précoce russe Orbite toundra Succès
Zenit-3F/Fregat-SB Baïkonour Elektro-L 2 Satellite météorologique russe Orbite de transfert géostationnaire Succès
Soyouz-STA/Fregat-MT Sinnamary Galileo, satellites 11 et 12 2 satellites du système européen Galileo Orbite moyenne Succès
Soyouz-2-1b/Fregat-M Plessetsk GLONASS M Satellite du système russe GLONASS Orbite moyenne Succès
Soyouz-STB/Fregat-MT Sinnamary Sentinel-1B, Microscope et 3 satellites CubeSat Satellite d'observation de la Terre de l'agence spatiale européenne Orbite héliosynchrone Succès
Soyouz-STA/Fregat-MT Sinnamary Galileo, satellites 13 et 14 2 satellites du système européen Galileo Orbite moyenne Succès
Soyouz-2-1b/Fregat-M Plessetsk GLONASS M Satellite du système russe GLONASS Orbite moyenne Succès
Soyouz-STB/Fregat-MT Sinnamary Hispasat 36W-1 Satellite de télécommunications pour l'opérateur Hispasat Orbite de transfert géostationnaire Succès
Soyouz-STB/Fregat-MT Sinnamary SES-15 Satellite de télécommunications pour l'opérateur SES Orbite de transfert géostationnaire Succès
Soyouz-2-1b/Fregat-M Plessetsk Toundra 2 Satellite d'alerte précoce russe Orbite toundra Succès
Soyouz-2-1b/Fregat-M Baïkonour Kanopus-V-IK 1 Satellite d'observation de la Terre russe Orbite héliosynchrone Succès
Soyouz-2-1b/Fregat-M Plessetsk GLONASS M Satellite du système russe GLONASS Orbite moyenne Succès
Soyouz-2-1b/Fregat-M Vostotchny Meteor-M 2-1, 9 microsatellites Satellite météorologique (Russie) Orbite basse Échec[12]
Zenit-3F/Fregat-SB Baïkonour AngoSat-1 Satellite de télécommunications (Russie) Orbite de transfert géostationnaire Succès
Soyouz-2-1a/Fregat-M Vostotchny Kanopus-V 3, Kanopus-V 4, 4 nano satellites Satellites d'observation de la Terre (Russie) Orbite basse Succès
Soyouz-STB/Fregat-MT Sinnamary 4 satellites O3b Satellites de télécommunications pour l'opérateur O3b Networks Orbite moyenne Succès
Soyouz-2-1b/Fregat-M Plessetsk GLONASS-M Satellite du système russe GLONASS Orbite moyenne Succès
Soyouz-2-1b/Fregat-M Plessetsk GLONASS-M Satellite du système russe GLONASS Orbite moyenne Succès
Soyouz-STB/Fregat-MT Sinnamary MetOp-C Satellite météorologique (Eumetsat, Europe) Orbite héliosynchrone Succès
Soyouz-STA/Fregat-MT Sinnamary CSO-1 Satellite d'observation de la Terre (CNES,France) Orbite héliosynchrone Succès
Soyouz-2-1a/Fregat-M Vostotchny Kanopus-V 5, Kanopus-V 6, 1 microstatellite, nombreux nanosatellites Satellites d'observation de la Terre (Russie) Orbite basse Succès
Soyouz-2-1b/Fregat-M Baïkonour EgyptSat A Satellite d'observation de la Terre (Égypte) Orbite basse Succès
Soyouz-STB/Fregat-M Sinnamary 6 satellites OneWeb Satellite de télécommunications, (États-Unis) Orbite basse Succès
Soyouz-STB/Fregat-M Sinnamary 4 satellites O3B Satellites de télécommunications pour l'opérateur O3b Networks Orbite moyenne Succès
Soyouz-2-1b/Fregat-M Plessetsk GLONASS-M 758 Satellite de navigation Orbite moyenne Succès
Soyouz-2-1b/Fregat-M Vostotchny Meteor-M2-2, 11 CubeSats Satellite météorologique Orbite moyenne Succès
Soyouz-2-1a/Fregat-M Plessetsk Meridian 8 Satellite de télécommunications militaires Orbite de Molnia Succès
Soyouz-2-1b/Fregat-M Plessetsk GLONASS-M 759 Satellite de navigation Orbite moyenne Succès
Soyouz-2-1b/Fregat-M Baïkonour 34 satellites OneWeb Satellites de télécommunications (Royaume-Uni) Orbite basse Succès

Notes et références

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  1. a et b Ces satellites ont été reconstruits, à la suite de leur perte dans l'explosion de la fusée Ariane 5 lors de son vol inaugural, le 4 juin 1996.
  2. Pour des raisons politiques, le M3Msat a été retiré du lancement, il a donc été remplacé par une maquette inerte, afin de ne pas modifier la configuration de la fusée.

Références

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  1. (en) « Fregat versatile rocket stage », Russian Space Web, (consulté le )
  2. (en) « Starsem successfully launches second Europe navigation satellite », Arianespace,
  3. a et b Stefan Barensky, « Galileo FOC : erreur de navigation », Air & Cosmos, no 2418,‎ , p. 34-36
  4. a b et c (en) Patrick Blau, « Soyuz VS09 launch updates - Galileo FOC-1 & 2 : Frozen propellant line found to be cause of galileo launch failure », spaceflight101.com,
  5. Stefan Barensky, « Bruxelles chamboule le calendrier », Air & Cosmos, no 2423,‎ , p. 48
  6. (en) « Fregat », sur Gunter's space page (consulté le )
  7. (en) « Launch of the second Meridian communication satellite », Russian strategic nuclear forces, (consulté le )
  8. « Une sonde russe s'écrase dans le Pacifique », Le Monde.fr, (consulté le )
  9. (en) Chris Bergin et William Graham, « Assessing the Soyuz failure with Meridian – Redressing Russia’s internal woes », NASA Spaceflight.com, (consulté le )
  10. (en) « Soyuz rocket fails to achieve orbit and crashes », SpaceFlight 101, (consulté le )
  11. (en) « Soyuz Flight VS09 », sur Arianespace (consulté le )
  12. (en) « Previously Undetected Software Bug Potential Cause for Soyuz/Fregat Failure », sur spaceflight101.com, (consulté le )

Voir aussi

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Articles connexes

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Liens externes

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