Fregat

Fregat
(Étage de fusée)

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	8 février 2000
Statut	En service

Constructeur

Pays	Russie
Constructeur	Lavotchkine

modifier

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.

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.

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 8 février 2000. 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 4 juin 1996. 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 20 janvier 2011 : il est utilisé par un lanceur Zenit pour placer en orbite le satellite météorologique russe Elektro-L.

Le 22 août 2014, 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].

• Soyouz (fusée)
• Zenit (fusée)
• Sonde spatiale
• Satellite artificiel

• Page sur l'étage Fregat (en russe)

• Portail de l’astronautique
• Portail de la Russie