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Depuis le mois d'avril, l'Agence spatiale européenneAgence spatiale européenne (Esa) soumet à la torture des tests de vibrations l'atterrisseur de la mission ExoMars 2016, qui comprend également l'orbiteur TGOorbiteur TGO (Trace Gas Orbiter). Ils sont destinés à vérifier que la structure et ses équipements supporteront l'environnement vibratoire extrême du lancement. Ces tests ont lieu à l'Estec, le centre technique de l'Esa, situé aux Pays-Bas.
Le modèle testé n'est pas celui qui se posera sur Mars, mais seulement le modèle de développement. Pour ces essais, des simulateurs de masse ont été accolés à l'atterrisseur, pour qu'il soit représentatif de la charge à lancer. Quant au modèle de vol, les essais débuteront en 2014 et la campagne de lancement à l'automneautomne 2015, en vue d'un tir en janvier 2016.
Le modèle de développement de l'atterrisseur EDM d’ExoMars 2016, dans les locaux cannois de Thales Alenia Space où il est construit, avant qu’il ne soit transféré à l'Estec. © Thales Alenia Space
Essais de vibrations pour l'atterrisseur d'ExoMars 2016
Pour ces essais, des bancs de test Multishaker et Quad sont utilisés. Ils sont dimensionnés pour supporter une charge utile de dix tonnes et reproduire des accélérations, atteignant jusqu'à 20 g pour Quad (g étant l'accélération à la surface de la Terre). Tous deux fonctionnent dans une gamme de fréquences allant de 3 HzHz à 2 kHz.
Ces bancs se composent d'une table métallique (aluminium ou magnésiummagnésium) associée à des actionneurs, sur laquelle on fixe l'équipement ou le satellite à tester. Les actionneurs peuvent être électrodynamiques ou hydrauliques, et fonctionnent un peu comme des haut-parleurs. On fait passer un courant alternatifcourant alternatif dans une bobine, ce qui la déplace selon un mouvementmouvement sinusoïdal. En changeant la fréquence de ce courant, on fait donc varier l'excitation vibratoire communiquée à l'équipement mobilemobile.
Reproduire l’environnement vibratoire du lancement
Ces essais vibratoires sont de deux types, le premier était qualifié de sinusoïdal. C'est le plus classique et il consiste à appliquer une excitation sinusoïdale à la base du satellite, dirigée successivement selon trois axes de mouvement perpendiculaires : d'avant en arrière, latéralement et de haut en bas. De telles accélération sont assez représentatives de ce que le satellite subira pendant le lancement. On vérifie ainsi que la structure pourra résister aux contraintes du lancement sans dommage, et on mesure sa réponse.
L’atterrisseur d’ExoMars 2016 subissant des essais de vibrations sur le banc Multishaker. On note la présence des simulateurs de masse accolés tout autour de la structure. © Anneke Le Floc'h, Esa
Lors d'un autre type d'essai, dit aléatoire, on applique un signal dont on définit le spectrespectre (densité spectrale en fonction de la fréquence entre 0 et 400 Hz). Ce test est censé couvrir les niveaux de vibrations élevés qui peuvent se produire à la fin de la combustioncombustion des étages à poudre, ou lors de chocs pyrotechniques au moment de la séparationséparation des étages.
Contrairement à ce que l'on pourrait espérer, ces essais de vibrations ne reproduisent pas avec exactitude l'environnement réel rencontré par le satellite au cours de son lancement. En effet, tout le talent de l'ingénieur consiste à définir des essais conventionnels simulant des conditions extrêmes, sans tomber dans l'excès, pour ne pas surdimensionner les structures et surtout... ne rien casser.
