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Le Vulcan Centaur est le système de fusée de nouvelle génération, entièrement américain, développé par United Launch Alliance (ULA). Il remplace la technologie vieillissante et légendaire des lanceurs Atlas V et Delta IV — qui sont en cours de retrait — lançant des satellites sur différentes orbites pour des clients comme la NASA et le département de la Défense.

Salas O’Brien a fourni des services d’ingénierie complets pour les améliorations du Space Launch Complex 41 au Kennedy Space Center afin d’accueillir la fusée plus grande et les nouveaux carburants. Cet article présente les défis surmontés pour effectuer cette transition qui contribuent à la promesse d’un transport spatial abordable.

Qu’est-ce qui différencie la nouvelle fusée Vulcain?

La fusée Vulcan Centaur de l’ULA est de plusieurs pas en avant par rapport à la technologie précédente. Elle comprend :

Plus grande capacité de charge. Le Vulcan Centaur a une poussée maximale au décollage de 3,8 millions de livres, fournie par deux moteurs principaux Blue Origin BE4 de 550 000 livres chacun et jusqu’à six moteurs-fusées à propergol solide Northrop Grumman GEM 63XL de 463 200 livres chacun. La charge utile transporte jusqu’à 56 000 livres en orbite terrestre basse, 33 000 livres en orbite de transfert géo et 16 000 livres en orbite géostationnaire. La fusée a une capacité supérieure à celle de tout autre lanceur monocœur actuellement disponible.

Composants récupérables. Le Vulcan Centaur est conçu pour la réutilisation SMART (Sensible Modular Autonomous Return Technology). Le propulseur principal se sépare après l’arrêt du moteur principal (MECO) et est conçu pour la récupération, ce qui réduit le coût du vol spatial.

Un propergol mieux performant. Alors que l’étage principal de l’Atlas V est alimenté par du propergol de fusée (RP-1), similaire au kérosène, et de l’oxygène liquide (LO2), les nouveaux moteurs Vulcan BE-4 fonctionnent au gaz naturel liquéfique (GNL), à l’hydrogène liquide (LH2) et au LO2. Les recherches montrent Le carburant GNL pour le lancement spatial offre des performances accrues ainsi qu’un coût et un impact environnemental moindres comparativement au RP-1.

Tous composants fabriqués aux États-Unis. Du moteur aux coiffes de charge utile, le Vulcan Centaur place la technologie américaine au premier plan de l’industrie spatiale.

Quelles modifications ont été nécessaires au Space Launch Complex 41 pour accueillir le lancement ULA Vulcan?

Stockage et distribution du carburant

Le site de lancement nécessitait un nouveau système de remplissage, stockage et distribution de carburant cryogénique GNL. Il a également nécessité des modifications aux systèmes existants LH2 et LO2. Pour des raisons de sécurité, le complexe de lancement spatial 41 est divisé en quadrants avec une séparation claire des carburants.

L’équipe de conception a développé le routage des tuyaux de procédé pour les systèmes cryogéniques LNG, LH2 et LO2. Les carburants cryogéniques vont de -200°F à -400°F, ce qui provoque une contraction dans tout tuyau touché. Salas O’Brien a réalisé des simulations thermiques sur des conduites d’évacuation cryogéniques à chemise sous vide et isolées mécaniquement afin de concevoir des supports de tuyauterie adhérant aux contraintes et déplacements admissibles causés par la contraction thermique.

Un autre problème avec les carburants cryogéniques est la condensation. Alors que la condensation sur un verre froid est formée à partir de vapeur d’eau dans l’air environnant, la condensation sur un tuyau cryogénique non isolé est de l’oxygène liquide. Des gouttelettes qui pourraient endommager l’équipement ou blesser le personnel. Nous avons acheminé le tuyau d’aération LH2 non isolé loin des passerelles et des équipements critiques afin d’empêcher l’oxygène liquide de s’infiltrer sur les équipements ou les zones avec du personnel. Là où le reroutage n’était pas possible, nous avons développé des bacs d’égouttement et des caches protecteurs.

Installations de tuyauterie

Pour modifier le complexe de lancement existant, Salas O’Brien a utilisé une tuyauterie sans tranchée pour faciliter l’installation sous et entre les systèmes existants. Cela a grandement réduit le risque de dommages et a éliminé la nécessité de démolir et de réparer les trottoirs et structures existants.

Salas O’Brien utilisait le forage directionnel horizontal (HDD) pour les tuyaux flexibles et les conduits. Les méthodes d’installation jack and bore nous ont permis d’installer un tuyau de tubage rigide à une pente fixe et ont fourni une gaine protectrice pour que le tuyau porteur passe sous la structure de lancement existante. Sur ce projet, les opérations de cric et d’âme devaient être planifiées entre les lancements de fusées afin qu’elles n’affectent pas le manifeste des lancements de l’ULA.

La tuyauterie à chemise sous vide pour les carburants cryogéniques doit être précise dans la façon dont elle se connecte et fait l’itinéraire autour des bâtiments. Il n’y a pas de marge pour faire des ajustements coûteux sur le terrain. Hensel Phelps a fourni une numérisation 3D de tous les bâtiments et systèmes existants, et Salas O’Brien a créé un modèle 3D détaillé dans Creo Parametric et Revit pour développer avec précision chaque tracé de conduite et respecter des exigences strictes en pente.

Protection et détection incendie

Pour protéger les systèmes de réservoirs de carburant, Salas O’Brien a développé et mis en œuvre des systèmes de suppression d’incendie par déluge, des digues en terre renforcée et d’autres protections physiques. Nos ingénieurs en protection incendie ont conçu le système de suppression des déluges avec des motifs de pulvérisation pour couvrir complètement le réservoir de stockage d’hydrogène de 180 pieds de long et 120 000 gallons, les stations de remplissage pour camions et d’autres zones critiques. Les détecteurs de flamme infrarouges ont également été conçus pour offrir une couverture optimale afin de détecter un incendie tôt dans ces zones avant une défaillance catastrophique.

Les fuites de carburant dans les tuyaux de distribution statiques et les réservoirs de stockage sont rares, cependant, les camions livrant du carburant liquide créent une zone vulnérable aux stations de remplissage pendant les opérations de remplissage. Nous avons minimisé ce risque en mettant en œuvre des méthodes de classification des dangers NFPA, telles que des dispositifs électriques antidéflagrations et des systèmes de suppression des incendies par déluge, dotés de capacités de détection de flammes et de chaleur.

Nos ingénieurs ont également réalisé une analyse approfondie d’un nouveau bassin de déversement de GNL afin de déterminer la taille et l’emplacement. En cas de défaillance complète du réservoir de stockage, ce bassin doit diriger et collecter le GNL vers un endroit où il pourrait brûler en toute sécurité sans endommager les infrastructures critiques du site. Cela, ainsi que des études pour localiser les cheminées de torchère pour le LH2 et le GNL, faisaient partie de la conception des systèmes de sécurité incendie pour la nouvelle configuration du site.

Système d’eau de suppression acoustique (ASWS)

Les systèmes de suppression acoustique aident à réduire le bruit et les vibrations d’un lancement de fusée. Ils le font en injectant de grandes quantités d’eau dans le panache d’échappement à la zone au-dessus de la rampe de lancement. Cette eau est libérée juste avant l’allumage des moteurs et distribuée sous haute pression pour assurer une distribution uniforme et une couche de vapeur pour absorber l’énergie acoustique générée par les moteurs.

Dans le cadre du nouveau système de stockage et de distribution d’eau ASWS, des systèmes d’azote gazeux à haute pression (GN2) ont été conçus pour pressuriser et actionner les débits du système d’eau. Salas O’Brien a conçu de nouveaux routages de tuyaux d’azote haute pression (3 500 psig), des raccords et des raccordements aux systèmes existants de l’installation. Nous avons fourni les calculs initiaux de perte de pression, les débits requis et déterminé les forces de poussée causées par l’activation rapide du système, dimensionnant les blocs de poussée et les supports appropriés pour protéger la tuyauterie des forces de réaction.

Le tuyau d’eau de 30″ pour l’ASWS a été installé par injection de vérin et forage plutôt que par découpe et creusement de la plateforme.

Travaux sur le site et permis

Avant les modifications, Salas O’Brien a développé les travaux civils et de site pour chacune des quatre zones d’installation des réservoirs. Cela comprenait des plans de conception complets pour le renivellement et la gestion/élimination des sols contaminés.

Nous avons élaboré des demandes de permis pour les eaux pluviales dans la zone du projet et obtenu un permis du district de gestion de l’eau de la rivière St. Johns pour la construction. Nous avons aidé à l’élaboration de plans de prévention de la pollution des eaux pluviales et à la détermination de la conformité environnementale. Salas O’Brien a élaboré l’évaluation environnementale de la National Environmental Policy Act (NEPA) pour le programme Vulcan, qui a obtenu une conclusion d’absence d’impact significatif (FONSI). Nous avons aidé à élaborer des plans pour respecter les contrôles d’utilisation des terres exigeant la gestion des sols contaminés sur place.

Nous avons géré le processus de permis en étant extrêmement proactifs et réactifs avec les agences. Nos dessins étaient très détaillés et complets pour minimiser les commentaires.

Quand la nouvelle fusée Vulcan a-t-elle été lancée?

ULA a lancé pour la première fois le Vulcan Centaur depuis le complexe de lancement spatial 41 récemment rénové le 8 janvier 2024, le New York Times qualifiant le lancement de « parfait ».

L’équipe de Salas O’Brien a fourni l’ingénierie qui a aidé ULA à moderniser et moderniser ses installations pour accueillir des lanceurs lourds de nouvelle génération et possède une vaste expérience auprès de clients aérospatiaux . Contactez-nous pour en savoir plus sur [email protected].

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