Installé sur Quad, le banc de test vibrant le plus puissant de l'Estec, l'atterrisseur d'ExoMars 2016 subit des essais de vibrations, afin de s'assurer de sa résistance aux contraintes du lancement. © Anneke Le Floc'h, Esa

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En image : l'atterrisseur d'ExoMars 2016 au banc d'essai... vibratoire

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Lors du lancement d'une fusée, la charge, satellite ou sonde, est soumise à de fortes vibrations et des essais sont impératifs pour améliorer sa résistance à ce traitement de choc. À deux ans et demi du départ, l'atterrisseur de la mission ExoMars 2016 en est là. Petit tour en coulisses...

Depuis le mois d'avril, l'Agence spatiale européenne (Esa) soumet à la torture des tests de vibrations l'atterrisseur de la mission ExoMars 2016, qui comprend également l'orbiteur 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'automne 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 Hz à 2 kHz.

Ces bancs se composent d'une table métallique (aluminium ou magnésium) 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 alternatif dans une bobine, ce qui la déplace selon un mouvement sinusoïdal. En changeant la fréquence de ce courant, on fait donc varier l'excitation vibratoire communiquée à l'équipement mobile.

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 spectre (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 combustion des étages à poudre, ou lors de chocs pyrotechniques au moment de la séparation 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.

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