A l'Ecole des Mines d'Alès, l'année scolaire 1999/2000 fut l'occasion pour un groupe d'élèves de créer un club qui aurait pour objectif de les initier aux activités aéronautiques. Les réalisations concrètes ne furent pas longues à venir puisque dès sa première année d'existence, une première fusée expérimentale a été construite et lancée lors du Festival Européen de l'Espace 2000, premier festival auquel a participé le club. Fort de cette expérience, l'équipe EmaSpace se lance dans un projet plus ambitieux : celui d'une fusée bi-étages.
1. Présentation du club
Le club EMASPACE, créé en 1999, est composé d'élèves ingénieurs de l'Ecole des Mines d'Alès. Il s'agit en fait d'un " sous-club " de l'association Cercle des Elèves qui est le bureau des élèves de l'Ecole des Mines d'Alès. L'idée de créer une telle activité au sein de l'Ecole est née de la volonté d'un petit groupe d'élèves qui désiraient mettre en pratique leurs compétences sur un projet de grande envergure dans le domaine de l'aéronautique. Les six membres fondateurs ont réalisé durant l'année scolaire 1999/2000, pendant leur temps libre, leur premier projet de nom de code " Phaéton ". Propulsée par un moteur chamois, cette fusée expérimentale embarquait un dispositif de mesure de vitesse, de température et un module d'enregistrement du son. Lancée avec succès lors du Festival Européen de l'Espace, elle encouragea les membres du club à envisager un projet plus ambitieux. Le projet que nous présentons ici s'effectue dans un cadre différent dans le sens où celui-ci fait partie intégrante du cursus scolaire. De ce fait, le temps pouvant être consacré au projet est assez important ce qui constitue un atout majeur pour le bon déroulement du projet.
2. Présentation de l'équipe
L'équipe est composée de 8 membres : 6 élèves de troisième année et 2 élèves de deuxième année. Les membres sont répartis en deux équipes : l'équipe " méca " et l'équipe " élec ". On pourrait ajouter une dernière équipe plus accessoire mais non négligeable : l'équipe " relations extérieures " chargée du sponsoring.
3. Caractéristiques principales du projet
L'objectif principal du projet Top & Bottom est de parvenir à comprendre et maîtriser le vol d'une fusée bi-étages. Pour ce faire, il faut résoudre les problèmes liés à la séparation inter-étage, à la robustesse mécanique, aux conditions d'allumage du deuxième étage et à la sûreté de mise en œuvre et de fonctionnement.
Le choix des propulseurs est crucial dans tout projet de fusées expérimentales. Il conditionne non seulement les efforts mis en jeu sur la structure mécanique lors du vol mais plus important encore influe directement sur le niveau de risque associé au projet.
Nous avons opté pour une configuration Chamois (1er étage) / Cariacou (2ème étage). Ce choix se justifie par les éléments suivants :
- Un projet bi-étage est généralement plus lourd qu'un projet mono-étage non seulement du fait qu'il regroupe deux étages mais surtout parce qu'il embarque des dispositifs de sécurité supplémentaires. Afin de garantir un vol 1er + 2ème étage satisfaisant (vitesse minimale de sortie de rampe) le choix du propulseur chamois s'impose.
- Au niveau du deuxième étage, au moment de la rédaction de ce dossier, le choix est limité au Cariacou (courrier référencé CNES/DG/DCE/CE/EJ n°2000/ASD/189 du 27 juin 2000). Ce choix implique des contraintes au niveau de la masse maximale admissible du deuxième étage. Pour information le Cariacou a spécialement été développé pour l'occasion.
Les expériences que nous avons choisies d'embarquer à bord sont au nombre de trois :
- une mesure des contraintes s'appliquant à la structure mécanique,
- une mesure des vibrations de faible fréquence lors du vol,
- une mesure de vitesse embarquée à bord du deuxième étage.
4. Financement & partenaires
Comme le projet est intégré au cursus scolaire, le club dispose du soutien financier de l'école (en réel ou en valorisé) permettant d'assurer la couverture du budget matériel du projet à hauteur de 10000F environ. Le budget prévisionnel du projet avoisinant les 55000 F, d'autres sources de financement ont donc été recherchées.
Aide financière :
- Ecole des Mines d'Alès
- Cogema Marcoule
- Cercle des Elèves
- Société Astrium (fabrication de satellites) anciennement Matra Marconi Space
- Conseil Régional du Languedoc Roussillon
Aide matérielle :
- Centre National d'Etudes Spatiales (propulseurs et émetteur Toucan)
- Carrosserie Laganier (peinture décorative de la fusée)
- Société Vétrotex filiale de Saint Gobain (fibre de verre et résine pour la fabrication des tubes) - Nous négocions sur d'autres aspects d'autres partenariats
5. Description de la structure mécanique
Voici une vue 3D du projet " Top & Bottom ". Vous noterez aisément la présence des deux fusées. La fusée Top est en partie recouverte par une coiffe pour des raisons aérodynamiques. Afin de mieux comprendre l'imbrication des différents éléments les uns dans les autres, nous vous présentons ci-dessous une vue 3D éclatée de la fusée.
6. Electronique embarquée
L'électronique embarqué possède deux objectifs bien distincts :
- la commande des systèmes d'extraction des parachutes et du système de séparation (sécurité inclus)
- la commande des expériences scientifiques (jauges de contrainte permettant d'étudier les contraintes et vibrations de Bottom)
En ce qui concernent les expériences, la procédure est la suivante :
Exemples de carte développée par le club :
Carte CAN à gauche et carte ordinateur de vol à droite
7. Conditions de stabilités
Quelques explications concernant la stabilité d'une fusée :
Pour vérifier et valider la stabilités de notre fusée bi-étages, deux logiciels ont été utilisés :
- Trajec (développé par l'ANSTJ)
- TrajecEmaspace (développé par le club) (téléchargez ici le logiciel et ici le code source en C++)
