Sept mois après que son premier atterrisseur lunaire n’a pas réussi à atteindre la Lune, Astrobotic a annoncé mardi que le vaisseau spatial avait été frappé par une défaillance de valve qui a provoqué l’explosion d’un réservoir de carburant en orbite. La prochaine tentative d’atterrissage de la société, utilisant un vaisseau spatial beaucoup plus grand, comprendra des correctifs pour éviter une défaillance similaire.
Le premier atterrisseur Peregrine d’Astrobotic, baptisé Peregrine Mission One par la société, a été lancé le 8 janvier à bord de la première fusée Vulcan de la United Launch Alliance. Mais peu après s’être séparé de la fusée dans l’espace, l’atterrisseur a rencontré des problèmes lors d’une séquence d’activation pour commencer à amorcer son système de propulsion.
Un comité d’examen a déterminé que « la cause la plus probable du dysfonctionnement était une défaillance d’une seule soupape de contrôle de pression d’hélium appelée PCV (soupape de contrôle de pression 2), dans le système de propulsion », a déclaré John Horack, un vétéran de l’industrie spatiale et professeur d’ingénierie aérospatiale et mécanique à l’Université d’État de l’Ohio.
L’hélium était censé pressuriser le système de propulsion de Peregrine et forcer le carburant et l’oxydant des réservoirs de stockage embarqués de l’atterrisseur dans les petits moteurs-fusées du vaisseau spatial pour brûler et générer une poussée.
« Le PCV2 a subi une perte de capacité d’étanchéité qui était très probablement due à une défaillance mécanique de la valve causée par une relaxation induite par les vibrations entre certains composants filetés qui se trouvent à l’intérieur de la valve, donc une défaillance au plus profond de la valve elle-même », a déclaré Horack, qui a présidé l’enquête d’Astrobotic sur la défaillance de l’atterrisseur Peregrine.
Il n’a pas fallu longtemps pour que le dysfonctionnement de la valve ait des conséquences catastrophiques pour l’atterrisseur lunaire Peregrine d’Astrobotic, qui tentait de devenir le premier vaisseau spatial américain depuis 1972 à réaliser un atterrissage en douceur sur la Lune.
« Lors de l’actionnement, de l’ouverture et de la fermeture du PCV2, l’hélium a commencé à s’écouler de manière incontrôlable dans le réservoir d’oxydant, ce qui a provoqué une surpression importante et rapide du réservoir », a déclaré John Thornton, PDG d’Astrobotic. « Malheureusement, le réservoir s’est ensuite rompu et a laissé échapper de l’oxydant pendant le reste de la mission. »
Les contrôleurs au sol d’Astrobotic, travaillant depuis un centre de contrôle au siège de la société à Pittsburgh, ont réagi rapidement pour stabiliser la situation à bord du vaisseau spatial. Les moteurs de l’atterrisseur utilisaient de l’hydrazine mélangée à du tétroxyde d’azote pour générer la poussée, mais avec sa réserve réduite de tétroxyde d’azote, Peregrine n’a pas pu manœuvrer pour se mettre en orbite autour de la Lune et tenter un atterrissage.
Mais l’entreprise a réussi à maintenir l’atterrisseur en vie et les équipes au sol ont pu procéder à de petits ajustements pour s’assurer que les panneaux solaires de Peregrine soient orientés vers le Soleil afin de produire de l’énergie alors qu’il décrivait une boucle qui atteignait environ la distance de la Lune. Dix jours et demi après le lancement, la gravité terrestre l’a ramené dans l’atmosphère et il a brûlé au-dessus de l’océan Pacifique.
Astrobotic a développé et construit l’atterrisseur Peregrine sous contrat avec la NASA, qui lui a attribué un contrat de 108 millions de dollars pour livrer une série de charges utiles scientifiques sponsorisées par le gouvernement sur la surface lunaire. La mission Peregrine One a été la première mission lancée sous l’égide du programme Commercial Lunar Payload Services (CLPS) de la NASA, qui achète des moyens de transport auprès de fournisseurs commerciaux pour les charges utiles scientifiques destinées à la Lune.
Aller sur la Lune avec un budget limité
Il s’avère que les responsables d’Astrobotic étaient conscients du risque de défaillance d’une valve de contrôle de pression sur le vaisseau spatial Peregrine. L’atterrisseur était équipé de deux de ces valves, l’une contrôlant le flux d’hélium dans le réservoir de carburant et l’autre dans le réservoir d’oxydant. Lors des essais au sol avant la mission, la valve de contrôle de pression du côté du carburant a commencé à fuir, les ingénieurs l’ont donc remplacée par une nouvelle. La valve similaire du côté de l’oxydant, qui a échoué dans l’espace, n’a montré aucun problème lors des essais au sol, selon Sharad Bhaskaran, directeur de mission d’Astrobotic pour la première mission Peregrine.
Bien que la soupape de contrôle de pression du côté de l’oxydant soit de la même conception, Astrobotic a décidé de ne pas la remplacer car cela aurait nécessité de démonter de grandes parties de l’atterrisseur Peregrine, retardant encore davantage le lancement de la mission, qui avait déjà plusieurs années de retard.
Les tests effectués sur une soupape de contrôle de pression de rechange après la mission Peregrine ont confirmé qu’elle pouvait fuir après que les ingénieurs l’aient soumise à des vibrations similaires à celles qu’elle subirait lors d’un lancement de fusée.
« Il y a un composant fileté à l’intérieur de la valve », a déclaré Horack. « Vous pouvez donc penser à une vis et à une rondelle ou à n’importe quel composant fileté. Et si vous le secouez suffisamment, vous pouvez obtenir des changements dans la configuration mécanique qui empêcheront la valve de se fixer. Et c’est à peu près la même chose que lorsque votre évier commence à goutter dans votre cuisine. L’eau traverse le joint et ressort de l’autre côté. Dans ce cas, c’est de l’hélium et c’est une pression élevée, donc c’est beaucoup plus difficile à confiner. »
Astrobotic n’a pas identifié le fournisseur tiers qui a fourni la valve de contrôle de pression, mais les responsables ont déclaré que la société travaillait avec son fournisseur pour repenser le composant. « Elle est légèrement différente de la valve réelle qui a volé sur Peregrine, du même fournisseur, mais nous avons travaillé en étroite collaboration avec eux pour repenser le fonctionnement interne », a déclaré Steve Clarke, vice-président des atterrisseurs et des engins spatiaux d’Astrobotic.
Astrobotique
Le prochain atterrisseur d’Astrobotic, baptisé Griffin, est plus grand et plus complexe que Peregrine. Il utilisera les nouvelles valves de contrôle de pression et Astrobotic installera des régulateurs de pression et des valves de verrouillage dans le système d’hélium de Griffin. Ces nouveaux composants permettraient de contrôler le flux d’hélium dans les réservoirs de propulseur en cas de défaillance similaire de la valve de contrôle de pression lors de la prochaine mission d’Astrobotic, ont indiqué mardi les responsables.
« Nous avons désormais une fiabilité accrue du système pour atténuer ce type de défaillance ponctuelle », a déclaré Clarke.