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La navette spatiale OV-101 ‘Enterprise’

2- Le programme d’essais en vol ALT à Edwards (1977)

2-1 Description technique du programme ALT

Le programme des lifting bodies et, avant lui, le programme de l’avion-fusée X-15 avaient démontré que l’atterrissage non motorisé d’un avion doté d’une faible finesse aérodynamique pouvait être réalisé de façon routinière, après un entrainement spécifique préalable. Afin de tester le comportement aérodynamique du futur avion spatial, la NASA a mis sur pied en 1974, un programme d’essais en vol dans l’atmosphère en simulant la phase finale d’une mission : l’approche et l’atterrissage sur les pistes de la base californienne de l’US Air Force à Edwards. C’est l’ALT, l’Approach and Landing Test program qui va durer neuf mois jusqu’en novembre 1977.

Ceci obligeait à prévoir un avion porteur, depuis lequel se ferait le largage en altitude d’Enterprise. Entre deux candidats possibles (Boeing 747 ‘Jumbo jet’ et Lockheed C-5A ‘Galaxy’), la NASA sélectionna le 747. Des travaux d’adaptation du futur porte-navette SCA (Shuttle Carrier Aircraft) furent nécessaires. Voici les principales modifications effectuées sur le 747 par Boeing :
• Ajout de points d’attache sur le fuselage (deux à l’arrière et un à l’avant) sur lesquels vient se fixer l’orbiter. Le positionnement de ces attaches est identique à celles prévues pour l’assemblage de l’orbiter contre le réservoir externe de la navette.
• Renforcement de la structure intérieure du fuselage pour supporter les 70 tonnes de l’orbiter au droit des trois points d’attache.
• Ajout de deux stabilisateurs verticaux aux extrémités des empennages horizontaux renforcés dans le but d’améliorer le pilotage directionnel.
• Dépose de tout l’aménagement intérieur situé à l’arrière des portes avant.
• L’intégration de baies d’instrumentation et de télémesures.
• Conversion des 4 réacteurs Pratt & Whitney JT9D-3A en JT9D-7AHW pour augmenter la poussée disponible de 43500 livres à 46950 livres unitaire.

Plan, Boeing 747 SCA, OV-101,Orbiter

Plan 3 vues du composite 747 SCA / Orbiter (crédit : DFRC)

0v101, attaches avant et arrière du 747 SCA, NASA

Les attaches avant du 747 SCA (Crédits : NASA)

attache arriere, Boeing 747 SCA

Les attaches arrière du 747 SCA (Crédits : NASA)

L’avion porteur Boeing 747 SCA (Shuttle Carrier Aircraft) immatriculé N905NA de la NASA

Cet appareil, de type 747-123, est le 86e Boeing 747 sorti des chaines d’assemblage d’Everett (Etat de Washington).

Son premier vol remonte au 15 octobre 1970 et a été exploité par la compagnie américaine American Airlines sous l’immatriculation N9668.

Il est racheté par la NASA le 18 juillet 1974 pour 15,6 millions de dollars de l’époque et prend l’immatriculation N905NA. Les travaux d’adaptation, d’un coût de 30 millions de dollars, débutent le 2 août 1976 chez Boeing sur le site d’Everett et s’achève en décembre. Le 14 janvier 1977, l’avion modifié arrive à Edwards en vue des préparatifs pour le programme ALT.

D’autres informations sur les 747 SCA de la NASA sont données en annexe.

La première mise en place d’Enterprise sur le dos du 747 SCA N905NA a lieu le 8 février 1977. Elle utilise un vaste portique permettant l’élingage de l’orbiter puis sa fixation sur le fuselage de l’avion porteur.

Boeing 747 SCA, Enterprise, OV-101

Le 747 SCA et Enterprise face au portique d’élingage (Mate-Demate Device – MDD)
(Crédit : NASA/Dryden FRC)

Enterprise reçut, dans le prolongement de son fuselage, un carénage aérodynamique (« tail cone ») en alliage d’aluminium construit par Boeing (long de 11 m, large de 7,6 m, haut de 6,7 m et pesant 2688 kg – coût de développement et de production de 4,2 millions de dollars), masquant les tuyères factices des moteurs SSME et OMS. Cette configuration avait été retenue avant tout pour limiter les turbulences sur la dérive du 747 pendant le vol conjoint. En outre, ce carénage donnerait à l’orbiter une plus grande finesse aérodynamique, et donc un taux de chute réduit lors des premiers vols planés.

 

carénage aérodynamique, OV, Orbiter

On voit ici la structure particulière du carénage aérodynamique (ou Tail Cone). (Crédit : NASA)

carénage aérodynamique, OV, Orbiter

Il est raccordé à l’orbiter par 8 attaches en acier (Crédit : NASA)

2-2 Les pilotes d’Enterprise

En février 1976, le directeur des essais ALT, Donald Slayton (astronaute NASA du groupe 1 qui participa à la mission Apollo-Soyouz de juillet 1975), sélectionna les quatre pilotes qui formeront les équipages d’essais en vol d’Entreprise. Il s’agit de Fred Haise et Charles Fullerton qui seront respectivement commandant de bord et pilote pour le premier équipage, ainsi que Joseph Engle et Richard Truly comme commandant et pilote pour le second équipage.

Pilote de Enterprise, Fred Haise, Charles Fullerton, Joseph Engle, Richard Truly

Fred Haise, Charles Fullerton, Joseph Engle, Richard Truly
(Crédit : United Press International)

Pilote de Enterprise, Richard Truly, Joseph Engle, Fred Haise, Charles Fullerton

Richard Truly, Joseph Engle, Fred Haise, Charles Fullerton
(Crédit: NASA)

 

OV-101, Enterprise, pilotes, Charles Fullerton, Fred Haise, Joseph Engle, Richard Truly

17 septembre 1976 :
Les 4 pilotes devant l’OV-101 Enterprise:
Charles Fullerton, Fred Haise, Joseph Engle, Richard Truly.
(Crédit : NASA)

Patch, OV-101, Enterprise

Le « patch » du programme ALT
(Crédit : NASA)

 

Voici une présentation succincte des quatre pilotes sélectionnés qui vont ouvrir une nouvelle étape de la conquête spatiale :

Tableau, pilotes, OV-101

(Crédits : NASA)

Fred Haise, Charles Fullerton, cockpit d’Enterprise, OV-101

Fred Haise et Charles Fullerton dans le cockpit d’Enterprise (Crédit: NASA)

OV101, cockpit, NASA

Cette photographie du cockpit d’Enterprise a été prise chez Rockwell à Palmdale avant le transfert au centre Dryden. Le tableau de bord présente une instrumentation analogique composée d’indicateurs de vitesse, d’attitude et d’altitude, de compas, de claviers ainsi qu’une série de cadrans, interrupteurs et indicateurs lumineux de panne. On note aussi la présence de trois écrans cathodiques multifonctions. Pour les vols du programme ALT, le cockpit est équipé de deux sièges éjectables, non installés ici, dérivés des sièges fabriqués par Lockheed pour l’avion de reconnaissance SR-71.
En haut de la photographie, on distingue partiellement, de part et d’autre du panneau supérieur, les trappes d’éjection des pilotes. (Crédit : Rockwell International)

 

2-3 Les pilotes et ingénieurs de vol du 747 SCA

L’équipage de l’avion porteur Boeing 747 SCA a été désigné en mars 1976. Il s’agit de :

  • Fitzhugh L. FULTON, commandant de bord
  • Thomas C. McMURTRY, co-pilote
  • Victor W. HORTON, ingénieur de vol
  • Louis E. GUIDRY, ingénieur de vol
OV101, Thomas McMurtry, Fitzhugh Fulton, mars 1976

Thomas McMurtry et Fitzhugh Fulton en mars 1976
(Crédit: Associated Press)

 

Voici une brève présentation de ces quatre navigants chargés de maitriser le duo 747/OV-101 :

OV-101, 747, Pilote, Fulton, McMurtry, Horton Guidry

(Crédits : Rockwell International)

 

équipage du 747 SCA, Fitzhugh L. Fulton Jr., Thomas C. McMurtry, Victor W. Horton, Louis E. Guidry

L’équipage du 747 SCA : Fitzhugh Fulton Jr., Thomas McMurtry, Victor Horton, Louis Guidry   (Crédit : Dennis R. Jenkins)

 

2-4 Le déroulement des vols d’essai

Les responsables du programme ALT avaient planifié initialement la réalisation de 16 vols répartis en trois étapes :

  • Etape 1 : 6 vols en configuration « captif-inerte » sans équipage sur le dos du 747.
  • Etape 2 : 4 vols en configuration « captif-actif » avec équipage sur le dos du 747.
  • Etape 3 : 6 vols libres, avec équipage, après largage du 747.

Pour l’étape 1, il s’agirait principalement de déterminer l’influence de l’orbiter sur les qualités de vol du Boeing. En particulier, on mesurerait avec précision les charges aérodynamiques induites sur les plans stabilisateurs de l’avion-porteur.

Pour l’étape 2, l’OV-101 resterait captif du 747 et embarquerait un équipage. On pourrait ainsi tester le fonctionnement des différents équipements (APU, calculateur de bord, conditionnement d’air, distribution électrique, etc), les mouvements et l’efficacité des gouvernes aérodynamiques, et le système d’atterrissage automatique. Cette étape servirait aussi à répéter les procédures de séparation.

Pour l’étape 3, on cherchera à obtenir les réponses aux questions telles que : le lourd planeur serait-il stable et facile à piloter ? Aurait-il le taux de descente prévu ? Pourrait-il se poser aisément sur une piste d’atterrissage classique ?

Après l’attelage d’Enterprise sur le dos du 747 SCA le 8 février 1977, l’ensemble, d’une masse de 265 tonnes (dont 65318 kg pour l’orbiter), subit alors avec succès des essais de pesage, d’équilibrage et de vibrations

Boeing 747 SCA, Enterprise, OV-101

Les bandes de couleur bleu-blanc-rouge de la compagnie American Airlines sont toujours présentes sur le Boeing
(Crédit : NASA)

Les vols d’essai d’Enterprise ont été précédés de 3 essais de roulage à grande vitesse sur la piste 04/22 de la base d’Edwards le 15 février 1977 où le 747/OV-101 avait atteint les vitesses de 89 mph (143 km/h), 140 mph (225 km/h) et enfin 157 mph (252 km/h).

Voici ci-dessous la chronologie des 3 étapes des vols effectués par Enterprise au cours du programme ALT qui s’est étalé sur une durée de neuf mois, de février à novembre 1977:

ETAPE 1 : Les vols captifs (inertes) – sans équipage

Tableau vols captifs, Boeing 747 SCA, Enterprise, OV-101A l’issue du cinquième vol « captif-inerte » et des résultats satisfaisants de la première étape, Donald Slayton annula le sixième et dernier vol prévu et passa directement à l’étape suivante.

Boeing 747 SCA, Enterprise, OV-101

18 février 1977 : 1er vol d’essai d’Enterprise sur le Boeing 747-123 SCA (Crédit : NASA)

OV101, carte postale

Souvenir philatélique du premier vol captif du 18 février 1977
(Collection Stéphane Sebile / Spacemen1969)

 

ETAPE 2 : Les vols captifs (actifs) – avec équipage

Tableau vols captifs, Boeing 747 SCA, Enterprise, OV-101

En final du troisième vol, Haise et Fullerton complétèrent le plan de mission par une sortie du train d’atterrissage. Là encore, les bons résultats obtenus au cours des vols « captifs-actifs », décidèrent Slayton à clore l’étape 2.

équipages d’essai, Boeing 747 SCA, Enterprise, OV-101

26 juillet 1977 : les équipages d’essai du dernier vol captif-actif posent devant Enterprise et le 747 SCA N905NA. De gauche à droite : Fitzhugh Fulton (commandant du SCA), Gordon Fullerton (pilote de l’OV-101), Victor Horton (ingénieur de vol du SCA), Fred Haise (commandant de l’OV-101), Vincent Alvarez (ingénieur de vol du SCA) et Thomas McMurtry (co-pilote du SCA).
On note que le train d’atterrissage d’Enterprise est sorti. Il a été descendu lors de l’approche finale pour simuler la procédure réelle d’atterrissage. On voit aussi la grue à deux bras utilisée pour permettre à l’équipage d’accéder au poste de pilotage d’Enterprise par la trappe qui est ouverte sur le flanc de son fuselage  (Crédit : NASA/DFRC)

 

ETAPE 3 : Les vols libres (largage en altitude)

OV101, Tableau, ETAPE 3       (1) durée effective du vol libre de l’orbiter.
(2) distance de roulage de l’orbiter à l’atterrissage.

On constate que la durée des deux vols sans carénage est très court du fait de la dégradation de la configuration aérodynamique qui accentue le taux de descente de l’orbiter.

La NASA considéra que le programme ALT, après l’exécution de 13 vols, avait atteint tous ses objectifs et Slayton annula le dernier vol libre planifié.

OV-101, Boeing 747 SCA, Enterprise

12 octobre 1977 : premier décollage d’Enterprise sans le carénage aérodynamique (Crédit : NASA)

Boeing 747 SCA, Enterprise, OV-101

12 octobre 1977 : premier largage d’Enterprise sans le carénage aérodynamique. Noter la position en léger piqué (7°) du 747. (Crédit : NASA)

Enterprise, OV-101

12 octobre 1977 : premier atterrissage sans carénage aérodynamique  (Crédit : NASA)

Enterprise, OV-101

26 octobre 1977 : atterrissage d’Entreprise à la vitesse de 352 km/h sur la piste 04 en béton de la base d’Edwards (Crédit : NASA)

2-5 Les vols d’essai de convoyage

Suite aux résultats satisfaisants des cinq vols libres, l’ultime phase du programme ALT consiste à préparer l’orbiter et son avion porteur pour l’exécution de quatre vols d’essais de convoyage. Les systèmes hydrauliques de l’OV-101 sont drainés et purgés, un verrouillage des élevons est installé, et le carénage aérodynamique réinstallé. Enfin, la sonde anémométrique placée sur le nez est déposée.

La masse de l’orbiter est alors de 68040 kg.

Pour le 747, l’attache avant de fixation de l’orbiter est modifiée : le bipod constitué de deux tubes de 4 m de longueur sont remplacés par des tubes de 2,6 m afin de ramener l’inclinaison de l’orbiter de 6° à 3° de manière à réduire sa trainée aérodynamique durant les longs vols de convoyage.

Boeing 747 SCA, Enterprise, OV-101

L’inclinaison de l’orbiter par rapport au fuselage du 747 est de 6° lors du programme ALT.(Crédit : NASA)

Boeing 747 SCA, Enterprise, OV-101

L’inclinaison de l’orbiter par rapport au fuselage du 747 est ramenée à 3° pour les vols de convoyage. (Crédit : NASA)

Les vols d’essais de convoyage, sans équipage à bord d’Enterprise, ont lieu trois semaines après le dernier vol libre :

OV-101, Tableau, vols d'essai de convoyageAprès ces quatre vols, l’OV-101 est déposé et subit une nouvelle série de modifications à partir du 12 décembre 1977: démontage de réservoir hydraulique, palette d’instruments de vol, sièges éjectables, lest, bouteilles d’ammoniac et boitiers électroniques.

Le 6 mars 1978, l’orbiter est fin prêt pour rejoindre sur le dos du 747, le centre Marshall (Marshall Space Flight Center) de la NASA à Huntsville.

 

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