Shuttle Carrier Aircraft

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Un SCA et la navette spatiale Endeavour en mars 1997

Le Shuttle Carrier Aircraft (SCA), ce qui signifie en français avion de transport de navette, est le nom de deux Boeing 747-100 modifiés pour le transport de la navette spatiale américaine. Cette dernière étant bien trop grosse pour être mise en soute, elle est fixée sur le toit du SCA.

Ces avions sont principalement utilisés pour déplacer les navettes de leur terrain d'atterrissage à leur base de lancement au Kennedy Space Center. Au début du programme, il a servi à valider les essais en vol plané.

Le 747 n'est pas le seul avion à avoir servi de transporteur d'une navette spatiale, l'Antonov An-225 a également joué ce rôle pour le projet soviétique Bourane.

Histoire

Le 747 N905NA lors d'un test sur les vortex le 20 septembre 1974, avant sa modification pour recevoir la navette spatiale. Les trainées de fumée sont produites par six équipements de manière à bien visualiser l'apparition des vortex

Le premier SCA immatriculé N905NA est construit pour le compte d'American Airlines, dont le liseré est conservé jusque dans les années 1970 lors des premiers tests sur la navette spatiale Enterprise. L'avion est acheté en 1974 par la NASA. Il est dans un premier temps utilisé par le Dryden Flight Research Center pour l'étude des vortex. Ces derniers posent en effet des problèmes au décollage et à l'atterrissage d'un avion suite à la formation de turbulences de sillages^[1].

La mise au point d'une navette spatiale nécessite de résoudre plusieurs problèmes, notamment celui du retour sur Terre qui doit se réaliser par un atterrissage comme un avion. Cette partie en vol va nécessiter des tests en grandeur nature. Après avoir écarté plusieurs solutions complexes, les ingénieurs de la NASA décident de modifier un avion existant pour qu'il devienne le porteur de la navette spatiale.

La navette spatiale Enterprise séparée de son 747 en 1977. Le liséré d'American Airlines est encore visible

Boeing et Lockheed sont mis en concurrence pour concevoir cet avion. Chacun des deux constructeurs propose alors le plus gros avion dont il dispose dans son catalogue : le 747 pour Boeing et le C-5 Galaxy pour Lockheed. C'est finalement Boeing qui remporte le marché en juin 1974 ^[2] , notamment en raison du fait que l'envergure du C-5 Galaxy est plus grande que celle du 747-100 (presque 68 mètres contre presque 60 mètres) ; aussi l'US Air Force voulait rester propriétaire de leur avion ; de plus , la NASA disposait déjà d'un 747.

Le N905NA est modifié pour remplir son nouveau rôle et entre en service en 1977 toujours au Dryden Flight Research Center. Les tests d'approche et d'atterrissage de la navette (ALT) débutent le 15 février 1977 avec la navette spatiale Enterprise qui ne vola jamais dans l'espace. Au total, huit vols sont réalisés sans que la navette soit détachée de son transporteur et cinq autres avec libération de la navette et retour de cette dernière en planant ^[1].

Jusqu'au 20 novembre 1990, le N905NA est le seul transporteur de la navette. À partir de cette date est mis en service un second appareil, immatriculé N911NA. Cette fois-ci c'est un 747-100 SR (pour short range): l'avion est acheté à la compagnie aérienne Japan Airlines en 1989 et modifié par Boeing^[1].

Les deux avions sont stationnés au Dryden Flight Research Center sur le terrain de la Edwards Air Force Base en Californie pour l'un et à Pinal Airpark (en) en Arizona pour l'autre.

Caractéristiques

Vue schématique du CSA avec une navette

• Longueur : 70,66 m (231 ft. 10 in)
• Envergure : 59,64 m (195 feet 8 in)
• Hauteur : 19,33 m (63 ft. 5 in)
• Surface des ailes : 510 m²
• Masse à vide : 144,2 t
• Masse maximale : 322 t
• Motorisation : 4 turboréacteurs Pratt & Whitney JT9D d'une poussée individuelle de 222 kN
• Vitesse de croisière : 735 km/h
• Rayon d'action : 1 850 km (avec la navette)
• Altitude de croisière : 4 500 m (avec la navette)

Lors d'un vol, l'équipage se compose de deux pilotes et d'un ingénieur de vol. Lors d'un vol avec la navette, un second ingénieur de vol est requis.

Modifications réalisées

Séparation de la navette du SCA à l'issue de la mission STS-117. On peut y observer les trois fixations

Pour recevoir la navette, les 747 ont été modifiés avec l'ajout de trois mâts (un à l'avant et deux à l'arrière) permettant de fixer la navette mais également de renforcer la structure de l'avion pour supporter les presque 70 tonnes à vide. La navette perturbant l'aérodynamisme de l'avion, deux stabilisateurs verticaux sont ajoutés. La navette n'est pas simplement posée sur le SCA, les deux véhicules sont reliés électriquement et cela nécessite l'installation de divers instruments de façon à permettre aux ingénieurs de vols de suivre l'état de la navette autant en vol que durant les opérations de fixations et de séparations^[1].

Étant initialement construit dans un but commercial, tout l'équipement intérieur (comme les sièges) est retiré^[1].

Un carénage est également conçu par Boeing pour recouvrir les trois moteurs principaux de la navette, ces derniers perturbant l'aérodynamisme de l'avion et entraînant un surcout de consommation. Ce carénage n'est utilisé que durant les phases de transports de la navette et non lors des tests de lâchers^[2].

Shuttle Mate-Demate Device

Le MDD surmontant le SCA en retenant la navette spatiale pour une opérations de fixation ou de séparation. On peut observer les deux stabilisateurs verticaux ajouté au 747, ainsi que le carénage surmontant les réacteurs de la navette.

Le Shuttle Mate-Demate Device (MDD) est une structure métallique chargée de soulever la navette lors des opérations de fixations et de séparations d'avec le 747. Cette structure est composé de deux tours de 30,48 m (100 ft) de haut avec plusieurs plateformes de travail à diverses hauteurs. Pour soulever la navette, trois treuils fonctionnant de concert, peuvent soulever une charge maximale de 120 t ^[3].

Conçu par Connell Associates Inc., le MDD est construit par George A. Fuller Co. en 1976 pour un coût de 1,7 millions de $. Il est utilisé dès le début du programme ALT en 1977. Dès lors, il est employé pour toutes les opérations de fixations et de séparations du SCA^[3].

Une structure portative est également conçu, le Orbiter Lifting Frame (OLF). Ce dernier n'est utilisé qu'une seule fois lors d'une vraie mission. Lorsqu'à l'issue de la mission STS-3, la navette atterrit sur le centre d'essai de missile de White Sands (WSMR) de manière à valider le fait que le véhicule spatial puisse atterrir dans le désert. La NASA ne recommencera plus un tel atterrissage car le sable a causé divers problèmes à la navette.

Références

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