Centaure : le cheval de bataille américain dans l’espace
Une fusée à haute énergie est en grande partie responsable de l’avancement de la quête de connaissances et de la révolution des communications mondiales. Son nom est Centaur, et c’est le cheval de trait de l’Amérique dans l’espace. Centaur est l’une des réalisations les plus importantes de NASA Lewis (maintenant NASA Glenn). Centaur a été utilisé pour propulser des satellites en orbite et propulser des sondes dans l’espace. Il a contribué à révolutionner la communication et à repousser les frontières de l’espace. Au total, Lewis a utilisé Centaur pour plus de 100 lancements sans pilote. Pour l’histoire complète, voir Taming Liquid Hydrogen : The Centaur Upper Stage Rocket 1958 – 2002.
La Genèse du Centaure
En 1957, près d’un an avant que le Congrès ne crée la NASA, l’Air Force étudia une proposition exhaustive de General Dynamics/Astronautics Corp. visant à développer un nouveau propulseur spatial qui pourrait donner aux États-Unis, dans les plus brefs délais, un moyen de mettre en orbite de lourdes charges utiles. Ce véhicule allait devenir Centaur, un deuxième étage à haute énergie doté d’un nouveau système de propulsion utilisant de l’hydrogène liquide. Mélangé à de l’oxygène liquide, ce nouveau carburant promettait d’augmenter les charges utiles jusqu’à 8 500 livres. En août 1958, l’Agence gouvernementale des produits de recherche avancée accepta de l’Air Force une proposition plus élaborée pour le Centaur et attribua l’autorité pour son développement à l’Air Force.
Les ingénieurs de Lewis connaissaient les carburants cryogéniques à hydrogène liquide / oxygène liquide du Centaur, ayant développé la technologie pour une manipulation sûre des propulseurs à -400 degrés F. Bien avant la création de la NASA, Lewis a mené des travaux pionniers sur les propulseurs liquides à haute énergie pour les fusées. Cela comprenait, à la fin des années 1940, l’accumulation de données de test précieuses qui sont devenues la base technique de l’ère spatiale. Des tests réussis ont produit la technologie des statoréacteurs et des fusées qui devaient plus tard transporter des hommes et des machines à des vitesses incroyables à travers l’atmosphère et au-delà. 
Pour des informations plus détaillées sur ce sujet, veuillez-vous référer à Liquid Hydrogren As A Propulsion Fuel, 1945-1959 (NASA SP-4404, 1978).
Avec le feu vert, les ingénieurs de Lewis ont perfectionné le booster de travail, en menant un programme complexe de recherche et développement pour assurer sa fiabilité. Pour s’assurer du succès de Centaur, l’équipe de Lewis a également perfectionné et amélioré le propulseur Atlas, qui le ferait sortir du pad. Des installations spéciales ont été mises en place pour tester au sol les deux fusées à la station Plum Brook de Lewis à Sandusky, Ohio. Finalement, le 27 novembre 1963, c’est arrivé. La NASA a réussi son premier lancement réussi du premier Atlas/Centaure. Aucune charge utile n’a été transportée, mais la puissante fusée a marqué une étape importante : la première combustion en vol d’un moteur à hydrogène liquide/oxygène liquide. Les grands succès s’enchaînent rapidement.
Des plans au pad
La fusée Centaur a été le premier lanceur à étage supérieur à haute énergie de ce pays. La plupart des fusées brûlent des hydrocarbures à base de kérosène, mais le Centaur utilise une combinaison de propulseur liquide-hydrogène/liquide-oxygène. L’énergie élevée fournie par cette combinaison se traduit par une plus grande impulsion spécifique pour la fusée. Cela signifie que plus de poussée ou de force de poussée est fournie pour chaque livre de propulseur brûlée chaque seconde. L’impulsion spécifique d’une fusée est un peu comme les miles par gallon d’une voiture comme mesure de l’efficacité énergétique. Ceci est important, car le poids du propulseur représente une grande partie du poids total d’un système de fusée. La fusée Centaur originale mesure 30 pieds de long et 10 pieds de diamètre. Entièrement alimenté, il pèse plus de 35 000 livres. L’utilisation de la combinaison de propulseurs à haute énergie sur le Centaur signifiait que des charges utiles plus lourdes pouvaient être transportées en orbite. Des charges utiles pesant jusqu’à 5 000 livres pourraient être transportées en orbite terrestre haute en combinaison avec le premier étage d’Atlas.
Chez General Dynamics dans la région de San Diego, le Centaur a été assemblé. Parce que la fusée Centaur utilisait des propulseurs très froids, les réservoirs nécessitent une construction spéciale. Le réservoir était séparé en deux compartiments. 
L’un contenait de l’hydrogène liquide et l’autre de l’oxygène liquide. À -297 degrés Fahrenheit, l’oxygène liquide est extrêmement froid mais toujours beaucoup plus chaud que la température de -420 degrés de l’hydrogène liquide. Pour empêcher l’hydrogène liquide de s’évaporer, General Dynamics a conçu une tête en vrac à double paroi, qui sert de barrière thermique. Il agit également pour séparer les deux compartiments. Le compartiment hydrogène liquide est recouvert d’une isolation légère. Il protège le réservoir de l’échauffement aérodynamique intense ressenti pendant le vol de la fusée à travers l’atmosphère terrestre. L’isolation empêche l’ébullition supplémentaire du carburant froid à l’intérieur du réservoir.
Le réservoir doit être construit pour résister aux contraintes du vol. Le réservoir est fait d’acier inoxydable très fin, moins de 200e de pouce d’épaisseur, ou plus fin qu’un centime. Bien que le réservoir soit extrêmement fin, une fois sous pression, il est léger, mais gréé comme un ballon de football. La fusée est équipée de deux moteurs principaux. Conçu par Pratt & Whitney Aircraft, chaque moteur RL-10 produit 16 500 livres de poussée pour un total de 33 000 livres. De nombreuses fusées à carburant liquide brûlent du carburant pour faire fonctionner une pompe à carburant, mais avec les moteurs RL-10, cette étape est éliminée, ce qui permet de conserver le carburant, qui peut à la place être brûlé pour produire une poussée supplémentaire.
Le RL-10 s’est avéré être un moteur très performant. C’était le précurseur de la classe hydrogène liquide / oxygène liquide. La technologie a été incorporée dans les moteurs J-2 qui ont été utilisés sur l’étage supérieur de la fusée Saturn pour l’Apollo. La technologie a également été utilisée dans le moteur principal de la navette spatiale, qui utilise de l’hydrogène liquide et de l’oxygène liquide. Une autre caractéristique importante des moteurs RL-10 est qu’ils sont capables d’effectuer plusieurs démarrages après de longues périodes de côte dans l’espace. L’avantage est la précision. C’est comme un voltigeur au baseball essayant de jeter un coureur de base au marbre. En lançant le ballon à un joueur de champ intérieur qui transmet le ballon au receveur au marbre, le ballon reçoit une correction à mi-parcours. Le résultat est une précision améliorée par rapport à un long lancer du champ extérieur. Lorsque la cible est à 3 milliards de miles au lieu de 300 pieds, la précision est d’autant plus importante.
Outre les deux moteurs principaux, qui produisent la poussée nécessaire pour propulser le Centaur, plusieurs autres petits propulseurs sont activés pour diriger la fusée. Ces petits propulseurs font partie du Reaction Control System, ou RCS. Le RCS manœuvre la fusée en réponse aux commandes données par le système de guidage et de contrôle. Tous les composants, y compris les réservoirs de carburant, les moteurs, la navigation et les systèmes informatiques, sont minutieusement testés. La fiabilité et la qualité doivent être garanties avant qu’une fusée ne soit engagée pour un vol spatial. L’assemblage du système de fusée a été effectué chez General Dynamics à San Diego. Après avoir passé l’inspection d’acceptation finale, la fusée assemblée a été expédiée à la zone d’essai est de la base aérienne de Cap Canaveral. À leur arrivée au Cap, ingénieurs et techniciens effectuent des essais et des opérations au sol pour s’assurer de la fiabilité des fusées. Tout d’abord, Centaur est déplacé vers un hangar pour être inspecté. Si tout va bien, la fusée est ensuite emmenée au complexe de lancement où d’autres tests sont effectués. Des tests et des inspections supplémentaires sont nécessaires pour s’assurer que la fusée est en parfait état de fonctionnement. Le moindre dysfonctionnement pouvait coûter toute la mission. Le Centaur fonctionnant avec un premier étage, des tests d’intégration doivent être effectués pour s’assurer que les deux étages sont compatibles.
Lorsque tout se vérifie, la fusée est préparée pour le lancement. L’ensemble de la procédure de test prend des semaines. Environ quatre jours avant le lancement, les fusées de Lewis formeraient une équipe de tigres de spécialistes au Cap. Au nombre d’environ 30 experts – ils forment également l’équipe de lancement elle-même – ils effectueraient une inspection en profondeur des fusées accouplées sur la plate-forme. En commençant par le haut, ils descendraient du portique et feraient une inspection complète, en utilisant une liste de contrôle de ce qu’il fallait rechercher en plus des procédures normales. L’équipe de tigres parcourrait ensuite un compte à rebours de démonstration, effectuerait une mission simulée pour vérifier tous les logiciels et tester les moteurs à moins d’une seconde du décollage. Ensuite, ils remettraient la fusée en condition de démarrage pour le vol.
Au moment même du lancement, nous avons tout surveillé. Le personnel ou les sous-traitants de Kennedy qui avaient construit l’équipement se sont en fait assis aux consoles de commande et ont appuyé sur les boutons, mais l’équipe de Lewis a pris les décisions. Après une dernière vérification de l’état, l’appel final serait lancé : « Go Atlas ! Go Centaur ! » Allez Atlas ! Allez Centaure !
Pendant près de 30 ans, Lewis a été responsable de la gestion technique, des coûts et du calendrier de la fusée Centaur. Au cours de cette période, de nombreux changements ont été apportés qui ont fait de la fusée Centaur une bête de somme pour la NASA. Ce programme, depuis son premier lancement, a connu un succès opérationnel extraordinaire. Il a été développé comme lanceur d’étage supérieur à utiliser avec une fusée d’appoint de premier étage, la fusée Atlas. Le premier objectif de la mission de Centaur était d’envoyer le vaisseau spatial sans pilote Surveyor sur la Lune. En préparation de la mission Surveyor, huit vols expérimentaux ont été effectués sur une période de quatre ans. Des améliorations technologiques ont été apportées après chaque vol d’essai.
Le pire moment du programme Centaur est peut-être survenu en 1965 avec l’explosion sur le pad avec le vol de développement AC-5. Le véhicule et le pad ont été perdus. Le défi consistait à découvrir ce qui n’allait pas, à le corriger et à réussir cette partie du programme. En mai 1966, Surveyor 1, un vaisseau spatial lunaire sans pilote a été lancé. C’était notre premier atterrisseur souple sur la lune. Les géomètres ont collecté des données sur la texture de la surface de la lune et ont fourni des photographies haute résolution de la surface. Cette connaissance était essentielle au succès des dernières missions d’atterrissage lunaire habité d’Apollo.
Dans les années 1970, Centaur a été combiné avec le propulseur Air Force Titan III pour fournir une capacité de lancement de plus gros vaisseaux spatiaux. Ensemble, avec les boosters Atlas et Titan, Centaur a servi d’étage supérieur pour les sondes et les survols vers d’autres planètes, vers Mercure, Vénus, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Les engins spatiaux Mariner, Pioneer, Viking et Voyager ont fourni des données inestimables sur ces planètes. Des images rapprochées de Mars et des informations recueillies par les instruments de l’engin spatial nous ont permis d’étudier la météo de la planète et la nature de son atmosphère. Les images haute résolution que Voyager nous a envoyées lors de son Grand Tour nous ont surpris avec des mondes d’une complexité inattendue. Ces découvertes peuvent aider à expliquer les caractéristiques uniques de ces planètes et répondre aux questions sur leur évolution et sur les origines de notre système solaire.
Centaur a lancé des observatoires en orbite pour étudier l’espace au-delà de notre système solaire dans la recherche de connaissances sur l’univers. Les observatoires astronomiques orbitaux, ou OAO, ont été lancés à la fin des années 1960 et au début des années 1970. OAO a découvert un nuage d’hydrogène d’un million de kilomètres de diamètre entourant une comète. C’était la première preuve d’observation que de tels nuages existent. OAO a également observé des nébuleuses extragalactiques et la région ultraviolette du spectre électromagnétique, observations impossibles depuis la Terre. À la fin des années 1970, les observatoires astronomiques en orbite à haute énergie, ou HEAO, ont sondé les cieux pour identifier les sources de rayons cosmiques et gamma. Centaur a lancé divers satellites de communication en orbite géosynchrone, à 22 000 milles au-dessus de la terre. Les satellites de technologie d’application, ou ATS, ont été lancés à la fin des années 1960, suivis par les satellites INTASAT, Comstar et FLTSATCOM tout au long des années 70 et 80. Ces satellites sont des maillons clés du réseau de communication mondial.
Un partenariat avec l’industrie
L’industrie privée a fourni des activités d’ingénierie et de soutien depuis le développement initial. Des sociétés telles que General Dynamics Corporation, Teledyne, Pratt and Whitney Aircraft et Honeywell Incorporated ont travaillé en coopération avec la NASA pour concevoir et améliorer ce lanceur. Aujourd’hui, plutôt que de gérer les opérations de conception, de développement et de lancement, la NASA achète des services de lancement commerciaux. NASA Lewis continue de soutenir l’industrie en développant et en testant de nouvelles technologies et du matériel par le biais de programmes coopératifs.Une nouvelle ère a commencé avec le lancement du satellite à libération combinée et à effets de rayonnement sur un Atlas I commercial en juillet 1990. Centaur a également aidé à lancer plusieurs satellites météorologiques GOES. Centaur continue de soutenir des missions scientifiques telles que SOHO, lancée sur Atlas/Centaur-121 le 2 décembre 1995. Il s’agissait de la première utilisation par la NASA de cette version commerciale de la fusée Atlas IIAS. Centaur a de nouveau volé au-dessus d’un propulseur Titan en octobre 1997 pour lancer Cassini en route vers Saturne.
Dans le futur 
Bien que son nom ne soit pas utilisé dans la famille commerciale de lanceurs Atlas ou dans le Titan IV, le Centaur continue d’être l’étage supérieur le plus puissant d’Amérique.
Véhicule spatial à hydrogène
En 1963, le premier vol d’un véhicule spatial propulsé par une combinaison d’hydrogène liquide et d’oxygène liquide a été effectué par un Centaur II. Il faisait partie d’une famille de véhicules à étage supérieur à carburant liquide conçus pour amener un satellite sur son orbite opérationnelle. Le Centaur a été conçu à l’origine pour fournir une capacité de charge utile aux satellites à haute altitude et aux sondes spatiales lunaires et planétaires. Ce Centaur était l’étage supérieur d’une fusée Atlas, AC-2, lancée depuis l’Atlantic Missile Range à Cap Canaveral, en Floride. La charge utile du Centaur était un satellite, qu’il a placé avec succès sur une orbite de transfert géosynchrone. (Un ancien Centaur était sur une tentative de lancement suborbital ratée au milieu de 1962; le véhicule Atlas a explosé en raison de problèmes d’isolation.)
https://www.nasa.gov/centers/glenn/about/history/centaur.html