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BOR 1-2-3

Les nombreux travaux d'études en laboratoire et en souffleries ont permit de définir le nouveau design des avions orbitaux BOR. Ils sont devenus à leur tours les modèles pour les divers systèmes orbitaux de l'URSS.

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En vue de déterminer les caractéristiques de la stabilité et de la manoeuvrabilité des avions orbitaux, des maquettes BOR ("Беспилотный орбитальный ракетоплан", Avion Orbitale sans Pilote) aux échelles 1:3 et 1:2 ont été testés dans la banlieue de Moscou. Le premier modèle "BOR-1" avait une longueur de 3 m et une masse de 800 kg. Il a été envoyé par le lanceur Cosmos-2 le 15 juin 1969 selon une trajectoire suborbitale et une altitude de 100 km. Lors de la rentrée dans l'atmosphère sa vitesse était de 13 000 km/h, bien que l'appareil soit brûlé sur toute sa surface, à 60-70 km d'altitude il transmettait encore des informations sur sa trajectoire qui était correcte. Les appareils "BOR-2" et "BOR-3", fabriqué à l'échelle 1:3 et 1:2 étaient entièrement fait de métal, sans bouclier thermique et étaient lancés dans l'espace suivant la même trajectoire et le même lanceur.

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BOR 4

Pour Bourane il fallait créer une technologie sûr de bouclier thermique constituée de différents matériaux: les tuiles de céramiques, le feutre réfractaire et élastique et enfin une matière très résistante à la chaleur à base de carbone pour le nez et le bord d'attaque des ailes. L'avion "BOR-4" a été construit pour valider la conception de ces matériaux.

  • La première étape de validation des travaux était l'imitation du vol spatial et des conditions de rentrée dans l'atmosphère. Les modèles expérimentaux étaient recouvert d'un bouclier thermique éprouvé en température par un appareil générateur de plasma, et mécaniquement sous l'influence de contraintes acoustiques et vibratoires.
  • La deuxième étape était les essais en vol à des vitesses supersoniques. Ils étaient accomplis par les avions-laboratoire Il-28 et Mig-25. Les modèles étaient positionnés à l'extérieur dans la zone des hautes pressions.
  • Enfin, la troisième était celle du vol réel orbital suivant une trajectoire proche de celle de Bourane.

Les images ci-dessous ne correspondent pas à un model BOR-4 (qui était un modèle réduit), mais à l'avion orbital de test grandeur nature.
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Les dimensions du nez de "BOR-4" correspondaient presque avec celles de Bourane. De plus, il se trouve être une réplique à l'échelle 1:2 de l'avion orbitale "SPIRAL" pour ce qui est de fuselage. Il a une longueur de 3.859 m, une envergure de 2.8 m (ailes repliées), une masse de départ de 1 450 kg, 1 047 kg en orbite et 795 kg au retour. L'appareil était équipé de systèmes de mesures et de pilotage pour les réacteurs et les ailes.

Le système télémétrique de "BOR-4" inscrivait les données de vol en RAM et les transmettaient à 2 navires relais et à une station terrestre. Les mesures de température étaient effectuées par 150 sondes placées sous le bouclier ainsi que sous la couche extérieur des tuiles à 0.3 mm. Les autres paramètres enregistrés étaient l'accélération, les vitesses angulaires, la position des ailes, etc.

Les ailes de "BOR-4", de même que celle de l'avion "SPIRAL" pouvaient se tourner suivant un axe radial, de plus l'angle de replis définissait l'angle d'attaque pour lequel l'avion est stable pendant la traversée des couches denses de l'atmosphère. Comme on le sait Bourane et la navette américaine sont instables pendant la rentrée et nécessitent des grands angles d'attaques. Le fait d'avoir des ailes orientables était une réelle innovation pour les années 60 puisque cela permettait de réduire l'angle d'attaque et l'échauffement sur le nez et le bord d'attaque des ailes.

Le premier vol d'essai de "BOR-4" en trajectoire suborbitale eu lieu le 5 décembre 1980, à partir de la base de Kapustin Yar, en direction du lac Balkhach, ce vol permit de tester l'ensemble des systèmes de l'avion. Le vol fructueux de ce modèle a confirmé les choix fait pour les matériaux réfractaires et les équipements de bord. Les appareils ultérieurs étaient utilisés directement pour tester le bouclier thermique de Bourane c'est pour cela qu'il a fallut souvent les modifier. La structure du bouclier thermique des ailes était différente du reste du corps. En effet, à cause de l'aérodynamique de l'appareil les ailes étaient fines et ne pouvaient pas support les épaisses tuiles. La cavité intérieure de l'aile fut rempli par une matière poreuse (la même que le feutre qui tient les tuiles sur le reste du fuselage) et imprégnée d'une composition spéciale à base d'eau. Ainsi, la vapeur servait de refroidissant à la structure pendant la chauffe intense sur la trajectoire du retour.

L'orientation des avions dans l'espace était faite par 8 propulseurs à gaz commandés par le programme de vol automatique (un système inertiel). Au début de la 2 ème révolution le moteur à poudre situé "sur le dos" de l'appareil donnait l'impulsion de freinage pour la rentrée dans l'atmosphère. Pendant la descente, la stabilité de l'appareil était assurée par les ailes orientables. L'angle d'attaque pour le premier vol était de 57° puis 52° et 54° pour les suivants. L'inclinaison des ailes était aussi utilisée pour diriger l'avion et lui permettre d'atteindre le point d'impact prévu.

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Assemblage de l'avion dans un atelier.

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Légende:
1-Bouclier thermique nasale; 2-Batterie électrique; 3-Réservoir pour le carburant des propulseur, NO3 + UDMH; 4-Parachute de récupération; 5-Système de navigation et électronique de bord; 6-Système radio; 7-Equipement scientifique; 8-Actionneur de l'inclinaison des ailes; 9-Ailes; 10-Stabilisateur arrière; 11-Propulseurs; 12-Bloc central des réacteurs GRD, tangage et lacet; 13-Châssis.

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Légende:
1-Quartz aggloméré; 2-Enduit anti-érosion; 3-Laque protectrice; 4-Protection intérieure; 5-Colle; 6-Couche métallique; 7-Matériaux réfractaire; 8-Châssis métallique.

Après le freinage, le vol plané dans les couches denses de l'atmosphère et la sorti du plasma, soit à une altitude de 30 km, "BOR-4" se mettait à planer en spiral pour réduire sa vitesse, à 7 500 m il sortait les parachutes pour se préparer à l'amerrissage à 7-8 m/s. Après l'amerrissage une trappe s'ouvrait sur le dos de l'appareil pour déployer les antennes radio et un ballon de forme conique, munit d'une lampe scintillante, se gonflait.

Les vols de "BOR-4" permirent de faire d'énormes progrès dans la conception de bouclier thermique, en vue de la création de celui de Bourane:

  • la distribution des températures selon la surface et l'épaisseur du bouclier.
  • la distribution des températures et des contraintes au niveau de l'écran balancier.
  • l'influence des jeux entre les tuiles.
  • élaborer un modèle mathématique de la chauffe du bouclier.
  • estimer le danger suite à la perte d'une ou plusieurs tuiles.

Le projet "Ouragan"

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Cet appareil développé à partir des études de "BOR-4" devait avoir une longueur de 12.5 m, une envergure de 9.5 m et une masse de 13-15 t. Il était élaboré dans le but d'être un vaisseau d'interception, armé par des missiles espace-espace. Pour sa mise en orbite il devait utiliser le lanceur "Zénith-2". D'après le rapport du ministère de la défense Américaine de 1986 il a été créé pour répondre aux utilisations militaires de la navette américaine. En 1987 le projet "Ouragan" est arrêté, sur le coté on peut voir des illustrations de l'ouvrage "The Secret Story of the Soviet Space Shuttle" (Les dossiers secrets de la navette spatiale soviétique) où l'on voit l'"Ouragan" en version miniature sur un lanceur "Proton" et "Zénith-2", et en version navette spatial sur le lanceur "Energia".

BOR 5

Malgré les informations récupérées par les vols de "BOR-4", principalement pour le bouclier thermique, il fallait faire de nouveaux tests pour valider l'aérodynamique de Bourane. C'est alors que "BOR-5" a été créé. Il était la copie exact de Bourane à l'échelle 1:8. Ces essais atmosphériques conjointement à des essais en soufflerie ont permit de déterminer:

  • les coefficients aérodynamiques, la nécessité d'un écran balancier, la stabilité durant le vol.
  • la distribution des charges thermiques et vibratoires.
  • le contrôle des systèmes aérodynamique de la navette.

Les modèles volant étaient équipés de sondes. Il y avait des sondes (alliage de molybdène) sur la surface intérieur de la navette. L'extérieur était recouvert d'un bouclier thermique constitué de tuiles réfractaires dans lesquels étaient disposé à 0.3 m de profondeur des sondes thermique en platine.

Le bouclier thermique de "BOR-5" se distinguait principalement de celui de Bourane par le fait que les éléments était 8 fois plus petit ( fuselage de 3.856 m de long contre 30.85 m pour Bourane), pour garder une cohérence dans les tests réels "BOR-5" devait être lancé moins haut (15-20 km) et moins vite (jusqu'à Mach 15). De plus, la surface des éléments protégés par le bouclier devait être augmentée et celui-ci légèrement modifié car les rayons de courbures (des ailes et du nez) étant plus faibles la température y est plus élevée, conséquence directe des dimensions de "BOR-5".

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La fusée К65М-РБ5 (désignation étrangère SL-8) envoya l'appareil de 1450 kg, de la base Kapustin Yar, à 210 km d'altitude, après quoi l'étage supérieur du lanceur donnait une impulsion supplémentaire à "BOR-5". Pour la garantie des essais la vitesse de rentrée dans l'atmosphère à 100 km devait être de 7 300 m/s à 4 000 m/s, au moment de la rentrée "BOR-5" se séparait de l'accélérateur et continuait son vol suivant la courbe balistique. A l'altitude de 50 km, l'avion changeait son angle d'attaque pour avoir le même que celui de Bourane. Comme pour "BOR-4" la gestion de "BOR-5" était faite par des propulseurs à gaz hors de l'atmosphère, mais dans l'atmosphère ce sont les gouvernes de l'avion qui l'orientait, c'était la première fois dans le pays que des gouvernes étaient utilisées à de si grandes vitesses.

La distance de vol de "BOR-5" du point de départ à l'atterrissage faisait près de 2 000 km, à 7-8 km d'altitude il se freinait en volant en spirale et à 3 km un parachute s'ouvrait pour faire chuter la vitesse à 7-8 m/s.

Les 2 premiers vols (modèle N501-502) ont montrés que dans les zones de fortes chaleurs la surface du nez et le bord d'attaque de l'aile était endommagés. Par la suite les modèles N503-505 ont reçu des modifications au niveau du matériaux réfractaire, ajout de molybdène. Après ces ajouts plus aucune dégradations n'était observé et les caractéristiques aérodynamiques se sont beaucoup améliorées.

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Les avions "BOR-4" et "BOR-5" étaient fabriqués sur l'Usine de Machines Expérimentales présidée par Vladimir Mikhalovitch Miasitchev (Владимир Михайлович Мясищев) avec la collaboration de LII et Molnia. Les essais des 2 avions étaient fait par des représentants de LII et avec la participation de spécialistes de l'institut militaire d'essai Molnia et d'autres organisations sous la direction de Goskomissi (Госкомисси), présidé par le premier assistant du chef de l'Administration centrale des moyens spaciaux (GUKOS) et par le général-lieutenant de l'aviation G.S. Titovym (Г.С.Титовым).

La clôture du projet Bourane n'a pas permit de développer l'avion "BOR-6" qui devait être basé sur le "BOR-4" et munit d'antennes spéciales pour communiquer dans la zone de plasma.

Après quelques années à être resté dans des hangars les modèles "BOR" se sont retrouvés au fur et à mesure dans des expositions internationales puis des musées étrangers et enfin dans des collections privées. Aujourd'hui il ne reste plus d'appareil "BOR" en Russie, ainsi cette dernière n'exporte pas seulement du gaz, du pétrole et du bois, mais aussi les curiosités spatiales de son histoire. Les photos présentées plus bas sont celles d'un nouveau propriétaire (situé sur la gauche) d'un "BOR-5".

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Ce BOR 5 est depuis la mi-2008 propriétée du musée de la technique à Speyer.

Un autre BOR 5 dans un hangar au musée Monino.

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