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Soyouz | |
Lanceur spatial léger | |
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![]() Lanceur Soyouz utilisé pour la mission Soyouz TMA-9 le 18 septembre 2006. | |
Données générales | |
Pays d’origine | ![]() ![]() |
Constructeur | TsSKB Progress |
Premier vol | 26 novembre 1966 |
Dernier vol | Opérationnel (2024) |
Lancements réussis | 1068 (Soyuz uniquement), 1857 (R7 et dérivés) |
Hauteur | 46 à 51 m (46 m Soyouz-2) |
Diamètre | 10,3 m |
Masse au décollage | 305 à 313 tonnes (306 tonnes Soyouz-2) |
Étage(s) | 4 (0 à 3) |
Poussée au décollage | 4 148,6 kN |
Base(s) de lancement | Baïkonour /Plesetsk /Centre spatial guyanais /Vostotchny |
Charge utile | |
Orbite basse | 9 000 kg (STB) |
Transfert géostationnaire (GTO) | 3 200 kg (STB) |
Motorisation | |
Ergols | T-1 etRG-1/LOX (étages 1 à 3) |
1er étage | Blocs B, D, W, G : 4RD-107/RD-117/RD-107A |
2e étage | Bloc A : 1 RD-108/RD-118/RD-108A |
3e étage | Bloc I : 1RD-0110 ouRD-0124 |
4e étage | Fregat : 1S5.92N2O4/UDMH |
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Soyouz (durusseСоюз/sajuz/, « Union ») est unlanceursoviétique puisrusse dont la conception remonte auxannées 1950 et qui fut utilisé initialement pour lancer les vaisseaux avec équipage duprogramme Soyouz. Ce lanceur, d'un peu plus de 310 tonnes et 46 mètres de haut, peut placer unecharge utile de plus de 7 tonnes enorbite terrestre basse depuis lescosmodromes russes. Il est notamment utilisé de nos jours pour mettre en orbite des satellites militaires russes, les équipages de laStation spatiale internationale, lancer lesvaisseaux cargoProgress qui ravitaillent laStation spatiale internationale et pour mettre sur orbite dessatellites scientifiques russes ou européens. Grâce à sa fiabilité et son faible coût de production, il est toujours apprécié malgré la rusticité des techniques employées. À fin 2017, plus de 1 880 lanceurs Soyouz ont été lancés[1], avec un taux de réussite proche de 98 %. De (retrait du service de lanavette spatiale américaine) à (premier vol habité duCrew Dragon), levaisseau Soyouz était le seul véhicule capable d'envoyer un équipage vers la Station spatiale internationale.
Tous les lanceurs Soyouz sont construits depuis le début dans le centre de productionTsSKB Progress située àSamara, dans le sud-est de la Russie. Il se fabrique dans ce centre jusqu'à soixante lanceurs Soyouz par an au début des années 1980. Dans le cadre d'accords commerciaux avecArianespace, le lanceur Soyouz fut lancé entre fin 2011 et 2022 depuis leCentre spatial guyanais (CSG), où des installations d'assemblage et de lancement servies par des équipes russes sont construites àSinnamary, près deKourou.
Le lanceur Soyouz est mis en service en 1966. Il s'agit d'une évolution du lanceurVoskhod lui-même dérivé dumissile balistique intercontinentalR-7 Semiorka par adjonction d'un troisième étage. Le lanceur comporte dans sa version standard 3 étages. Le lanceurMolnia dotée d'un quatrième étage, développé par la suite, peut atteindre desorbites elliptiques élevées. Une nouvelle variante plus puissante, leSoyouz-U, est lancée pour la première fois en 1973. Version la plus lancée (776 exemplaires), il effectue son dernier vol le[2]. Il est remplacé par les Soyouz-FG etSoyouz-2. Le Soyouz-U comporte une variante, le lanceurSoyouz-U2, qui utilise un carburant appelésyntin (1,2-dicyclopropyl-1-méthylcyclopropane) à la place dukérosène.
Les différences entre versions portent sur les moteurs, lacoiffe et le carburant utilisé. Toutes les versions comportent 3 étages et sont optimisées pour l'injection d'une charge utile en orbite terrestre basse. Depuis la fin des années 1990, un quatrième étage peut être ajouté pour atteindre les orbites les plus hautes, tâche qui est jusqu'à présent réservée aux lanceurs Molnia qui ne sont pas d'un emploi assez souple (le quatrième étage ne peut être allumé qu'une seule fois).
À compter de 1992, la Russie lance le développement d'une nouvelle version de la version Soyouz-U surnomméeRus (russe :Русь) qui doit permettre de placer en orbite basse une charge utile de 7,5 tonnes. La Russie doit disposer d'un système de commandes de vol numérique destiné à remplacer le vieux système analogique des années 1960. Cette modification doit permettre d'apporter plus de souplesse au plan de lancement et d'optimiser l'utilisation du carburant ce qui doit augmenter la capacité d'emport. Un nouveau moteur doit être installé sur le troisième étage (RD-0124 avec une poussée de 30kN, uneimpulsion spécifique de 3 522 N.s/kg soit 359 secondes) et les moteurs des premier et second étages doivent être remplacés par des RD-107A et des RD-108A plus puissants. La Rus est renommée par la suiteSoyouz-2. Mais l'aéronautique russe dispose à l'époque de moyens réduits et le développement du Soyouz-2 se fait au ralenti.
La création d'une structure commune avecArianespace, la sociétéStarsem, chargée de commercialiser le lancement de satellites commerciaux occidentaux par le lanceur Soyouz, permet de lever les contraintes financières. L'argent des premiers contrats permet de relancer le développement de la nouvelle version du Soyouz. À l'origine, Starsem prévoit de mettre sur le marché à compter de 2002 un Soyouz-U avec un système de commandes de vol numérique et les moteurs RD-107A et RD-108A sous l'appellationSoyouz-ST. Le nouveau modèle doit disposer d'une nouvelle coiffe (type ST) d'une taille équivalente à celle du lanceurAriane 4. Une variante équipée au niveau du troisième étage d'un moteur RD-0124 reçoit l'appellationSoyouz-ST+.
Finalement, une versionSoyouz-FG moins ambitieuse est développée en 2001, ne se distinguant de la version U que par ses moteurs RD-107A et RD-108A. Elle est initialement utilisée pour lancer les vaisseaux spatiaux habités ou de ravitaillement. Parallèlement l'étage supérieurFregat est développé et utilisé avec succès sur le Soyouz-U puis le Soyouz-FG. Par la suite, une nouvelle coiffe (de type S) est mise au point et utilisée par exemple sur les lanceurs des sondes spatialesMars Express etVenus Express.
Le[3] un lanceurSoyouz-2.1a, modèle intermédiaire, est lancée avec succès. Cette version dispose d'un système de commande de vol numérique et son troisième étage, bien que toujours propulsé par l'antique RD-0110, est modifié pour recevoir un moteur RD-0124. Un second lancement intervient le pour placer en orbite lesatellite météorologique européenMetOp pour lequel sont utilisés le quatrième étage Fregat et une coiffe de type ST. LeSoyouz-2.1b, qui reprend les spécifications initiales de la Soyouz-2, est lancée pour la première fois à Baïkonour le : il place enorbite polaire letélescope spatialCoRoT.
Le Soyouz-2.1a peut placer une charge utile de 7 020 kg sur une orbite de 200 km depuis Baïkonour ; depuis lecosmodrome de Plessetsk, une charge de 6 830 kg peut être envoyée sur une orbite de 220 km. Le Soyouz-2.1b peut placer une charge utile de 8 250 kg sur une orbite de 200 km depuis Baïkonour ; depuis le cosmodrome de Plessetsk, une charge de 7 020 kg peut être envoyée sur une orbite de 220 km.
La capacité d'unSoyouz-STK (versions 2.1a et 2.1b, « ST » pour « Spéciale Tropiques ») utilisée depuis laGuyane est encore bien supérieure. Depuis leCentre spatial guyanais (CSG), la version Soyouz-STK peut placer une charge de 9 000 kg en orbite basse. À 450 km d'altitude, la capacité est portée de 4 900 kg à 5 500 kg avec l'ajout de l'étage Fregat[4]. Les deux premiers lancements depuis le CSG sont réussis :
En 2006, un nouveau développement est envisagé sous la dénomination Soyouz 2.3. Cette version comporte un étage central propulsé par un moteurKouznetzovNK-33 (le moteur du lanceurN1). Ce modèle peut mettre en orbite basse une charge utile de 11 tonnes depuis Baïkonour et de 12,7 tonnes depuis le CSG.
Pour que le lanceur Soyouz puisse mettre en orbite des satellites commerciaux, des satellites scientifiques et des sondes spatiales sur une orbite moyenne, haute ou interplanétaire, un quatrième étage est développé. Cet étage est enveloppé par lacoiffe avec lacharge utile.
L'étageIkar est développé à partir du système de propulsion du satellite d'observationIantar et est utilisé sur unSoyouz-U pour mettre en orbite des satellitesGlobalstar. Vingt-quatre satellites Globalstar sont ainsi mis en orbite en 1999 par six lanceurs à raison de quatre satellites par vol. L'ensemble Soyouz-U/Ikar pèse 308 tonnes et fait 47,285 mètres de haut. À compter de l'année 2000, Ikar est remplacé par l'étageFregat.
L'étageFregat est développé à partir du système de propulsion dessondes spatialesPhobos etMars 96 ; il est équipé d'un système decommandes de vol numérique moderne et d'un propulseur qui peut être rallumé jusqu'à vingt fois. Il est développé par la société russeLavotchkine.
Ses caractéristiques sont optimales pour le lancement de plusieurs satellites qui doivent être placés sur desorbites différentes. Après deux vols de qualification, les deux premiers vols opérationnels permettent de placer en orbite les quatre satellites de l'agence spatiale européenne (ESA) de lamission Cluster[5]. Cet étage est utilisé pour le lancement de sondes spatiales (Mars Express) et de satellites commerciaux.
Depuis 2006, l'étage Fregat est utilisé conjointement avec la nouvelle version Soyouz-2 et donc la version Soyouz ST pour les lancements depuis le CSG, dont le premier a lieu le.
L'ensemble Soyouz/Fregat pèse 306 tonnes et est haut de 46,645 mètres ; il peut placer enorbite de transfert géostationnaire depuis Baïkonour une charge utile de 2 100 kg et enorbite de transfert pourMars de 1 260 kg.
Le premier étage de Soyouz est constitué de quatre propulseurs coniques identiques disposés en fagot attaché autour du second étage. Chaque propulseur comporte un moteur unique RD-107 avec un jeu de turbopompes qui alimente quatre chambres de combustion ainsi que deuxmoteurs verniers. Les moteurs fonctionnent avec un mélange dekérosène (carburant)/LOX c'est-à-dire de l'oxygène stocké à l'état liquide (comburant).
Caractéristiques (pour chacun des 4 propulseurs)
Le deuxième étage de Soyouz est un étage simple presque entièrement cylindrique dont la configuration est proche des propulseurs du premier étage. Le moteur est un RD-108, variante du RD-107 et les réservoirs de carburant sont allongés pour emporter plus de combustible. Comme chacun des propulseurs du premier étage, il dispose de quatre chambres à combustion et 1 jeu de turbopompes, mais compte par contre quatre moteurs verniers au lieu de deux. Le deuxième étage est allumé dès le décollage (une conception qui permettait d'interrompre le lancement en cas de problème d'allumage, car au début de l'ère spatiale il s'agissait d'un point faible des propulseurs) et il continue à fonctionner près de trois minutes après la séparation du premier étage. Cet étage est désigné par la lettre A, tandis que les quatre propulseurs du premier étage sont désignés par les lettres B, W, G et D (correspondant aux cinq premières lettres de l'alphabet cyrillique : А, Б, В, Г, Д) :
Le troisième étage utilise un moteurRD-0110 qui fonctionne également avec du kérosène et de l'oxygène liquide (LOX). Il est allumé deux secondes avant l'extinction du second étage. Il existe aujourd'hui deux variantes du troisième étage : le bloc I (russeИ) et sa version améliorée utilisée pour leSoyouz 2.1b :
Le quatrième étage Fregat[7] :
Lorsque la fusée Soyouz doit lancer une capsule avec équipage, unetour de sauvetage (russe САС c'est-à-direсистема аварийного спасения) vient coiffer la fusée. Le système de sauvetage comprend plusieurs fusées à carburant solide. En cas de lancement avorté, les fusées de la tour de sauvetage sont allumées et propulsent la capsule contenant les cosmonautes en dehors de la zone dangereuse. Une fois en altitude, la tour de sauvetage est larguée et des parachutes sont déployés pour permettre un atterrissage en douceur de la capsule. Le, une fusée Soyouz-U explosa sur laplate-forme de lancement : la tour de sauvetage permit de sauver le vaisseau spatialSoyouz T-10-1 quelques secondes avant l'explosion. Le dispositif de sauvetage comprend également quatre grands panneaux rectangulaires attachés à lacoiffe qui, en cas d'activation de la tour de sauvetage, sont déployés pour stabiliser la capsule dans la phase ascensionnelle. De petites fusées à carburant solide séparent ensuite la coiffe de la capsule.
Sur sonaire de lancement, la fusée Soyouz est, pour l'essentiel, suspendue à quatre bras qui la maintiennent dressée à la verticale. Lorsque la fusée commence à s'élever, des contrepoids écartent les bras. Le fait de maintenir suspendue la fusée est un concept introduit par les fusées R-7/Soyouz. La fusée entière est ainsi tenue par ses propulseurs latéraux. Ceux-ci maintiennent à leur tour l'étage central. Cette conception reproduit les conditions de vol durant lequel les propulseurs latéraux poussent la partie centrale.
À l'allumage, les propulseurs latéraux sont allumés en premier, ensuite le second étage placé au centre. Lorsque les propulseurs du premier étage s'éteignent, ceux-ci se détachent simplement. Il n'y a pas de système mécanique, électrique ou hydraulique complexe pour séparer les propulseurs latéraux du reste de la fusée.
La fusée Soyouz peut décoller depuis quatrebases de lancement :
Plusieurs projets de fusées plus puissantes développées à partir de la fusée Soyouz ont été étudiés. Ces projets n'ont jusqu'à présent pas pu être réalisés faute de moyens financiers ou d'applications. Les plus connus sont décrits ci-dessous.
Yamal (russeЯмал) est une fusée proposée en 1996 parRKK Energuia qui repose largement sur la fusée Soyouz existante. L'objectif des concepteurs est d'augmenter fortement la capacité d'emport sans pour autant modifier les caractéristiques de la fusée de manière à pouvoir utiliser les installations de Soyouz sans modification. En outre la construction de la fusée Yamal doit utiliser au maximum les installations existantes. Le nom de la nouvelle fusée reprend celui de lasérie satellites de communication du conglomérat russe Gazprom qui devaient être lancés par la nouvelle fusée (finalement lancés à partir de 1999 par des fusées Proton).
Le premier étage de la fusée Yamal reprend sans changement celui de la Soyouz-U. Le deuxième étage doit recevoir un moteurNK-33. Le NK-33 est le moteur développé pour lafusée lunaire N1, qui en utilisait plusieurs. Le NK-33 n'est plus utilisé, mais une trentaine d'exemplaires étaient conservés. Ces moteurs devaient être vérifiés et légèrement modifiés : par exemple, il était prévu que la pression dans la chambre de combustion soit augmentée et qu'il puisse être orientable. Par ailleurs, pour permettre d'installer le moteur, le diamètre du deuxième étage devait être porté à3,44 mètres (dans la Soyouz 2,66 m) et la masse du réservoir de carburant portée à144 tonnes, cinquante tonnes de plus que dans la Soyouz). Le diamètre du troisième étage devait être augmenté, ce qui permettait d'emporter trente tonnes de carburant en plus. L'étage devait recevoir unRD-0124 qui est également installé sur la Soyouz-2. De plus, la fusée devait recevoir un quatrième étage dénommé Taïmyr (russeТаймыр) qui était dérivé dubloc « D » de la Proton. Une nouvelle coiffe plus volumineuse était également prévue. La masse de la nouvelle fusée était limitée à374 tonnes, ce qui lui permettait d'utiliser les installations de Soyouz à Baïkonour et Plesetsk prévues pour des fusées d'une masse maximale de quatre cents tonnes. La fusée pouvait placer11,8 tonnes sur une orbite de 200 km depuis Baïkonour, la charge utile depuisPlessetsk étant limitée à11,3 tonnes et1,36 tonne enorbite géostationnaire.
Bien que la fusée pouvait être développée en réalisant des modifications réduites et à partir d'éléments de la N1 déjà disponibles, l'argent fit défaut, si bien que Yamal ne fut jamais développée. En 1999, Aurora, une variante de Yamal destinée à l'exportation fut également proposée.
Aurora (russeАврора c'est-à-dire Aurore) est une variante de Yamal qui fut présentée pour la première fois en 1999. Aurora devait être tirée d'une nouvelle installation située sur l'île Christmas, possession de l'Australie dans l'océan Indien, des lancements de qualification devant avoir lieu auparavant à Baïkonour. Les coûts de construction du site de lancement étaient estimés à cinq cents millions de dollars américains et devaient être pris en charge par des investisseurs privés. Aurora devait se consacrer au segment des satellites commerciaux de télécommunications de masse moyenne. Après quelques travaux préparatoires, le financement du projet fut finalement suspendu. La chute du marché des satellites rend aujourd'hui peu probable la réalisation d'Aurora.
Aurora était peu différente de Yamal : les modifications les plus importantes comprenaient une version améliorée du moteur NK-33-1 et une coiffe encore agrandie. Ces modifications permettaient d'augmenter la charge utile de 2 %. L'amélioration de la fusée conjuguée avec la position du site de lancement proche de l'équateur permettait à l'Aurora de placer une charge utile de 11 860 kg sur une orbite de 200 km avec une inclinaison de 11,3°. La fusée pouvait envoyer une charge de 4 350 kg enorbite de transfert géostationnaire (GTO) et de 2 600 kg enorbite géostationnaire.
Onega (russeОнега, du nom dufleuve) fut proposé en 2004 comme lanceur pour le nouveau vaisseau spatialKliper. Il devait pouvoir placer depuis le cosmodrome de Plessetsk14,5 tonnes sur orbite basse et1,6 tonne en orbite géostationnaire (selon d'autres sources2,3 tonnes). Les quatre propulseurs du premier étage devaient recevoir un nouveau moteurRD-0155 doté d'une seule chambre de combustion et qui utilisait comme son prédécesseur un mélange kérosène/oxygène liquide. Selon d'autres études, les propulseurs devaient recevoir le moteurRD-120.10F (11D123) qui équipait le deuxième étage de la fuséeZenit.
Fin 2004, l'Agence spatiale européenne (ESA) et l'agence spatiale russeRoscosmos signent un accord prévoyant le lancement de fusées Soyouz à compter de 2007 depuis leCentre spatial guyanais, enGuyane française, pour profiter à la fois du faible coût du lanceur et de la situation géographique du CSG, qui grâce à la proximité de l'équateur, permet d'augmenter sensiblement la charge utile lorsque l'orbite visée est une orbite géostationnaire : la capacité de lancement enorbite de transfert géostationnaire passe de 1,7 à 3,3[12] tonnes. Soyouz sera utilisé pour placer en orbite les satellites qu'Arianespace doit lancer lorsque la taille ne justifie pas l'utilisation d'uneAriane 5.
Des installations, baptiséesEnsemble de lancement Soyouz (ELS), sont construites sur la commune deSinnamary, à une dizaine de kilomètres au nord-ouest des équipements utilisés parAriane 5 sur la commune deKourou, créant ainsi une vaste extension du centre spatial, qui est la fierté des habitants des deux communes, et apportant un gain substantiel pour l'économie locale.
Les installations de lancement et les procédures mises en œuvre sont pratiquement identiques à celles deBaïkonour :
La construction de ces installations, d'un coût de 344 millions d'euros supporté essentiellement par l'Agence spatiale européenne, prend beaucoup de retard : le premier tir, prévu en, est finalement réalisé en octobre 2011 après plusieurs reports. Depuis la mise en service du lanceur légerVega, tiré également depuis le CSG, la base de lancement peut assurer le lancement de toutes les charges hormis les missions habitées. Ces installations peuvent être également utilisées, moyennant des adaptations importantes, pour le lancement de vols habités Soyouz. Cependant, jusqu'à présent, cette éventualité n'a fait l'objet d'aucune discussion officielle entre l'ESA et la Russie. Néanmoins, le site est construit pour prévoir cette évolution future[13].
Les modèles de lanceur Soyouz lancés depuis le CSG profitent des améliorations effectuées sur le lanceur depuis les années 2000[7] :
Les versions guyanaises du lanceur se nomment Soyouz-STA (pour la varianteSoyouz-2.1a) et Soyouz-STB (variante Soyouz-2.1b)[14].
Le premier lancement d'un lanceur Soyouz (STB) depuis le CSG a lieu le[15],[16], pour mettre en orbite les deux premiers satellites opérationnels deGalileo[17]. Les deux satellites de testGiove-A et Giove-B[18] sont également lancés par un lanceur Soyouz, mais depuisBaïkonour, et un par un.
À la suite de l'invasion de l'Ukraine par la Russie en 2022 et auxsanctions contre la Russie ayant suivi, le directeur-général deRoscosmosDmitri Rogozine annonce suspendre la coopération avec l'Europe pour le lancement de Soyouz-ST[19].
Trois lancements habités de Soyouz ont connu des défaillances du lanceur. À chaque fois l'équipage a survécu, démontrant la fiabilité des procédures de sauvetage[20].
Le, au cours de la phase propulsée de la missionSoyouz 18a, un dysfonctionnement empêche la séparation complète du deuxième étage après son extinction avec le troisième étage du lanceur. La fusée déséquilibrée dévie rapidement de plus de 10° de sa trajectoire nominale ce qui déclenche automatiquement l'abandon de la mission, l'arrêt du moteur du troisième étage et la séparation du vaisseau Soyouz de son lanceur, puis celle du module de descente des autres modules. À ce moment la vitesse du vaisseau est de 5,5 km par seconde et il se trouve à une altitude de 180 km. Après 400 secondes d'apesanteur, la capsule réalise unerentrée atmosphérique brutale, l'équipage encaissant une décélération de 14 à 15 g avec une pointe à 21,3 g. Le vaisseau va atterrir sans encombre dans les montagnes deSibérie occidentale à 1 200 mètres d'altitude dans 1,5 mètre de neige alors que 20 minutes plus tôt l'équipage avait quitté Baïkonour où régnait une température de25 °C. Incertains quant à leur lieu d'atterrissage, les cosmonautes brûlent des documents militaires au cas où ils seraient tombés enChine, avec laquelle l'Union soviétique est, à l'époque, pratiquement en conflit. Après plusieurs tentatives d'équipes de sauveteurs, dont l'une sera prise dans une avalanche, l'équipage est hélitreuillé sain et sauf 24 heures après son atterrissage. C'est le premier cas de mission habitée interrompue durant la phase d'ascension[21],[22].
Le, peu avant le lancement deSoyouz T-10-1, du carburant se met à fuir à la base du lanceur et prend feu. Le centre de contrôle tente d'activer latour de sauvetage, mais les câbles de contrôle sont déjà brûlés (l'équipage n'a pas les moyens d'activer lui-même le système). Le centre de contrôle parvient 20 secondes plus tard à activer la tour de sauvetage en lançant la commande par radio. Après séparation avec le lanceur, le vaisseau Soyouz est propulsé durant 5 secondes, soumettant ses occupants à une accélération de 14 à 17 g. Quelques instants plus tard, le lanceur explose, détruisant le pas de tir. Après être monté à une altitude de 650 mètres, le parachute se déploie et le vaisseau atterrit à environ 4 km du pas de tir. L'équipage est sain et sauf. C'est le seul cas de mise en œuvre d'unetour de sauvetage, que ce soit du côté russe ou américain[23],[24],[25].
Le, au cours du lancement du vaisseauSoyouz MS-10 emportant deux membres de l'équipage de laStation spatiale internationale, la séparation du premier étage du lanceur Soyouz-FG, qui a lieu après deux minutes de vol à une altitude de 50 km, est défectueuse. Un des quatrepropulseurs d'appoint ne s'écarte pas suffisamment de l'étage central (2e étage) à la suite de la défaillance d'un des dispositifs chargés de l'éloigner du lanceur. Il vient heurter celui-ci en perforant un de ses réservoirs et mettant hors service le système decontrôle d'attitude. Le lanceur quitte la trajectoire prévue et les systèmes de sécurité déclenchent automatiquement l'éjection duvaisseau Soyouz. Celui-ci poursuit son ascension sur la vitesse acquise jusqu'à une altitude de 92 km puis revient au sol après unvol balistique. Les deux astronautes atterrissent sains et saufs après vingt minutes de vol et avoir subi une accélération d'environ 7 g[26],[27].
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