Suite au succès du lancement du Falcon 9 (le premier étage a été utilisé pour la première fois), le milliardaire américain Elon Musk tente désormais de restaurer à la fois le premier et le deuxième étage avec une fusée 100% réutilisable. Voici pourquoi il s’agit d’une émission extrêmement complexe et ambitieuse.
Avec Falcon 9, SpaceX a prouvé que le premier étage d’un lanceur peut être réutilisé en le plaçant verticalement. Mais personne n’a encore réussi à réutiliser le deuxième étage de la fusée * – ce qu’Elon Musk tente de faire avec Starship. En fait, c’est «beaucoup plus compliqué d’un point de vue ingénierie», explique Christophe Bonnal, ingénieur CNES, expert senior au département lanceurs.
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ALLER SUR MARS AVEC STARSHIP
L’impression de l’artiste d’une colonie humaine sur Mars avec trois vaisseaux Starship. Sur le même sujet : Météo prochain week-end : amélioration. Crédits: SpaceX
Le Super Heavy Launcher (premier étage) et le vaisseau spatial Starship (deuxième étage) sont des kits entièrement utilisables pour transporter l’équipage et / ou la cargaison en orbite terrestre, vers la Lune et Mars. Les premier et deuxième étages sont conçus pour atterrir verticalement.
Le terme Starship fait référence à la fois à l’étage supérieur et à la fusée entière (Super Heavy + Starship). Des essais en vol sont en cours avec des démonstrateurs de vaisseaux spatiaux Starship: le dernier test a été réalisé en mars avec le prototype SN11. Plusieurs démonstrateurs SN se sont écrasés à l’atterrissage, mais chaque nouveau prototype est amélioré en corrigeant les bugs précédents. Quant au lancement de Super Heavy, le premier modèle intégré devrait être testé sur le terrain dans les mois à venir.
Starship est modulaire et est disponible en quatre versions: équipage (transport de l’équipage), Cargo (pour l’envoi de la charge utile en orbite), Tanker (pour fournir d’autres vaisseaux Starship) et Lunar (spécifique pour le transport en orbite). Luna.)
Démonstration d’un vaisseau spatial atterrissant sur la lune. Crédits: SpaceX
STARSHIP : DES CONTRAINTES HORS-NORMES
En fait, les limites de la récupération du deuxième étage sont beaucoup plus sévères, car ce dernier, contrairement au premier étage, est placé en orbite. Si nous l’abaissons sur Terre, nous incluons l’installation d’un bouclier thermique qui résiste à un freinage et à un échauffement extrêmes lors de la rentrée dans l’atmosphère. Lire aussi : Météo du week-end : blizzard, pluie et neige en montagne. «Si vous entrez dans l’atmosphère à une vitesse de 7 km / s, l’effort est 9 fois plus important et le chauffage est 30 fois plus important», souligne Christophe Bonnal.
En plus de ces configurations techniques, une plus grande quantité de propulseur est nécessaire pour revenir au sol dans le deuxième étage pour assurer un atterrissage. En conséquence, la charge transportée est automatiquement plus basse. «Ensuite, nous perdons en performance; à moins que vous ne fabriquiez une très grosse machine », conseille un ingénieur du Cnes.
Cette limitation explique en partie le gigantisme de la fusée Starship. Un total de 120 mètres de haut, 9 mètres de diamètre (à titre de comparaison, le rez-de-chaussée d’Ariane 5 mesure 25 m de haut et 5,4 m de diamètre!)
En termes de capacité, Starship peut théoriquement envoyer 100 tonnes en orbite basse. « La taille du navire dicte qu’il souhaite réutiliser les deux étages tout en transportant une cargaison considérable. »
Pour lancer une charge utile de 100 tonnes en orbite basse en réutilisant l’intégralité de la fusée, il faut atteindre 4 000 tonnes d’ergol dans le premier étage et 1 000 tonnes dans le second. « C’est énorme. Par comparaison, la fusée Ariane5 de milieu de gamme contient 170 tonnes de propulseur … » commente Christophe Bonnal.
RAPTOR : LE MOTEUR« LE PLUS COMPLEXE JAMAIS CONSTRUIT»
Elon Musk doit également faire face aux exigences d’atterrissage: lors des phases de test des démonstrateurs Starship, les prototypes SN sont conçus pour monter à une hauteur de dix kilomètres, couper les moteurs et tomber en position horizontale en contrôlant la trajectoire avec leur frein pneumatique, puis les moteurs. Lire aussi : Comment faire pour remettre ma boite mail ? léger avec un poids réduit avant de basculer et d’atterrir en douceur à la verticale! « A l’atterrissage, tout le processus de navigation, de guidage et de pilotage est compliqué. Il faut jouer sur les changements de poussée donnés par les moteurs, avec le bon sens du train, en tenant compte de l’aérodynamique », explique Christophe Bonnal.
La descente horizontale du prototype Starship SN9 en février de l’année dernière lors d’un vol d’essai. Crédits: SpaceX.
Pour accomplir cet exploit, le constructeur américain a développé «le moteur le plus complexe imaginable». Le Raptor est un moteur à combustion progressive qui fonctionne au méthane liquide et à l’oxygène liquide, «l’avantage du méthane est qu’il est plus dense et plus facile à utiliser que l’hydrogène», a déclaré l’ingénieur. Il s’agit du même type de moteur deux temps que Prometheus, un moteur européen en développement qui équipera le futur lanceur réutilisable Ariane Next.
Le Starship sera propulsé par six moteurs de fusée Raptor, dont trois sont optimisés pour le vol atmosphérique et trois pour l’espace sous vide. Des problèmes pendant la phase d’atterrissage feront démarrer les moteurs en apesanteur lorsque les propulseurs se dispersent dans le réservoir et que des bulles de gaz se forment. Quant au lancement Super Heavy, il devrait être équipé d’au moins 28 Raptors. «Démarrer autant de moteurs en même temps dans la première étape est un vrai défi! «
STARSHIP : UN PARI RÉALISABLE ?
«Je pense que Starship volera avec succès au fil du temps. Lire aussi : Comment on dit Donne-moi le numéro en anglais ? Mais cela sera-t-il justifié économiquement? «Pour un ingénieur CNES autre que Starlink (un projet d’accès Internet avec le déploiement de milliers de satellites de télécommunications), il n’y a pas d’autre application répétitive qui devrait envoyer 100 tonnes de charge utile en orbite basse.
Qu’en est-il de l’envoi de marchandises sur la lune? «Cela nécessitera de placer la première étoile en orbite basse, qui consommera déjà les deux tiers du propulseur, puis la seconde pour être la première à ravitailler le premier carburant vers la Lune. Cela pose un double défi: d’une part, les carburants (méthane liquide et oxygène) poseront des problèmes en cryotechnique; par contre, la recharge de l’orbite n’a jamais été annoncée », explique l’expert.
Enfin, si Starship parvient à se rendre sur Mars (et donc à transporter suffisamment de carburant pour atteindre la planète rouge), il faudrait produire de l’oxygène liquide et du méthane sur place pour que le navire puisse partir …
Si le pari d’Elon Musk semble fou (voire impossible pour certains), l’entrepreneur est convaincu qu’il pourra emmener les premières personnes sur Mars d’ici 2026 et y établir une colonie humaine avec des millions de personnes d’ici 2050 …
* Le vaisseau spatial américain, qui a fonctionné entre 1981 et 2011, était le deuxième étage en orbite qui pouvait revenir sur Terre en tant que planeur. Le premier étage se composait d’un grand réservoir entouré de deux amplificateurs solides, tous consommables. Le Starship représente ainsi la première fusée dont les deux étages sont réutilisables.