Quelques concepts de lanceurs du futur imaginés par les bureaux d'études de l'ESA, du CNnes et du DLR. © ESA, C. Vijoux

Sciences

Ariane Next : à quoi ressemblera le successeur d’Ariane 6 ?

ActualitéClassé sous :accès à l'espace , Ariane 6 , Ariane Next

Par Rémy Decourt, Futura

-

Alors que le premier vol du futur Ariane 6 est prévu en 2020, l'ESA et le Cnes travaillent déjà sur Ariane Next, un lanceur, ou plutôt une famille de lanceurs, qui prendra sa succession à l'horizon 2030. Ruptures technologiques, baisses des coûts, augmentation des rythmes de tirs... : plusieurs pistes sont explorées, comme nous l'explique Jean-Marc Astorg, le directeur des lanceurs au Cnes.

Ariane 6 n'a pas encore volé que déjà l'Agence spatiale européenne et le Cnes travaillent sur les évolutions de ce lanceur. Nom de code : Ariane Next. « Il ne désigne pas un futur lanceur mais toutes les initiatives autour desquelles nous travaillons avec nos partenaires, notamment Airbus Safran Launchers », nous explique Jean-Marc Astorg, le directeur des lanceurs au Cnes. Et des idées pour imaginer le système de lancement chargé de succéder à Ariane 6, les ingénieurs du Cnes n'en manquent pas.

« Ariane Next pourrait marquer une rupture technologique et économique. » Une vraie différence par rapport à Ariane 6, dont la conception et le développement sont guidés par le souci de réduire les coûts de construction et d'utilisation, ce qui explique pourquoi les choix architecturaux de ce lanceur sont moins centrés sur de nouvelles technologies que sur l'utilisation et l'adaptation de technologies existantes. Avec Ariane Next, le Cnes veut « réduire le coût d'un facteur deux, comme nous le faisons aujourd'hui avec Ariane 6 par rapport à Ariane 5 ». Il se donne comme objectif de réduire à « seulement cinq ans la durée de développement de ce futur lanceur » et vise une entrée en service « dès le début de la décennie 2030 si le marché l'exige ».

Le principal enjeu du lanceur qui succèdera à Ariane 6 est de diviser par deux les coûts au kilogramme mis en orbite de transfert géostationnaire, pour passer de 10.000 euros/kg (pour la future Ariane 6) à 5.000 euros/kg. Pourtant, Ariane 6 doit déjà diviser par deux ses coûts par rapport à ceux de l'actuelle Ariane 5 (20.000 euros/kg). © Rémy Decourt

Un lifting d'Ariane 6 serait-il suffisant ?

À quoi ressemblera ce futur lanceur ? Difficile d'apporter une réponse aujourd'hui en raison des incertitudes sur l'évolution future du marché des lancements de satellites ouverts à la concurrence et des satellites institutionnels et gouvernementaux. Deux hypothèses de travail sont sur la table. Un lanceur entièrement nouveau, « capable d'une cadence de lancement très élevée » ou bien une version modernisée et améliorée d'Ariane 6 « pour répondre à un besoin de surcroît de performance ».

Dans l'option basse, Ariane Next ne serait qu'une évolution. « Pour ces deux ou trois prochaines décennies, on estime que la famille Ariane 6 est suffisante pour répondre aux besoins des opérateurs de satellites et des États membres de l'Union européenne ». Un lifting d'Ariane 6, voire une version évoluée, suffiraient alors pour apporter une meilleure performance. Ce scénario envisage l'ajout de deux propulseurs d'appoints à la version 64, « de façon à porter sa capacité de lancement à 13 tonnes en orbite de transfert géostationnaire, contre 10,5 tonnes pour la version AR6-64 ». Le remplacement du moteur Vulcain 2.1 par le Prometheus ainsi qu'une version améliorée du Vinci, le moteur de l'étage supérieur d'Ariane 6, pour le rendre moins cher à produire, sont deux autres options à l'étude.

Cependant, si les constellations de satellites venaient à se généraliser, le marché imposerait des solutions différentes. « Un nouveau lanceur sera nécessaire pour répondre à ce "boum" des lancements avec une cadence élevée et inédite de 50 tirs par an contre de plus ou moins 12 tirs chaque année depuis le Centre spatial guyanais. »

Le moteur Vinci, qui équipera le futur étage supérieur d'Ariane 6, en cours de développement dans l'établissement de Vernon d'Airbus Safran Launchers (décembre 2016). © Rémy Decourt

Le déploiement de constellations de satellites pourrait changer la donne ?

La constellation OneWeb et ses 900 satellites sont un cas d'école. Si Soyouz, commercialisé par Arianespace, a été choisi pour la presque totalité de son déploiement, ce n'est pas seulement pour la raison du coût. Du temps de l'ex-URSS, les Soviétiques réalisaient un lancement toutes les semaines. « Ils ont toute l'infrastructure industrielle et logistique qui permet de le faire et ni Ariane 5 ni Ariane 6 ne sont capables, en l'état, d'une telle cadence de lancement. » En apportant une certaine flexibilité sur le plan industriel et en s'inspirant de ce qui est déjà mis en œuvre pour Ariane 6, robotisation et travail à la chaîne, « Ariane 6 pourrait être capable de répondre aux besoins de lancement de nouvelles constellations mais aussi à des baisses de production si le marché commercial se contractait ».

Cela dit, cette incertitude sur l'avenir du marché des satellites n'empêche pas le Cnes de travailler sur « ce lanceur du futur qui sera au moins partiellement réutilisable ». Pour cela, l'organisme est engagé avec Airbus Safran Launchers dans la réalisation du moteur Prometheus. « Il sera réutilisable dix fois, reviendra moins cher que le moteur Vulcain d'Ariane et fera appel à la fabrication additive ». Ce moteur, d'une poussée d'environ 100 tonnes, fonctionnera « avec de l'oxygène liquide et un ergol à base d'hydrocarbure, très certainement du méthane ». Il s'agit d'un carburant différent du Vulcain d’Ariane 5 et d'Ariane 6 qui utilise oxygène et hydrogène liquides. « Bien qu'il soit conçu pour voler cinq fois », Prometheus ne sera pas forcément récupéré après chaque lancement. « Seules les missions qui nous laisseront une marge de performance suffisante nous permettront de ramener au sol l'étage et le moteur ». L'objectif est de réaliser un prototype de Prometheus qui puisse être testé avant la fin de la décennie.

Mais cette future Ariane pourrait être aussi entièrement réutilisable. « C'est une réflexion en cours au Cnes. » L'idée est donc de réutiliser également l'étage supérieur. « Non pas en le faisant revenir au sol comme l'étage principal et Prometheus, mais en le stationnant en orbite basse afin de l'utiliser pour le transport de satellites jusqu'à l'orbite géostationnaire. » Un scénario très innovant qui fera appel à de nouvelles technologies. « Trois aspects compliqués, liés à la question du carburant en orbite, sont déjà à considérer. » Pour que cet étage réalise plusieurs missions, c'est-à-dire de trois à cinq allers et retours, « il devra être ravitaillé en carburant, ce qui nécessite une solution de stockage ». Quant à l'intérêt et la viabilité économique de cette solution, « nous devrons tenir compte que ces trajets allers et retours vers un garage en orbite basse coûtent aussi du carburant ».

Enfin, pour tester ces choix technologiques, le Cnes prévoit de réaliser un prototype de lanceur réutilisable haut d'une quinzaine de mètres. Baptisé Callisto, il s'apparentera au Grasshopper de SpaceX. Nous aurons l'occasion d'y revenir.

  Les commentaires ne sont pas disponibles pour le moment.