Plus flexible et moins coûteux qu’une réutilisation totale, le concept d'Adeline peut s'adapter à n'importe quel lanceur mais il va de soi qu'Airbus DS le destine à Ariane 6. © Airbus Space Systems

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Une Ariane réutilisable grâce à Adeline

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Au Cnes et à l'Esa, des études portent sur une troisième mouture d'Ariane. Quant à Airbus DS, qui construira ce futur lanceur, il travaille également sur une version partiellement réutilisable dans le cadre d'Adeline, un concept astucieux pour réutiliser les parties les plus coûteuses d'un lanceur.

Parmi les pistes étudiées pour réduire les coûts de l'accès à l'espace figure la réutilisabilité partielle ou totale d'un lanceur. Dans ce domaine, les possibilités sont nombreuses et variées. On citera en exemple la manœuvre Toss-Back de retour vers le pas de tir sur laquelle parie SpaceX pour l'étage principal de son lanceur Falcon 9. En France, le Cnes l'avait étudiée pour le lanceur FLS (Future Launch System, projet abandonné) de l'Agence spatiale européenne. Il était alors apparu que cette solution était une des plus compliquées à mettre en œuvre : elle conduit à une perte de performance de 50 % environ et elle impose quatre allumages des moteurs par mission, dont trois en vol.

Depuis cette époque et dans le schéma d'Arianespace, toutes les études ont montré que la réutilisabilité n'était pas économiquement viable. En effet, à chaque lancement d’une Ariane 5, le lanceur est utilisé pour ainsi dire au maximum de ses capacités, de sorte qu'il n'y a pas de surplus de performance suffisant pour ramener au sol l'étage principal. À cette première contrainte s'ajoute celle d'un nombre trop faible de lancements qui justifierait le recours à la réutilisation. Bref, un non-sens économique.

Mais l'arrivée sur le marché de SpaceX et ses projets de lanceurs réutilisables contraint l'Europe spatiale à réagir. Certes, le Falcon 9 en service aujourd'hui est limité en performance à quelque 4,5 tonnes en orbite de transfert géostationnaire (GTO), incliné à 28,5°. En « équivalent Kourou », c'est-à-dire dans les conditions d'un lancement depuis le Centre spatial guyanais, cette performance est ramenée à seulement 3,9 tonnes en GTO. Et si l'étage est récupéré, la performance tombe à 2 tonnes, toujours en équivalent Kourou.

Pourtant, malgré cette différence, le Falcon 9 gêne Arianespace. En effet, un lancement typique d'une Ariane 5 embarque deux satellites, un gros (5 à 6 tonnes) et un plus petit (moins de 3,4 tonnes). Donc, même si SpaceX ne peut pas rivaliser sur le marché des satellites de plus de 5 tonnes, il capte une série de ces petits satellites, ce qui réduit les opportunités de lancements doubles d'Ariane 5. De plus, demain, la version réutilisable de la Falcon 9 Heavy pourrait venir concurrencer la société européenne sur le terrain des satellites de télécommunications les plus lourds, son cœur de marché, ce qui rendrait difficile la commercialisation d'Ariane 5.

D'où la décision de l'Europe de lancer le développement d'Ariane 6. Ce futur lanceur s'annonce mieux adapté aux besoins institutionnels de l'Europe qu'Ariane 5 et ses 10 tonnes de performance. Mais, pour conserver sa place de leader sur les marchés commerciaux face à SpaceX, ce lanceur, même décliné en deux versions (une troisième est à l'étude et sera peut-être officialisée cet été), ne sera peut-être pas suffisant.

C'est pourquoi Airbus DS (Airbus Defence and Space) s'y prépare en secret depuis 2010 en travaillant sur Adeline, un astucieux concept pour réutiliser des lanceurs. Dévoilée début juin, l'idée d'Adeline (Advanced Expendable Launcher with INnovative engine Economy) est de récupérer la partie basse du lanceur, qui comprend le moteur, la baie de propulsion et l'avionique. Un concept dont les premières études européennes remontent à 1992 et qui diffère de l'étude sur la réutilisabilité d'Ariane 6 que mènent le Cnes et l'Esa.

Profil d'une mission type d'Adeline utilisée avec Ariane 6. C'est un véhicule ailé et turbopropulsé qui ramène au sol une partie du lanceur. © Airbus Defence and Space

Un lancement d'une Ariane partiellement réutilisable en 2025

Adeline est destinée à rendre un lanceur spatial partiellement réutilisable qui pourrait être Ariane 6« C'est ce que nous visons à l'horizon 2025 » nous explique Sébastien Vourc'h, ingénieur et responsable Système avionique d'Adeline, qui souligne aussi que ce véhicule « peut très bien être adapté pour voler sur d'autres lanceurs que ceux de l'Europe ». Le but, ambitieux, « est de le réutiliser de 10 à 20 fois avec une rentabilité dès la quatrième ou la cinquième utilisation ».

Dans le cas d'Ariane 6, l'utilisation d'Adeline permettrait de « récupérer jusqu'à 80 % de la valeur de l'étage principal ». Le principe de de ce véhicule de retour est celui d'un drone ailé. « Une fois détaché des étages supérieurs, le module revient sur Terre en effectuant une rentrée atmosphérique. Il vole et se pose comme un drone, sur une piste adaptée, grâce à ses petites ailes et à un système exclusif d'hélices déployables ». Tel qu'il est conçu, le véhicule Adeline permet de retourner sur le site de lancement avec « le moins d'impact possible sur la charge utile que l'on envoie dans l'espace ». Autrement dit, les performances du lanceur ne seront pas amoindries par l'utilisation de ce véhicule de retour qui emporte son propre carburant.

La mise au point de la forme définitive de ce véhicule, toujours en cours, comporte quelques points durs sur le plan aérodynamique. Un lanceur avec des ailes, en effet, cela ne s'est encore jamais vu... « On doit également mieux maîtriser le contrôle d'attitude. » Pour son vol du retour, Adeline utilisera « deux turbopropulseurs à hélice fonctionnant au kérosène » dont la mise au point ne sera pas trop compliquée. « On exploite nos compétences dans le spatial et dans l'aéronautique et l'on s'appuie également sur des études réalisées dans le cadre de l'avion spatial notamment sur la motorisation ».

Depuis 2010, Adeline est développée et testée par les équipes d'Airbus DS. Après des essais sur simulateurs, les premiers démonstrateurs ont effectué plusieurs vols d'essais réels, dans différentes conditions, permettant de valider les choix techniques en vue d'un premier vol envisagé dès 2025. Pour l'instant, ce concept est financé en fonds propres par Airbus DS. « S'il démontre sa faisabilité technique et son intérêt économique », il sera proposé à l'Agence spatiale européenne pour qu'elle européanise ce programme et le finance.