Lancement de l'ATV-4, en juin 2013. © ESA, S. Corvaja

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Ariane Next : feu vert pour le démonstrateur du futur moteur

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L'Agence spatiale européenne a européanisé le projet de moteur réutilisable et « low cost » du Cnes et d'ArianeGroup dévoilé fin 2015. Prometheus, c'est son nom, pourrait entrer en service à la fin de la prochaine décennie. Il est destiné à un futur lanceur européen réutilisable, voire à une version améliorée d'Ariane 6. Les trois partenaires du projet, qui rassemble six pays, viennent de s'engager dans la réalisation d'un démonstrateur. Il sera intégré à Vernon, en France, et testé en 2020 sur un des bancs d'essai du site de Lampoldshausen en Allemagne.

  • Un moteur 10 fois moins cher que la version du Vulcain d’Ariane 6.
  • Réutilisable de 5 à 10 fois. 
  • De nombreuses pièces réalisées en impression 3D.
  • Une mise en service à l’horizon 2030.

Au Salon du Bourget, Daniel Neuenschwander, le directeur du transport spatial à l'ESA et Alain Charneau, président ArianeGroup, ont donné le coup d'envoi d'un futur lanceur réutilisable européen en signant le contrat de construction de Prometheus, un démonstrateur européen de moteur réutilisable qui sera testé en 2020. Des études sont en cours pour examiner l'intérêt d'utiliser ce futur moteur sur une version améliorée d'Ariane 6 de façon à simplifier son architecture et augmenter ses performances. L'idée serait de remplacer les moteurs Vulcain de l'étage principal et du Vinci de l'étage supérieur.

Ce moteur est conçu avec un double objectif d'économie. Le coût unitaire devrait être divisé par 10 par rapport au Vulcain 2 d'Ariane 5 (1 million contre 10 millions d'euros) et Prometheus devra descendre à 5.000 euros le coût au kilogramme mis en orbite géostationnaire, contre 10.000 euros visés avec Ariane 6 et 20.000 euros aujourd'hui avec Ariane 5.

Pour atteindre cet objectif très ambitieux, le Cnes et ArianeGroup, à l'origine du projet, parient sur un moteur réutilisable de 5 à 10 fois et une conception simplifiée, s'appuyant sur de nouvelles techniques. L'impression 3D en fait partie, pour réaliser un nombre très important de pièces dont certaines sont impossibles à réaliser par les procédés classiques.

Prometheus, le futur moteur réutilisable et « low cost » qui succèdera à la famille des lanceurs Ariane 6. © ArianeGroup

Une utilisation inédite du méthane

À l'inverse du Vulcain, qui utilise un mélange d'hydrogène et d'oxygène liquides, Prometheus brûlera un mélange d'oxygène liquide et de méthane. Une vraie rupture dans le choix des ergols traditionnellement utilisés par les lanceurs européens. Bien que le méthane apporte une impulsion spécifique moins forte que l'hydrogène liquide, ce choix s'explique par la réutilisabilité du moteur qui nécessite d'emporter plus de carburant pour le retour de l'étage au sol.

Or, l'hydrogène a une densité très faible, de 70 kg/mètre cube, à la différence du méthane et ses 420 kg/mètre cube. Cette densité supérieure permet de réduire significativement la taille du réservoir ou bien d'embarquer plus de carburant dans un même volume. Elle est aussi très proche de celle de l'oxygène, ce qui rend possible l'utilisation de pièces communes et l'utilisation de réservoirs identiques.

Autre avantage du méthane, sa température de -161 °C, moins froide  que les -253 °C de l'hydrogène liquide du Vulcain. Il est plus facile à stocker et sa température est suffisante pour le garder liquide à l'intérieur du lanceur sans protection thermique spéciale. Enfin, l'utilisation du méthane simplifiera l'architecture et la conception du moteur. Là où le Vulcain a besoin de deux turbopompes avec des vitesses de rotation différentes pour l'oxygène et l'hydrogène, une seule turbopompe sera nécessaire sur Prometheus.

Dernier point à noter, le Cnes étudie la possibilité de produire du méthane grâce à la biomasse. Cette solution est envisagée au Centre spatial guyanais avec à la clé toute une filière plus écologique.