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Vers le lanceur du futur : comment envisager l'après Ariane 5 ?

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Michel Eymard, directeur des lanceurs au CNES (Centre National d'Etudes Spatiales), déclarait fin 2005 que le lanceur Ariane 5 ECA, après sa qualification, n'aurait plus besoin de développements jusqu'en 2012. Celle-ci est maintenant acquise et le vecteur ne cesse de démontrer, lors de chaque vol, sa fiabilité et sa compétitivité dans le secteur du transport spatial. Mais cela pose une question, cruciale pour l'avenir de la filière, du maintien des compétences en Europe, et en France.

Pré-X, le futur démonstrateur de module de rentrée atmosphérique planant.

Puisque nous arrivons à un palier, il serait logique que les experts et les chercheurs s'attachent à explorer les possibilités de conception d'un lanceur de nouvelle génération. Mais aussi à anticiper l'évolution du marché des satellites, étape indispensable si l'Europe veut conserver son leadership dans ce domaine et son indépendance dans l'accès à l'espace.

La France, premier contributeur de la politique spatiale européenne via le CNES, en association avec les agences spatiales italienne (ASI) et allemande (DLR) ainsi que l'ensemble de ses partenaires européens et internationaux, travaille déjà sur le concept du futur lanceur. Et cela, sans négliger aucune piste de réflexion : nouveau lanceur ou lanceur de substitution ? Propulsion fusée ou aérobie ? Quels types d'ergols ? Lanceur consommable ou réutilisable ?

Jean-Marc Astorg, sous-Directeur "Futur, Recherche et Coopération avec la Russie" au sein de la Direction des Lanceurs du CNES (DLA/SFR), estime que le lanceur dans sa version actuelle pourrait être exploité jusqu'en 2020, avec une évolution qui pourrait être décidée en 2008, prévoyant par exemple une version ECB équipée du moteur Vinci et d'un étage réallumable. Mais il existe aussi l'alternative de la conception d'une nouvelle génération de lanceurs qui pourrait être décidée à partir de 2008 pour un début d'exploitation vers 2015. Ceci sans négliger les améliorations à apporter aux versions existantes d'Ariane, de Vega et de Soyouz.

Cependant, ajoute Jean-Marc Astorg, "le moteur Vinci, performant et réallumable, restera indispensable pour équiper l'étage supérieur, et c'est pourquoi les travaux de développement de ce moteur européen vont se poursuivre intensément."

La propulsion

En matière de propulsion pour les étages inférieurs, on ne s'attend pas à une révolution technologique mais plutôt à une évolution des concepts existants. La propulsion aérobie, puisant l'oxygène dans l'atmosphère, est difficilement envisageable pour un lanceur de la taille d'Ariane avant une échéance très lointaine. Son fonctionnement requiert une vitesse élevée pour un rendement important, et est inapte en phase de décollage et d'accélération, rendant la propulsion chimique incontournable.

Pour les étages supérieurs, la combinaison hydrogène/oxygène demeure la référence, même si des alternatives sont examinées (kérosène, méthane...), mais celles-ci ne présentent actuellement pas de gain suffisant pour justifier le développement en Europe d'une nouvelle filière de propulsion.

Par ailleurs, la propulsion solide reste une excellente solution pour obtenir une forte poussée à moindre coût et devrait continuer à être utilisée pour assister les moteurs cryotechniques durant la phase de décollage, tandis que de nouvelles solutions de type aéroporté ou de mélange oxygène liquide/méthane sont envisagées pour de petits lanceurs.

L'évolution devrait être plus marquante pour les étages supérieurs et les étages de transfert. Si une propulsion chimique classique oxygène liquide/hydrogène ou oxygène liquide/méthane reste la référence pour les missions de courte durée, de nouvelles pistes plus audacieuses sont étudiées pour l'exploration à longue ou très longue distance, notamment à base de concepts faisant appel à l'utilisation d'une propulsion nucléaire ou d'une propulsion orbitale cryotechnique (POC).

Un lanceur réutilisable ?

Suivant Jean-Marc Astorg, le marché actuel ne justifie pas le développement d'un lanceur réutilisable. Son intérêt résiderait plus dans un accroissement de la fiabilité que dans la réduction des coûts, mais cela reste à démontrer. Cependant, les axes des progrès technologiques étant très proches dans le cas de lanceurs réutilisables ou consommables, un choix ne s'impose pas dans l'immédiat. Par contre, la priorité doit être accordée aux possibilités de rentrée atmosphérique, cruciales pour les projets d'exploration planétaire, de vols habités et d'applications de défense.

Deux catégories de démonstrateurs seront initiées dans le cadre des études de concepts: les démonstrateurs sol et les démonstrateurs vol.

 Démonstrateurs sol :


Vulcain-X

L'actuel moteur Vulcain 2 équipant Ariane 5 ECS servira de banc d'essai pour tester de nouvelles technologies de propulsion cryotechniques (paliers fluides, allumage doux, injecteurs gros débits, divergent robuste...). Divers sous-systèmes y seront progressivement introduits, sans perdre de vue que ces nouvelles technologies seront applicables à tout type de moteur cryotechnique futur.

Volga

Il s'agit d'un démonstrateur de propulsion à oxygène liquide et méthane, utilisable sur un étage supérieur ou un petit lanceur.

Structure-X

Démonstrateur de nouvelles technologies et de modélisation de réservoir cryotechnique et structures associées.

Avionic-X

Banc d'essai électrique et logiciel pour le développement de nouvelles technologies (calculateur, télémesure lanceur Wi-Fi, navigation hybride...).

Démonstrateur vol :

Pré-X

Initié par le CNES dès 2000 et repris dans le cadre du programme FLPP de l'ESA, ce programme prévoit la mise au point et l'expérimentation d'un module de rentrée atmosphérique planant, dont les objectifs technologiques concernent essentiellement les protections thermiques et l'aérothermodynamique.

"Ces différents programmes de développement de démonstrateurs technologiques sont l'occasion de mettre en place et d'opérer le réseau des centres sous la forme d'une coopération accrue entre les agences européennes" souligne Jean-Marc Astorg. "Dans le cadre de partenariats bilatéraux avec la Russie, ils permettent également de profiter de l'expérience de l'industrie russe et de préparer, au-delà du projet de coopération Soyouz en Guyane, un développement futur commun en rapprochant les cultures techniques."

Certes, l'échéance 2020 peut paraître encore lointaine. Cependant, ce délai est relativement court si l'on se réfère au temps qui s'est écoulé entre l'initiation et les études d'avant-projet et le premier vol de qualification du lanceur lourd Ariane 5.

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