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IXV : découvrez l'engin expérimental de retour d'orbite de l'Esa

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Avec le démonstrateur IXV, l'Esa expérimente la rentrée atmosphérique contrôlée. Le vol d'essai aura lieu au mois de novembre. Cet étonnant engin à corps portant, lancé en orbite, reviendra, seul, de l'espace. Dans une série d'articles, nous vous ferons suivre cette aventure technologique, menée sous la maîtrise d'œuvre de Thales Alenia Space. Aujourd'hui, Stéphane Dussy nous explique la raison de cette mission IXV, qui n'est qu'une étape d'un programme plus vaste. 

L'IXV, le démonstrateur de rentrée atmosphérique européen dans le Bâtiment S1 du Centre spatial guyanais. Ce bâtiment est destiné à la préparation et à la vérification des satellites dès leur arrivée au CSG. © Esa, Cnes, Arianespace

L'IXV, Véhicule expérimental intermédiaire, est un démonstrateur de rentrée atmosphérique de l'Agence spatiale européenne qui « testera les technologies nécessaires pour les futurs véhicules spatiaux autonomes de l'Esa qui devront revenir intacts sur Terre » nous explique Stéphane Dussy, ingénieur du Système avionique de l'IXV.

Ce programme résulte d'une histoire mouvementée sur la rentrée planante en Europe, après l'arrêt du programme d'avion spatial Hermès en 1992. Depuis cette date, l'Europe n'a guère progressé dans cette voie, ni techniquement ni politiquement. Or, la rentrée atmosphérique contrôlée est un des derniers grands domaines technologiques que l'Europe ne maîtrise pas, au contraire des Américains, des Chinois et des Russes.

La maîtrise de la rentrée atmosphérique est une nécessité si l'Agence spatiale européenne veut jouer un rôle de premier plan dans les futures étapes de l'exploration spatiale. © Esa, J. Huart

Depuis l'abandon d'Hermès, en Europe, chacun y est allé de son projet sans qu'aucune feuille de route à l'échelle européenne soit tracée alors que, dès 2000, la nécessité d'un véhicule expérimental s'imposait à tous les acteurs de cette filière dans « le but de doter l'Europe des technologies qui lui manquaient pour la rentrée atmosphérique ». Le programme IXV voit donc le jour en 2005. Il a pour objectif de concevoir, développer, construire et tester au sol et en vol un véhicule très manœuvrant de rentrée atmosphérique contrôlée.

La mission du IXV le ramènera dans l'océan Pacifique

Construit par Thales Alenia Space, à la tête d'un consortium d'une quarantaine de sociétés, cet IXV, est un véhicule de type corps portant « de 5 m de long, d'une envergure de 2,2 m et d'une masse chargée de 1.900 kilogrammes ». Des caractéristiques choisies pour qu'il soit compatible avec le lanceur Vega et tienne dans sa coiffe : « cette contrainte est une des raisons qui expliquent pourquoi ce démonstrateur n'est pas un véhicule ailé ».

Ce démonstrateur n'embarque pas de charges utiles mais plus de 300 capteurs pour étudier le comportement du véhicule lors de sa rentrée atmosphérique et « recueillir des informations sur l'aérodynamique, l'aérothermodynamique, les matériaux, les structures, les mécanismes, le guidage, la navigation, le contrôle, l'avionique et les systèmes de protection thermique ».

Son lancement depuis le Centre spatial de Kourou est prévu le 18 novembre. Le lanceur Vega décollera et l'emportera à une altitude d'environ 410 kilomètres à partir de laquelle il entamera son vol de retour vers la Terre pour revenir effectuer un amerrissage en douceur dans l'océan Pacifique. « Avec une vitesse de rentrée d'environ 7,5 km/s, l'IXV effectuera un essai très représentatif d'une mission de retour d'orbite basse ». Bien qu'il soit conçu pour tester les technologies qui pourraient être utilisées sur les véhicules réutilisables, « ce démonstrateur ne volera qu'une seule fois ». Il terminera sa vie dans un musée, vraisemblablement celui de l'Estec, dès que l'Esa et les partenaires de ce programme auront terminé son analyse. 

L’IXV n’est qu’une étape


Ce programme IXV revêt une importance particulière. Il pourrait bien « préfigurer une série de véhicules qui serviront à l'avenir à l'exploration du Système solaire ou à des applications de transport spatial ». En effet, le développement des futurs systèmes européens de transport et de rentrée pourra capitaliser sur l'IXV puisque cette mission « traitera la vérification en vol, dans des conditions réelles, de toutes les technologies de rentrée atmosphérique » et pourrait un jour donner naissance à un engin capable de ramener du fret depuis l'espace.

Ce programme a été décidé à une époque où il était possible que l'Europe se lance dans le développement d'un système de transport spatial habité. Mais, depuis, ce contexte a changé. L'Agence spatiale européenne, sous l'impulsion de son directeur général, Jean-Jacques Dordain, juge plus pragmatique et opportun de mutualiser les efforts et de participer avec plusieurs agences au développement d'un système de transport international. D'où sa participation au développement du véhicule spatial d'exploration de la Nasa, connu sous le nom d'Orion MPCV. L'Esa fournira le module de service, qui pourrait envoyer des astronautes autour de la Lune à l'horizon 2020, puis vers un astéroïde et Mars.

De plus, depuis le dernier vol d'une navette (Atlantis en juillet 2011), personne n'est plus capable de ramener de l'orbite terrestre autre chose que des astronautes et quelques babioles. « Un très fort besoin de capacités de retour d'orbite de charges utiles existe ». Aujourd'hui, seule la capsule Dragon de SpaceX peut redescendre un peu de fret depuis la Station spatiale internationale. Les capsules Soyouz redescendent seulement des astronautes. Les vaisseaux automatiques Progress, Cygnus, HTV et ATV, dont le dernier exemplaire est actuellement amarré à la Station, apportent du fret à la Station spatiale internationale mais se consument dans l'atmosphère à l'issue de leurs missions.

Phase d’étude pour le successeur de l’IXV. Il s'agit d'un véhicule pré-opérationnel appelé Pride (Programme for Reusable In-Orbit Demonstrator in Europe) approuvé en 2012 et qui devrait être conforté en fin d'année. © Esa, J. Huart

Vers une mini-navette ailée

Pour succéder à l'IXV, « l'étape suivante sera sans doute de faire un véhicule qui puisse se poser sur une piste en dur », comme l'X-37B par exemple. À la différence de la Nasa qui privilégie la capsule pour son futur véhicule d'exploration spatial Orion et les deux systèmes de transport privés pour la rotation des équipages de l'ISS, en Europe, l'idée d'une capsule de retour d'orbite est abandonnée. C'est une voie que l'Esa avait envisagée en 1998 avec le démonstrateur de rentrée atmosphérique ARD qui validait le retour d'orbite d'une capsule de type Apollo. L'IXV apparaît comme un « très bon compromis entre la simplicité de la capsule tout en ajoutant de la manœuvrabilité ». En effet, les capsules ont comme principal inconvénient de tomber comme des boulets. Leur point d'impact sur Terre est à peu près défini par leur point d'entrée dans l'atmosphère.

L'après-IXV se décidera lors de la prochaine session du Conseil ministériel de l'Esa, qui se tiendra en décembre 2014 au Luxembourg. En 2012, ce même Conseil avait approuvé le financement d'une étude du démonstrateur ISV (Innovative Space Vehicle) du programme Pride (Program for Re-usable In-orbit Demonstrator in Europe).

Ce projet de mini-navette ailée réutilisable sera logiquement conforté. Les missions envisagées pour cet engin très flexible sont variées : récupération d'échantillons provenant de la Lune, de Mars ou d'astéroïdes, ravitaillement et la maintenance de l'ISS et de satellites, expériences en microgravité en orbite... L'engin pourra ainsi répondre à des besoins identifiés à l'horizon de quelques années.

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Fort des succès sans précédent de la sonde Huygens, grande première mondiale qui s’est posée sur Titan, des observatoires spatiaux Herschel et Planck, des 25 radiotélescopes européens Alma au Chili, Thales Alenia Space vise la Planète rouge avec Exomars et la matière noire avec Euclid.

Après avoir fourni la moitié des modules pressurisés de l’ISS, ainsi que les modules cargos de ses vaisseaux ravitailleurs (ATV, Cygnus), Thales Alenia Space s’attaque à la rentrée atmosphérique avec le IXV, un véhicule expérimental qui préfigure les vols habités de demain.