Retour sur la terre ferme de deux des trois étages qui forment l'étage principal du Falcon Heavy, après leur mission (avril 2019). © SpaceX

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Le DLR veut des lanceurs réutilisables plus performants que le Falcon 9

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Bien qu'il existe une incertitude sur le modèle économique des lanceurs à étages réutilisables, de nombreux constructeurs de lanceurs s'engagent sur la voie de leur réutilisation. ArianeGroup, qui réalise les lanceurs des familles Ariane 5 et Ariane 6, n'exclut pas à l'avenir d'exploiter de tels étages. En attendant qu'une décision soit prise, des études sont en cours pour démontrer la pertinence de ce choix pour Ariane 6 ou les lanceurs qui lui succéderont. Il y a quelques jours, le DLR a annoncé le début d'un programme pour étudier de près cette question et passer en revue des concepts de lanceurs partiellement et totalement réutilisables. 

Bien que régulièrement critiquée par ses concurrents, la société SpaceX est parvenue à maîtriser le mode « toss back » qui lui permet de récupérer et de réutiliser l'étage principal de son lanceur Falcon 9, qui représente environ 70 % du coût d'un lanceur entier. La rupture opérée par SpaceX, consistant à ramener cet étage en position verticale, pousse de nombreux constructeurs de lanceurs à étudier cette voie, voire à s'engager pour certains, bien que d'importantes objections continuent d'être opposées quant à la réutilisabilité, s'agissant notamment de son modèle économique.

À contrario, des constructeurs et des pays, comme la Russie, qui ne croient pas à la viabilité économique de la réutilisation, ne se lancent donc pas dans cette direction, leur préférant des lanceurs consommables ultra low cost qui pourraient en effet s'avérer plus intéressants.

En Europe, ArianeGroup, le Cnes et l'Agence spatiale européenne ont engagé des études de démonstrateurs de réutilisation d'étages. Des évolutions d'Ariane 6 sont déjà à l'étude avec un premier étage réutilisable, modulaire et à très bas coût, baptisé Themis, et basé sur le moteur oxygène liquide-méthane Promotheus. Un étage réutilisable pourrait être mis en service dès les premières améliorations majeures d'Ariane 6 à l'horizon 2025 ou avec les éléments constitutifs d'Ariane Next, la  famille de lanceurs qui pourrait succéder à Ariane 6 à la fin de la décennie 2020.

Passer en revue les technologies actuelles et futures de la réutilisabilité

À cela s'ajoute aujourd'hui l'initiative du Centre allemand pour l'aéronautique et l'astronautique (DLR) associé à cinq sociétés européennes pour faire progresser conjointement la recherche et le développement de technologies clés pour de futurs lanceurs européens à atterrissage vertical dans le cadre de Retalt, (RETro Propulsion Assisted Landing Technologies). D'une durée de trois ans, Retalt est financé par la Commission européenne dans le cadre du programme Horizon 2020 qui regroupe les financements de l'Union européenne en matière de recherche et d'innovation.

Les deux concepts de lanceurs partiellement réutilisables (Retalt-1, à droite) et totalement réutilisables (Retalt-2) étudiés dans le cadre du programme Retalt du DLR allemand. © DLR

Les phénomènes physiques, les flux aérodynamiques et aérothermiques, les efforts structuraux de la rentrée et de l'atterrissage ne sont pas aussi documentés et maîtrisés comme on pourrait l'imaginer. En « l'état actuel des choses, nous manquons de données expérimentales de haute qualité issues d'essais en soufflerie et de démonstrations au sol », a déclaré Ali Gulhan, coordinateur du projet Retalt et chef du département de technologie supersonique et hypersonique du DLR. En combinant « ces données avec des simulations numériques, nous acquerrons une meilleure compréhension de la physique et ferons un très grand pas en avant vers des fusées réutilisables en Europe ». Le but de Retalt est aussi d'étudier les composants structurels, les matériaux de construction et les mécanismes.

Améliorer la compétitivité de l'industrie européenne

Présenté autrement, par rapport à ce que fait SpaceX avec brio, des marges de progression existent notamment pour simplifier le design d'un étage réutilisable ou intégrer des opportunités technologiques à coûts réduits. De cette  manière, si Arianespace met en service un lanceur partiellement réutilisable, voire réutilisable, il pourra avoir un avantage face à ses concurrents même s'il arrive tard sur le marché.

Dans le cadre de Retalt, aucun démonstrateur sera réalisé. Des prototypes à échelles réduites sont prévus, notamment pour des essais en souffleries, voire des vols suborbitaux. Des composants structuraux, comme des jambes du système d'atterrissage, seront aussi construits. Au cours du projet, Retalt passera en revue deux concepts de lanceurs à décollage et à atterrissage. Retalt 1, qui correspond à un lanceur à deux étages dont l'étage principal est réutilisable, semblable à Falcon 9, et Retalt 2, un concept de lanceur à un seul étage réutilisable. Conçu pour de petites charges utiles, il utilisera également une rétropropulsion ainsi qu'une grande surface aérodynamique sur sa face inférieure pour ralentir au cours de son vol de retour.

  • Le DLR et cinq entreprises européennes s'associent pour avancer sur les lanceurs réutilisables.
  • Deux concepts de lanceurs réutilisables et partiellement réutilisables seront passés en revue.
  • Les phases de vol aller et retour d'un étage réutilisable et les effets physiques induits seront mieux compris.
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