Le Saint Graal des vols spatiaux : Dans la quête de plusieurs décennies pour construire un avion spatial entièrement réutilisableS’inscrire gratuitement pour continuer à lire

On mai 2002, le toit d’un hangar au Kazakhstan s’est effondré sur le seul avion spatial soviétique en état de voler.

Bourane” était un orbiteur réutilisable modelé sur la navette spatiale américaine. Mais il ne s’est aventuré dans l’espace qu’une seule fois avant d’être détruit, avec la vie de huit ouvriers, par un mauvais entretien et de fortes pluies.

Le sort de l’orbiteur est un triste rappel du peu d’espoir de l’humanité pour un avion spatial réutilisable depuis la guerre froide. Pendant des décennies, les ingénieurs et les scientifiques ont rêvé de construire un vaisseau SSTO (single-stage to orbit) – souvent décrit comme le Saint Graal des vols spatiaux – qui pourrait décoller, se mettre en orbite et atterrir en une seule pièce sans avoir recours à de coûteuses fusées d’appoint détachables.

Ces rêves n’ont jamais été réalisés, et la navette spatiale partiellement réutilisable est maintenant une pièce de musée, ayant pris sa retraite en 2011. Le vaisseau jumeau de Bourane, le Ptichka, serait en possession d’un homme d’affaires kazakh qui affirme qu’il ne le rendra à la Russie qu’en échange du crâne du dernier Khan kazakh, décapité en 1847.

Mais aujourd’hui, certaines entreprises pensent pouvoir y parvenir. Au début du mois, une start-up basée à Seattle, Radian Aerospace, est sortie du mode “furtif” et a annoncé avoir levé 27,5 millions de dollars (20,5 millions de livres sterling) auprès d’investisseurs. Son plan : construire un avion spatial SSTO qui, un jour, “rendra les voyages dans l’espace presque aussi simples et pratiques que les voyages en avion de ligne”.

“Ils ont raison de l’appeler le Saint Graal – nous l’appelons ainsi depuis environ quarante ans”, déclare Mark Hempsell, ancien président de la British Interplanetary Society, qui a travaillé sur de nombreux programmes d’avions spatiaux, notamment les projets britanniques HOTOL et Skylon.

“L’absence d’amélioration des lanceurs est comme un barrage depuis des décennies. On lève le barrage et on obtient le tourisme spatial. Plus important encore, étant donné que tout le monde panique maintenant un peu tard à propos du changement climatique… les satellites à énergie solaire deviennent viables.”

Entre ici et là, il y a un terrain vague brûlé par les obstacles financiers et technologiques, jonché des restes calcinés de ceux qui ont essayé. Pour le franchir, dit Hempsell, il faudra une ingéniosité de pointe et des sommes considérables.

Les avions spatiaux qui n’ont jamais existé

En 1982, le gouvernement britannique a investi dans un concept d’avion spatial mono-étage sans équipage qui, espérait-il, relancerait le programme spatial britannique, alors en perte de vitesse.

L’avion spatial utiliserait un nouveau type de moteur hybride “aérobie” à réaction et à fusée, conçu par l’ingénieur Alan Bond, pour décoller horizontalement d’une piste ordinaire et accélérer ensuite dans l’espace à partir d’une altitude élevée. D’où son nom : Horizontal Take-Off and Landing, ou HOTOL.

Les avantages d’un tel engin étaient nombreux. La navette spatiale s’envolait verticalement, à l’aide d’un gigantesque réservoir de carburant jetable – qui devait être remplacé à chaque lancement – et de fusées d’appoint réutilisables qui devaient être récupérées et remises à neuf ; HOTOL n’aurait besoin que d’un traîneau propulsé par une fusée et d’une piste horizontale, ce qui réduirait considérablement les coûts de lancement.

“Cela transforme l’entrée dans l’espace en un vol d’avion”, dit Hempsell. “Vous le sortez du hangar, vous le remplissez de carburant, vous décollez, vous allez dans l’espace, vous revenez, vous atterrissez sur la piste, vous revenez dans le hangar. Cela fait une énorme différence dans ce que vous pouvez faire dans l’espace.”

Mais HOTOL n’a jamais vu le jour, tout comme de nombreux autres projets de vaisseaux SSTO. Il y a eu le Lockheed Martin X-33 et son grand frère le VentureStar, une paire d’avions spatiaux trapus en forme de flèche ; le Roton, qui se lançait verticalement puis revenait en vol stationnaire vers la Terre à l’aide de pales d’hélicoptère ; et le Lynx, conçu par la défunte société californienne XCOR Aerospace.

Les véhicules SSTO sont difficiles, dit Hempsell, en raison des limites de poids extrêmes qu’ils doivent respecter. Contrairement aux systèmes multi-étages, qui se débarrassent de certaines parties d’eux-mêmes au cours de leur ascension, un avion spatial doit sortir du puits de gravité vicieux de la Terre en tant que “véhicule complet”, avec ses ailes, son train d’atterrissage, ses réservoirs de carburant et tout le reste.

Cette polyvalence tout-en-un les rend également très complexes. Le programme Apollo, qui a envoyé des astronautes américains sur la Lune, impliquait en fait quatre engins différents : un pour le lancement dans l’espace, un pour aller sur la Lune et en revenir, un pour visiter la surface et un pour ramener l’équipage en toute sécurité à travers l’atmosphère terrestre.

Outre l’atterrisseur lunaire, unUn avion spatial doit faire tout cela, de la lutte contre la gravité à la résistance à l’horrible chaleur que notre atmosphère exerce sur les objets qui tombent.

La navette spatiale illustre les dangers d’une erreur. En 1986, la navette Challenger a été détruite et les sept membres de son équipage tués lorsque l’une de ses fusées d’appoint a mal fonctionné après le décollage. En 2003, Columbia et ses sept membres d’équipage se sont désintégrés lorsqu’une petite fissure s’est ouverte dans le bouclier thermique en composite de carbone qui protégeait ses ailes et son ventre pendant la rentrée dans l’atmosphère.

La nouvelle course à l’espace des entreprises

Aujourd’hui, des entreprises telles que SpaceX d’Elon Musk et Blue Origin de Jeff Bezos ont déclenché une nouvelle course à l’espace. Avec elle, de nombreux prétendants à la couronne non réclamée de l’avion spatial sont apparus.

La plupart de ces prétendants sont des vaisseaux partiellement réutilisables comme la navette spatiale. Virgin Galactic, la société de Richard Branson, par exemple, lance son avion spatial SpaceShipOne à partir d’un avion conventionnel à haute altitude.

“Les véhicules SSTO entièrement réutilisables ont besoin d’une technologie très avancée”, déclare David Ashford, ancien membre de l’équipe de conception des avions de Hawker Siddeley, qui a publié son premier article sur le sujet en 1965 et dont la société Bristol Spaceplanes cherche des fonds pour construire un petit avion suborbital à deux étages.

“Un avion à deux étages peut être construit plus rapidement, à moindre coût et à moindre risque, en utilisant uniquement des technologies éprouvées”, explique-t-il. “Un mono-étage peut être construit plus tard, lorsque les marchés et les technologies seront prêts”.

Sierra Nevada, une société privée américaine entièrement détenue par le couple de milliardaires turco-américains Eren et Faitih et Ozmen, construit une mini navette appelée Dream Chaser qui peut transporter 5,5 tonnes de fret et qui est destinée à être compatible avec plusieurs systèmes de lancement vertical existants tels que les fusées Ariane de l’Agence spatiale européenne.

L’entreprise a déjà un contrat avec la Nasa pour effectuer six missions de réapprovisionnement de la Station spatiale internationale jusqu’en 2024. Il s’agit du seul modèle d’avion spatial inclus dans la dernière série de contrats de ce type conclus par la Nasa, les autres ayant tous été attribués à des fusées verticales réutilisables telles que les lanceurs Falcon de SpaceX.

Les gouvernements tentent également de recréer la capacité perdue. Les États-Unis disposent du X-37, un avion spatial robotique réutilisable top secret lancé à l’intérieur d’une fusée conventionnelle, dont beaucoup craignent qu’il soit destiné à un usage militaire. La Chine teste un engin similaire connu sous le nom de CSSHQ (acronyme chinois de “Reusable Experimental Spacecraft”), qui a suscité des spéculations similaires.

Les véritables vaisseaux SSTO sont plus rares. L’Inde tente d’en développer un, mais il en est encore au stade de la recherche et du développement. Entre-temps, les moteurs d’Alan Bond et les travaux sur HOTOL ont abouti dans le secteur privé chez Reaction Engines, une société britannique qui teste actuellement ses moteurs à air comprimé SABRE au Colorado.

Plutôt que d’essayer de construire un avion spatial complet, Reaction Engines se concentre d’abord sur les moteurs, qui, selon elle, ont des applications au-delà des voyages dans l’espace. S’ils sont achevés, les moteurs pourraient rendre les avions spatiaux beaucoup plus faciles à utiliser, mais les essais en vol ne seront pas effectués avant une décennie.

Ashford pense que c’est possible. L’une des récentes propositions de sa société affirmait : “Les premiers travaux sur les avions spatiaux [in the Sixties] n’ont jamais été dépassés, mais ont été largement oubliés ou négligés.

“Depuis lors, toutes les technologies requises ont été développées pour d’autres avions… ce qui aurait été un développement difficile et coûteux dans les années 1960 devrait donc maintenant être simple.”

Pourquoi Radian pense pouvoir gagner

C’est dans ce paysage dangereux qu’arrive Radian, dont le directeur de la technologie Livingston Holder a dirigé la proposition originale de Boeing pour le X-33.

“Beaucoup de choses ont changé entre aujourd’hui et alors”, dit Holder. The Independent. “Les systèmes antérieurs étaient construits sur la base d’exigences trop agressives qui poussaient les conceptions à leurs limites.

“Nous pouvons maintenant tirer parti d’années de progrès dans la science des matériaux, des structures primaires composites, des systèmes de protection thermique durables, de la réduction de la taille, du poids et de la puissance des composants électriques et mécaniques – ainsi que des technologies de fabrication qui nous permettent de passer du concept au matériel beaucoup plus rapidement et d’apporter des modifications beaucoup plus rapidement.”

Comme HOTOL, l’engin conceptuel de Radian s’envolerait via un traîneau à fusée ; contrairement à HOTOL, il est conçu comme un pur véhicule à fusée.et sera également doté d’un équipage au départ. Radian ne donne pas plus de détails mais dit qu’il pourrait être sans équipage à l’avenir.

Holder dit qu’il pourra transporter 2,5 tonnes de marchandises à la montée et 5 tonnes à la descente. Il énumère des missions potentielles telles que des équipes de recherche, l’observation de la Terre et le transport “point à point”, c’est-à-dire des vols qui ne s’élèvent que brièvement dans l’espace afin de traverser la Terre très rapidement.

Hempsell est sceptique quant aux annonces de Radian. Il dit que beaucoup ont essayé sans succès une conception de fusée pure, et soutient qu’il n’y a pas de raison d’ajouter le poids d’un équipage humain et de ses systèmes de survie à chaque mission quand même Buran… dans les années 80 pouvait se mettre en orbite et atterrir en pilotage automatique.

Il suggère que la soute à charge utile présentée dans le concept de Radian, qui se trouve près du nez du vaisseau et loin de son centre de gravité, perturberait l’assiette du vaisseau et créerait des forces de torsion gênantes. La société affirme qu’il s’agit d’un choix délibéré destiné à contrebalancer la conception de l’aile delta, lourde à l’arrière.

Hempsell se demande également si l’entreprise disposera de suffisamment d’argent, arguant que les coûts de développement des avions spatiaux sont généralement dépassés. “27,5 millions et demi de dollars suffisent à peine à acheter un hamburger dans ce jeu “, dit-il.

Néanmoins, Radian est “confiant” qu’il commencera les essais en vol d’ici la fin de cette décennie.

Les statistiques disent que quelqu’un va mourir

Les récompenses sont grandes pour quiconque peut construire un SSTO viable. La possibilité de lancer et de réutiliser rapidement le même engin permettrait de réduire le prix de la mise en orbite, ce qui pourrait débloquer l’espace pour une utilisation beaucoup plus large.

“Lorsque j’étais astronaute de la navette, le processus de lancement était incroyablement difficile”, déclare Clayton Anderson, qui a passé un total de 167 jours dans l’espace avec la Nasa et qui est maintenant professeur à l’Université de l’Iowa.

“L’accouplement des moteurs-fusées à poudre au réservoir externe, et de la navette à la pile – cela pouvait prendre des semaines. Ce n’était pas comme acheter un billet d’avion, conduire jusqu’à l’aéroport, et en une heure ou deux vous êtes sur un véhicule prêt à aller de A à B.”

Actuellement, le marché du tourisme spatial est limité par le prix élevé des billets, Virgin Galactic facturant des centaines de milliers de dollars pour un saut de quelques minutes à travers la frontière de l’espace, tandis que les vols entièrement orbitaux d’Elon Musk coûteraient des centaines de millions de dollars.

Les partisans espèrent que si les prix baissent, le marché se développera, rendant les entreprises spatiales plus viables et alimentant ainsi l’expansion d’autres industries.

“Vous êtes dans un jeu complètement nouveau”, dit Hempsell. “La fiabilité augmente, la sécurité augmente, donc cela devient quelque chose que vous pouvez offrir au grand public comme système de transport. Cela signifie également que vous pouvez ramener des choses, ce qui est une facilité que nous avons maintenant perdue depuis la navette spatiale.”

Le côté plus sombre est que les vaisseaux SSTO seraient également parfaits pour un usage militaire, donnant aux nations la possibilité de lancer des satellites, des missions d’interception de missiles, ou même des armes basées dans l’espace avec un minimum de préparation.

Hempsell porte toujours le flambeau de Skylon, un successeur de Hotol développé par Reaction Engines qui, selon lui, aurait été réalisable. Aujourd’hui, les articles sur Skylon ont disparu du site web de Reaction Engines, et la compagnie affirme maintenant qu’il n’était que théorique.

“Skylon était le véhicule conceptuel pour montrer comment le moteur SABRE pouvait être utilisé”, a déclaré Oliver Nailard, responsable du développement commercial. BBC News. “Nous ne développons pas de véhicule. A court terme, nous nous concentrons sur le moteur.”

En attendant, le professeur Anderson prévient que les entreprises qui tentent de dépasser l’emprise de la Nasa doivent se préparer à des turbulences mortelles.

“A l’époque du Pony Express, ces gars qui traversaient le pays à cheval, des gens mouraient. Dans les premiers jours du vol en avion, des gens sont morts”, dit-il. “Mais nous n’avions pas les médias sociaux, où les gens apprennent deux secondes plus tard qu’un avion s’est écrasé et a tué trois cents personnes…”.

“Les statistiques disent qu’au fur et à mesure que cela se fait, quelque chose de mauvais arrivera quelque part – tout comme lors des 135 lancements de la navette, nous avons tué deux équipages. Que se passe-t-il lorsque ce mauvais jour survient ? Le marché est-il encore viable ? Les gens sont-ils encore prêts à investir des millions de dollars ?”