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Edito : SpaceX donne un nouveau souffle à la conquête spatiale !

L’exploit est de taille et marque une vraie rupture dans l’aventure spatiale : après cinq échecs, la société américaine SpaceX et son charismatique fondateur et dirigeant, Eon Musk, ont remporté leur pari, le 8 avril dernier. Leur fusée Falcon 9 s'est hissée à 330.000 pieds, soit 100 kilomètres d'altitude à une vitesse de Mach 3,7. Elle a ensuite entamé un atterrissage vertical avant de se poser en douceur, non loin, en mer, de l’endroit où elle a décollé, dans le sud des Etats-Unis. Dix minutes après avoir décollé de Cape Canaveral, en Floride, le premier étage de la fusée Falcon 9 s'est reposé sur une barge flottant dans l'océan Atlantique. Ce module d’une longueur de 70 mètres a amorcé sa descente à l’aide de ses rétrofusées, deux minutes et demie après sa séparation du reste du lanceur. Ce dernier a quant à lui propulsé la capsule de fret Dragon, qui s'est arrimée le 10 avril à la Station spatiale internationale.

SpaceX a donc réussi à nouveau son exploit de l’année dernière, quand le premier étage de son Falcon 9 s'était reposé sur la terre ferme. Ce succès impressionnant n’est pas seulement un triomphe personnel pour Eon Musk, il ouvre une nouvelle ère à la conquête de l’espace et en change les règles du jeu. Si SpaceX parvient à démontrer qu’il maîtrise cette option technologique des lanceurs réutilisables, il pourra afficher des coûts bien inférieurs à ceux de ses concurrents. Selon Musk, le prix du lancement d'un Falcon 9 comprend 300.000 dollars de carburant et 60 millions de dollars de production du lanceur. "Si on peut le récupérer et le réutiliser rapidement, on réduit cent fois le coût du lancement", a-t-il avancé. Plus prudente, la présidente de la société, Gwynne Shotwell, tablait plutôt il y a quelques jours sur une baisse de 30 %, ce qui est déjà considérable.

A terme, SpaceX espère pouvoir réutiliser une vingtaine de fois son lanceur, voire 100 avec une remise à neuf minimale. Après inspection, et si tout se passe bien, le premier étage de la Falcon 9 qui a été récupéré sur une barge au large de l’Atlantique sera quant à lui réutilisé en juin prochain. Malgré ce succès, la route sera encore longue avant que ce saut technologique devienne banal. Certes, le premier étage a été récupéré mais il reste à vérifier que ses moteurs sont en état d'être réutilisés. D'autre part, cette réussite doit être reproductible, y compris et surtout pour des lancements en orbite géostationnaire (36.000 km) et non vers une orbite basse, comme c'était le cas pour ce vol du 8 avril dernier.

Du côté d’Arianespace, on reste, du moins en apparence, flegmatique et on ne se prive pas de rappeler qu’en dépit de ce succès remarquable, de nombreux obstacles techniques restent à surmonter pour que le concept de fusée récupérable et réutilisable devienne la norme en matière spatiale. Arianespace, forte de 69 lancements réussis d'affilée, ne change pas son calendrier. "La réponse de l'Europe, c'est un nouveau lanceur, Ariane 6, deux fois moins cher qu'Ariane 5, et qui sera compétitif face à SpaceX, même en intégrant les réductions de prix avancées par notre compétiteur dans l'hypothèse d'une réutilisation réussie de son étage, ce qu'il n'a pas démontré", précise le Président d'Arianespace, Stéphane Israël. Concrètement, cela signifie que le coût moyen d’un lancement de satellite par Ariane 6 devra tomber sous la barre des 50 millions de dollars contre 100 millions aujourd’hui pour Ariane 5 et 60 millions pour le Falcon 9 de SpaceX.

Mais SpaceX, fort de ce succès incontestable, annonce déjà d’ici la fin de l’année le premier vol de son premier lanceur lourd, Falcon Heavy, ce qui met une pression supplémentaire à Arianespace qui va devoir sans doute accélérer le développement d’Ariane 6 et surtout préparer l’avenir à plus long terme en se lançant probablement elle aussi dans la conception d’un lanceur réutilisable européen.

Le cycle de développement et de production d’Ariane 6 va constituer une véritable révolution pour l’industrie spatiale et cette rupture nous renvoie à mon récent éditorial sur l’usine du futur. Alors qu’Ariane 5 avait une organisation en silos, avec une intégration limitée des partenaires industriels lors de la conception, et des temps de cycle très élevés, Ariane 6 sera construite en seulement deux ans (de la commande des pièces jusqu’à l’arrivée du lanceur à Kourou), soit deux fois moins de temps qu’Ariane 5. Pour réaliser une telle prouesse, Arianespace s’est sont inspirée des méthodes lean de Toyota mais également et de celles d’Airbus. « L’objectif est de réduire les délais à tous les niveaux : conception, fabrication, intégration,… et cela en faisant bon du premier coup », explique Patrick Bonguet, directeur du programme Ariane 6.

Et le programme de développement d’Ariane 6 est mené tambour battant : un plateau de développement en Open Space a été constitué aux Mureaux (Yvelines), sous la direction d’ASL (Airbus Safran Launchers), la nouvelle société constituée par Airbus et Safran dans le domaine des lanceurs. Cette plate-forme va développer la maquette numérique, avec les principaux partenaires industriels d’Ariane 6 : Ruag, MT Aerospace, Sabca, Avio, Casa, Air Liquide. Cette méthode de production venue de l’automobile et de l’aéronautique va être transposée pour la première fois à ce niveau d’intégration à l’industrie spatiale européenne. Ce choix stratégique doit permettre de réaliser en parallèle les tâches essentielles. Fait révélateur : l’Agence Spatiale Européenne l’ESA est pleinement intégrée à cette chaîne de conception et de production.

S’agissant de la fabrication, plusieurs innovations majeures sont prévues : les étages d’Ariane 6 ne seront plus construits verticalement comme Ariane 5, dans des silos, ce qui empêche d’avoir une bonne visibilité, mais assemblés horizontalement. L’intégration des deux étages se fera aussi à l’horizontale à Kourou, avec des éléments qui auront été contrôlés en amont et seront prêts pour le « plug and play », comme les fuselages des avions Airbus. « Nous aurons ainsi les avantages d’une organisation en «pulse line», où nous pouvons visualiser les problèmes et intervenir rapidement », explique Patrick Bonguet.

L’organisation et la coordination de ces processus de production intriqués et très complexes devront être parfaites car la nouvelle usine des Mureaux, ainsi que celle de Brème (Allemagne), où l’étage supérieur sera fabriqué, devront sortir une douzaine de lanceurs par an, soit le double d’Ariane 5, avec un effectif équivalent (150 personnes prévues aux Mureaux). Comme dans l’aéronautique, ce sont les usines d'assemblage final qui donneront le rythme de la production, et tous les partenaires devront agir en parfaite coordination. Au final, l’intégration devrait prendre trois jours, contre un mois avec Ariane 5…

Pour gagner encore plus de temps, ASL aura également recours à des technologies de pointe, comme la fabrication additive par impression 3D qui permettra à la fois de réduire le nombre de pièces nécessaires et  de réaliser beaucoup plus vite (4 jours au lieu d’un mois) certaines petites pièces complexes, comme les générateurs de gaz du moteur Vulcain 2.1. Reste à savoir si les efforts consentis pour Ariane 6 seront suffisants pour que l’Europe conserve son leadership — avec plus de 50 % du marché mondial —, forte de ses lanceurs Ariane, Vega et Soyouz (en partenariat avec la Russie). Outre la concurrence des pays émergents, notamment la Chine mais demain aussi l’Inde et le Japon, les progrès spectaculaires de la technologie récupérable développée par l’Américain Space X sont évidemment en train de bouleverser les perspectives d’évolution de ce marché stratégique qui ne cesse de croître, avec plus de 100 satellites lancés chaque année au cours de cette décennie, et devrait atteindre 300 milliards de dollars en 2020.

Les acteurs de l'Europe spatiale sont bien conscients de ces nouveaux défis et sans attendre le premier vol d’Ariane 6, prévu en 2020, ASL et le CNES travaillent déjà sur le projet « Prométhée » (Precursor Reusable Oxygen METHan cost Effective Engine), un moteur à bas coût, d’une poussée d’au moins cent tonnes qui sera dix fois moins cher que l'actuel Vulcain et pourra équiper un futur lanceur européen réutilisable. L’objectif est pour le moins ambitieux puisqu’il s’agit de diviser par dix le prix du propulseur. Ainsi, ce futur moteur ne coûterait que 1 million d’euros, contre un peu plus de 10 millions pour le moteur Vulcain qui équipera Ariane 6. « Il était urgent pour l’Europe de concevoir un moteur nouveau qui utilise les technologies du 21e siècle, qui soit beaucoup moins cher que les moteurs actuels et réutilisable », souligne Jean-Marc Astorg, directeur des lanceurs du Cnes.

Un autre défi de taille consistera à réduire au minimum les opérations de maintenance et de remise en vol, grâce au recours à des techniques de la "Structural health monitoring", reposant sur l’emploi de capteurs intégrés dans les structures qui permettent de faire de la maintenance prédictive. L’objectif est une remise en vol en quelques semaines, avec au moins cinq réutilisations du moteur. Enfin, dernière rupture de taille avec les lanceurs actuels : Prométhée n’utilisera plus d’hydrogène mais du méthane, un gaz dont la densité (420 kg/mètre cube) permet d’emporter 30 % de carburant en plus et qui présente également l’avantage de dégrader beaucoup moins la structure que l’hydrogène.

Ce programme très ambitieux, intégrant de nombreuses innovations technologiques et productiques, ne sera pas superflu pour faire face non seulement à la nouvelle concurrence des lanceurs récupérables et à des sociétés comme SpaceX mais contrer également la progression d’un nouveau et redoutable compétiteur qui a fait de l’espace un objectif stratégique vital : la Chine.

Dans le domaine des vols habités, la progression de la Chine est remarquable et méthodique. En 2016, trois grands rendez-vous sont prévus avec une mission habitée, le lancement d’un nouveau module orbital, le laboratoire spatial Tiangong 2, l’entrée en service du nouveau lanceur CZ-7, voire le lancement du véhicule de ravitaillement Tianzou 1. Ce véhicule similaire au Véhicule de transfert automatique de l’ESA (ATV) par ses fonctions de transport de fret et de carburant a été développé pour desservir la station spatiale Chinoise qui verra le jour dans les années 2020. Cette station spatiale chinoise en orbite basse pourrait peser 60 tonnes et comprendre trois modules de plus de 20 tonnes dont le lancement serait assuré par le futur lanceur lourd chinois Longe Marche 5.

La Chine poursuit également méthodiquement son programme ambitieux d’exploration et de conquête de la Lune. La sonde orbitale Chang’e 3, propulsée par une fusée Longue Marche 3, a atterri sur la Lune le 14 décembre 2013. La phase suivante du programme lunaire chinois a pour objectif de ramener un échantillon du sol lunaire sur Terre. La Chine a par ailleurs annoncé qu'elle lançait une mission pour se poser sur la face cachée de la Lune d'ici à deux ans et ne cache plus son intention finale : réaliser un vol habité sur la Lune avant 2025.

Mais la Chine qui a une véritable vision politique stratégique de l’espace, comme outil de puissance, ne compte pas seulement devenir maîtresse mondiale de l’exploitation des immenses ressources énergétiques contenues dans les astéroïdes ou sur la Lune. Les scientifiques chinois envisagent en effet de fabriquer un combustible pour fusées fonctionnant à l'oxygène et à l'hydrogène, lesquels seraient obtenus grâce à l'électrolyse de l'eau des zones polaires de la Lune ainsi que d’astéroïdes. "La Chine pourra utiliser l'espace entre la Terre et la Lune pour produire de l'énergie et d'autres ressources pour sa station spatiale", a d’ailleurs déclaré il y a peu le vice-président du département du développement des armes de la Commission centrale militaire chinoise, le général Xhang Yulin.

L’Empire du milieu, on le sait moins, nourrit également l’ambition de devenir la première puissance à disposer de centrales solaires spatiales géantes, capables, à l’horizon 2050, de fournir à ce géant économique une part croissante de l’énergie dont il aura besoin pour épancher sa soif croissante d’énergie décarbonée et propre. Ce pari très audacieux sur une technologie qui reste largement à inventer et dont la maîtrise suppose de surmonter de gigantesques défis scientifiques et techniques montre à quel point les enjeux spatiaux, politiques et énergétiques convergent et deviennent inséparables. La Chine, puissance impériale, qui inscrit sa réflexion et son action dans le temps long l’a parfaitement compris.

Mais l’avenir de la conquête spatiale passe aussi par de nouvelles ruptures technologiques en matière de propulsion et toutes les grandes puissances spatiales – Europe, Etats-Unis, Chine et Russie notamment – travaillent à la mise au point du moteur spatial ionique. Un tel moteur fonctionne en accélérant à de très grandes vitesses les ions d’un plasma dans un champ électrique induit. En début d’année, la Chine, encore elle, a réussi à développer le plus puissant moteur ionique du monde, avec une accélération qui pourrait atteindre 30 km/s.

Contrairement aux moteurs classiques, avec les moteurs ioniques, seule la masse à éjecter est embarquée, l'énergie de l'éjection peut être collectée sur place avec des panneaux solaires. En outre, un moteur ionique peut fonctionner pendant des années sans s'arrêter et il est bien plus compact et économe en carburant que les moteurs conventionnels. Mais pour l’instant, ce type de moteur n’est pas adapté au lancement de véhicules spatiaux, à cause de sa faible poussée. Cependant, ces moteurs peuvent être utilisés pour des tâches diverses : correction et la stabilisation des positions des satellites en orbite ou vols d'une très longue durée.

Reste que la maîtrise de cette technologie révolutionnaire de propulsion et son extension à tous les types de missions spatiales sont devenus des enjeux technologiques et politiques majeurs car un vaisseau spatial, muni de moteurs ioniques suffisamment puissants, ne mettrait que six semaines au lieu de six mois pour rallier Mars, ce qui bouleverserait bien entendu les perspectives d’exploration et de colonisation de cette planète qui est la seule, si l’on excepte notre Lune, susceptible d’accueillir une présence humaine permanente.

Presque 50 ans après les premiers pas de l’homme sur la Lune, le 21 juillet 1969, l’humanité s’apprête donc à ouvrir un nouveau et exaltant chapitre de la conquête spatiale. Souhaitons qu’en ces temps d’incertitudes économiques et politiques, l’Europe, qui a su développer une remarquable filière techno-industrielle spatiale, se donne les moyens humains, financiers, technologiques mais également politiques d’affirmer demain de nouvelles ambitions spatiales et se tourne résolument vers les étoiles pour construire son projet de civilisation et son avenir commun.

René TRÉGOUËT

Sénateur honoraire

Fondateur du Groupe de Prospective du Sénat

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