QUEL DESTIN POUR L’AVION SPATIAL ?

Ma génération a probablement plus été imprégnée par le Tintin sur la Lune d’Hergé, époque série animée, que par Jules Vernes. Ma génération avait également tenu pour acquis le fait que le voyage des humains dans l’espace se ferait dorénavant grâce à ce magnifique appareil qu’était la Navette Spatiale. Aujourd’hui, alors que s’ouvre une seconde ère de conquête, l’avion spatial se cherche encore.

Ci-dessus : la navette Discovery apporte un module à l’ISS en 2011 – NASA

 

Avion spatial, « Space Plane », ou « Rocketplane ». Ces concepts reviennent régulièrement éveiller l’intérêt du passionné d’aérospatial. D’autant plus qu’avec la fin en 2011 du programme américain des Navettes, la formule n’a pas été renouvelée, malgré une intéressante variété de concepts.

Jusqu’à preuve du contraire, la gravité est un principe que nous ne pouvons ignorer. On considère communément que l’espace débute là où commence l’ionosphère (80 km ou 262 000 pieds), mais la limite plus symbolique retenue selon la Fédération aéronautique internationale est celle de la Ligne de Kármán, à 100 km.

Pour le vol suborbital, qui va compter ici, ce n’est pas tant l’altitude que la vitesse qui compte, celle-ci permettant un court « bond » en orbite, mais ne permettant pas de s’y maintenir.

Pas de sciences fiction, mettons de côté d’emblée tout chasseur de « Xème génération ». Les pilotes de chasse tutoient la couche basse de la stratosphère, ce qui est déjà remarquable (le record du MiG-25 est à 38 km en 1977).

Avec les planeurs hypersoniques, qui s’apprêtent à connaître leur avènement, nous avons en revanche des engins manœuvrant – non habités – jouant avec les couches de l’atmosphère, à la limite de l‘espace (entre 50 et 100 km).

Rendons grâce bien entendu à la famille des avions-fusée hypersoniques comme le North American X-15, qui entre 1959 et 68 atteindra plusieurs fois l’espace extra-atmosphérique. Des records riches en données, mais extrêmement périlleux pour ces pilotes pionniers. Records qui ne seront dépassés qu’en octobre 2004 par l’avion expérimental privé SpaceShipOne.

Disclaimer enfin : il nous faut signaler que parmi les dizaines de projets, seul un faible pourcentage a atteint ne serait-ce que le stade du prototype. Un chiffre révélateur du défi que représente la conception d’un tel appareil, principalement en termes de reconditionnement entre chaque vol. Aussi nous n’évoquerons que le concret, dont le programme STS fut le point culminant.

Les cinq navettes opérationnelles de la NASA (Columbia, Challenger, Discovery, Atlantis et Endeavour) ont mené 135 missions de 1981 à 2011. Aujourd’hui, le programme « Space Transportation System » est cependant, un peu à l’image du Concorde en France, vu comme un échec. Il a pourtant amené dans l’espace presque les deux tiers des quelques 573 astronautes (mission Alpha du 23 avril comprise), et reste le contributeur majeur dans l’assemblage de la Station Spatiale Internationale.

 

Trop gros, trop cher… trop dangereux.

Le chiffre fait mal. Sur les 18 vies perdues dans l’histoire lors de vols habités, 14 sont des victimes des tragédies des navettes Challenger (1986) et Columbia (2003). Columbia marque d’ailleurs une rupture. Soudainement, le programme de la navette spatiale apparait trop cher, trop complexe, trop dangereux. Ses négligences techniques et managériales ne sont plus excusables, et l’administration Bush y met un terme en 2004. Les vols continuent jusqu’en 2011.

La théorie voulait qu’avec un aéronef réutilisable capable d’emporter une charge utile remarquable (jusqu’à 24,5 tonnes), un équipage nombreux, et de manœuvrer en orbite pour des opérations complexes comme la maintenance, l’espace deviendrait abordable. C’était sans compter sur des coûts pharamineux (1,5 milliard de dollars le vol), un véritable défi technique de reconditionnement, et bien sûr… les drames, puisque 40% des navettes opérationnelles ont été détruites.

La navette soviétique Bourane avant son seul et unique vol spatial en 1988

 

Quand bien même. Dans le monde, l’idée fascine à l’époque, mais personne ne saura égaler le prestigieux programme américain. Ni les Japonais avec Hope-X, ou les Européens avec la regrettée Hermès. Les Soviétiques eux, avec « Bourane », toucheront le graal du bout des doigts. La navette russe – encore une fois, trop chère – apportait même des innovations qui préfigureront le futur, dont une aérodynamique bien plus développée (la navette américaine ne faisait « que » planer) et un pilotage entièrement automatisé.

Au tournant du siècle, la Guerre Froide est de toute façon terminée, les budgets fondent, et la NASA, l’Air Force, puis la DARPA planchent déjà sur un nouveau type de concept. Les drones X-40 et la famille des X-37.

 

La suprématie du drone pour les missions institutionnelles ?

Les deux X-37B de l’USAF ont passé près de 3000 jours en orbite depuis 2010

 

L’US Air Force avait déjà laissé tomber la navette spatiale pour ses mises en orbite depuis longtemps, quand en 2010, la première mission de son drone X-37B fut menée à bien. Désormais opéré depuis 2020 par la nouvelle Space Force, les deux exemplaires ont été employés durant 5 missions (la 6ème est en cours) pour près de 3 000 jours passés en orbite, dont un record de 780 consécutifs. Un degré de permanence opérationnelle – chère aux militaires – absolument remarquable, que jamais n’aurait pu permettre une navette habitée.

Pour quels objectifs ? La question reste posée, car quel peut être en effet la plus-value d’un drone spatial de 4,5 tonnes (la navette affichait 70 tonnes !) pour une force militaire possédant déjà des centaines, et bientôt milliers de satellites ? L’apport principal, outre celui de la réutilisation, est bien la présence d’une soute permettant de mener des expériences orbitales, de la maintenance, ou de façon plus extrême, l’utilisation du drone comme arme antisatellite « propre ».

Attention ! Militarisation de l’espace ne veut pas dire arsenalisation, qui reste proscrite par le droit international. Sans compter que l’avion spatial comme vecteur d’armes est déjà obsolète face aux performances annoncées des planeurs hypersoniques. X37-B est de toute façon, un appareil trop scruté par les astronomes amateurs, le « moins secret des appareils secrets ».

Les Chinois et les Indiens ont également développé des programmes assez similaires, mais aérolargués en ce concerne les Indiens. Ils sont relativement proches du service opérationnel aujourd’hui.

Quant à l’ESA, son Space Rider sous leadership italien devrait être tiré par le lanceur léger Vega C en 2023. Comme le X37-B américain, il possède un module de service lui apportant un supplément d’énergie. En revanche, son autonomie ne sera que de deux mois. Sa soute emportera 600 kg de charge utile. L’atterrissage se fera via parachute, possiblement sur la base aérienne 125 d’Istres. Il aura cependant par principe une vocation exclusivement scientifique, conformément à la politique de l’ESA.

Le Space Rider de l’ESA devrait orbiter en 2023 pour la première fois

 

Le choix d’un appareil autonome apparaît comme absolument pertinent pour les missions institutionnelles. Exit les couteuses et complexes contraintes du vol habité, pour un cadre d’emploi plus souple et une charge utile de facto supérieure.

L’exemple de la navette Dream Chaser de Sierra Nevada Coporation est à ce titre révélateur. Conçue à la base comme une navette spatiale compacte pour des missions habitées, c’est bien la version « drone » du vaisseau qui a obtenu des contrats de ravitaillement de l’ISS. SNC a d’ailleurs choisi la souplesse en permettant le lancement de sa navette depuis n’importe quel lanceur présent au catalogue américain, public ou privé. De plus, l’entreprise imagine une solution de repli où Dream Chaser pourrait au moins servir de véhicule d’évacuation d’urgence d’un astronaute de l’ISS, son aérodynamique et sa capacité à se poser sur piste constituant la solution la plus efficace pour rapatrier un humain en situation d’urgence médicale. Une solution qui pourrait à terme s’imposer comme la meilleure afin de simplifier grandement les retours d’astronautes sur Terre.

Dans le cadre d’une lutte stratégique qui s’amplifie pour la suprématie en orbite, le risque d’une prolifération des drones spatiaux est cependant réel. La France devrait-elle se doter d’une solution souveraine ? Assurément. Dassault Aviation l’évoque, régulièrement. Tout comme des rapports parlementaires. Il s’agira bientôt de trancher cette question, d’autant plus que Paris – qui s’appuie visiblement sur sa qualité de génitrice du programme Ariane – apparaît politiquement inerte dans la course aux micro-lanceurs en Europe. Il lui reste cependant encore la possibilité d’avoir son « X37-B » qui serait de la responsabilité du Commandement de l’Espace. Et tiré sur Ariane 6. Le coût d’un tel programme n’étant pas exorbitant, reste en revanche à définir un besoin, ainsi que surtout, une doctrine.

S’il présente bien des avantages pour l’acteur étatique, le drone spatial n’est néanmoins pas assuré de la suprématie en orbite basse. Il faudra compter sur l’arrivée des « space tug » (remorqueurs) chargés de prendre d’assaut les marchés tout aussi politiques que lucratifs de la maintenance, et surtout désorbitation des débris.

 

La course au tourisme suborbital: l’avion spatial, problème de riches ?

Historiquement, on retrouve deux types de projets pour le vol spatial habité privé. D’une part le jet suborbital supersonique pour des vols commerciaux qui viendraient révolutionner l’aviation civile. D’autre part, ceux concernant le tourisme spatial. Si nous sommes objectivement loin de la première hypothèse, le tourisme spatial lui, s’apprête à connaître son essor.

Avec le basculement des financements du public vers le privé à partir des années 1980, bien aidé par des législations qui permettront in fine la naissance de ce que l’on nomme aujourd’hui le « New Space », ces projets d’avions spatiaux privés qui existent depuis un demi-siècle deviennent tout à coup crédibles.

On peine il est vrai à évaluer les véritables retombées commerciales du tourisme spatial, mais les champions du New Space, milliardaires en tête, y croient. Et leur investissement massif dans des innovations visant à faire chuter le coût de l’accès à l’espace nous rapproche de jour en jour de la perspective où ce marché deviendra rentable.

Le VSS “Imagine” de Virgin Galactics, présenté en mars 2021

 

Dans le cas du tourisme spatial, c’est plus souvent le choix d’un système porteur plutôt que d’un lanceur qui est adopté. Il évite la nécessité de posséder un pas de tir, qui même pour l’accès à l’orbite basse, reste aujourd’hui un actif rare et contraignant. Nous citerons évidemment les Américains de Stratolaunch avec leur gigantesque avion porteur, et Virgin Galactics (qui a perdu un pilote d’essai en 2014 lors du vol de son prototype de SpaceShipTwo) qui présentait récemment son dernier véhicule VSS Imagine. Mais il existe aussi des projets ailleurs.

En Nouvelle Zélande, pays très actif dans le paysage du New Space, l’avion spatial MK-II Aurora de Dawn Aerospace doit débuter ses essais en 2021, avec l’agrément des autorités. Sa particularité est en effet que l’aéronef dispose de caractéristiques si proches de celles d’un avion qu’il pourra durant ses vols s’intégrer au trafic commercial, et ainsi utiliser à l’aller comme au retour les infrastructures d’un aéroport civil.

L’Europe non plus n’est pas exsangue. Si Astrium (Airbus DS) avait en 2007 porté un projet rejoint par Singapour, c’est bien actuellement le DLR (l’agence spatiale allemande) qui pousse discrètement au sein de l’ESA l’aile volante de Polaris Raumflugzeuge. Elle pourrait servir autant pour la mise en orbite basse de small-sat, que pour la formation d’astronautes ou le tourisme spatial.

Concept allemand Polaris

 

Le tourisme spatial n’a pas les besoins de permanence en orbite qu’ont par exemple les militaires. Il se limite aujourd’hui à des expériences de quelques minutes, aussi l’avion spatial apparaît donc, pour l’instant, adapté. Les choses pourraient cependant radicalement changer avec le développement très plausible d’ici à 2040 des premières stations orbitales à but commercial. Dans ce cadre, l’avion spatial pourrait embrasser pleinement son rôle de navette.

 

L’avion spatial éternellement captif de l’orbite terrestre

Il y a aujourd’hui autant de projets… qu’il y en a toujours eu en réalité. Cette fois-ci en revanche, l’engouement qui touche le secteur pourrait effectivement permettre à un nombre conséquent d’entre eux de se financer et d’aller plus loin que leurs malheureux prédécesseurs. Et sur ce point, les drones partent évidemment sans les handicaps du vol habité.

De plus, l’avion spatial est par définition contraint de conserver les propriétés aérodynamiques nécessaires à son vol atmosphérique de retour. Propriétés qui lui sont inutiles en orbite, sur la Lune, où même Mars. Faute de rupture technologique enfin, leur faible moteur fusée (quand ils en sont dotés), les cantonnent à l’orbite basse.

Dans le roman d’anticipation « Ghost Fleet » (P. W. Singer & August Cole – 2016), décrivant une guerre de haute intensité entre les USA et la Chine pour le contrôle du Pacifique, un chapitre décrivait le premier acte de piraterie orbitale de l’Histoire grâce à l’utilisation d’un avion spatial permettant d’aborder une station. Appareil lancé depuis Kourou, reconverti dans le tourisme spatial. Une vision qui retranscrit la forte probabilité que l’activité en orbite basse s’agite fortement dans les années qui viennent, ou du moins se démocratise à grande échelle, pour le meilleur et pour le pire.

 

EPILOGUE: et si, finalement, Hergé Musk avait raison ?

Inutile de faire de la prospective ici, il s’agit même simplement de commenter l’actualité. Qui n’a pas été dubitatif lorsqu’Elon Musk présentait en 2017 un vaisseau capable de desservir des destinations sur Terre en quelques dizaines de minutes, et dans le même temps, être la figure de proue de la colonisation de Mars ? Nous découvrions alors la « BFR », devenue « Starship » (Big Fucking Falcon Rocket, petit nom de Starship avant 2018). Pourtant, ce 16 avril 2021, c’est bien le Starship que la NASA choisissait à la surprise générale comme atterrisseur lunaire dans le cadre du programme Artémis.

Engin dont le développement est largement suivi semaines après semaines, le Starship use et abuse de la formule SpaceX : récupération verticale, standardisation des nombreux moteurs Raptor, réutilisation… et markéting. Il répond surtout à de multiples besoins en proposant des versions Crew (vol habité pour plusieurs dizaines de passagers), Cargo (100 tonnes !), Tanker (pour le ravitaillement en carburant d’autres Starship déjà en orbite), et la fameuse HLS destinée au voyage vers la Lune.

On imagine déjà la famille Starship générer son propre écosystème pour le voyage Terre-Lune. Un jour peut-être Terre-Mars. C’est bien la réduction des coûts proposée par SpaceX, sans concurrence, qui a convaincu la NASA. Artémis sera dans ce domaine l’antithèse d’Apollo.

Comme l’a déclaré Wayne Hale, l’ancien Program Manager de la Navette Spatiale à la NASA, ce 27 avril : « Starship n’est désormais plus le hobby d’Elon, mais la partie intégrante d’un programme financé par le contribuable américain, qui est lui bien plus scrupuleux. Les historiens jugeront SpaceX sur l’exécution de ce projet ».

Ma génération rêvait de la fusée de Tintin. Les nouvelles verront voyager la fusée d’Elon.

Thomas Schumacher

 

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Thomas Schumacher

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