Le tir du troisième Starship (2/4)
Avertissement : Vous l’aviez compris, ceci
n’est qu’un roman, une fiction, une « pure construction intellectuelle », du
pur jus de neurone garanti 100 % bio, sortie tout droit de l’imaginaire de son
auteur.
Toute ressemblance avec des personnages, des lieux, des actions, des situations ayant existé ou existant par ailleurs dans la voie lactée (et autres galaxies), y compris sur la planète Terre, y est donc purement, totalement et parfaitement fortuite !
Starship, c’est un monstre. D’une hauteur de 123 m pour un diamètre de 9 m
et une masse au décollage de 5.070 tonnes, elle est composée de seulement 2
étages, alors que l’architecture de la Saturne V, par exemple, comptait 3
étages. La poussée développée au décollage par chaque moteur Raptor V2 est de
250 tonnes.
Et le premier étage en possède 20, le second 3 seulement. Et l’engin est capable de mettre entre 40 et 50 tonnes en orbite basse pour la version I, 100 tonnes pour la future version II et plus de 300 tonnes pour la version III.
Les ergols utilisés sont de l’oxygène liquide (LOX) et du méthane (CH4) également liquide à température cryogénique.
Le Starship, anciennement appelé « Big Falcon Rocket », est donc un lanceur spatial super lourd entièrement réutilisable conçu, développé et exploité par SpaceX, ayant pour principal objectif de déposer un premier équipage en 2027 sur la Lune.
Il est ainsi conçu pour placer une charge utile de plus de 100 tonnes sur une orbite terrestre basse dans sa version réutilisable, soit une capacité proche du lanceur Saturn V utilisé par le programme Apollo.
Mais il ne comporte que deux étages qui présentent la particularité d’être tous deux réutilisables, ce qui permet, en théorie, un abaissement spectaculaire et sans précédent du coût des lancements.
Et les premiers vols (suborbitaux) ont eu lieu en avril et novembre 2023.
La version I, utilisée pour les vols de test jusqu’à janvier 2025 pour le
deuxième étage, a une capacité de lancement limitée à 40 à 50 tonnes. Cette
version-là n’a pas vocation à être utilisée de manière opérationnelle.
Le premier étage (le SpaceX « Super Heavy »), haut de 71 mètres, est commun à toutes les configurations envisagées. Le deuxième étage a des caractéristiques variables selon le type de mission et incorpore la charge utile.
Les deux étages sont donc propulsés par des moteurs Raptor développés par la société SpaceX. Ceux-ci brûlent un mélange de dioxygène liquide et de méthane liquide en utilisant un cycle à combustion étagée à « flux complet ».
Le lanceur ne peut décoller que depuis deux complexes de lancement seulement : la base de lancement de Boca Chica (SpaceX Starbase), située sur la côte du golfe du Mexique dans l’État du Texas à la frontière avec le Mexique, et le complexe de lancement 39A du centre spatial Kennedy, en Floride.
La version opérationnelle (la version III), qui permettra de placer plus de 200 tonnes en orbite basse, aura une masse fortement accrue (au moins 2.000 tonnes) et utilisera des moteurs Raptor III plus puissants.
Pour la petite histoire, le vaisseau Starship est donc sélectionné le 16
avril 2021 par l’agence spatiale américaine, la NASA, dans le cadre de son
programme Artemis, qui doit déposer les astronautes sur la Lune. Pour y
parvenir, deux configurations doivent être mises en œuvre : une version
comportant l’atterrisseur lunaire qui doit déposer l’équipage sur la Lune et
une version comportant un étage supérieur chargé de ravitailler l’atterrisseur
sur l’orbite terrestre basse, ce qui aura été testé avec le tir de mars 2024,
partiellement financé par Paul de Bréveuil.
On le répète : l’objectif est de déposer le premier équipage en 2027 dans le cadre de la mission Artemis III, ce qui reste un délai assez court…
Toutefois, une deuxième application immédiate est également prévue pour le lanceur et consiste dans le déploiement de la constellation Starlink.
Le Starship pourrait à terme remplacer les fusées Falcon 9 et Falcon Heavy pour devenir le lanceur principal de SpaceX.
Le fondateur de l’entreprise, Elon Musk, a d’ailleurs l’ambition d’utiliser également son lanceur pour coloniser Mars.
On rappelle que le lanceur Starship, qui a été annoncé en septembre 2017 à
l’occasion du Congrès international d’astronautique, est développé en utilisant
une méthode itérative et incrémentale : il s’améliore après chaque phase
de ses essais successifs.
Les travaux ont d’abord porté sur la mise au point du second étage, dont un premier prototype, le Starhopper, effectua un premier vol en 2019. Le développement du premier étage prend de l’ampleur en 2021. Et les premiers essais statiques de cet étage ont lieu la même année.
Le premier test en vol du lanceur complet a lieu en avril 2023, mais c’est un échec qui nécessite plusieurs corrections portant à la fois sur le lanceur et sur les installations de lancement.
Durant le deuxième test en vol, le 18 novembre, la phase propulsée se déroule de manière nominale, sauf durant les 30 dernières secondes du vol du deuxième étage.
Et lors de son troisième vol, le 14 mars 2024, il se place pour la première fois sur la trajectoire orbitale prévue, à quelques détails près.
En effet, si le lancement est un succès, le deuxième étage ne revient pas alors qu’il était officiellement prévu qu’il soit détruit lors de la rentrée atmosphérique[1].
En réalité, il est resté en orbite avec un large chargement d’ergols qu’il ne peut d’ailleurs pas utiliser parce que incompatibles avec les buses d’admission du Raptor.
Plus tard, à l’occasion du cinquième vol du lanceur complet, le 13 octobre
2024, les bras de la tour de lancement rattraperont en vol le premier étage
SuperHeavy alors qu’il descend vers le sol, démontrant la faisabilité du
concept de réutilisation rapide.
Ainsi le coût du lancement des engins spatiaux qui constitue un frein majeur au développement de l’activité spatiale trouve enfin une solution acceptable.
Car, et dès la création de sa société SpaceX en 2002, son fondateur Elon Musk se donne pour objectif d’envoyer des hommes sur Mars, ce qui nécessite d’abaisser fortement les coûts d’une mise en orbite terrestre.
Et détruire un lanceur à chaque tir reste économiquement intenable, un peu comme si on détruisait un Boeing 747 après chaque vol Paris/New-York…
SpaceX, après avoir monté en compétence lors de la mise au point du lanceur léger Falcon 1 développe ensuite la fusée Falcon 9, beaucoup plus puissante, qui introduit, pour la première fois sur une fusée opérationnelle, la réutilisation partielle, en l’occurrence celle du premier étage.
Musk envisage alors le développement de fusées réutilisables encore plus puissantes dès 2010, mais les premiers développements ne débutent qu’en 2012.
Le lanceur envisagé à cette époque-là a une architecture déjà éloignée de celle de la famille des lanceurs Falcon, tout en conservant certaines technologies, telles que les modalités de retour sur Terre et l’atterrissage à la verticale.
Un concept qui s’oppose au démonstrateur de la future fondation
« Space Paradize » de Paul de Bréveuil qui reste comparable, en plus
élaboré et plus complet, plutôt à des projets comme le X-43A propulsé par un
superstatoréacteur permettant de réduire sa masse au décollage, ou le projet
britannique Skylon, basé sur une technologie de refroidissement de l’oxygène
récupéré à haute altitude et ensuite réinjecté dans un réacteur à hydrogène.
Ou encore le Mira I de la start-up allemande Polaris Spaceplanes qui s’est écrasé lors de son décollage, empêchant le test de son moteur-fusée à tuyère aérospike.
Voire encore l’emblématique avion spatial, opérationnel celui-là, destiné au tourisme spatial qu’est le SpaceShipTwo de Virgin Galactic qui est une évolution du SpaceShipOne après un premier crash qui aura tué ses deux pilotes d’essai.
Sans compter l’Astrium, dévoilé en 2007 par EADS, de la taille d’un jet d’affaires conçu pour les vols atteignant une altitude de plus de 100 km dans l’espace et, une fois arrivé à cette altitude, éventuellement tirer un missile de mise en orbite de petits satellites.
Celui-là pourra amener quatre passagers en apesanteur, à 0 G durant plus de trois minutes mais ce n’est qu’un projet encore sur une table à dessins.
Paul développe en fait deux projets de front aux îles Chagos : le
premier est une gigantesque fronde électromagnétique enterrée de 30 kilomètres
de circonférence capable d’accélérer jusqu’à plus de 10 km/s de lourdes charges
d’un seul tenant, animées par un immense « rail-gun », comme il
existe des trains à propulsion électromagnétique tels qu’on en trouve au Japon et
en Chine. La même technologie que celle prévue pour les véhicules d’Hyperloop de
Musk qui aura accordé une licence à Paul. Mais là, le système utilisera
l’énergie primaire produite par une centrale nucléaire dédiée.
Probablement à combustible « propre » quand la technologie du sel de thorium sera disponible avec deux centrales de 5 gigawatts, l’une relayant l’autre pour ne pas paralyser le calendrier des tirs en cas de panne ou de maintenance.
Pour l’heure, une centrale à gaz de 150 MW à cycle combiné fonctionne déjà sur place et une deuxième tranche est actuellement en construction[2]. Mais celle-là utilise des turbines Siemens et non par General Electric, moins fiables…
Il faut savoir que la première vitesse de libération au niveau du sol est
mécaniquement de 7,9 km/s (soit 28.440 km/h). Toutefois l’atmosphère est un
frein naturel pour tous les projectiles lâchés dans la nature, évalué
précisément au carré de la vitesse mesurée en mètres à la seconde, facteur du
coefficient de résistance à l’avancement qui dépend de la forme du projectile, rapporté
à la surface frontale dudit projectile et de la densité du fluide traversé… qui
elle-même dépend de la pression barométrique et de la température de
l’atmosphère qui varient sensiblement avec l’altitude.
Par ailleurs, la température au point d’arrêt augmente en fonction de la puissance quatrième du mach (vitesse mesurée en rapport à celle du son) atteint par l’objet en mouvement. Au-delà du point d’arrêt, la température de frottement diminue avec le cosinus de l’angle de pénétration de la surface dudit projectile le long de sa trajectoire…
Une simple équation facile d’accès…
Or, Paul démontre par le calcul que les protections fournies par le « Gel Birgit[3] » durant les premières secondes d’un vol à de telles vitesses puis les réactions des céramiques de protection déjà testées à plus de Mach 5, et d’ailleurs répliquées tant par les chinois que par les missiles hypersoniques russes, permet de supporter quelques centaines de secondes des vitesses supérieures à Mach 25 au point d’arrêt de ses engins, autrement dit à leur pointe.
Mais encore faut-il en faire l’essai en conditions réelles…
Et c’est justement le rôle du démonstrateur « Nivelle 003.1 ».
Celui-ci se présente comme un hydravion catamaran, animé sur hydrofoils au
niveau de la mer (parce que le prototype suivant aura le même design pour devoir
faire l’électrolyse de l’eau de mer avec un petit SMR au thorium embarqué d’1,5
MW… quand la technologie sera au point…), doté d’ailes à géométrie variable,
capable de voler plusieurs heures sur turboréacteurs à basse vitesse, ou une ou
deux paires d’heure avec statoréacteurs pour des vitesses supersoniques en
fonction du profil du vol, puis sur les seuls moteurs fusées durant une poignée
de minutes en vol extra-atmosphérique pour atteindre une altitude de 200 km et
une vitesse de satellisation satisfaisante.
Le problème de ce prototype est double : c’est un peu court pour rejoindre l’altitude d’exploitation de l’ISS qui vole entre 300 et 400 km d’altitude, voire d’une plateforme orbitale en orbite durable qui vole a minima a quelques 250 km…
Et, toujours faute de carburant en quantité suffisante, l’engin ne peut pas non plus décrocher de son orbite dans des conditions raisonnables, et rester en plus manœuvrant dans les couches denses de l’atmosphère dans le phase de retour…
D’où l’idée de refaire les pleins avec le réservoir du second étage du Starship resté en orbite en mars 2024.
Tous ces « problèmes d’intendance » disparaîtront avec le
« Nivelle 003 » et les modèles suivants, qui, s’ils ont la même
architecture, seront notamment plus grands, plus puissants parce que plus lourds,
et embarqueront, au moins dans une première version, un réacteur au thorium
pour pouvoir électrolyser l’eau de mer et utiliser l’hydrogène et l’oxygène
extrait de la sorte comme carburant/comburant, au lieu d’user d’oxygène et de
kérosène, moins puissants…
Dans une autre phase, il est prévu que le même dispositif soit propulsé par des plasmas, directement issu d’eau de mer pompée avant le déjaugeage, pour des vitesses d’éjection doublée à plus de 8.000 m/s et encore ultérieurement à 12.000 m/s avec un SMR lui aussi plus puissant…
Reste à réussir les premiers vols orbitaux !
Pour mémoire (n’en
déplaise à « Poux-tine ») : « LE PRÉSENT BILLET A ENCORE ÉTÉ RÉDIGÉ PAR UNE
PERSONNE « NON RUSSE » ET MIS EN LIGNE PAR UN MÉDIA DE MASSE « NON RUSSE »,
REMPLISSANT DONC LES FONCTIONS D’UN AGENT « NON RUSSE » !
Post-scriptum : Alexeï Navalny est mort en détention pour ses opinions politiques. Les Russes se condamnent à perpétuité à en supporter toute la honte !
Постскриптум: Алексей Навальный умер в заключении за свои политические взгляды. Россияне обрекают себя на всю жизнь нести весь позор!
Parrainez Renommez la rue de l'ambassade de Russie à Paris en rue Alexeï Navalny (change.org)
[1] Dans la vraie vie, pas celle de ce roman, le second étage devait revenir au sol de là où il était parti, mais a été perdu dans la haute atmosphère… Un échec !
[2] Cf. l’épisode « Menaces de chaos » des « Enquêtes de Charlotte ».
[3] Cf. notamment, l’épisode « Mains invisibles – Tome II » des « Enquêtes de Charlotte ».
Toute ressemblance avec des personnages, des lieux, des actions, des situations ayant existé ou existant par ailleurs dans la voie lactée (et autres galaxies), y compris sur la planète Terre, y est donc purement, totalement et parfaitement fortuite !
Et le premier étage en possède 20, le second 3 seulement. Et l’engin est capable de mettre entre 40 et 50 tonnes en orbite basse pour la version I, 100 tonnes pour la future version II et plus de 300 tonnes pour la version III.
Les ergols utilisés sont de l’oxygène liquide (LOX) et du méthane (CH4) également liquide à température cryogénique.
Le Starship, anciennement appelé « Big Falcon Rocket », est donc un lanceur spatial super lourd entièrement réutilisable conçu, développé et exploité par SpaceX, ayant pour principal objectif de déposer un premier équipage en 2027 sur la Lune.
Il est ainsi conçu pour placer une charge utile de plus de 100 tonnes sur une orbite terrestre basse dans sa version réutilisable, soit une capacité proche du lanceur Saturn V utilisé par le programme Apollo.
Mais il ne comporte que deux étages qui présentent la particularité d’être tous deux réutilisables, ce qui permet, en théorie, un abaissement spectaculaire et sans précédent du coût des lancements.
Et les premiers vols (suborbitaux) ont eu lieu en avril et novembre 2023.
Le premier étage (le SpaceX « Super Heavy »), haut de 71 mètres, est commun à toutes les configurations envisagées. Le deuxième étage a des caractéristiques variables selon le type de mission et incorpore la charge utile.
Les deux étages sont donc propulsés par des moteurs Raptor développés par la société SpaceX. Ceux-ci brûlent un mélange de dioxygène liquide et de méthane liquide en utilisant un cycle à combustion étagée à « flux complet ».
Le lanceur ne peut décoller que depuis deux complexes de lancement seulement : la base de lancement de Boca Chica (SpaceX Starbase), située sur la côte du golfe du Mexique dans l’État du Texas à la frontière avec le Mexique, et le complexe de lancement 39A du centre spatial Kennedy, en Floride.
La version opérationnelle (la version III), qui permettra de placer plus de 200 tonnes en orbite basse, aura une masse fortement accrue (au moins 2.000 tonnes) et utilisera des moteurs Raptor III plus puissants.
On le répète : l’objectif est de déposer le premier équipage en 2027 dans le cadre de la mission Artemis III, ce qui reste un délai assez court…
Toutefois, une deuxième application immédiate est également prévue pour le lanceur et consiste dans le déploiement de la constellation Starlink.
Le Starship pourrait à terme remplacer les fusées Falcon 9 et Falcon Heavy pour devenir le lanceur principal de SpaceX.
Le fondateur de l’entreprise, Elon Musk, a d’ailleurs l’ambition d’utiliser également son lanceur pour coloniser Mars.
Les travaux ont d’abord porté sur la mise au point du second étage, dont un premier prototype, le Starhopper, effectua un premier vol en 2019. Le développement du premier étage prend de l’ampleur en 2021. Et les premiers essais statiques de cet étage ont lieu la même année.
Le premier test en vol du lanceur complet a lieu en avril 2023, mais c’est un échec qui nécessite plusieurs corrections portant à la fois sur le lanceur et sur les installations de lancement.
Durant le deuxième test en vol, le 18 novembre, la phase propulsée se déroule de manière nominale, sauf durant les 30 dernières secondes du vol du deuxième étage.
Et lors de son troisième vol, le 14 mars 2024, il se place pour la première fois sur la trajectoire orbitale prévue, à quelques détails près.
En effet, si le lancement est un succès, le deuxième étage ne revient pas alors qu’il était officiellement prévu qu’il soit détruit lors de la rentrée atmosphérique[1].
En réalité, il est resté en orbite avec un large chargement d’ergols qu’il ne peut d’ailleurs pas utiliser parce que incompatibles avec les buses d’admission du Raptor.
Ainsi le coût du lancement des engins spatiaux qui constitue un frein majeur au développement de l’activité spatiale trouve enfin une solution acceptable.
Car, et dès la création de sa société SpaceX en 2002, son fondateur Elon Musk se donne pour objectif d’envoyer des hommes sur Mars, ce qui nécessite d’abaisser fortement les coûts d’une mise en orbite terrestre.
Et détruire un lanceur à chaque tir reste économiquement intenable, un peu comme si on détruisait un Boeing 747 après chaque vol Paris/New-York…
SpaceX, après avoir monté en compétence lors de la mise au point du lanceur léger Falcon 1 développe ensuite la fusée Falcon 9, beaucoup plus puissante, qui introduit, pour la première fois sur une fusée opérationnelle, la réutilisation partielle, en l’occurrence celle du premier étage.
Musk envisage alors le développement de fusées réutilisables encore plus puissantes dès 2010, mais les premiers développements ne débutent qu’en 2012.
Le lanceur envisagé à cette époque-là a une architecture déjà éloignée de celle de la famille des lanceurs Falcon, tout en conservant certaines technologies, telles que les modalités de retour sur Terre et l’atterrissage à la verticale.
Ou encore le Mira I de la start-up allemande Polaris Spaceplanes qui s’est écrasé lors de son décollage, empêchant le test de son moteur-fusée à tuyère aérospike.
Voire encore l’emblématique avion spatial, opérationnel celui-là, destiné au tourisme spatial qu’est le SpaceShipTwo de Virgin Galactic qui est une évolution du SpaceShipOne après un premier crash qui aura tué ses deux pilotes d’essai.
Sans compter l’Astrium, dévoilé en 2007 par EADS, de la taille d’un jet d’affaires conçu pour les vols atteignant une altitude de plus de 100 km dans l’espace et, une fois arrivé à cette altitude, éventuellement tirer un missile de mise en orbite de petits satellites.
Celui-là pourra amener quatre passagers en apesanteur, à 0 G durant plus de trois minutes mais ce n’est qu’un projet encore sur une table à dessins.
Probablement à combustible « propre » quand la technologie du sel de thorium sera disponible avec deux centrales de 5 gigawatts, l’une relayant l’autre pour ne pas paralyser le calendrier des tirs en cas de panne ou de maintenance.
Pour l’heure, une centrale à gaz de 150 MW à cycle combiné fonctionne déjà sur place et une deuxième tranche est actuellement en construction[2]. Mais celle-là utilise des turbines Siemens et non par General Electric, moins fiables…
Par ailleurs, la température au point d’arrêt augmente en fonction de la puissance quatrième du mach (vitesse mesurée en rapport à celle du son) atteint par l’objet en mouvement. Au-delà du point d’arrêt, la température de frottement diminue avec le cosinus de l’angle de pénétration de la surface dudit projectile le long de sa trajectoire…
Une simple équation facile d’accès…
Or, Paul démontre par le calcul que les protections fournies par le « Gel Birgit[3] » durant les premières secondes d’un vol à de telles vitesses puis les réactions des céramiques de protection déjà testées à plus de Mach 5, et d’ailleurs répliquées tant par les chinois que par les missiles hypersoniques russes, permet de supporter quelques centaines de secondes des vitesses supérieures à Mach 25 au point d’arrêt de ses engins, autrement dit à leur pointe.
Mais encore faut-il en faire l’essai en conditions réelles…
Le problème de ce prototype est double : c’est un peu court pour rejoindre l’altitude d’exploitation de l’ISS qui vole entre 300 et 400 km d’altitude, voire d’une plateforme orbitale en orbite durable qui vole a minima a quelques 250 km…
Et, toujours faute de carburant en quantité suffisante, l’engin ne peut pas non plus décrocher de son orbite dans des conditions raisonnables, et rester en plus manœuvrant dans les couches denses de l’atmosphère dans le phase de retour…
D’où l’idée de refaire les pleins avec le réservoir du second étage du Starship resté en orbite en mars 2024.
Dans une autre phase, il est prévu que le même dispositif soit propulsé par des plasmas, directement issu d’eau de mer pompée avant le déjaugeage, pour des vitesses d’éjection doublée à plus de 8.000 m/s et encore ultérieurement à 12.000 m/s avec un SMR lui aussi plus puissant…
Reste à réussir les premiers vols orbitaux !
Post-scriptum : Alexeï Navalny est mort en détention pour ses opinions politiques. Les Russes se condamnent à perpétuité à en supporter toute la honte !
Постскриптум: Алексей Навальный умер в заключении за свои политические взгляды. Россияне обрекают себя на всю жизнь нести весь позор!
Parrainez Renommez la rue de l'ambassade de Russie à Paris en rue Alexeï Navalny (change.org)
[1] Dans la vraie vie, pas celle de ce roman, le second étage devait revenir au sol de là où il était parti, mais a été perdu dans la haute atmosphère… Un échec !
[2] Cf. l’épisode « Menaces de chaos » des « Enquêtes de Charlotte ».
[3] Cf. notamment, l’épisode « Mains invisibles – Tome II » des « Enquêtes de Charlotte ».
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