Aéroportés (partie 2)

Auteur : Luca Garbarini (CapCom)

Jusqu’ici, on a vu des lanceurs aéroportés suborbitaux, des avions expérimentaux, des concepts originaux, mais qu’en est-il de vrais vols orbitaux ? Existe-t-il aujourd’hui des fusées orbitales aéroportées ? Oui, et c’est ce qu’on va voir maintenant !

Pegasus et LauncherOne: dernier souffle et nouveau-né

 La plus connue, et jusqu’ici la plus fructueuse des fusées aéroportés est la fameuse (ou presque) Pegasus, développée par Orbital Sciences (aujourd’hui Northrop Grumman). Lors de ses premiers vols, la Pegasus était lancée depuis le bombardier B-52.

Vidéo embarquée sur le dos d’une Pegasus larguée par B-52 (Orbital Sciences)

 Mais depuis 1995 c’est le Lockheed L-1011 TriStar, bien plus petit et bien moins cher qui assure les lancements. Notez le peu de marge que ce petit jet laisse entre la fusée, logée sous son ventre, et le sol !

Décollage du Lockheed Tri-Star Stargazer emportant une Pegasus sous son ventre (NASA)
La Pegasus fixée sous le Stargazer (Ken Kremer)

 Néanmoins, Pegasus est-elle même très chère, et bien qu’elle ne soit pas officiellement hors service, son carnet de commande est actuellement vide. On a d’ailleurs vu certains de ses clients passer sur une Falcon9, bien trop puissante pour leur mission mais apparemment moins chère…

 « Mais alors, il n’y aura plus jamais de lancements aéroportés ?! » me direz-vous, terrifiés par cette horrible perspective. Et bien si ! En effet, l’entreprise Virgin Orbit, branche de l’empire Virgin fondé par Richard Branson, est sur le point de commercialiser leur propre lanceur aéroporté: le LauncherOne.

La LauncherOne sous l’aile de Cosmic Girl (Virgin Orbit)

 Celui-ci s’inscrit dans la mouvance du NewSpace, et est focalisé sur le marché des lancement dédiés de smallsats, tout comme l’Electron de RocketLab. Le LauncherOne n’est donc pas vraiment bon marché, mais fait le pari d’une clientèle plus riche, et nécessitant une orbite précise et leur propre lancement, ne voulant ou ne pouvant pas partager le vol avec une charge utile plus grosse.

 LauncherOne quitte le sol sous l’aile gauche de Cosmic Girl, un Boeing 747 modifié pour l’occasion. Et bien que son premier vol ait été un échec, un second devrait avoir lieu sous peu, et rien ne pousse à croire que ce petit lanceur n’aura pas une carrière bien remplie !

Cosmic Girl décolle depuis le désert de Mojave avec la LauncherOne sous le bras.. ou l’aile (Virgin Orbit)
La LauncherOne larguée par Cosmic Girl lors de l’essai de mai (échec) (Virgin Orbit)

Le Futur : Altaïr, Stratolaunch, Bloostar…

 Mais Virgin ne sont pas les seuls à être attirés par cette technique. En effet, un étrange drone se balade parfois dans le ciel de Guyane… Eh oui, les Européens, et en particulier le CNES, avec l’ONERA, se penche actuellement sur le projet Altaïr: un drone a double-fuselage capable de transporter et de larguer un micro-lanceur depuis la haute atmosphère. Pour l’instant, seul de démonstrateur Eole, bien plus petit qu’Altaïr, a volé, mais le développent est en cours !

Le drone Eole larguant son lanceur factice (CNES/Onera)
Altaïr et son drone porteur (vue d’artiste, CNES/ONERA)

 Depuis le début de cet article, on ne parle que de fusées larguées depuis des avions. Et c’est vrai que ceux-ci donnent une légère vitesse initiale, mais celle-ci ne représente en général que quelques pour-cent de la vitesse finale. Alors tant qu’à faire, pourquoi ne pas utiliser un moyen de transport plus lent mais plus simple, comme par exemple… un ballon sonde ? L’idée semble au final assez évidente: les ballons sont une technologie encore mieux maîtrisée que les avions, et certains montent même plus haut qu’un avion classique ! C’est en tout cas ce que s’est dit l’entreprise Zero 2 Infinity avant d’entamer le développement du Bloostar : un lanceur à mi-chemin entre une fusée, un donut, Pac-Man et un ballon sonde. Vu que le ballon assure le vol jusqu’à 20km, la fusée elle-même peut se permettre un forme non conventionnelle, en l’occurrence le tore (comprenez: elle est en forme de bouée).

Le lanceur Bloostar (vue d’artiste, Zero2Infinity)
Scenario du lancement de Bloostar (Zero2Infinity)
Bloostar après la rétractation de la coiffe et le largage du premier étage (Zero2Infinity)

 « Last but not Least », Stratolaunch ! J’ai dit que le Roc ne servirait pas à lancer la gamme de fusée faite-maison. Cependant le Roc a récemment reçu une nouvelle mission : le lancement de drones hypersoniques. Et bien que ceux-ci ne correspondent pas au concept de lanceurs aéroportés, on ne peut pas en dire autant de leur grande sœur: la Black Ice, une navette aéroportée capable de transporter des astronautes et/ou du cargo en orbite. Son premier vol est encore très lointain, et n’est d’ailleurs pas certain du tout. Mais c’est peut-être le plus ambitieux des véhicules aéroportés encore en développement de nos jours !

Le Roc et sa famille de drones hypersoniques, ainsi que la navette Black Ice représentée aussi ci-dessous (Stratolaunch)

 Mentions honorables: je n’en ai pas parlé ici parce que ces projets sont encore bien flous et très loin de voir le jour, mais on peut tout de même citer deux autres lanceurs aéroportés en développement !

  Tout d’abord le Firefly Gamma, petit dernier de la famille de lanceurs développés par la jeune entreprise Américaine Firefly Aerospace. Le Gamma est un spaceplane à deux étages, dont les moteurs principaux présentent un forme dite « aerospike » dont je n’aborderai pas les détails ici.

Fiche technique du Firefly Gamma (Firefly Aerospace)

  Et c’est en Chine que finira ce passage, avec le projet JiaGeng-1 et ses dérivés : des drones et lanceurs hypersoniques dont les formes me rendent fou. Mais on en sait tellement peu à leur sujet que mon amour inconditionnel pour eux ne sera probablement jamais satisfait… Sait-on jamais !

Le démonstrateur suborbital Jiageng-1 (Space Transportation)
Les lanceurs dérivés du Jiangeng-1 (Space Transportation)

Avantages, Inconvénients et Triste Réalité

 Le lancement aéroporté est donc envisagé depuis longtemps, est encore utilisé de nos jours et pourrait subsister avec la prochaine génération de lanceurs. Néanmoins, il est évident que cette technique reste marginale, et il semble inenvisageable qu’elle devienne un jour la norme.

 En effet, les avantages apparents d’un largage en haute altitude sont franchement discutables. Néanmoins, avant de les questionner, rappelons les faits:

  • En décollant depuis la haute atmosphère, un lanceur bénéficie d’un air bien plus fin qu’au niveau de la mer, diminuant les frottements rencontrés lors de l’ascension, mais aussi la variation de pression durant le vol. Les moteurs fusées étant nécessairement optimisés pour une pression bien précise (ce réglage se fait principalement à travers la forme et la taille de la tuyère), une variation de pression moins importante augmente l’efficacité du moteur.
  • La météo en haute altitude est bien plus clémente, éliminant la plupart des contraintes et retards dus au mauvais temps.
  • La haute atmosphère est évidemment sur le chemin vers l’espace et l’orbite. On épargne donc au lanceur une partie du voyage.
  • La plupart (mais pas tous, on l’a vu) des lanceurs aéroportés sont tirés depuis un avion, et possèdent donc une vitesse horizontale de départ. En général, les avions de largage cabrent juste avant de lâcher le lanceur, fournissant aussi une certaine vitesse verticale.
  • Un lancement aéroporté permet de choisir précisément l’inclinaison de l’orbite finale, et de tirer depuis à peu près n’importe où sans avoir recours à des infrastructures au sol hors de prix.
  • Enfin, l’utilisation d’un avion comme « premier étage » fait donc du lanceur un système partiellement réutilisable, et ce à bas coûts.
Concept non-abordé ici : le planeur de lancement, tout un programme (NASA)

 Malheureusement, ces avantages sont discutables: les gains en vitesses et en altitude sont… négligeables. En effet, disons qu’un avion classique atteigne la vitesse du son, soit Mach 1. La fusée commencera donc son vol avec une vitesse horizontale de 1 000km/h, ce qui représente, au mieux, 5% de sa vitesse finale. Même combat pour l’altitude: imaginons que le lanceur soit largué à 20km d’altitude et qu’il vise un orbite de 500km (ce qui est encore relativement bas). Faites le calcul, et là encore vous trouverez un gain d’environ 5%. Pour ce qui est de la météo, le bilan est encore une fois mitigé: la plupart des lanceurs sont capables de supporter quelques aléas climatiques, et un avion lourdement modifié pour l’occasion ne peut pas non plus se permettre de quitter le sol sous la tempête. La question de l’inclinaison est elle aussi vite réglée quand on sait que la plupart des lanceurs classiques sont capables de corriger leur trajectoire sans grande difficulté et sans trop empiéter sur les réserves de carburant. Enfin, même si l’avion porteur constitue en effet un premier étage extrêmement efficace et très bon marché, il est avant tout peu puissant, et comme on l’a vu, il ne fournit qu’une fraction de l’énergie que fournirait un premier étage classique.

Le premier vol de la LauncherOne fut un échec, le second arrivera dans les prochains mois (Virgin Orbit)

 Et comme si ce n’était pas suffisant, le lancement aéroporté vient d’emblée avec son lot d’inconvénients. Le plus évident étant la taille: il est difficile d’imaginer un lanceur lourd largué par un avion, tout simplement car l’avion en question devrait être énorme. De même, remplacer un premier étage par un aéronef ne fait en général aucun sens: le gain, d’environ 5% on l’a dit, serait bien plus simple à implémenter avec un booster à peine plus grand.

 Au final, le seul contexte ou un avion porteur est, sur le papier du moins, vraiment intéressant, c’est dans le cas d’une Navette. Cas qui, on l’a vu, est d’une extrême complexité, et demande donc un investissement premier important pour un gain espéré assez faible. On peut donc se réjouir des quelques initiatives qui sont en développement actif et espérer que le futur nous réserve quelques surprises. Il ne faut par contre pas se leurrer: sans une importante avancée technologique rendant ce genre de systèmes à la fois fiables, peu onéreux et puissants, rien ne poussera l’industrie du spatial à les adopter en masse.

 Et c’est sur cette note définitivement morose que je conclue cet article ! Et même si le lancement aéroporté ne semble pas encore si prometteur, il nous fournira sûrement de magnifiques moments et surtout, le spatial classique sera toujours là pour nous émerveiller. Merci de votre lecture, et à la prochaine !

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