Transporter-1, le nouveau bus pour smallsat de SpaceX

Le 24 janvier dernier, une Falcon 9 un peu particulière décolle du pas de tir SLC-40 à Cap Canaveral. Elle nous change du train-train habituel des vols Starlink installé depuis un an. Il s’agit ici du vol Transporter-1, désormais connu comme étant le record du nombre de satellites mis en orbite en une seule fois. En effet, 143 passagers étaient à bord ! Transporter-1 lance la dynamique des bus spatiaux aux Etats-Unis, avec comme argument clé : casser les prix.

La Falcon 9 en vol (SpaceX)

SpaceX de moins en moins cher

Ce n’est pas la première fois qu’une Falcon 9 embarque un grand nombre de passagers en même temps. Avant les séries de 60 satellites Starlink par vol, il y a eu le tir SSO-A le 3 décembre 2018 depuis la base de Vandenberg en Californie. Ce jour-là, SpaceX et la société Spaceflight Inc. ont mis en orbite 64 satellites, dont nombreux smallsats et cubesats, pour le compte de 34 clients de 17 pays différents. Enchaînant les tirs Starlink depuis 2019, SpaceX propose également quelques places supplémentaires pour des passagers secondaires. Quelques satellites de BlackSky ont été mis en orbite ainsi.

A l’instar du vol SSO-A, le vol Transporter-1 a proposé de mettre toute la coiffe de la Falcon 9 à disposition pour un vol multiple (rideshare). L’étage supérieur doit donc transporter un adaptateur particulier auquel sont greffés différents ports pour y attacher les passagers. Même si le dispositif prend un peu de place dans la coiffe, il en reste encore beaucoup, sans parler d’une forte disponibilité en masse car la Falcon 9 est capable d’emporter jusqu’à près de 20 tonnes de charge utile en orbite basse. Transporter-1 était à destination de l’orbite polaire.

Le marché spatial où il y a le plus de demande est celui des smallsats. Près de 7000 sont en attente de décoller cette décennie ! Malheureusement, il n’y a jamais de place satisfaisante pour eux à bord d’un lanceur lourd ou moyen. Quelques vols Soyouz, PSLV, ou Long March ont ouvert des places pour des petits passagers secondaires mais sans trop laisser le choix de l’orbite désirée. Le retour des petits lanceurs et des micro-lanceurs avec le Newspace ne satisfait pas la demande pour l’instant, faute de tirs disponibles. Il faudra encore quelques années avant que l’Electron, la LauncherOne ou la Rocket 3 assurent des fortes cadences de vols susceptibles de satisfaire la forte demande.

Le bus spatial est alors devenu une solution, et SpaceX n’est pas la seule compagnie à s’en rendre compte. En septembre 2020, c’est une fusée Vega d’Arianespace qui assure le premier vol en bus spatial européen. La recette Transporter de SpaceX vise à être le moins cher. Emporter des dizaines de passagers en un seul vol est déjà économique pour eux, le faire avec la fusée la moins chère du marché est encore plus avantageux.

Le profil du vol Transporter 1 : au bout d’une heure de vol, le largage des premières charges utiles a commencé. Le déploiement s’est terminé une demi-heure après. (crédit ElonX)

Le monde des smallsats à bord

Plusieurs types de satellites sont demandeurs de ce genre de vol en groupe. Il y a les clients qui doivent déployer des escadrilles (constellations), et ceux qui n’ont pas trouvé de place ailleurs. Parmi ces derniers, il y a les satellites légers mais pesant plus de 50 kg. Ceux-là servent souvent dans le domaine de l’observation de la Terre. Il est difficile pour eux de trouver place car ils ne peuvent plus trop embarquer comme passager secondaire d’un satellite plus gros, et les petits lanceurs aptes à leur dédier un vol exclusif (LM-11, Epsilon, Electron) ne sont pas assez disponibles, ou trop chers. L’option du bus spatial leur permet d’avoir une place de choix où ils sont généralement les passagers les plus lourds. C’est le cas du satellite japonais QPS-SAR 2 de iQPS ou des deux mystérieux satellites identiques Whitney 1 & 2 de Capella Space, les trois principaux passagers de Transporter-1 pesant tous près de 100 kg.

Plus petits, il y a les smallsats (entre 10 et 50 kg), qui n’ont pas d’autre choix que de s’adapter aux vols disponibles. SpaceX a récemment annoncé que certains clients étaient en train d’adapter le design de leur satellite pour pouvoir embarquer à bord d’un vol Transporter. Ces smallsats aussi sont généralement des satellites d’observation mais certains sont aussi des smallsats de démonstration technologique. A bord de Transporter, on comptait trois unités ICEYE de la société finlandaise éponyme, un autre trio Hawk 2A-2B-2C développés par l’UTIAS au Canada pour la société américaine HawkEye 360, ils feront du trafic monitoring. Enfin, était à bord un autre smallsat d’observation canadien de la GHGSat Inc. nommé Hugo.

Enfin on passe aux cubesats, tous petits satellites suivant une unité de volume aujourd’hui universelle (1U, 2U, 3U, 6U, 12U, etc. 1U = 10cm x 10cm x 10cm), peu chers à fabriquer. Nombreuses sont les constellations de cubesats en attente d’être déployées aujourd’hui. La plus grande est celle des (Super)Dove Flock de Planet Labs, dédiée à photographier la surface terrestre : plusieurs centaines de cubesats 3U déjà dans l’espace dont 48 rien qu’avec Transporter-1. Dans le domaine de la navigation, la société Spire dispose de plusieurs dizaines de cubesat-3U opérationnels, dont 8 de plus avec ce vol. Enfin, il y a les constellations dédiées à la communication (dont l’internet des objets) : à bord 8 cubesats 6U pour la société canadienne Kepler et 5 cubesats 3U pour la compagnie suisse Astrocast.

Plusieurs smallsats et cubesats ont été déployés bien après le vol ! A l’aide de déployeurs en orbite tel que e ION SCV de D-Orbit, ils ont été d’abord transportés jusqu’à l’orbite de leur choix avant d’être éjecté. (crédit D-Orbit)

Parmi les cubesats à bord, il y avait aussi des clients particuliers :

  • PTD-1 (6U) de la NASA, qui servira à tester un nouveau mode de propulsion pour cubesat.
  • Charlie (6U) d’Aurora Insight, dédié à la qualification d’un spectromètre fabriqué par la start-up américaine.
  • Hiber 4 (3U) d’Hiber Global, prototype d’une constellation dédiée à l’IoT.
  • ASELSAT (3U) de la société turque éponyme, qui va tester plusieurs composants.
  • PIXL 1 (3U) de la DLR (agence spatiale allemande), qui va tester un système de communication entre cubesat par laser.
  • IDEASSat (3U) de l’Université Nationale de Recherche à Taïwan, dédié à l’étude de l’ionosphère terrestre.
  • SOMP 2b (2U) de l’Université Technique de Dresde (Allemagne), qui mesurera la quantité d’oxygène dans la couche supérieure de l’Atmosphère.
  • YUSAT-1 (1.5U) de la National Taiwan Ocean University.
  • Prometheus 2.10 (1.5U) nouvel élément d’une série de cubesat de la Los Alamos National University.
  • UVSQ-SAT 1 (1U), premier satellite développé par les étudiants de l’Université de Versailles St Quentin en Yvelines.
  • 3 cubesat 1U V-R3x de la NASA.

Enfin il y a des passagers exotiques encore plus petits que des cubesats : des picosats, comme les ARCE 1A-1B-1C de la University of South Florida, ou encore les SpaceBEE, des unités de la taille d’une vielle disquette d’ordinateur, de Swarm Technologies. 36 à bord de Transporter-1.

La complexe organisation d’un bus spatial

Il est évident qu’organiser un vol avec autant de monde à bord s’avère extrêmement complexe à organiser ! Il est devenu également complexe pour le client d’organiser le déploiement de sa constellation via plusieurs lancements, notamment avec des lanceurs différents. Avec l’émergence de la demande liées au Newspace, toute une floppée de sociétés de d’organisation de vols partagés si bien que c’était elles, avant tout, qui étaient les clientes du vol Transporter-1.

Au final, seuls 13 satellites étaient directement attachés au système de déploiement de Transporter-1 : QPS-SAR 2, les Whitney 1&2, et une dizaine de Starlink. Tous les ports étaient avaient été réservés par les différentes sociétés de management de vol ‘’rideshare’’ : Spaceflight Inc. (USA), NanoRacks (USA), Isilaunch (Pays-Bas), Exolaunch (Allemagne), D-Orbit (Italie) ainsi que Maverick Space Systems (USA). Une dernière société appelée Momentus (USA), parmi les plus importantes, devait également être de la partie mais son client n’était pas prêt à temps et elle a dû laisser sa place. SpaceX en a profité pour rajouter à la place la dizaine de satellites Starlink à la dernière minute.

Chaque port avait sa société. Certaines y avaient installé un déployeur de cubesats ou de smallsats. Spaceflight Inc. et D-Orbit y avaient amarré un système de déploiement en orbite, qui larguent les passagers après avoir été éjectés de l’adaptateur de SpaceX. D-Orbit avait déjà testé son système ION Satellite Carrier Vehicle lors du vol Vega SSMS en 2020. Cette fois-ci, il avait à bord 8 cubesats, 12 picosats et deux expériences embarquées auxquelles il a servi de support. Une fois les expériences terminées, il se désorbitera. Spaceflight Inc. avait déjà testé un système de déploiement satellite Smallsat Express en orbite avec le vol SSO-A en 2018, pour Transporter-1 le déployeur orbital s’appelait Sherpa-FX 1, avec à bord 3 smallsats, 7 cubesats, 3 picosats et 3 expériences embarquées.

Le Sherpa-FX (Spaceflight Inc.)

Si jamais vous souhaitez envoyer votre cubesat-smallsat dans l’espace, vous aurez aujourd’hui de grandes chances de devoir passer par ces sociétés. Plusieurs d’entre elles ont réservés non seulement des ports à bord des prochains vols rideshare, des vols de micro-lanceur actifs comme l’Electron mais aussi des lanceurs qui n’ont pas encore volé ! Bien sûr, les opérateurs de lancements restent directement accessibles. Par exemple, SpaceX a mis en ligne un estimateur de coût pour votre charge utile, avec un choix de réservation pour des prochains vols (Transporter ou comme passager secondaire de tir Starlink).

Dans le cadre de son programme rideshare, SpaceX prévoit deux autres tirs Transporter 2 & 3 cette année, dont un prévu en décembre. On ne sait pas si le record de 143 passagers sera battu. Le record précédent était de 104 satellites par un tir PSLV de l’agence spatiale indienne. Ce genre de vol pose quand même problème aux organismes de surveillance de l’espace, tel que l’US Space Command, car ils ont du mal à identifier tous ces satellites déployés si vite.

Occupation des différents ports de Transporter 1 , les satellites QPS-SAR 2 et Whitney 1&2 sont derrière (image SpaceX)

Source notable : Jonathan’s Space Report – Latest Issue (planet4589.org)

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