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lanceur (spatial)

Décollage d'une fusée
Décollage d'une fusée

Véhicule propulsif capable d'envoyer une charge utile dans l'espace.

ASTRONAUTIQUE

On distingue deux grands types de lanceurs spatiaux. Les lanceurs traditionnels, ou fusées, sont dits « consommables » : ils ne servent qu'une seule fois et aucun de leurs éléments n'est récupéré. Les navettes spatiales, au contraire, sont totalement ou partiellement réutilisables.

Les fusées

Historique

Le Russe K. Tsiolkovski fut, à la fin du xixe s., le premier à comprendre l'utilité des fusées pour la propulsion dans l'espace et à jeter les bases théoriques de leur utilisation en astronautique. Ces recherches théoriques furent développées au début du xxe s. par d'autres précurseurs, tels R. Esnault-Pelterie en France et H. Oberth en Allemagne. Les premières expérimentations de fusées eurent lieu durant l'entre-deux-guerres en U.R.S.S., aux États-Unis (lancement de la première fusée à propergol liquide le 16 mars 1926 par R. H. Goddard) et en Allemagne (expériences de W. von Braun, mise au point du V2 à Peenemünde). Poursuivies après la Seconde Guerre mondiale aux États-Unis et en U.R.S.S. (qui récupérèrent le matériel et les ingénieurs allemands), elles aboutirent à la mise au point de missiles balistiques, puis des premiers lanceurs spatiaux (fusée intercontinentale soviétique R7 ou Zemiorka, lanceurs américains Atlas-Centaur, Atlas-Agena, Thor-Delta, etc.). Le premier satellite artificiel fut placé en orbite par l'U.R.S.S. le 4 octobre 1957.

Structure

La silhouette d'une fusée est celle d'un long cylindre, haut de 30 à 60 m, avec, au sommet, protégée par une coiffe, la charge utile, composée de un ou de plusieurs satellites et, à la base, un groupe de moteurs-fusées assurant la propulsion dans l'atmosphère et dans le vide. Les fusées décollent toujours verticalement, leur déplacement étant obtenu par éjection, vers l'arrière, à vitesse très élevée, d'importantes quantités de gaz produits par les moteurs. Ceux-ci brûlent divers ergols, solides (poudres) ou liquides selon les modèles. Les ergols constituent l'essentiel de la masse d'une fusée au moment de son décollage, par exemple 90 % pour Ariane 4 (contre 9 % pour les structures et 1 % seulement pour la charge utile). Pour des raisons d'efficacité, une fusée comprend toujours plusieurs étages, le plus souvent trois, qui fonctionnent successivement et sont largués une fois vides. Elle est d'autant plus puissante qu'elle est plus lourde au décollage et qu'elle emploie des ergols plus performants. Afin d'accroître les performances, des propulseurs d'appoint (à liquides ou à poudre) peuvent être ajoutés latéralement contre l'étage de base. Une autre particularité des fusées est la brièveté de leur fonctionnement (de dix à vingt minutes selon les missions). La gamme des lanceurs consommables disponibles aujourd'hui s'échelonne entre le petit lanceur israélien Shavit (20 t environ au lancement), capable de satelliser une charge utile de 160 kg en orbite basse autour de la Terre, et les puissants lanceurs du type Ariane 5 (Europe), Titan 4 (États-Unis) ou Proton (Russie) qui peuvent emporter jusqu'à une vingtaine de tonnes en orbite basse. Il existe dans le monde une vingtaine de bases de lancement d'où décollent ces fusées.

Les navettes spatiales

En 1981, les États-Unis ont mis en service un véhicule spatial d'un type nouveau, la navette spatiale, à la fois lanceur et vaisseau habité, dont le principal avantage est d'être en grande partie réutilisable. Le Japon développe une petite navette dépourvue d'équipage et fonctionnant de façon entièrement automatique (Hope-X), mais nécessitant le recours à une fusée pour son lancement ; l'Europe, après avoir engagé un projet comparable mais dans une perspective d'intervention humaine en orbite (Hermes), l'a abandonné en 1992 pour des raisons budgétaires.

Les modes de propulsion

À l'heure actuelle, la propulsion des lanceurs spatiaux est assurée par des systèmes développant une énergie d'origine chimique. Les propergols liquides sont les plus largement employés. Ils se composent généralement de deux ergols (un comburant et un combustible), stockés dans des réservoirs distincts. Leurs principaux avantages tiennent à leur impulsion spécifique élevée, à leur souplesse d'utilisation (possibilité de moduler la poussée, d'éteindre et de rallumer le moteur) et à leur aptitude à un fonctionnement prolongé. Les propergols solides, dits « à poudre » (bien qu'ils aient plus l'aspect d'une pâte caoutchouteuse que d'une substance pulvérulente), sont moins énergétiques et souvent plus chers que les précédents. Par contre, leur stockage est plus aisé et les moteurs qui les utilisent sont moins complexes. Mais ils ne sont pas rallumables : une fois amorcée, la combustion se poursuit jusqu'à l'épuisement du propergol. Pour toutes ces raisons, on les réserve généralement à des fonctions annexes : propulseurs d'appoint ou étages supérieurs de certains lanceurs.

Les lanceurs futurs

Pour réduire sensiblement le coût de l'accès à l'espace, on songe à utiliser dans l'avenir des lanceurs entièrement réutilisables. La conception de ces nouveaux systèmes de lancement se fonde sur un très haut degré d'innovation technologique, en particulier dans le domaine de la propulsion. Une voie prometteuse paraît être l'utilisation de systèmes « combinés » associant des moteurs aérobies (turboréacteurs, statoréacteurs) pour la phase atmosphérique du vol et des moteurs-fusées pour la phase extra-atmosphérique. Les défis techniques résident dans la réalisation de moteurs très légers, capables d'atteindre de très hautes vitesses dans l'atmosphère, et donc de très hautes températures. Deux concepts de lanceur à décollage horizontal ont été envisagés, l'un monoétage, le SSTO (Single Stage To Orbit), l'autre à deux étages, le TSTO (Two Stages To Orbit). Cependant, en 2001, l'arrêt par la NASA de deux programmes de démonstrateurs (X-33 et X-34) a sonné le glas du concept SSTO, dont la faisabilité, en l'état actuel de la technologie, restait très incertaine.