Ariane 6 et les nouveaux lanceurs spatiaux, ou comment fabriquer une fusée en 2023

Ce mercredi 16 novembre doit décoller, après plusieurs reports, la fusée SLS de la NASA – celle qui amènera des humains sur la Lune dans le cadre du programme Artémis. L’année 2022 a aussi été marquée par le décollage du nouveau lanceur Vega-C de l’Agence spatiale européenne et aussi par les annonces de développement de microlanceurs, de moins de 30 mètres de haut, d’un grand nombre de nouveaux entrants européens qui veulent eux aussi proposer un accès à l’espace.

Fin 2023, ce sera le tour d’Ariane 6, successeur de la mythique Ariane 5 – qui a récemment lancé le James Webb Telescope dans l’espace, parmi ses nombreuses missions (plus de 110) et qui doit prendre la relève de celle-ci mais aussi du lanceur russe Soyouz.

Un des objectifs est de permettre des lancements moins onéreux, notamment face à la concurrence des lanceurs privés comme Falcon ou Falcon Heavy de SpaceX qui sont partiellement réutilisables.

De nos jours, les nouveaux lanceurs doivent être performants, c’est-à-dire efficaces et légers, mais aussi les moins chers et les plus modulaires possible. Toutes ces exigences nécessitent des innovations technologiques et industrielles permanentes et une coopération européenne pour assumer les coûts.

Comment fonctionne une fusée ?

Une fusée, ou « lanceur », est un empilement de pièces ayant chacune un rôle pour former un « étage », soit un ensemble de réservoirs alimentant un moteur. Chaque étage fait sa part de la mission pour arracher le véhicule à la gravité terrestre et l’emmener jusqu’à l’orbite de libération du satellite.

Décollage de Véga C

Le décollage de Vega-C le 13 juillet 2022, le nouveau lanceur européen pour transporter des plus petites charges que les fusées Ariane.
M. Pedoussaut/ESA

Ainsi, le premier étage est particulièrement puissant pour décoller – grâce aux boosters latéraux pour Ariane 5 et 6 par exemple. Il est largué dès que les réservoirs sont vides, et le second étage poursuit la mission selon la trajectoire programmée, pour arriver au point visé dans l’espace. Le dernier étage poursuit sa route jusqu’au largage du cargo.

Installé en partie haute du lanceur, l’ordinateur de bord déroule le programme de vol, pilote la fusée automatiquement et communique avec le centre de contrôle à terre. Les corrections de trajectoire se font automatiquement et les mesures enregistrées par les capteurs à bord sont envoyées au sol pour une analyse en direct de la bonne marche du système.

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Une fusée transporte des « objets » de différentes natures : des satellites bien sûr, mais aussi des sondes spatiales qui iront explorer le système solaire, des « rovers » pour découvrir les surfaces des planètes ou des comètes, du fret pour la station spatiale internationale ou même… des astronautes. Ce chargement est localisé tout en haut de la fusée, installé sur le dernier étage, et emmitouflé dans la coiffe. Celle-ci est conçue pour protéger le fragile objet à bord et pour être aérodynamique, c’est-à-dire que sa forme limite les frottements avec l’air de l’atmosphère pour brûler moins de carburant. Une fois à environ 120 kilomètres d’altitude (au bout de 3 minutes de vol sur Ariane 5), il n’y a quasiment plus d’air et la coiffe de protection peut être larguée. Comme une fleur qui s’ouvre, elle se sépare en deux grands pétales qui se détachent de la fusée et retombent dans la mer.

Ces derniers étages de la fusée ne sont actuellement pas récupérés, mais pour des questions environnementales et économiques, beaucoup d’études cherchent les solutions technologiques permettant leur récupération et leur réutilisation.




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Les moteurs

La fusée SLS dans son hangar, vue d’en bas

Les boosters connectés au cœur de la fusée SLS sont en cours de vérification.
Glenn Benson/NASA

Pour s’arracher de la gravité terrestre, les fusées utilisent des moteurs d’une puissance extraordinaire, utilisant des carburants et comburants à « poudre » ou liquides, qui, mis en contact, génèrent des gaz de…

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Auteur: Marie Jacquesson, Chef de service Structures, Thermique et Matériaux pour les Systèmes de Transport Spatial au CNES, Centre national d’études spatiales (CNES)