Comment SpaceX a fait baisser les prix de lancement des fusées

Récemment, Elon Musk a tweeté sans détour que les lancements de SpaceX sont tellement moins chers que les services Boeing / Lockheed que vous pouvez construire un satellite pour faire la différence.

En 2014, l'Audit Office a publié un rapport sur l'évaluation du coût des programmes de l'US Air Force pour lancer des satellites secrets, qui ont été lancés exclusivement par l'ULA. En raison du manque de transparence des prix, il était difficile de faire correspondre les étiquettes de prix avec l'offre de SpaceX.

Le gouvernement verse un montant fixe à ULA, quelle que soit la fusée utilisée au lancement - que ce soit Atlas V, Delta IV ou Delta IV Heavy. En outre, il existe un contrat EELV Launch Capability (ELC), en vertu duquel l'ULA reçoit 860 millions de dollars par an pour fournir un accès à l'espace, même s'il n'y a pas eu de lancements. De plus, ULA a reçu un total de 5 milliards de dollars d'autres dépenses liées à l'équipement pour la production de fusées.

Le monopole de l'ULA a pris fin lorsque SpaceX a commencé à se battre pour des lancements de charges utiles pour la sécurité nationale. Le premier lancement a été effectué en mai de cette année, sur ordre de la National Intelligence Agency, sous la forme d'un satellite secret NROL-76. Selon le gouvernement, en comparaison directe avec ULA, le coût de lancement de SpaceX est nettement inférieur.

Par exemple, il y a 14 mois, l'US Air Force a signé un contrat avec SpaceX d'un montant de 83 millions de dollars pour lancer le satellite GPS 3, et en mars 2017, un autre contrat a été remporté pour lancer un autre satellite GPS 3 d'une valeur de 96,5 millions de dollars. C'est le coût total du lancement que le gouvernement paiera, et il ne peut pas être comparé aux 422 millions de dollars pour un seul lancement, qui sont prévus dans le budget de l'Air Force pour 2020.

Que répondront les concurrents?

Ensuite, nous verrons comment le coût des lancements a changé et va changer chez les concurrents de Falcon 9, quelles mesures les acteurs du marché des services de lancement vont prendre afin de ne pas perdre leur place au soleil.

Origine bleue

PH New Glenn. Source: Origine bleue

L'objectif du fondateur de la société, Jeff Bezos, n'est en aucun cas de tirer profit des lancements de satellites commerciaux, mais de donner à des millions de personnes la possibilité de vivre et de travailler dans l'espace, il n'a également aucune ambition de lancer des satellites gouvernementaux et militaires et prévoit seulement de fournir ses moteurs BE-4 pour un nouveau lanceur ( PH) ULA Vulcan. Un moteur-fusée BE-4 propulsé par un mélange d'oxygène liquide et de gaz naturel liquéfié a commencé à être développé en 2011 et plus d'un milliard de dollars ont déjà été dépensés pour le développement. La poussée du BE-4 à la demande de l'ULA a été portée à 550 tf.

Le même moteur devrait être utilisé lors de la première étape de la nouvelle fusée Blue Origin New Glenn et le premier lancement ne sera pas effectué avant 2020. Le prix de lancement de New Glenn (NG) n'est pas encore connu, mais on peut s'attendre à ce que le coût soit comparable à celui du Falcon 9, et la capacité de charge sera de 13 tonnes en orbite géo-transitionnelle (GPO).

Compte tenu de l'expérience des lancements suborbitaux du système de décollage et d'atterrissage vertical New Shepard, lorsque la même scène a été lancée 5 fois sans modifications importantes, cette expérience permettra d'élaborer l'atterrissage des premières étapes dans les quelques années suivant le premier lancement de NG.

ULA

Booster Vulcan. Source: ULA

Le prix de lancement pour les charges gouvernementales et commerciales est très différent. La pression de Mask à l'audience, avec une proposition visant à interdire le vol sur le RD-180 russe pour l'Atlas 5 LV et à laisser le Delta IV totalement non rentable, a payé. Ils ont décidé d'abandonner le moteur et ont alloué des fonds importants pour créer un remplacement. ULA, lors du choix d'un moteur pour son nouveau Vulcan LV, entre AR1 et BE-4, s'est penché en faveur du second. AR1 a plusieurs années de retard dans le développement, n'implique pas une utilisation réutilisable, et la société de développement s'appuie principalement sur des fonds publics, contrairement au BE-4 privé.

Le schéma de salut des moteurs du premier étage SMART. Source: ULA

ULA a introduit le concept de sauvegarde des moteurs du premier étage et de l'avionique SMART (Sensible, Modular, Autonomous Return Technology). Les moteurs sont séparés de l'accélérateur après la séparation des premier et deuxième étages. Une protection gonflable est révélée, ce qui aide à ralentir la chute du bloc moteur en dessous de la vitesse supersonique puis, le bloc en parachute est sauvé par hélicoptère en l'air.

Sans une augmentation de la fréquence des lancements, l'entreprise ne voit pas l'opportunité de la réutilisation. Les économies totales atteindront jusqu'à 30%, mais des fonds importants seront nécessaires pour le développement de la technologie. L'ULA évoluera dans cette direction, mais le premier vol d'essai aura lieu au plus tôt en 2024.

En raison du battage médiatique autour des prix de lancement, ULA a créé le site du concepteur de fusées Atlas 5, rocketbuilder.com . Il est indiqué qu'une fusée légère coûte 109 millions de dollars, et la plus lourde avec cinq accélérateurs, capable d'apporter 8856 kg, 157 millions de dollars au GPO. Indirectement, depuis 2010, sur 52 lancements, seuls 4 ont été commercialisés en 2010. Le PDG de l'ULA, Tori Bruno, a souligné qu'en quelques années, le prix minimum a été réduit de 191 millions de dollars à 109 millions de dollars.

Agence spatiale européenne (ESA)

Lanceur Ariane 6. Source: Airbus Safran Launchers (ASL)

L'Agence spatiale européenne lance actuellement des lanceurs Vega et Ariane 5, dont les composants sont produits sur l'ensemble de la liste des pays de l'UE et sont généreusement subventionnés. Dans le même temps, le lancement commercial d'Ariane 5 coûte 180 à 240 millions de dollars, mais lance 2 satellites lourds à la fois (10 tonnes au total), en raison de la forte demande du marché.

La conception de l'Ariane 6, qui succède à l'Ariane 5 existante, a été présentée en 2012 avec le premier lancement prévu en 2020. Initialement, la conception consistait en 3 propulseurs à combustible solide dans la première étape et un dans la deuxième étape pour la sortie de 6 500 kg en GPO. Le développement a été parrainé par l'ESA (le projet était évalué à 4 milliards d'euros - désormais réduit à 2,4 milliards d'euros), et Airbas Safran Launchers (ASL) a été choisi comme maître d'œuvre. Par la suite, la conception a été révisée en faveur d'une plus grande rentabilité, en raison de l'expansion de SpaceX, qui concurrence directement les lancements commerciaux. La conception finale comprend 2 versions: Ariane A62 et Ariane A64 c avec deux et quatre boosters à combustible solide. Le prix et la charge utile du GPO sont respectivement de 5 000 kg pour 75 millions d'euros et de 10 500 kg pour 90 millions d'euros. Les coûts de démarrage devraient être réduits grâce à la réorganisation de la production, une réduction de 30% des effectifs de 8 000 personnes, l'utilisation de l'impression 3D et l'abandon du montage vertical. La fusée sera assemblée horizontalement au Mirabeau, puis transportée en Guyane française pour l'intégration des accélérateurs et de la charge utile. Il est prévu d'entrer dans le calendrier de 11 à 12 lancements par an jusqu'en 2023.

L'ESA a alloué la première tranche de 80 millions d'euros pour créer le nouveau moteur-fusée réutilisable Prometeus propulsé par un couple méthane + oxygène liquide. Le coût d'un moteur sera de 1 million d'euros - seulement un dixième du coût de l'actuel moteur à hydrogène Vulain 2 de premier étage pour l'Ariane 5. Les tests de tir débuteront en 2020 avec le premier vol en 2030.

Roskosmos

Le prix du "Proton" a changé en fonction des conditions du marché afin de rester un transporteur compétitif. Donc en 2014, le coût était de 115 millions de dollars, maintenant il est réduit à 70 millions de dollars, comme l'opposition au Falcon 9 avec un prix fixe de 62,5 millions de dollars.

Malgré le fait que le Proton volera jusqu'en 2025, il a été décidé de créer des versions moins chères de Proton Medium et Proton Light d'ici 2020. Il a été décidé d'étendre les réservoirs des premier et troisième étages et de se débarrasser complètement du second. En conséquence, la charge utile du GPO sera comparable à celle du Falcon 9. La direction du Centre. Khrunicheva estime que le coût de la fusée peut être réduit de 25% par rapport au Proton-M LV, ce qui rapprochera le coût de lancement de 50 à 55 millions de dollars.

Comparaison des modifications "Proton". Source: ILS

Après la rupture des relations avec YuzhMash, le lanceur moyen Zenit est en cours de développement dans le cadre du projet de développement Phoenix, qui avait le prix de lancement le plus bas dans sa catégorie de poids et qui, peut-être, était inspiré par Ilon Mask. Le nouveau lanceur Soyouz-5, alias Sunkar, utilisera des tables de lancement Zenit à la fois à Baïkonour et sur la plate-forme flottante Sea Launch. Les tests en vol du Sunkar devraient commencer en 2024, selon les documents de Roscosmos. Et déjà en 2025, il est prévu de commencer l'exploitation commerciale du Sunkara. Dans une interview, Elon Musk a déclaré que sa fusée préférée après Falcon 9 (traduit par «faucon») est «Zenith». Sunkar est traduit du kazakh par "faucon". Coïncidence?

Qu'en est-il des systèmes réutilisables? LV "Rossiyanka" a été introduit en 2007. Une caractéristique du projet est le retour et l'atterrissage de la première étape avec l'inclusion répétée de moteurs standard. GRC eux. Makeeva, en tant qu'interprète principal, devait fabriquer un démonstrateur d'un lanceur ultraléger avec un premier étage réutilisable. Les travaux devaient être exécutés conformément au mandat de TsNIIMASH en 2016.

12 décembre 2011 les GRTS. Makeeva a présenté le lanceur Rossiyanka au concours Roscosmos pour le développement du système de fusée et d'espace réutilisable (MRKS) de la première étape. Cependant, selon les résultats du concours, une commande pour le développement de MRSK a été reçue par le GKNPC eux. Khrunicheva avec le projet "Baikal-Angara".
Le démonstrateur n'était pas fabriqué. Il est prévu d'effectuer des études de conception et d'exploration sur le lanceur avec des premières étapes réutilisables. Il en résultera l'élaboration de propositions techniques et d'un projet de concept pour le développement du système russe de facilités de retrait jusqu'en 2035.

Moteur à oxygène-hydrogène RD0162D2A. Source: Roskosmos

Dans le cadre du même programme MRKS, le moteur oxygène-hydrogène RD0162D2A d'une poussée de 85 tonnes est en cours de développement par le bureau d'études Voronezh Chemical Engineering Design. En 2016, 800 millions de roubles ont été annoncés. Le contrat est conçu pour 3 ans avec continuation. A l'avenir, la création de moteurs en vol avec une poussée jusqu'à 200 tonnes pour MRKS. En décembre de la même année, un démonstrateur de moteur d'essai réussi. 10 démarrages ont été effectués.

Jaxa

Génération actuelle et future de lanceurs japonais. Source: JAXA

L'Agence spatiale japonaise (JAXA) a signé en 2014 un contrat avec Mitsubishi Heavy Industries (MHI) pour la création d'une nouvelle génération de lanceurs H-3 avec le premier lancement en 2020, qui se compose de 2 étages oxygène-hydrogène et jusqu'à quatre boosters à propergol solide. Au premier étage, 2 ou 3 moteurs LE-9 seront installés, selon la configuration, avec une poussée de 1470 kN chacun et une impulsion spécifique de 426 secondes. La charge utile maximale pour le GPO sera de 6,5 tonnes, et la configuration la plus légère est conçue pour livrer 4 tonnes sur une orbite synchrone solaire avec un coût estimé à 5 milliards de yens (44 millions de dollars) en 2015.

De plus, depuis trois ans, des travaux sont en cours afin de réduire de moitié le coût des lancements, par rapport au lanceur H-2A actuel, et en même temps de doubler le nombre de lancements à 8 par an. Les nouveaux créneaux de lancement se concentreront sur l'utilisation des lancements de satellites commerciaux. Le premier lancement commercial a eu lieu en novembre 2015, lorsque le H2-A a lancé le satellite canadien de télécommunications Telstar 12 Vantage en orbite. Deux autres lancements sont prévus pour 2018 et 2020.

RVT en vol. Source: ISAS

Il est à noter que de 1998 à 2003, la JAXA a mené des recherches sur les systèmes de décollage et d'atterrissage verticaux réutilisables dans le cadre du projet de test de véhicule réutilisable (RVT) de l'Institut des sciences spatiales et astronautiques (ISAS) au Noshiro Rocket Testing Center dans le nord du Japon. 4 échantillons d'essai ont été construits pour les essais au sol et en vol. Les échantillons ont reçu de nombreuses améliorations: coque aérodynamique, système de surveillance de position utilisant de l'azote, réservoirs composites pour stocker l'hydrogène et l'oxygène, système de navigation GPS et possibilité de redémarrer le moteur en vol. En vol, une hauteur de 42 mètres a été atteinte et une précision d'atterrissage de 5 cm. Il a été proposé d'appliquer tous les développements pour la prochaine génération, ce qui pourrait porter une charge utile de 100 kg à une hauteur de 100 km. Malgré la promesse de la technologie, le projet a été clôturé. Il n'y a aucune information indiquant si JAXA copiera l'approche SpaceX ou augmentera ses anciennes réalisations, même si maintenant elle devient plus pertinente que jamais.

Résumé

La réaction des adversaires de SpaceX est quelque peu tardive, ce qui peut s’expliquer par le conservatisme de l’industrie spatiale. D'ici 2020-2021, de nombreuses décisions s'envoleront: voici Proton Light, Vulcan (ULA), New Glenn (Blue Origin) et Ariane 6 (Arianespace). Ce sera un média plus rentable, mais SpaceX n'est pas inactif. La société a effectué 10 lancements cette année et prévoit d'en effectuer 12 autres, et en 2019, elle prévoit 52 lancements, un chiffre impensable. La directive est élevée par les dirigeants et n'est souvent pas respectée, mais leur confiance s'explique: à la fin de l'année, le Falcon 9 Block 5 volera, conçu pour que la première étape puisse être lancée 10 fois avec un minimum d'entretien et sans remplacer les composants essentiels. Toujours en 2018, ils promettent de sauver le carénage de tête, dont le coût est estimé à 5-6 millions de dollars. Le premier redémarrage de la première étape utilisée a déjà coûté la moitié du coût de construction d'une nouvelle, bien que le coût du lanceur ne soit pas au premier plan, mais sa disponibilité pour démarrer la charge. Même avec un seul redémarrage de la première étape, la flotte de transporteurs disponibles augmente de 2 fois. Maintenant, SpaceX a plus de 50 commandes dans le manifeste de lancement, les concurrents ont tout prévu pour les 2-3 prochaines années - ce qui se passe maintenant n'aura de conséquences qu'après quelques années. Mais maintenant, nous pouvons dire qu'en l'absence d'accidents Falcon 9, SpaceX conquiert la majeure partie du marché des lancements commerciaux.

UPD: Ajout de tableaux récapitulatifs sur la masse et le prix affichés pour divers lanceurs.
Merci pour les tables @ voyager-1 .

Fusées existantes:

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