Pas un seul Falcon - des projets ESA et ULA réutilisables fondamentalement différents

Les premiers étages réutilisables de SpaceX du lanceur Falcon ont suscité un regain d'intérêt pour les fusées réutilisables. Et si, par exemple, la société chinoise LinkSpace démontre des rendus d'un système similaire avec des moteurs montés sur des jambes pliantes, alors d'autres concepteurs proposent des systèmes sur des principes différents, en utilisant des ailes ou une prise d'air. Certains projets ont déjà réussi à fermer, mais il y en a aussi qui viennent d'être annoncés.


Démonstrateur de technologie Adeline

Adeline n'est plus

En 2015, la nouvelle est apparue qu'Airbus Defence and Space développait un module Adeline réutilisable, qui est une unité ailée avec un moteur-fusée de premier étage, ainsi que des moteurs aériens et des hélices pour atterrir sur la piste. Plus clairement, le concept est illustré par une vidéo qui n'est plus disponible sur la chaîne officielle, mais enregistrée par les utilisateurs ordinaires.


L'idée d'économiser uniquement la queue de la fusée a ses avantages - les moteurs, l'avionique et l'équipement du compartiment arrière, selon les développeurs d'Adeline, représentent 80% du coût d'une étape, et les enregistrer est beaucoup plus simple qu'une grande étape dans son intégralité. Le carburant est également économisé et il n'y a pas de surcharge subie par une étape lors de l'atterrissage sur les moteurs. Mais, bien sûr, tout a un prix - le gain d'économie de carburant sera partiellement mangé par les pertes sur la masse supplémentaire des ailes.

La partie arrière de l'Adeline a été proposée pour une utilisation dans l'Ariane 6, bien qu'elle puisse théoriquement être modifiée pour d'autres transporteurs. Lorsque le projet a été officiellement annoncé, il s'est avéré que les travaux étaient en cours depuis 2010 et que des essais réussis de modèles à grande échelle avaient déjà été effectués. Après l'annonce bruyante, il n'y a pas eu beaucoup de nouvelles sur le projet - la priorité d'Airbus Defence and Space est le nouveau lanceur Ariane 6. Et en 2018, des informations semblaient indiquer que le projet n'avait pas suscité d'intérêt pour des raisons financières.

Falcon, mais pas Falcon

Le Centre aérien et spatial allemand, qui fait partie de l'ESA, a annoncé le 20 mars de cette année le début des travaux sur le concept d'un stade de missile de croisière, qui sera attrapé et remorqué par un avion porteur. Le projet s'appelait FALCon (Vol en formation pour le lanceur en vol 1ère étape de capture de démonstration, «Vol en formation pour démontrer le ramassage de la première étape du porte-avions»), à l'exception du registre des lettres, qui coïncide avec le nom du lanceur Falcon SpaceX. En raison de la coïncidence des noms, le chef de projet Martin Sippel a dû expliquer que les ingénieurs se sont inspirés d'une plongée de faucon pour attraper la victime, pas la fusée SpaceX.


Flux de travail FALCon, illustration DLR

Atterrir une scène de fusée sur des moteurs présente un sérieux inconvénient - vous devez séparer la scène lorsqu'il reste encore beaucoup de carburant, qui est ensuite dépensé pour l'atterrissage. Pire, en raison de l'effet Overt, c'est ce carburant qui est le plus précieux pour accélérer la charge utile. Dans le cas de FALCon, une descente planifiée vous permettra de dépenser tout le carburant des réservoirs - l'avion remorqueur tirera la scène avant l'atterrissage. Mais, bien sûr, ce gain, comme l'Adeline, sera mangé par l'augmentation de la masse du pas due aux ailes ajoutées.

Un élément important du système sera la conception du ramassage et du remorquage de la marche. Les ingénieurs mentionnent la conception du quai de direction / cône de remorquage.


Quai guidé / cône de remorquage

Les cônes d'avions de ravitaillement que nous connaissons sont incontrôlables - les pilotes d'avions de ravitaillement eux-mêmes les attrapent en manoeuvrant avec leurs véhicules. Ce n'est pas une question rapide et difficile, par conséquent, pour une planification d'étape avec les moteurs éteints, un cône contrôlé devrait faciliter considérablement la tâche. Mais en plus de cela, des améliorations pour les avions remorqueurs ne sont presque pas nécessaires, et à ce titre, il sera possible d'utiliser des avions de passagers ordinaires, en outre, des avions utilisés pour des économies plus importantes.

Les travaux de FALCon sont au tout début et, comme dans le cas d'Adeline, les premiers tests seront effectués avec des aéronefs sans pilote, et non avec des fusées. Jusqu'à présent, 2,6 millions d'euros ont été alloués au projet, ce n'est pas beaucoup, mais assez pour les premières expériences. Les termes du projet sont assez longs - la navigabilité du système devrait être atteinte dans la région de 2028 afin d'être éventuellement utilisé dans l'étape de prochaine génération, qui pourrait apparaître dans la région de 2035.

Différents parachutes de l'ULA

Le palier Falcon 9 pour l'atterrissage effectue jusqu'à trois démarrages du moteur - boostback burn, dans lequel le stade vise la zone d'atterrissage, la brûlure d'entrée, la phase de freinage afin qu'il ne surchauffe pas et l'inclusion finale à l'atterrissage. Tous les trois consomment du carburant précieux, et malgré le fait que les parachutes ne peuvent pas fournir un atterrissage précis, ils pèseraient moins que l'approvisionnement en carburant nécessaire pour ces manœuvres. L'idée d'utiliser des parachutes et une interception d'hélicoptère va être mise en œuvre par le fournisseur de services de lancement ULA dans son lanceur Vulcan. Le compartiment arrière du premier étage devra être largué, ouvrir un parachute supersonique pour freiner dans les couches denses de l'atmosphère, le déposer, ouvrir une aile de parachute guidée, être ramassé par un hélicoptère, livré au sol, testé et réutilisé.


Schéma ULA

Dans la vidéo:


Les dernières nouvelles sur le projet remontent au début du mois d'août 2018, lorsque l'ULA a reçu 1,9 million de dollars de la NASA pour démontrer la technologie de prise d'air d'un objet revenu d'orbite.

Prométhée et Callisto

Le Centre National de la Recherche Spatiale (CNES) est également engagé dans des expériences de réutilisabilité. «Callisto» est un démonstrateur technologique d'une scène réutilisable suborbitale avec un atterrissage de fusée, comparable à GrassXper de SpaceX, mais se différenciant par un moteur oxygène-hydrogène.


Cadre de présentation CNES

A l'avenir, un lanceur à part entière pourra en découler, mais pas dans les plus brefs délais - la priorité du CNES est d'abord de réduire le coût des lanceurs développés, puis les étapes de retour. L'approche est très robuste, je me souviens que Musk a d'abord offert un Falcon 9 jetable compétitif, a commencé à recevoir des commandes, et seulement ensuite a commencé à le transformer en missile réutilisable.

Un autre domaine d'activité du CNES est le moteur à méthane Prometheus. En utilisant de nouvelles technologies, dont l'impression 3D, ils vont le rendre 10 fois moins cher que le moteur du bloc central Ariane 5 (deuxième étage). Si tout se passe bien, le moteur sera utilisé dans la nouvelle modification Ariane 6 ou la prochaine fusée ESA.


Moteur Prometheus, image CNES

Conclusion

Les expériences avec diverses fusées réutilisables ne peuvent être saluées que par la phrase de l'empereur chinois Qin Shihuang (qui a ensuite été réutilisée par Mao Zedong): "Que cent fleurs fleurissent, que cent écoles rivalisent." Chaque solution technique a ses avantages et ses inconvénients, et laisse la pratique montrer quelle option est la meilleure.