Les fusées européennes s'apprêtent à changer de génération. Outre Ariane 6, un nouveau lanceur léger, Vega-C, va faire bientôt ses débuts. À plus long terme, d'autres projets sont en chantier : Vega-E, Callisto et Themis.

C’est la Cour des comptes qui le dit : l’une des clés du succès de SpaceX réside dans le pari technologique qu’est la réutilisation de l’étage principal du Falcon 9. Aujourd’hui, le retour sur Terre du lanceur américain ne surprend plus grand monde, sauf pour les très rares fois où cela se passe mal. Mais SpaceX n’est ni la première entreprise ni la seule à s’intéresser à ce procédé : l’Europe y travaille aussi.

Mais il n’y a pas que sur le terrain des lanceurs réutilisables que le Vieux Continent fait parler de lui. L’année prochaine, Ariane 6 prendra son envol pour la toute première fois. Elle commencera alors à succéder à Ariane 5, qui assure depuis 1996 les lancements les plus lourds. Avec succès d’ailleurs : en 23 ans de carrière, Ariane 5 et ses déclinaisons ont fait un quasi sans faute (on ne compte que deux échecs).

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D’importants travaux ont lieu en Guyane pour préparer l’arrivée d’une nouvelle génération de lanceurs. // Source : CNES

Avec la mise en place prochaine d’Ariane 6 et les projets de lanceurs réutilisables, à plus ou moins long terme, il apparaît utile de faire un point sur les projets en cours. Car ils sont bel et bien là. Certains ne sont que des démonstrateurs, comme Callisto et Themis, mais d’autres sont des programmes plus concrets, comme Ariane 6 et Vega C, qui viendront renforcer les capacités d’accès à l’espace de l’Europe.

Ariane 6

Ariane 6 sera le nouveau fer de lance de l’Europe en matière d’accès à l’espace. Son vol inaugural est prévu pour le mois de juillet 2020. Nettement plus grande qu’Ariane 5 et ses 55 mètres de haut, Ariane 6 culminera à 70 mètres. Mais sa taille n’est évidemment pas sa particularité principale. Ce qui interpelle, c’est l’existence de deux versions de la fusée, Ariane 62 et Ariane 64.

La différence se fait sur le nombre de propulseurs d’appoint à poudre P120C utilisés : deux pour Ariane 62 et quatre pour Ariane 64. Ce booster complémentaire est en cours de test en Guyane : deux tirs d’essai ont eu lieu. Un troisième doit survenir cette année. Par deux ou quatre, ils accompagneront le moteur-fusée Vulcain 2 (et vers 2030 sur le moteur-fusée Prometheus), tout en étant aussi la base de la fusée Vega-C.

Ariane 6
Vue d’artiste d’Ariane 6. // Source : ArianeGroup

C’est en effet avec le souci de mutualiser l’expérience et les technologies acquises au cours des quarante ans de conquête spatiale qu’il a été décidé de faire du P120C aussi bien un étage accélérateur à poudre d’Ariane 6 que le corps principal de Vega-C. « Il devrait en résulter une réduction significative des coûts de production et d’exploitation », estime le Centre national d’études spatial.

Mais surtout, Ariane 6 doit mieux répondre aux besoins du marché des satellites, non seulement en proposant une version pour les lancements moyens et une autre pour les lancements lourds (11,5 tonnes d’emport pour une orbite de transfert géostationnaire avec Ariane 64, 4,5 tonnes avec Ariane 62) , mais aussi en fournissant un étage supérieur capable de se rallumer.

Pour l’agence spatiale française, Cette modularité garantira à l’Europe des lancements encore plus compétitifs, avec une baisse des coûts de production de 40 % par rapport à Ariane 5 et un passage de 6 à 7 lancements par an à 11. De quoi de revenir dans la course face à SpaceX, dont les tirs de fusée s’enchaînent et qui vend ses tickets d’accès à des prix très compétitifs ? C’est ce qu’espère le Vieux Continent.

Vega-C

Vega-C est le successeur de la fusée Vega, dont le développement ne sera pas plus cher. Sa principale caractéristique est de partager son premier étage avec Ariane 6, qui s’en sert alors comme propulseur d’appoint. D’où l’adjonction de la lettre « C », pour Commun. L’étage P120C joue donc le rôle de moteur universel pour les deux lanceurs. Une manière d’optimiser les développements et, donc, de réduire les coûts.

« Produit en série à plusieurs dizaines d’unités par an, le P120C permettra de rationaliser les coûts des deux programmes », détaille l’agence spatiale française. Mais le premier étage de Vega-C n’est pas seulement conçu pour être partagé avec Ariane 6. Ses performances progressent par rapport à la génération précédente : il développe le double de poussée par rapport à son prédécesseur, le P80.

Vega-C
Vue d’artiste de Vega-C. // Source : ESA–Jacky Huart, 2017

Par ailleurs, le P120C a une autre caractéristique : il est le plus gros propulseur à poudre monolithique en fibre de carbone au monde. Sa capacité d’emport de propergol solide est de 142 tonnes. Sa conception, qui a débuté fin 2014, est assurée par ArianeGroup et la société italienne Avio, à travers leur coentreprise, Europropulsion. En principe, Vega-C doit faire ses débuts d’ici 2020.

Concernant les autres améliorations notables, que résument le Centre nationale d’études spatiales, figurent un nouveau deuxième étage à ergols solides (le Z-40) qui est « plus puissant et plus lourd » que la pièce actuelle, et l’étage supérieur à ergols stockables AVUM+ « qui dispose d’une structure plus légère et de plus de carburant ». Enfin, la coiffe s’élargit, passant à 3,3 mètres au lieu de 2,6 mètres.

Dans la mesure où Vega-C s’inscrit dans la gamme des lanceurs légers, ses performances peuvent apparaître relativement modestes par rapport à d’autres fusées. Selon le CNES, Vega-C peut transporter 2,5 tonnes de charge utile en orbite basse (ou 2,2 tonnes en orbite polaire). Cela peut tout aussi bien être un satellite volumineux qu’une série de plus petites charges, en fonction des contrats obtenus.

Vega-E

Si l’avenir immédiat de la fusée Vega s’appelle Vega-C, une nouvelle mouture du lanceur est susceptible de voir le jour aux alentours de 2025 : Vega-E. Le programme est incertain : son avenir dépend des orientations de l’Agence spatiale européenne, note le Centre national d’études spatiales. Si sa conception est validée, Vega « fera partie du paysage européen pour au moins une décennie supplémentaire ».

En cas de poursuite du programme, Vega-E sera une itération de Vega-C, puisque celle-ci a été imaginée d’emblée comme une plateforme modulable. En particulier, il est question de remplacer les deux étages Z9 et AVUM actuels par un nouvel étage supérieur cryogénique. Celui-ci bénéficierait d’un moteur, baptisé M10, mêlant méthane et oxygène liquide. Vega-E se focalisera sur le marché des petits satellites.

Callisto

Fin 2020, Callisto entrera dans la danse. Callisto ? Il s’agit d’un démonstrateur de lanceur réutilisable dans lequel sont impliquées les agences spatiales de trois pays : la France, l’Allemagne et le Japon. Son acronyme signifie Cooperative Action Leading to Launcher Innovation in Stage Toss-back Operations, soit Action concertée menant à l’innovation du lanceur pour des opérations de retour.

Callisto
Callisto est un démonstrateur pour préparer l’emploi de nouveaux concepts spatiaux. // Source : CNES

L’objectif est de valider un certain nombre de choix techniques dans le cadre d’un vol d’essai consistant à propulser un véhicule spatial de 15 mètres de haut à près de 50 kilomètres d’altitude. Celui-ci doit montrer sa capacité à réaliser toutes les manœuvres de mise en orbite d’un satellite, puis de revenir sans mal sur Terre sur son pas de tir ou d’une aire d’atterrissage. Et d’être réutilisable 5 fois.

Pour ce projet, précise l’Usine Nouvelle, la France s’occupe du calculateur assurant le programme de vol et d’une partie complémentaire du moteur à hydrogène. L’Allemagne fournit le système d’atterrissage, les gouvernes aérodynamiques pour le pilotage durant la phase de rentrée et une partie du réservoir à hydrogène. Quant au Japon, il apporte le moteur à oxygène et hydrogène et le réservoir d’oxygène.

Themis

À plus lointaine échéance encore, un autre démonstrateur technologique est sur les rails. Baptisé Themis, le projet implique le Centre national d’études spatiales (CNES) et l’agence spatiale allemande (DLR), ainsi qu’ArianeGroup, la coentreprise entre Airbus et Safran, à travers ArianeWorks, la plateforme destinée à préparer les « lanceurs du futur », c’est-à-dire les prochaines fusées civiles européennes.

Themis
Themis vise à faire la démonstration des lanceurs réutilisables à l’européennes. // Source : ArianeGroup

Le but de Themis est de démontrer la faisabilité d’un premier étage réutilisable. L’engin ne partira pas d’une feuille blanche : les technologies développées pour Callisto lui profiteront. Côté motorisation, il profitera de Prometheus, le moteur réutilisable à « très bas coût  » qui équipera les futurs lanceurs européens vers 2030 — y compris Ariane 6, dont la carrière opérationnelle débutera mi-2020 avec un moteur Vulcain.

Themis sera un engin de grande taille : il est annoncé comme dix fois plus gros que Callisto et les premiers vols de test sont évoqués pour 2025. Themis n’a toutefois pas vocation à devenir un lanceur opérationnel : il s’agit plutôt d’accumuler de l’expérience et des données utiles pour préparer l’avenir d’Ariane. En clair, le savoir-faire obtenu grâce à Themis devrait servir à Ariane 6… ou à son successeur.

Article publié initialement le 12 juin 2019

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