Le système de lancement spatial de la NASA va décoller

À l’intérieur de
Vehicle Assembly Building (VAB) au Kennedy Space Center de la NASA en Floride – une structure caverneuse construite dans les années 1960 pour construire les fusées Saturn V du programme Apollo et, plus tard, pour préparer la navette spatiale – la prochaine grande fusée de l’agence prend forme.

Tom Whitmeyer, administrateur adjoint adjoint de la NASA pour le développement du système d’exploration, se souvient avoir vu le véhicule du système de lancement spatial (SLS) terminé en octobre, après que le dernier composant, le vaisseau spatial Orion, ait été installé au sommet. Pour voir pleinement le véhicule de 98 mètres de haut, il a dû reculer du côté opposé du bâtiment.

« C’est plus haut que la Statue de la Liberté », a-t-il déclaré lors d’un briefing en octobre 2021 sur le lancement imminent de la fusée. « Et j’aime la considérer comme la Statue de la Liberté, parce que c’est [a] pièce d’équipement très compliquée d’ingénierie, et c’est très inclusif. Il représente tout le monde.

Peut-être que oui. Mais c’est aussi symbolique de la façon dont la NASA développe les fusées, qui se caractérise souvent par des dépassements de coûts et des retards. Alors que ce véhicule géant approche de son premier lancement plus tard cette année, il risque d’être dépassé par des fusées commerciales qui ont bénéficié de nouvelles technologies et de nouvelles approches de développement.

La plus récente fusée de la NASA n’est pas originaire du VAB, bien sûr, il a commencé sa vie à Capitol Hill. En 2010, l’administration Obama a annoncé son intention d’annuler le programme Constellation de la NASA pour le retour des personnes sur la lune, citant l’augmentation des coûts et des retards. Certains au Congrès ont reculé, inquiets de l’effet sur l’industrie spatiale de l’annulation de Constellation au moment même où la NASA retirait ses navettes spatiales.

La Maison Blanche et le Congrès sont parvenus à un compromis dans un projet de loi d’autorisation de la NASA en 2010. Il a demandé à l’agence de développer une nouvelle fusée, le Space Launch System, en utilisant les technologies et les contrats déjà en place pour le programme de navette. L’objectif était de disposer d’une fusée capable de mettre en orbite au moins 70 tonnes d’ici fin 2016.

Pour y parvenir, la NASA a largement réaffecté le matériel de la navette. L’étage central du SLS est une version modifiée du réservoir externe de la navette, avec quatre moteurs RS-25 développés pour la navette montés sur sa base. Attachés aux côtés de l’étage central se trouvent deux propulseurs à poudre, similaires à ceux utilisés sur la navette mais avec cinq segments de combustible solide au lieu de quatre.

Les difficultés ont retardé le premier lancement du SLS de plusieurs années, bien que tous les problèmes n’étaient pas sous le contrôle de la NASA.

Monté au-dessus de l’étage central se trouve ce qu’on appelle l’étage de propulsion cryogénique intérimaire, qui est basé sur l’étage supérieur de la fusée Delta IV et est propulsé par un moteur RL10, une conception utilisée depuis des décennies. Cette étape propulsera la capsule Orion vers la lune ou au-delà après avoir atteint l’orbite. Comme son nom l’indique, cette étape est temporaire : la NASA développe un étage supérieur d’exploration plus puissant, avec quatre moteurs RL10. Mais il ne sera pas prêt avant le milieu des années 2020.

Même si SLS utilise de nombreux composants existants et n’a pas été conçu pour être réutilisable, combiner ces composants pour créer une nouvelle fusée s’est avéré plus difficile que prévu. L’étape principale, en particulier, s’est avérée étonnamment complexe, alors que la NASA se débattait avec le défi d’incorporer quatre moteurs. Une fois la première étape principale terminée, il a passé plus d’un an sur un banc d’essai au Stennis Space Center de la NASA dans le Mississippi, y compris deux essais de tir statique de ses moteurs, avant de se rendre au Kennedy Space Center pour les préparatifs de lancement.

Ces difficultés ont retardé le premier lancement du SLS de plusieurs années, bien que tous les problèmes ne soient pas sous le contrôle de la NASA. Les ouragans ont endommagé le banc d’essai de Stennis ainsi que l’installation de la Nouvelle-Orléans où la scène principale est construite. La pandémie a également ralenti le travail, avant et après l’arrivée de tous les composants au VAB pour assemblage. « En Floride en août et septembre [2021], cela a frappé très durement notre région », a déclaré Mike Bolger, responsable du programme de systèmes d’exploration au sol à la NASA, décrivant la vague la plus récente de la pandémie lors du briefing d’octobre.

Maintenant, après des années de retard, le premier lancement du SLS se rapproche enfin. « Terminer l’empilement [of the SLS] est une étape vraiment importante. Cela montre que nous sommes dans la dernière ligne droite », a déclaré Mike Sarafin, responsable de la NASA pour la première mission SLS, appelée Artemis 1, lors du même briefing.

Après une série de tests à l’intérieur du VAB, le véhicule terminé sera déployé vers le complexe de lancement 39B. La NASA procédera ensuite à un compte à rebours d’entraînement appelé répétition générale humide – « humide » parce que l’étage central sera chargé de propulseurs à hydrogène liquide et à oxygène liquide.

Les contrôleurs suivront les mêmes étapes que dans un compte à rebours réel, s’arrêtant juste avant le point où les moteurs RS-25 devraient normalement s’allumer. « Pour nous, sur le terrain, c’est une excellente occasion d’essorer l’équipe et les systèmes au sol et de les préparer pour le lancement », a déclaré Bolger à propos de la répétition générale humide.


Ce réservoir géant permettra d’augmenter la capacité de stockage de l’hydrogène liquide au Kennedy Space Center. Glenn Benson/NASA

Après ce test, le SLS reviendra au VAB pour les vérifications finales avant de retourner au pad pour le lancement réel. Le lancement le plus tôt possible d’Artemis 1 est le 12 février 2022, mais au moment d’écrire ces lignes, les responsables de la NASA ont déclaré qu’il était trop tôt pour s’engager sur une date de lancement spécifique.

« Nous ne serons pas vraiment en mesure de fixer une date de lancement spécifique tant que nous n’aurons pas une robe mouillée réussie [rehearsal] », a déclaré Whitmeyer. « Nous voulons vraiment voir les résultats de ce test, voir comment nous allons, voir s’il y a quelque chose que nous devons faire, avant de nous préparer au lancement. »

Pour envoyer le vaisseau spatial Orion sans équipage sur la lune sur la trajectoire souhaitée, SLS devra se lancer dans l’une des séries de fenêtres de lancement de deux semaines, dictées par diverses contraintes. La première fenêtre de lancement court jusqu’au 27 février. Un deuxième ouvre le 12 mars et se poursuit jusqu’au 27 mars, suivi d’un troisième du 8 au 23 avril. Sarafin a déclaré qu’il existe un « cycle d’analyse glissante » pour calculer chaque jour des opportunités de lancement spécifiques.

Un facteur de complication ici est l’approvisionnement en propulseurs disponibles. Les réservoirs de l’étage central stockent 2 millions de litres d’hydrogène liquide et près de trois quarts de million de litres d’oxygène liquide, mettant à rude épreuve l’hydrogène liquide disponible au Kennedy Space Center.

« Cette fusée est si grosse et nous avons besoin de tellement d’hydrogène liquide que notre infrastructure actuelle au Kennedy Space Center ne prend tout simplement pas en charge une tentative de lancement quotidienne », a déclaré Sarafin. Si une tentative de lancement est reportée après que l’étape principale est alimentée, a expliqué Bolger, la NASA devrait attendre des jours pour réessayer. En effet, une fraction importante de l’hydrogène liquide est perdue par ébullition lors de chaque tentative de lancement, ce qui nécessite le remplissage des réservoirs de stockage avant la prochaine tentative. « Nous modernisons actuellement notre infrastructure », a-t-il déclaré, mais des améliorations telles que des réservoirs de stockage d’hydrogène liquide plus grands ne seront pas prêtes avant la deuxième mission SLS en 2023. Il n’y a aucune pression pour lancer un jour spécifique, a déclaré Sarafin. « Nous allons voler lorsque le matériel sera prêt à voler. »

SLS n’est pas le seul jeu en ville quand il s’agit de grosses fusées. Dans une usine située juste à l’extérieur des portes du Kennedy Space Center, Blue Origin, la société de vols spatiaux fondée par Amazonde Jeff Bezos, travaille sur sa fusée New Glenn. Bien qu’elle ne soit pas aussi puissante que la SLS, sa capacité à placer jusqu’à 45 tonnes en orbite surpasse la plupart des autres fusées en service aujourd’hui. De plus, contrairement au SLS, le premier étage de la fusée est réutilisable, conçu pour atterrir sur un navire.

New Glenn et SLS ont un point commun : des retards de développement. Blue Origin a déjà prévu que le premier lancement de la fusée aurait lieu en 2020. Au début de 2021, cependant, cette date de lancement n’était pas antérieure au quatrième trimestre de 2022.

Un lanceur SpaceX Starship réussi, entièrement réutilisable et capable de placer 100 tonnes en orbite, pourrait également rendre le SLS obsolète.

Un facteur clé de ce calendrier est le développement du moteur BE-4 de Blue Origin, dont sept propulseront le premier étage de New Glenn. Les tests de ce moteur ont pris plus de temps que prévu, affectant non seulement New Glenn mais également la nouvelle fusée Vulcan Centaur de United Launch Alliance, qui utilise deux moteurs BE-4 dans son premier étage. Le premier vol de Vulcan a glissé au début de 2022, et New Glenn pourrait également subir davantage de retards.

Pendant ce temps, à mi-chemin à travers le pays, à la pointe sud du Texas, SpaceX avance à toute vitesse avec son système de lancement de nouvelle génération, Starship. Pendant deux ans, l’entreprise s’est occupée de construire, de tester, de faire voler – et souvent de s’écraser – des prototypes du véhicule, aboutissant à un vol réussi en mai 2021 lorsque le véhicule a décollé, a volé à une altitude de 10 kilomètres et a atterri.

SpaceX se prépare maintenant pour des vols d’essai orbitaux, en installant le véhicule Starship au-dessus d’un booster géant appelé, à juste titre, Super Heavy. Un premier vol d’essai verra le décollage de Super Heavy depuis le site d’essai de Boca Chica, au Texas, et placera le vaisseau spatial en orbite. Le vaisseau spatial fera cependant moins d’un tour de la planète, rentrant dans l’atmosphère et pataugeant dans le Pacifique à environ 100 kilomètres de l’île hawaïenne de Kauai.

La date de ce lancement reste incertaine, malgré quelques annonces optimistes. « Si tout se passe bien, Starship sera prêt pour sa première tentative de lancement orbital le mois prochain, en attendant l’approbation réglementaire », a déclaré le PDG de SpaceX.
Elon Musk a tweeté le 22 octobre 2021. Mais Musk devait sûrement savoir à l’époque que l’approbation réglementaire prendrait beaucoup plus de temps.

SpaceX a besoin d’une licence de lancement de la Federal Aviation Administration des États-Unis pour effectuer ce lancement orbital, et cette licence, à son tour, dépend d’un examen environnemental en cours des lancements de Starship depuis Boca Chica. La FAA n’a pas établi de calendrier pour terminer cet examen. Mais la version préliminaire était ouverte aux commentaires du public jusqu’au début du mois de novembre, et il faudra probablement des mois à la FAA pour examiner ces commentaires et les incorporer dans la version finale du rapport. Cela suggère que le vol orbital initial de Starship au sommet de Super Heavy aura également lieu au début de 2022.

Le vaisseau spatial pourrait mettre la NASA dans une impasse. L’agence finance une version de Starship qui servira d’atterrisseur lunaire pour le programme Artemis, transportant des astronautes vers et depuis la surface de la lune dès 2025. La NASA souhaite donc clairement que le développement de Starship se poursuive rapidement. Mais un lanceur Starship réussi, entièrement réutilisable et capable de placer 100 tonnes en orbite, pourrait également rendre le SLS obsolète.

Bien sûr, à la veille du premier lancement de SLS, la NASA ne va pas abandonner le véhicule qu’elle a travaillé si longtemps et si durement à développer. « SLS et Orion ont été spécialement conçus pour effectuer cette mission », explique Pam Melroy, administratrice adjointe de la NASA. « Il est conçu pour transporter une énorme quantité de marchandises et de personnes dans l’espace lointain. Par conséquent, ce n’est pas quelque chose dont nous allons nous éloigner. »

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