Focus sur l’histoire, les défis actuels et les perspectives du Space Rider
— Actualités du 25 avril 2019 —
Le développement de navettes spatiales pour transporter du cargo est à la mode
Bien que très secrète, la navette autonome américaine X-37B semble être utilisée régulièrement par l’armée américaine pour de longs séjours dans l’espace. Etre capable d’envoyer une charge utile en orbite puis la récupérer est une capacité très intéressante, et pas que pour les militaires. C’est pour le moment une compétence que l’Europe ne maîtrise pas, mais cette situation pourrait changer dans les années qui viennent.
Depuis les années 1970, le CNES puis l’ESA se sont fortement intéressés au concept de navette spatiale, un véhicule orbital possédant certaines propriétés d’une fusée et certaines propriétés d’un avion. Le principal intérêt d’une navette est qu’elle est réutilisable, ce qui en théorie doit baisser le coût des missions associées. Avec le recul et l’expérience des navettes américaines, on sait maintenant que la réalité est plus compliquée. L’Europe, comme les Etats-Unis, ont donc laissé tomber l’idée d’utiliser des navettes spatiales pour le vol habité.
Le transport de cargo est cependant une activité beaucoup moins exigeante. De ce côté-là, le concept de navette spatiale est en train de vivre une véritable renaissance. La navette X-37B de Boeing vole déjà depuis 2010. Aux Etats-Unis, elle devrait être rejointe par la Dream Chaser de l’entreprise Sierra Nevada d’ici quelques années. En Europe, on attend avec impatience l’arrivée du Space Rider, une navette spatiale réutilisable qui permettrait enfin à l’Europe d’avoir un moyen indépendant de ramener des charges utiles depuis l’orbite.
La navette spatiale européenne Space Rider est l’héritier du démonstrateur IXV
La navette spatiale Space Rider devrait faire son premier vol en 2021. On peut cependant retracer son origine beaucoup plus loin. L’Europe a longtemps voulu créer une navette spatiale habitée, un projet connu sous le nom d’Hermès et qui a occupé l’ESA jusqu’au début des années 1990. Hermès aurait été un véhicule plus léger que la navette spatiale américaine. Elle aurait été lancé par une Ariane 5 en remplacement de son étage supérieur. C’est d’ailleurs avec ce type de mission en tête qu’Ariane 5 a été designé. Le rêve européen de vol habité ne s’est cependant jamais concrétisé depuis cette époque.
L’ESA n’a pourtant pas abandonné son ambition de créer un véhicule orbital réutilisable. En 1998, le troisième vol d’une Ariane 5 a servi à lancer Atmospheric Reentry Demonstrator. Cette capsule spatiale de type Apollo devait valider un certain nombre de technologies liées à la rentrée atmosphérique. La mission a été une réussite totale. Le bouclier thermique de la capsule spatiale a parfaitement résisté à des températures proches de 900 degrés Celsius. Ses systèmes de vol l’ont fait atterrir à seulement cinq kilomètres du point prévu. Ce succès a mené au développement d’un nouveau projet en 2005. C’est en Italie qu’est née l’impulsion responsable du démonstrateur IXV (Intermediate eXperimental Vehicle)
L’idée est de reprendre le vol de démonstration réalisé en 1998 mais avec un véhicule complètement différent. IXV n’est pas tout à fait similaire à une navette de type X-37B. Elle fait partie d’une catégorie de véhicules spatiaux qu’on appelle les corps portants, dépourvus d’ailes. Leur fuselage est toutefois étudié pour générer un effet de portance à très grande vitesse dans l’atmosphère. Cela réduit les contraintes lors d’une rentrée à vitesse orbitale. Les ailes sont en effet un des points de chauffe les plus importants pour un véhicule de type navette spatiale. En revanche, lorsque sa vitesse est suffisamment réduite, un corps portant devient très instable. Il ne peut donc pas se poser en planant à la manière d’une Dream Chaser ou du X-37B.
Le Space Rider doit encore relever de nombreux défis
La conception d’un tel véhicule a demandé beaucoup de nouveaux développements pour l’Italie et ses partenaires européens. Encore une fois, au coeur du problème on retrouve la protection thermique. La forme du IXV est complètement différente de celle du démonstrateur précédent. Les leçons qu’on peut tirer de celui-ci sont donc limitées. A la manière de la navette spatiale américaine, le nouveau démonstrateur européen doit effectuer sa rentrée avec le nez pointé vers le haut.
Il doit aussi être capable de manoeuvrer de manière aérodynamique. Pour cela, il est équipé de deux volets disposés à l’arrière. Comme il ne peut pas atterrir en planant, il embarque des parachutes qui doivent s’ouvrir lorsque sa vitesse est suffisamment basse. IXV doit ensuite finir sa course dans l’océan avant d’être récupéré.
Le démonstrateur est par ailleurs soumis à des contraintes de taille. Il doit en effet pouvoir embarquer sous la coiffe peu volumineuse d’un lanceur Vega, la fusée la moins puissante dont dispose l’ESA. IXV doit donc être particulièrement léger et compact.
Un premier vol de démonstration du Space Rider a eu lieu en 2015
Ces nombreux défis techniques expliquent pourquoi il faut attendre 2015 pour voir le vol de démonstration de cette mini-navette spatiale. Le 11 février 2015, un lanceur Vega place IXV sur une trajectoire balistique. Elle n’atteint pas l’orbite mais grimpe à une altitude de 412 km. Sa vitesse est aussi très proche de celle d’une rentrée orbitale. Cette fois encore, c’est un succès. La navette spatiale se comporte exactement comme prévu. Bardée de capteurs, elle permet de collecter de précieuses informations sur son comportement lors de toutes les phases du vol. Ces informations permettent de passer à la suite du programme.
L’année suivant ce vol de démonstration, l’ESA débloque les premiers fonds pour le développement d’un véhicule opérationnel. Il doit être capable d’emmener une charge utile en orbite, d’y séjourner jusqu’à deux mois et de revenir sur Terre en un seul morceau, le Space Rider. Cette fois encore, c’est majoritairement l’agence spatiale italienne et ses partenaires industriels qui pilotent le projet. Le design de Space Rider reprend largement celui du IXV avec quelques différences notables.
Le Space Rider doit prendre place sous la coiffe d’un lanceur Vega C, sensiblement plus puissant que le lanceur Vega qui a propulsé IXV, et sa coiffe est aussi plus volumineuse. Il ne serait donc pas étonnant que le Space Rider dépasse les 4,40 mètres du démonstrateur. Cela permettra au nouveau vaisseau spatial européen d’embarquer une charge utile jusqu’à 800 kg pour le compte d’un ou de plusieurs clients. Cela devrait en faire un véritable outil multi-missions qui pourra embarquer des expériences de microgravité ou d’observation de la Terre, et peut-être déployer des petits satellites.
Les caractéristiques du Space Rider permettent une grande adaptabilité
En orbite terrestre, le Space Rider sera capable de manoeuvrer pendant toute la durée de son séjour spatial. L’étage supérieur sera utilisé comme un module de service qui fournira une capacité de propulsion au vaisseau ainsi que des panneaux solaires pour l’alimentation électrique. Il sera en revanche largué juste avant la rentrée atmosphérique.
Le Space Rider optera pour une stratégie de rentrée atmosphérique un peu différente de celle de son démonstrateur. Une fois sa vitesse suffisamment réduite, il finira sa course à l’aide d’un parapente plutôt qu’un parachute. Cela devrait lui permettre un grand contrôle sur sa fin de trajectoire. Son atterrissage ressemblera aussi plus à celui d’un avion avec une vitesse horizontale élevée. Cette méthode d’atterrissage facilitera la récupération car à l’inverse du IXV le Space Rider sera réutilisable.
Fidèle à son lanceur, le Space Rider décollera de Kourou, en Guyane française. En fonction du profil de sa mission, plusieurs sites d’atterrissage sont possibles : la Guyane, les Açores où l’île de Curaçao située dans les Antilles . Au-delà de son premier vol qui devrait avoir lieu vers 2021, on ne sait pas encore quelle importance prendra le Space Rider dans la stratégie spatiale européenne. D’après son acronyme, c’est encore un démonstrateur. L’ESA pourrait donc continuer à développer le concept avec d’autres véhicules spatiaux au cours des années suivantes.
Les possibilités offertes par les navettes spatiales telles que le Space Rider intéressent beaucoup de monde
Le rôle du Space Rider dépasse sera cependant la simple démonstration technologique. L’ESA a ainsi déjà lancé un appel pour remplir la soute du vaisseau spatial lors de ses différents vols. A la différence du X-37B, les militaires n’auront pas l’exclusivité du Space Rider. Il n’y aura pas de restrictions sur les nationalités des clients non plus. La navette spatiale pourra embarquer des charges utiles du monde entier, institutionnelles ou commerciales. Les clients devront se partager une soute d’1,2 mètre cube. Ce n’est pas très grand mais il devrait aussi possible d’effectuer des manipulations en orbite grâce à un bras robotisé.
Bien que l’ESA aura le contrôle des opérations dans un premier temps, il est déjà envisagé de privatiser le Space Rider. Il basculerait alors probablement dans le giron d’Arianespace aux alentours de 2025. L’entreprise pourrait ainsi proposer un service de retour d’orbite, l’occasion de se démarquer avec une offre unique. D’après son cahier des charges, le Space Rider devrait pouvoir être réutilisable au moins six fois avec six mois de remise en état entre chaque vol. On ne sait pas encore si le premier exemplaire sera rejoint par d’autres exemplaires pour constituer une véritable flotte.
Cela dépendra probablement du succès commercial du premier Space Rider. Pour le moment le programme a l’avantage d’être relativement économique avec un financement très mesuré. Cela pourrait se traduire par des prix de lancement et de retour à peine supérieurs à ceux d’un lancement simple.
Les prochaines années seront cruciales pour le Space Rider et pour le développement des vaisseaux spatiaux européens
Il va encore falloir attendre quelques années avant de se poser la question de la viabilité économique de la petite navette. Le futur vaisseau spatial européen doit encore passer une revue critique et quelques tests en préparation de son premier vol, à l’image de l’IXV. On peut s’attendre à des essais de largage peut-être dès cette année. Le système de descente sous parapente doit en effet à être validé en conditions réelles.
Malgré sa petite taille et son petit lanceur, le Space Rider va être une véritable révolution dans les capacités spatiales européennes. Le monde entier cherche actuellement à développer des véhicules spatiaux très manoeuvrables en orbite à des fins militaires. Il est rassurant de voir que l’Europe est sur le même chemin, mais avec une démarche civile et commerciale. On espère donc que le Space Rider aura tout le succès qu’il mérite. On pourra par la suite rêver à ce que l’Europe pourrait faire de cette nouvelle compétence, surtout si on ajoute à l’équation un lanceur lui aussi réutilisable tel qu’Ariane Next. Pourquoi ne pas imaginer un Space Rider plus massif avec une capacité d’amarrage. Un tel véhicule pourrait amener et emporter du cargo depuis l’ISS, voire la LOP-G.
Le premier vol d’essai de la navette spatiale Space Rider devrait avoir lieu en 2020
— Actualités du 5 décembre 2017 —
La navette spatiale automatique Space Rider devrait être lancée en 2021 grâce à la fusée spatiale Vega C. Elle offrira à l’Europe un moyen complètement indépendant de mener des expériences en orbite, ce qui fait penser à la navette X-37B de Boeing. La navette spatiale Space Rider sera largement automatisée et réutilisable plusieurs fois. Son design s’inspire de la navettes expérimentale « IXV » (Intermediate eXperimental Vehicle) qui avait effectué un vol suborbital en février 2015. Pour l’Europe, c’est un avancement majeur car l’Europe sait envoyer des charges utiles en orbite depuis très longtemps mais elle a des difficultés pour réussir à les faire revenir. La navette spatiale expérimentale « IXV » a permis de valider la maîtrise du retour atmosphérique d’une navette spatiale de type corps portant.
Space Rider pourra emporter jusqu’à 800 kg de charge utile en orbite basse, pour des durées de plusieurs mois. Elle sera lancée au centre spatial guyanais situé à Kourou, et reviendra se poser à Santa María, aux Açores. Elle pourrait potentiellement être commercialisée par Arianespace si le marché est prometteur. La phase de design préliminaire de Space Rider devrait être terminée en 2018. La navette spatiale poursuivra alors sa conception jusqu’au premier vol d’essai en 2020.
L’ESA développe sa navette réutilisable, le Space Rider
— Actualités du 4 juillet 2017 —
L’ESA a présenté au Salon du Bourget son projet de navette spatiale baptisé Space Rider. L’Europe souhaite disposer d’un moyen de mener des expériences en orbite pour ensuite les ramener sur Terre. Dans cette optique, un budget de 32 millions d’euros a été alloué pour le développement d’un tel concept. Ce financement revient à Thales Alenia Space et au centre de recherches spatiales italien.
Space Rider devrait être une navette spatiale réutilisable entièrement automatique. Très proche du X-37B de Boeing, elle serait capable d’emmener une charge utile de 800 kilos à 1000 kilos jusqu’à une orbite basse à 400 km d’altitude, puis de revenir de manière automatique après quelques mois passés dans l’espace. Mais la navette européenne serait bien plus petite que celle de Boeing avec une longueur estimée de 4 ou 5 mètres. Elle serait d’ailleurs lancée par une nouvelle déclinaison de Vega, la fusée légère de l’agence spatiale européenne.
Images by ESA website / Boeing – U.S. Air Force / ESA – J. HUART / Pline / NASA / Thales Alenia Space
Sources
