Compte à rebours pour les avions-fusées

La ville ensoleillée de Mojave, en Californie, avec une population de seulement 3 700 habitants, possède un aéroport qui occupe presque autant de superficie que Los Angeles International. Le vaste site isolé, au bord des montagnes d'une vaste étendue de haute plaine désertique, a abrité plusieurs sociétés aérospatiales non-conformistes. Voyager, l'avion extrêmement léger qui est devenu en 1986 le premier à faire le tour du monde sans escale sans ravitaillement, a vu le jour ici. Maintenant, dans un bâtiment bas sans prétention au bord de l'aéroport, l'avenir du transport spatial est, peut-être, en train de naître.

Remarquez, cet avenir ne ressemble pas encore à grand-chose : un petit avion biplace qui ressemble à un chasseur à réaction avec sa queue coupée et des ailettes trapues installées près de son nez. En juillet dernier, cet engin léger, surnommé EZ-Rocket, a franchi une nouvelle étape dans l'aviation lorsque le pilote Dick Rutan, qui avait également piloté Voyager, a soumis ses deux moteurs-fusées à une manœuvre clé en main : décollage, arrêt des moteurs, atterrissage, rallumer les moteurs et décoller sans s'arrêter. Cela représentait un nouveau point culminant en donnant une flexibilité et une contrôlabilité semblables à celles d'un avion à un vaisseau propulsé par fusée, un fait qui revêt une importance accrue depuis que la catastrophe de la navette spatiale Columbia a soulevé de nouvelles questions sur la viabilité du programme spatial habité du gouvernement américain.

Chacun de ces deux vols a duré moins de 15 minutes et n'a jamais atteint des altitudes supérieures à 3 000 mètres. Mais ils ont montré que Xcor Aerospace, la société derrière EZ-Rocket, peut avoir la meilleure chance à ce jour de donner au monde une routine d'avion-fusée réutilisable, des opérations similaires à celles d'une compagnie aérienne dans le monde des fusées et de réduire les coûts de lancement à aussi peu que un dixième de ceux du lancement de la navette spatiale et des fusées consomptibles d'aujourd'hui. Un tel engin pourrait, d'ici quelques années, permettre le déploiement de satellites bon marché pour la recherche et les communications et faire démarrer le tourisme spatial. Sur une période plus longue, le vaisseau successeur pourrait fournir un vol de passagers New York CityTokyo qui prend moins de trois heures. Et parce que se libérer de la gravité terrestre est le coût le plus élevé de chaque mission spatiale, des lancements moins chers sont des conditions préalables essentielles pour des entreprises visionnaires telles que les capteurs solaires spatiaux qui transmettraient de l'énergie à la Terre 24 heures sur 24 et l'extraction de métaux précieux à partir d'astéroïdes.

Bien sûr, les gens ont essayé pendant des décennies de réaliser la vision d'un avion-fusée réutilisable, avec peu de succès. La science des fusées est devenue synonyme de technologie de pointe, mais le fait est qu'il y a eu très peu de nouveaux développements de fusées depuis le début des années 1960, explique le président de Xcor Aerospace, Jeff Greason, un ancien dirigeant d'Intel. Ce qui est différent maintenant, selon lui et d'autres, c'est qu'avant même que Columbia ne se sépare le 1er février, les gens commençaient en fait à construire et à tester de nouvelles conceptions. En effet, plus de deux douzaines d'entreprises dans le monde, sans parler de la NASA et d'autres agences spatiales nationales, développent activement des avions-fusées. Et avec la perte du Columbia, la mort de sept astronautes et l'immobilisation subséquente des navettes restantes, le nombre de développeurs et l'urgence de leur tâche devraient augmenter. La nécessité de trouver un moyen d'obtenir de nouvelles technologies et de nouvelles approches du transport spatial est probablement beaucoup plus claire qu'auparavant, dit Greason.

De nombreux acteurs privés sont stimulés par la perspective de remporter le X-Prize de 10 millions de dollars. Cette prime, offerte par une fondation basée à St. Louis, MO financée par les boosters du tourisme spatial, sera attribuée à la première fusée à financement privé qui transporte trois personnes au bord de l'espace (une altitude d'au moins 100 kilomètres), retourne vers la Terre en toute sécurité, et recommence dans les deux semaines. Déjà, 24 joueurs se sont inscrits pour tenter le coup.

Mais 10 millions de dollars, c'est une goutte d'eau par rapport au vrai prix : le tourisme spatial. L'année dernière, un sondage commandé par la NASA a conclu que si des engins fiables étaient disponibles, 15 000 riches amateurs de sensations fortes s'inscriraient chaque année pour des vols suborbitaux coûtant environ 50 000 $ chacun. Cela représente un marché de 750 millions de dollars. Et même si cela n'équivaudrait pas à la principale activité spatiale actuelle de lancement de satellites - en 2001, 39 lancements dans le monde ont généré près de 3,3 milliards de dollars de revenus - cela pourrait marquer le début de quelque chose de bien plus important. Le tourisme spatial a le potentiel de devenir une nouvelle industrie majeure aussi importante que l'aviation civile, déclare Patrick Collins, économiste à l'Université Azabu de Fuchinobe, au Japon, et défenseur de longue date de la commercialisation de l'espace. À court terme, ajoute-t-il, il n'y a aucune autre application de l'espace avec un potentiel même à distance similaire. Et qu'un tel marché se matérialise ou non rapidement - il est possible que les images effrayantes de la rupture de Columbia rendent les futurs touristes de l'espace nerveux pour les années à venir - la technologie elle-même est clairement en train de mûrir. En novembre dernier, le rapport d'une commission présidentielle sur l'industrie aérospatiale américaine a déclaré que des lanceurs réutilisables qui pourraient, au moins, réduire considérablement les coûts de mise en place des satellites dans l'espace sont à notre portée au cours de cette décennie.

Histoire d'échec

Créer des avions-fusées réutilisables aurait dû être le travail de la NASA. Mais l'effort de la NASA - le X-33, un concept ambitieux d'avion-fusée réutilisable qui, en 2005, était censé démontrer des technologies qui pourraient éventuellement remplacer le programme de navette spatiale - est devenu le plus gros éléphant blanc jamais produit par le programme spatial américain. Entre 1997 et 2001, près de 1,3 milliard de dollars ont été dépensés pour l'engin à hydrogène, et il n'y a pratiquement rien à montrer pour cela. Heureusement, la NASA a choisi un plan qui utilisait une multitude de technologies techniquement difficiles (lire: risquées) - y compris des moteurs de fusée uniques, des réservoirs de carburant et des boucliers thermiques - et une conception de véhicule complexe. Chacune de ces technologies aurait dû fonctionner pour que l'engin ouvre la voie avec succès au déclassement de la flotte de navettes spatiales - maintenant vieille de plus de deux décennies pour des missions qui incluent le transport d'astronautes vers la Station spatiale internationale et le lancement de charges utiles scientifiques telles que le Hubble Télescope spatial.

Mais une partie, un réservoir de carburant composite à hydrogène liquide construit par Lockheed Martin, a échoué aux tests. En 2001, la NASA, face à la perspective d'attendre une autre année pour une nouvelle version, s'est éloignée de l'effort et a commencé quelque chose de nouveau, a déclaré Lori Garver, ancienne administratrice associée de l'agence pour la politique et la planification. Chaque fois que vous faites cela, vous perdez du terrain. Maintenant, deux ans après l'annulation du X-33, le nouvel effort encore largement indéfini de la NASA ne devrait pas produire un remplacement de la navette spatiale avant deux décennies. Cependant, il y aura sans aucun doute des pressions après la Colombie pour accélérer ce calendrier.

L'un des résultats de la débâcle du X-33 a été de mettre un sérieux frein à l'investissement privé dans le domaine. La sagesse conventionnelle a soutenu que si la NASA ne pouvait pas construire une fusée réutilisable, personne ne le pourrait, dit Collins. Mais le monde manque d'un avion-fusée non pas parce qu'il est difficile à construire, dit-il. C'est juste que pratiquement toutes les recherches sur les fusées ont été effectuées par une agence gouvernementale monopolistique. Buzz Aldrin, qui en 1969 est devenu le deuxième homme à marcher sur la lune, affirme que les États-Unis manquent tout simplement d'un programme national cohérent pour développer une technologie de lancement abordable et réutilisable. Et tandis que le sort terrible de Columbia pourrait aiguiser l'attention, Aldrin dit que pour le moment, de toute façon, nous sommes dans le pétrin.

Dans ce gâchis arrivent Xcor Aerospace et ses concurrents. Leur vision : construire une nouvelle race de fusée. Contrairement à toutes les fusées lancées jusqu'à présent, cet engin volerait dans l'espace et rentrerait chez lui intact. (Certaines conceptions nécessitent un processus en deux étapes dans lequel la fusée s'élève initialement en se superposant au sommet d'un jet.) Même les navettes spatiales, le premier et le seul vaisseau spatial réutilisable au monde, jettent des parties des fusées jumelles et tous les énormes réservoir de carburant à chaque lancement.

Réaliser cette vision semble relativement simple sur le papier. Les moteurs de fusée sont essentiellement des chambres de combustion avec des pompes qui amènent du carburant et de l'oxygène oxydant ou un produit chimique riche en oxygène qui permet au carburant de brûler même dans le vide de l'espace. Ils n'ont pas besoin des turboréacteurs et des compresseurs à grande vitesse d'un moteur à réaction, qui fournissent de l'oxygène de l'air pour brûler du carburant et représentent environ 80 % de la taille, du poids et de la complexité du moteur. Et en conséquence, les fusées peuvent voler bien plus haut que les jets, qui ne peuvent pas dépasser des altitudes de 16 kilomètres parce que l'air devient trop mince pour brûler du carburant d'aviation et fournir de la portance à leurs ailes.

Personne ne dit que des parvenus comme Xcor Aerospace peuvent atteindre l'espace en une seule étape. Atteindre l'orbite signifie atteindre une vitesse de 27 800 kilomètres par heure, transporter d'énormes quantités de carburant et résister à des contraintes extrêmes. Relever ces défis prendra, de l'avis de tous, au moins une décennie. En attendant, cependant, on peut apprendre beaucoup en visant un objectif beaucoup plus modeste : construire un vaisseau propulsé par fusée capable d'atteindre le bord de l'espace - une altitude de 100 kilomètres - sans réellement entrer en orbite. Atteindre cette altitude nécessite une vitesse d'environ 4 500 kilomètres par heure, pas beaucoup plus rapide que les vitesses maximales des chasseurs à réaction d'aujourd'hui, de sorte que les concepteurs de l'engin devraient être en mesure d'adapter les systèmes et procédures d'ingénierie relativement éprouvés des chasseurs aux nouvelle tâche.

Le président de Xcor Aerospace, Greason, a déclaré qu'il serait possible d'atteindre l'objectif de conception au cours des prochaines années. En fait, il y a environ six ans, il a quitté l'industrie des puces électroniques en plein essor parce qu'il considérait que le secteur spatial était là où les ordinateurs étaient de retour dans les années 1970 : quelques entreprises contrôlaient un marché pour du matériel gros, cher et exclusif, et elles étaient inconscientes du un changement radical sur le point d'être provoqué par quelques décrocheurs universitaires obsédés travaillant dans des garages, utilisant des pièces standard pour produire de nouveaux systèmes informatiques personnels étonnants. C'est très similaire aux premiers jours du PC, explique Peter Diamandis, président et fondateur de la Fondation X-Prize. Les véhicules suborbitaux qui peuvent effectuer des milliers de vols par an créeront un marché en changeant la perspective de l'espace : ce n'est pas seulement pour les gouvernements, mais pour le public.

Compétition petite et agile

L'EZ-Rocket de Xcor Aerospace est comme ces premiers PC-simple, basique, et du point de vue de l'activité aérospatiale régulière, pratiquement microscopique. Ses deux moteurs-fusées, alimentés à l'alcool et à l'oxygène liquide, ne produisent séparément qu'un millième de la poussée de chacun des trois moteurs principaux de la navette spatiale. Mais contrairement à leurs homologues de navette, les moteurs EZ-Rocket peuvent être entièrement contrôlés et même arrêtés et redémarrés en vol. Pourtant, l'EZ-Rocket n'est qu'un véhicule de démonstration. Le petit vaisseau est conçu pour accumuler de l'expérience dans la construction d'un avion spatial suborbital à deux places, appelé Xerus, qui est actuellement en développement.

Pour le Xerus, Xcor Aerospace développe un moteur-fusée cinq fois plus puissant que le EZ-Rocket, un moteur qui peut être accéléré de haut en bas sur une large plage de vitesses. Un groupe de quatre ou cinq moteurs de ce type élèverait l'avion-fusée à une altitude de 100 kilomètres ; alors des fusées plus petites permettraient à l'engin de maintenir sa stabilité lors d'une escapade au bord de l'espace.

Xcor Aerospace poursuit le Xerus pour deux personnes même s'il ne répondra pas au critère de trois personnes du X-Prize. Prix ​​ou pas de prix, Greason, Rutan et leur poignée de collègues voient beaucoup d'incitations sur le marché. Greason dit que le Xerus pourrait lancer une petite charge utile de satellite - environ 10 kilogrammes - sur une orbite basse à l'aide d'une fusée d'appoint sur le satellite. Ces petits satellites sont utilisés pour des projets de recherche universitaire, qui doivent souvent attendre des années avant de se greffer sur un lancement de satellite plus important. Et le Xerus lui-même pourrait également être utilisé pour la recherche, comme la collecte de données atmosphériques ou la réalisation d'expériences d'ingénierie qui nécessitent de brèves périodes de temps dans des environnements d'apesanteur.

La véritable cible, cependant, est le tourisme. Greason dit que le Xerus pourrait offrir aux touristes des balades d'une demi-heure - trois minutes d'apesanteur et une chance de voir la courbure de la Terre et l'obscurité de l'espace - puis atterrir sur une piste ordinaire. Un seul Xerus, dit-il, pourrait gagner 24 millions de dollars par an en revenus touristiques sur des coûts de développement de moins de 10 millions de dollars. Alimenté par de telles visions, Xcor Aerospace espère d'ici trois ans avoir piloté et testé Xerus et préparé le vaisseau pour la production. Nous avons décidé de faire les plus petits pas possibles, avec autant d'entre eux que possible générant des revenus, explique Greason. Si Xerus fonctionne et que les bénéfices des touristes s'accumulent, dit-il, les développeurs de l'entreprise commenceront à s'attaquer à la tâche ultime de se mettre en orbite.

L'idée des plus petits pas, bien sûr, a une certaine résonance historique lorsqu'il s'agit de technologie spatiale. Mais alors que Xcor Aerospace se concentre sur l'approche incrémentielle, plusieurs sociétés concurrentes poursuivent déjà la grande vision : un engin qui peut aller jusqu'en orbite. L'un des joueurs est Pioneer Rocketplane à Solvang, en Californie. La société a conçu un hybride fusée-jet appelé Pathfinder, qui décollera avec des moteurs à réaction traditionnels. Une fois à une altitude de croisière d'environ 5 500 mètres, un avion-citerne se rendra avec le Pathfinder et pompera de l'oxygène liquide dans un réservoir vide à bord de l'engin. Ensuite, propulsé par une combinaison d'oxygène liquide et de kérosène, le Pathfinder allumera son moteur-fusée et s'élèvera à une altitude de 139 kilomètres, où il libérera un étage supérieur sans pilote pour envoyer une charge utile de 2 280 kilogrammes en orbite.

Comme Xcor Aerospace, Pioneer commence avec une version plus petite - le Rocketplane XP - qui concourra pour le X-Prize. Bien que ni l'XP ni le Pathfinder n'aient même atteint le stade du prototype, Pioneer Rocketplane est considéré comme un acteur sérieux. Son PDG, Mitchell Burnside Clapp, était responsable de la conception par l'Air Force d'une fusée réutilisable semblable à un avion qui a ensuite évolué vers le concept Pathfinder. En raison de cette conception, Pioneer Rocketplane est un concurrent de premier plan pour un projet de la Defense Advanced Research Projects Agency visant à développer un lanceur de satellites propulsé par fusée peu coûteux. (L'agence devrait annoncer l'attribution de deux contrats de conception finaux le 1er mars.)

La plupart des joueurs de fusées réutilisables envisagent de transporter des personnes, à la fois des pilotes et des touristes. Mais l'allemand Astrium laisse expressément de côté le fret humain. Au lieu de cela, il développe une fusée autonome appelée Hopper, conçue pour fournir des lancements de satellites bon marché. Le premier pas dans cette direction est le Phoenix, une version à l'échelle 1/6 du Hopper.

Le Phoenix est principalement un banc d'essai pour la technologie d'atterrissage autonome. Les concepteurs de l'engin incorporent des altimètres laser, des capteurs d'altitude et un équipement numérique du système de positionnement global ainsi que des algorithmes de navigation intelligents qui permettent à l'engin d'atterrir sur une piste de vol plané sans l'aide d'humains ou d'équipements au sol. Le premier test du véhicule, qui est en cours de construction, est attendu l'année prochaine : un hélicoptère larguera le Phoenix d'une altitude d'environ 1 400 mètres, le laissant se poser tout seul. Astrium estime que le Hopper pleine grandeur pourrait lancer des satellites dans 15 à 20 ans, à la moitié des coûts de lancement actuels.

Et la NASA n'est pas en reste. Bien que la forme exacte d'un programme succédant au malheureux X-33 soit toujours en cours d'élaboration par l'administrateur de l'agence Sean O'Keefe, qui a pris la barre fin 2001, la NASA avait commencé à élaborer des plans à long terme pour un plus grand, embarcation plus ambitieuse avant la catastrophe de Columbia. L'avion spatial orbital n'est pour le moment qu'une feuille de papier vierge, mais l'idée est qu'il serait prêt à livrer un équipage et de petites quantités de fret à la Station spatiale internationale d'ici 2012.

S'il volait d'ici 2012 ou plus tôt, l'avion spatial orbital se mettrait en orbite au sommet d'une fusée consomptible conventionnelle. Mais la NASA espère éventuellement remplacer cette fusée par un système réutilisable. Pour ce faire, les chercheurs du Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, AL, simplifient et rationalisent la conception des moteurs de fusée et intègrent des systèmes de diagnostic intégrés pour détecter les problèmes tels que les fissures, les fuites et les vannes bloquées. De tels systèmes permettraient de réaliser d'énormes économies par rapport aux navettes spatiales, dont les moteurs sont démontés et inspectés après chaque mission par des centaines d'ingénieurs. L'objectif est d'amener la fiabilité des moteurs de fusée dans la même catégorie que les moteurs à réaction d'aujourd'hui, explique Garry Lyles, qui est en charge des systèmes de propulsion pour le programme de la NASA visant à développer la technologie pour les futurs lanceurs. À l'heure actuelle, de toute façon, les plans de la NASA prévoient un remplacement de la navette spatiale entièrement réutilisable d'ici 2025.

Poussée privée

Malgré ses piètres antécédents avec les avions-fusées, la NASA reste un sérieux concurrent à long terme. Mais le calendrier quelque peu tranquille de l'agence a laissé le champ grand ouvert au secteur privé. Et l'enthousiasme pour le potentiel pour les petites entreprises de produire réellement une fusée réutilisable augmente. Une victoire du X-Prize par l'une de ces sociétés dissiperait le scepticisme et pourrait également relancer l'investissement. C'est une étape psychologique, explique Rand Simberg, ingénieur et consultant en aérospatiale. Les petites entreprises retournent en arrière et font comme cela aurait dû être fait en premier lieu.

En effet, anticipant la capacité des petites entreprises à ouvrir de nouvelles voies, une entreprise réserve des vols touristiques sur des avions-fusées qui n'existent aujourd'hui que sur papier. Space Adventures, d'Arlington, en Virginie, envoie déjà des touristes sur des vols d'avion en apesanteur en Russie, et a organisé des vols spatiaux russes - chacun avec un prix de 20 millions de dollars - vers la Station spatiale internationale pour l'homme d'affaires américain Dennis Tito en 2001 et sud-africain Le magnat de l'Internet Mark Shuttleworth l'année dernière. Désormais, la compagnie parie sur Xcor : elle a contracté 600 vols touristiques Xerus, et elle a même reçu des dépôts en espèces de plus de 100 clients.

Nous avons été impressionnés par l'équipe de Xcor et sa capacité à produire du matériel de vol réel et à effectuer des démonstrations avec un petit budget, a déclaré Eric Anderson, président de Space Adventures. Et bien qu'Anderson ait d'abord craint que la disparition effrayante de Columbia ne pousse certains de ses clients à réfléchir à deux fois avant de voyager dans l'espace, aucun n'avait demandé de remboursement au cours des premiers jours après la perte de la navette - un fait qu'il dit montre un fort engagement humain envers le vol spatial . Au lieu d'effrayer les gens, ajoute-t-il, ce qui est arrivé à Columbia servira de sonnette d'alarme. Dans dix ans, les gens se sentiront plus en sécurité, se sentiront mieux en orbite grâce aux améliorations qui résulteront inévitablement de l'enquête sur l'accident.

Le soutien de Space Adventure à Xcor et à d'autres sociétés de fusées fournit une synergie qui pourrait être cruciale pour réaliser les visions vieilles de plusieurs décennies des fusées réutilisables, explique Bruce Lusignan, professeur de génie électrique à l'Université de Stanford et directeur du Center for International Cooperation in Space, un consortium mondial d'universités. Il dit que les revenus du tourisme lié à l'espace pourraient être utilisés pour financer une nouvelle génération de lanceurs à vocation touristique, et cela pourrait être au cœur du renforcement des capacités. C'est peut-être la bonne voie à suivre. Et cela signifie que l'EZ-Rocket - ce véhicule d'essai peu imposant au vaste aéroport de Mojave - pourrait bien finir par être le premier PC d'une nouvelle ère spatiale.

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