Retour détaillé sur le vol de la Falcon Heavy

La Falcon Heavy : rapide rappel.

La Falcon Heavy est un lanceur lourd développé par l'entreprise SpaceX, fondée par le milliardaire Elon Musk, dirigeant aussi Tesla et The Boring Company. Sans vouloir répéter encore toutes les statistiques qui ont été décrites sur des centaines de sites, vidéos ou magazines, voilà un petit rappel. La Falcon Heavy est le lanceur en service le plus puissant sur Terre. Elle surpasse les précédents (comme la Delta IV Heavy) par un facteur d'au moins 2.

Elle mesure environ 70m pour une masse au décollage de 1420Tonnes. Elle délivre 22 819 kN de poussée au décollage, c'est à dire la puissance pour envoyer une masse de 1kg à 22 819 000 m.s⁻1 (c'est beaucoup)! Elle peut lancer plus de 63 tonnes en orbite basse, et plus de 26 tonnes en orbite de transfert géostationnaire (vous pouvez trouver plus d'informations à propos de cette orbite ici : Les différents types d'orbites).

Son premier étage est composé de 3 boosters de Falcon9 comportant chacun 9 moteurs Merlin, ce qui donne 27 Moteurs de nouvelle génération à la Falcon Heavy. Même si elle est le lanceur en service le plus puissant, elle ne bat pas le record de charge utile la plus lourde emportable : ce record reste détenu par la Saturn V, qui vola pour la dernière fois en 1973 et qui pouvait envoyer 140 Tonnes en LEO ou 50 Tonnes vers la Lune. Pour rappel, elle à pu envoyer une station spatiale (SkyLab) entière en un seul lancement !

Le Pad 39A :

Le pas de tir du 1er vol de la Falcon Heavy est le Pad 39 A du Kennedy Space Center. Ce pas de tir à acceuilli la Saturn V (missions Apollo), la Navette Spatiale et devait être modifié pour le lanceur Ares V du programme Constellation arrêté en cours de route. Il est maintenant loué par SpaceX pour la Heavy car il est résistant, pratique et modifiable facilement, en plus d'être un lieu historique.

Voilà un petit historique en images !

La charge utile:

La charge utile (très controversée) était la Tesla Roadster couleur "Cherry Red" de Elon Musk lui même.

Partis à ses côtés, il y avait aussi un disque style Voyager Golden Record, c'est à dire des enregistrements de l'humanité dédiés à une hypothétique rencontre extra-terrestre.

Ce disque est fait de crystal, et il contient une copie de la "Foundation Trilogy" par Isaac Asimov. L'étage supérieur possède aussi une plaque sur laquelle sont gravés les noms de tous les employés de SpaceX !

La Tesla avait aussi un passager : "Starman". C'est un mannequin, une main sur le volant, l'autre bras accoudé sur la portière. Enfin, derniere surprise, le tableau de bord affichait "DON'T PANIC !" sur les vues caméras, référence au Guide du Voyageur Intergalactique de Douglas Adam.

Bien que cette charge utile est très controversée (et détournée humoristiquement), Elon Musk avait décidé d'envoyer la chose la plus stupide possible, afin d'éviter la destruction d'un satellite réel, ou simplement d'une masse inerte peu représentative de l'humour et de l'excentricité du dirigeant de SpaceX (on rappellera qu'il vend aussi des lances-flammes livrés avec des exctincteurs pour seulement 500$, ce que je trouve plus drôle qu'affligeant).

La charge utile est critiquable, cependant il est bon de rappeler que pour le premier vol de la capsule Dragon, il avait envoyé une meule de fromage, qui fut mangée au retour de la capsule !

Le vol de démonstration :

Quelques jours avant le lancement, SpaceX à publié ce schéma, montrant le plan de vol théorique. Le but du vol était de :

  • démontrer que la Falcon Heavy est fonctionelle et n'explose pas,
  • montrer que l'étage supérieur peut rester en phase balistique (sans allumer son moteur) pendant quelques heures (ce qui est compliqué, le carburant forme une bulle et s'évapore doucement pendant la "coast phase"),
  • analyser les forces et conditions que subiront les charges utiles,
  • tenter un double atterissage simultané de Falcon9 côte à côte, ainsi qu'un atterissage sur la barge du coeur central (qui arrive de plus vite à cause de son altitude),
  • montrer la capacité interplanétaire du lanceur.

En voilà ses évènement, commentés lors de passages importants, mais détaillés pour les passionnés ! La notation "L - xx:xx:xx" signifie "Lancement moins xxheures xxminutes xxsecondes". Les images montrent l'état du lanceur au moment décrit précédemment.

L-1 Jour à L-10 Heures Mise à la verticale de la Falcon Heavy

T-quelques heures : premières actions

L-10:00:00 Démarrage du compte à rebours, Allumage du lanceur

L-6:00:00 Premier lâcher de ballon météo

L-4:45:00 Equipe de vol "Range" à on poste

L-4:35:00 Remplissage du système de contrôle d'attitude (des réservoirs d'azote sous pression pour s'ortienter dans l'espace)

L-2:30:00 Evacuation de la zone de Décollage

L-2:30:00 Test des systèmes de libération du lanceur

L-2:25:00 Remplissage du système d'allumage (deux carburants qui s'enflamment au départ pour démarrer les turbopompes des moteurs)

L-2:00:00 Vérification des liens radio avec le lanceur

L-1:55:00 Test du débit d'informations (télémétrie, caméras, commandes...)

L-1:45:00 Blocages des routes, zone évacuée

L-1:45:00 Préparation au remplissage des réservoirs (refroidissement des tuyaux, ventilation des réservoirs)

L-1:35:00 Briefing météo

T-1:30:00 : Préparations au lancement

L-1:28:00 "Launch readiness poll" : c'est le moment cliché des lancements, le Flight Director va appeler chaque poste (guidage, communications, météo, etc) et chacun doit répondre "GO" si son poste est ok pour le lancement. En cas de "NO GO" le lancement est reporté ou annulé.

T-1:25:00 Compte à Rebours automatique (sous contrôle des ordinateurs de la salle de contrôle)

T-1:25:00 Remplissage du carburant

T-0:55:00 Vérification des surfaces de contrôle et préparation du logiciel d'atterissage

T-0:47:00 Go/No Go pour le remplissage de l'oxygène liquide (c'est un moment critique, une fois lancé il est compliqué de vider les réservoirs. C'est ce carburant, très froid, qui forme les panaches de condensation visibles sur le lanceur)

T-0:45:00 Remplissage de l'oxygène liquide

T~0:41:00 Remplissage rapide de l'Oxygène Liquide

T-0:28:00 Vérification de la surveillance de la Fusée par l'équipe "Range", l'Air Force et la Coast Guard

T-0:25:00 La Falcon Heavy passe sur ses propres batteries (le temps est variable, sur le vol de démonstration ce passage se fera plus tard que T-00:25:00)

T-0:20:00 Ralentissement du remplissage d'oxygène liquide du premier étage (retour au rythme normal) et remplissage du deuxième étage

T-0:18:00 Remplissage des réservoirs d'Hélium (pour pressuriser les réservoirs)

T~0:13:00 Le 1er étage est presque rempli de carburant et de comburant

T-0:12:45 Activation et vérification des systèmes des moteurs Merlin 1D et Merlin Vacuum

T-0:10:15 Blocage des "Grids fins" (ce sont les surfaces de contrôle aérodynamique en forme de grilles que l'on voit à l'atterissage, j'en parle un peu plus ici : Guidage de lancuer et Grid Fins.)

T-0:09:50 Derniers réglages du logiciel de vol

T-0:09:45 Préparation des systèmes d'allumages des moteurs

T-0:09:45 Allumage des transmetteurs radio du 2ème étage

T-0:09:00 Les valves des moteurs sont vérifiées et bloquées

T-0:08:00 Pressurisation des moteurs

T-0:07:35 Réglage des moteurs en position de vol

T-0:07:30 Refroidissement des moteurs (pour éviter qu'il s'auto détruise en brulant)

T-0:06:30 Vérification des conduites hydrauliques des moteurs

T-0:06:00 Les étages sont pleins de carburants, cependant ces carburants d'évaporent vite, donc le lanceur va vider régulièrement les gazs et se faire reremplir.

T-0:05:30 Toutes les valves ont étés vérifiées

T-0:05:30 Alignement des systèmes de contrôles (Centrales inertielles, gyrolasers, gyroscopes, ordinateurs de vol)

T-0:05:10 Exctinction des systèmes de chauffage interne

T-0:05:00 Pressurisation des réservoirs et du bras de retenue (qui doit se rétracter vite)

T-0:05:00 Passage du lanceur sur son electricté interne et déconnection des générateurs externes

T-0:05:00 Vérification des relais range - salle de contrôle

T-0:04:45 Test du système de contrôle de la "Vectorisation de la poussée" du deuxième étage (c'est un système pour orienter la poussée et faire pivoter l'étage 2)

T-0:04:40 Fin du remplissage de l'Hélium

T-0:04:30 Préparation des pompes

T-0:04:00 Préparation pour la libération du bras de maintien

T-0:04:00 Démarrage de la séquence de libération

T-0:03:40 Sécurisation des systèmes du pas de tir

T-0:03:25 Préparation des systèmes de destruction en vol du lanceur (au cas où...)

T-0:02:45 Valves en position de vol

T-0:02:40 Oxygène Liquide prêt pour le vol

T-0:02:30 Moteur MVac prêt pour le vol

T-0:02:25 Purge des systèmes d'allumages

T-0:02:20 Bras de maintien reculé et verouillé à 88,5degrés

T-2 Minutes : On passe aux vérifications finales !

T-0:02:00 Transfert de tous les sytèmes sur batteries et ordinateurs de vol (La fusée est presque autonome)

T-0:01:30 Validation des alignements des systèmes de vol

T-0:01:30 Refroidissement final des moteurs

T-0:01:25 Derniers rejets de gaz et dernières purges, repressurisation

T-0:01:15 Fin des refroidissements des moteurs

T-1minute, décompte final

T-0:01:00 "Flight Computer to start-up" (Ici, le lanceur est autonome, il à contrôle de tous les systèmes, du compte à rebours et il est prêt au lancement)

T-0:00:45 Directeur de Vol: "Go for Launch" (Le lancement est validé)

T-0:00:40 Tous les étages sont pressurisés

T-0:00:30 Dernier appel aux contrôleurs pour un "HOLD" du décompte

T-0:00:15 Le lanceur est configuré

T-0:00:10 Décompte Final

T-0:00:09

T-0:00:08

T-0:00:07 Innondation du pas de tir (Ce système déverse des milliers de litres d'eau sur le pad,a fin d'éviter une surchauffe mais aussi d'absorber les ondes sonores, tellement rapides qu'elles en deviennent des ondes de choc, qui ont déjà endommagé des lanceurs lors de l'allumage)

T-0:00:06

T-0:00:05 Allumage des boosters latéraux

T-00:00:04

T-0:00:03 Allumage du booster central

T-0:00:02

T-0:00:01

T-0:00:00 Libération du lanceur

T-0:00:00 DECOLLAGE

T+00:00:01 : Le lanceur s'élève

Alors que la foule applaudissait à chaque action et que plusieurs dizaines de millions de gens crient, tremblent et pleurent de joie au rythme du décompte, la Falcon Heavy s'élève rapidement au dessus de son pas de tir, en Floride.

Voilà sa timeline post décollage.

T~0:00:15 Pitch Kick & Roll Maneuver : Le lanceur va pivoter et s'incliner pour suivre sa trajectoire prévue, et réaliser un "gravity turn" (que l'on verra plus en détails plus tard)

La Heavy accélère vers le régime de vol transsonique puis supersonique. Or, l'air résiste à des corps rapides qui le traversent, et donc la structure recoit de fortes charges, dont un pic de pression dynamique que l'on appelle le "Max Q".

T+0:01:06 Maximum Dynamic Pressure, Throttle Down

Les moteurs sont ralentis pour éviter une surcharge structurelle et une destruction. De plus, le lancement fut retardé à cause de vents, qui ajoutent une contrainte structurelle.

T+0:02:00 La séparation des étages

A T+0:02:29 on assiste au "BECO - Booster Engine Cutoff" c'est à dire exctinction des moteurs des boosters latéraux ; puis à T+0:02:33 ils se séparent.

Aussitôt, alors que le reste de la fusée s'éloigne, ils se retournent afin de faire le célèbre "BoostBack Burn" classique lors de vol de Falcon 9.

T+0:02:50 Booster - Boostback Start

T+0:03:04 MECO - Core Stage Cutoff

Lors du MECO, l'étage central s'éteint, se sépare du deuxième étage qui va allumer son moteur Merlin Vacuum spécialement concu pour mieux performer dans le vide.

T+0:03:15 Mvac Ignition

T+0:03:24 Core Stage Partial Boostback

T+0:03:50 David Bowie s'invite au lancement

A T+0:03:49, la coiffe se sépare, et tous les spectateurs (en live sur YouTube dans mon cas) entendent David Bowie entamer "Life On Mars". Et alors que tous s'est enchaîné si vite, que le spectateur est encore tremblant, les caméras de SpaceX dévoilent la voiture, se déplacant au dessus de l'océan, un ironique "DON'T PANIC" à côté de Starman (qui à su faire de l'humour sur son compte Twitter, tel que "Tout tremble, il ya du bruit, il fait noir... aidez moi!").

Les atterissages

Une fois les trajectoires atteintes par les 3 étages de Falcon9 volant maintenant en même temps, il faut les ralentir, sinon la friction les fera bruler lors du retour. On assiste donc au "Re-entry burn" qui est en gros un grand coup de frein spatial.

T+0:06:41 Booster - Re-Entry Burn

T+0:06:47 Core Stage Re-Entry Burn

Sur le live de SpaceX, on distingue de plus en plus les zones d'aterrissages des 2 boosters latéraux.

Et enfin, 8 minutes après le tant attendu et historique décollage, les deux boosters approchent les landings zones, allument le moteur central, puis 2 moteurs adjoints momentanément, et finissent par atterrir avec seulement leur moteur central. T+0:07:58 Booster Landing at LZ-1 & LZ-2

Cependant, le "central core" devait aussi atterir !

A cause de sa trajectoire, il ne pouvait revenir vers la Floride et devait atterrir sur la barge autonome de SpaceX "Of Course I Still Love You".

T+0:08:19 Core Stage Landing on OCISLY

Malheuresement, le mélange qui sert à allumer les moteurs (mélange de triéthylborane et triethylaluminium), rempli au tout début du décompte, manquait légèrement. L'étage n'a pas pu allumer ses 3 moteurs mais 1 seul, il à touché l'eau à 100m de la barge et à presque 500km/h.

On entend à T+0:08:20 sur le live un contrôleur de vol dire "We lost the central core", et en vidéo on n'avait qu'une image figée du drone couvert de fumée...

De plus, en regardant en replay le live, à vitesse 0,25, en zoomant sur les écrans de la salle de contrôle derrière les commentateurs, on peut voir une flamme passer à côté du drone puis cette fumée épaisse.

Voilà une image de ce qui était attendu comme atterissage.

Aussi, la récupération de la coiffe était prévue, plus de détails sur cette procédure ici : Détails sur la récuperation de coiffes..

La coiffe coûte extrêmement cher, elle doit être solide, aérodynamique, bien fonctionelle... Afin de la faire atterrir SUR le filet du bateau prévu à cet effet, elle à des petits moteurs RCS et un parachute, qui l'aident pour la guider et la récupérer.

La récupération de cette coiffe à été un échec cependant.

"It's a Starman waiting in the sky..." - David Bowie

Alors que à T+0:08:31 on assiste au "Second Stage Shutdown", commence une phase balistique (sans propulsion, sur inertie) durant 20mn. On a ensuite a T+0:28:22 le Second Stage Re-Start et 30secondes plus tard le SECP-2 - Second Stage Shutdown.

Pendant 6 heures, l'étage va orbiter la Terre, offrant un live magnifique des caméras de StarMan, qui servit de support pour tous les spectateurs pour parler de leur ressenti ou de leur admiration.

Ces 6 heures sont obligatoires pour prouver que l'étage est apte aux vols de longue durée : en 6 heures, le carburant forme des sphères et n'est plus accessible directement aux pompes, il peut s'évaporer, un pièce peut surchauffer, etc... Une fois qualifié il permettra de lancer des satellites ou sondes sur des orbites héliocentriques ou juste avec une apogée à élever au bout de quelques temps.

Enfin, au bout de 6H, le Merlin Vacuum s'allume pour effectuer la "Earth Departure Maneuver" qui envoie la Tesla jusqu'à la ceinture d'astéroides.

La dernière image que l'on aura de la Tesla et de Starman est la suivante, on ne peut que lui souhaiter bon vol !

Afin de calmer les ardeurs des défenseurs de l'espace sans débris, chaque compagnie envoie des masses de test sans intêret aux vols de démonstration. De plus la Tesla sera détruite par les rayons du soleil (le soleil influe beaucoup sur le carbone, et la voiture est majoritairement faite en fibre de ce matériau) et par les astéroides.

Conclusion

Ce lancement est un pas dans l'histoire de la science et de l'exploration spatiale.

Ce lanceur est innovant, puissant, peu couteux au niveau du prix de l'envoi d'une tonne en orbite, il est assez beau et la communication de SpaceX l'a bien mis en valeur.

Cependant, il ne faut pas oublier que c'est un succès partiel : pas de récupération du booster central ni de la coiffe, l'orbite visée à été dépassée (ce qui est dangereux pour des vraies missions !)...

Cela reste un lancement historique et magifique, et un grand bravo au personnel de SpaceX !

Merci,
Niels.

Sources : NASA, SpaceX, Spaceflight now, Spaceflight101, Twitter: @SpaceX @ElonMusk, Youtube : SpaceX "Falcon Heavy Test Flight replay" et "Live views of Starman"

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