Rocket Lab Electron, ou le pari d’un lanceur léger

Introduction

De notre temps, la technologie évolue, et même rapidement. Les progrès sont monnaie courante et on arrive à miniaturiser de plus en plus des composants au fil des ans.

Pour les technologies spatiales, c'est pareil. Ce qui pesait plusieurs kilogrammes il y a trente ans pèse bien moins à l'heure actuelle. Qui dit réduction du poids de la charge utile à mettre en orbite, dit poids moindre occupé dans le lanceur et donc capacités du lanceur non exploitées pour le même prix. Ce n'est donc pas intéressant pour des satellites légers ou des cube-sat d'utiliser de gros lanceurs. Heureusement, il y a plusieurs solutions pour les sociétés voulant mettre en orbite leur(s) petit(s) satellite(s) : la première est de partager le lanceur avec un autre client. Mais souvent dans ces cas-là, si votre charge utile est légère, vous n'aurez pas la priorité et vous devrez peut être attendre longtemps avant qu'une société soit d'accord pour partager son lanceur avec vous. L'avantage est que le coût est réduit mais néanmoins vous serez face à des délais souvent longs avant de trouver votre place. L'autre solution est donc de faire un tour du côté des lanceurs légers. Et c'est donc d'un lanceur (très) léger qui en a fait le pari dont nous allons maintenant parler après cette introduction.

Les lanceurs pour nanosatellites

Dans ce domaine, on retrouve évidemment la société Rocket Lab, avec sa fusée Electron. On peut citer également du côté des entreprises privées Virgin Orbit, avec son LauncherOne, et Vector Space Systems, papa de la Vector-R. Seulement, parmi ces trois ci, Rocket Lab est le seul à avoir un lanceur fonctionnel.

Ce secteur est à même de se développer dans les prochaines années : de plus en plus de monde s'y intéresse. On peut par exemple citer le récent succès du lanceur Japonais SS-520, actuellement le lanceur avec la plus petite capacité de charge orbitale.

La société Rocket Lab

Cette société néo-zélandaise, qui a créé le lanceur dont nous parlons aujourd'hui, a été fondée en 2006 par l'ingénieur Peter Beck, toujours à la tête de son entreprise à l'heure actuelle. Elle fabriquait à la base des fusées-sondes suborbitales, comme par exemple la Ātea-1, capable de monter à une altitude de 120 km, avec une charge utile de maximum 2kg. Bien que d'origine néo-zélandaise, son siège social se trouve en Californie pour attirer plus de clients. En 2016, elle ne comptait seulement que 100 employés. Elle possède aujourd'hui de bonnes relations et un gros contrat avec la NASA dans le but de lancer des cube-sat d'ici peu.

Caractéristiques générales du lanceur Electron

Revenons donc au sujet principal : le lanceur Electron. C'est un lanceur très léger, d'une masse de 12,5 tonnes, d'un diamètre d'1,2 mètre et d'une hauteur de 17 mètres. Du fait de sa composition, une coque en composite à base de fibres de carbone, il a un aspect extérieur noir, peu courant pour une fusée. Normalement, celles-ci sont peintes en blanc pour limiter le réchauffement des ergols mais, du fait de sa petite taille, elle n'en a pas besoin. Son coût est estimé à environ 5 millions de dollars pour un lancement privatisé. À savoir qu'il est tout à fait possible de partager un tir avec un autre client.

Et pour la propulsion?

Comme SpaceX, Rocket Lab a entrepris d'utiliser la même architecture de moteurs pour le premier ET le second étage. Ce système permet de réduire les coûts de développement et de production de ceux-ci et ainsi avoir un prix plus compétitif. Revenons en aux moteurs : ce sont des moteurs Rutherford, avec une poussée unitaire de 18 kN. La version optimisée pour le vide spatial quant à elle a une poussée de 22 kN. Ils sont 9 pour le premier étage, disposés en un cercle de huit avec un neuvième au centre. Son impulsion spécifique au niveau de la mer est de 311 secondes, contre 343 dans le vide. Ceux-ci sont alimentés par des ergols semi-cryogéniques : de l'oxygène liquide et du RP-1, un carburant liquide dérivé du kérosène.

Le Rutherford est un moteur très innovant. En effet, il est hybride. Hybride, vous dites ? Et oui, ce n'est pas votre vue qui vous joue des tours mais bel et bien la réalité. Son alimentation en ergols s'effectue par une turbopompe électrique, et non à brûleur de gaz. C'est un des seuls à utiliser cette méthode, qui augmente l'efficacité de la pompe de 45%. Aussi, pour faciliter sa production et réduire le nombre de pièces potentiellement défectueuses, il est imprimé en 3D en seulement 24h.

Bases de lancement

Rocket Lab possède actuellement un seul centre de lancement : Mahia, en Nouvelle-Zélande. Du fait de son positionnement particulier, il sera théoriquement possible d'effectuer un tir tous les 3 jours, soit 120 par an ! Reste à voir la faisabilité de la chose (cadence jamais vue jusqu'alors).

Actuellement, Rocket Lab négocie avec la NASA et le gouvernement américain pour avoir les droits d'utiliser les infrastructures de Cape Canaveral (Floride) et du Pacific Spaceport Complex (Alaska) afin de placer des satellites sur orbite polaire, etc.

Déroulement d'un lancement (exemple du vol du 21/01/18)

Nous allons voir ensemble la timeline du vol Still Testing. Durant celui-ci, l'Electron embarquait à son bord deux satellites Lemur-2 pour le compte de Spire, un cube-sat Dove Pioneer et la très controversée Humanity Star. Tentons maintenant de comprendre le déroulement standard d'un vol d'Electron. Si vous voulez regarder le lancement, la vidéo de Rocket Lab est juste ici :

Début des préparatifs!

T-07:30:00 : l'Electron, vide de carburant, commence à s'élever sur son pas de tir, de l'horizontale à la verticale.

T-06:45:00 : remplissage du second étage en RP-1. C'est un des deux carburants qui sont utilisés sur ce lanceur

T-06:00:00 : le véhicule est désormais à la verticale

T-05:59:00 : début de la procédure de vérification de la charge utile et du lanceur. Cette phase dure jusqu'à la dernière seconde avant le départ

T-03:00:00 : remplissage du premier étage en RP-1. Cette phase dure 50 minutes

T-02:00:00 : première demande du centre de contrôle pour savoir s'il faut stopper les opérations ou non

T-01:59:00 : début du remplissage du premier étage en oxygène liquide

T-01:59:00 toujours : le pad de lancement est désormais interdit au personnel

T-00:45:00 : vérification des potentiels dangers auxquels le lanceur pourrait être exposé

T-00:20:00 : procédure classique du go/no go. Pendant cette phase, le DDO (directeur de vol) appelle toutes les équipes pour savoir si le paramètre en question est nominal

T-00:17:00 : début du venting de l'Electron : le venting est le moment où on purge les ergols (le carburant) qui se sont vaporisés pour permettre le remplissage optimal du lanceur en oxygène liquide

T-00:15:00 : deuxième demande de stop des opérations ou non

Derniers instants avant le décollage

T-00:03:00 : début de la séquence automatique du compte à rebours. Celui-ci peut être interrompu à tout moment si l'équipe constate un problème sur la fusée

T-00:02:00 : le lanceur est désormais sur batterie et n'est plus alimenté électriquement par un câble

T-00:00:40 : le pas de tir est inondé de centaines de litres d'eau afin de limiter l'impact sur le lanceur des ondes sonores que les moteurs créent, ce qui risquerait de l'abîmer ou d'abîmer sa charge utile

T-00:00:10 : décompte final: tout le monde croise les doigts pour le bon déroulement du lancement

T-00:00:02 : allumage des neuf moteurs Rutherford du premier étage

T-00:00:00 : décollage!

T+00:00:01 : la fusée entame son vol

T+00:00:30 : Pitch Kick and Roll Maneuver. À cet instant, le lanceur se penche dans la direction souhaitée pour contrer les effets de la gravité (c'est un Gravity Turn)

T+00:01:20 : zone de Max-Q atteinte. Le lanceur subit à ce moment précis les plus fortes contraintes aérodynamiques. Le régime des moteurs est normalement réduit pour éviter de causer des dommages au lanceur ou bien à la charge utile

T+00:02:30 : extinction des neuf moteurs Rutherford du premier étage

T+00:02:34 : séparation du premier étage

T+00:02:36 : allumage du moteur du second étage afin de prendre de l'altitude et d'entamer la circularisation de l'orbite

T+00:03:04 : séparation de la coiffe. À cette altitude, elle ne sert plus à rien car il ne reste que peu d'oxygène pour freiner le lanceur. La coiffe va désormais retomber sur Terre au niveau du Pacifique

T+00:08:14 : extinction du propulseur du second étage après avoir atteint l'apogée de l'orbite

T+00:08:31 : séparation des deux nanosatellites Lemur-2 de la société Spire, qui sont désormais placés sur leur orbite finale.

Avenir du lanceur

L'Electron a encore de beaux jours devant elle. Et pour cause : elle n'est que récemment opérationnelle. Rocket Lab a déjà signé des contrats avec des agences spatiales comme la NASA pour lancer des cube-sat en orbites basse et polaire. Aussi, ils continuent à développer leur moteur Rutherford, le lanceur en lui-même et développent des solutions pour la charge utile comme le moteur Curie, servant aux réglages d'orbites. Nous souhaitons donc un avenir radieux au bijou de Rocket Lab!

Merci d'avoir lu cet article,

Arnaud

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