|Écrit de Louis Viratelle. Avec la participation de Bogdan Geambasu.
Édition Alexandre Pierrat.
Publié le 18 avril 2021.
|Écrit de Louis Viratelle. Édition Alexandre Pierrat.
Avec la participation de Bogdan Geambasu.
Publié le 18 avril 2021.
Lorsque Ariane établissait la configuration du lanceur Ariane 6, celui qui le précédait montrait une très belle victoire pour le projet européen. Ariane 5, dont le premier vol remonte à 1997, été un lanceur adapté aux besoins de mise en orbite, avec une concurrence qui n’a pas su faire le poids durant de nombreuses années.
Malgré les moyens réduits que possédait le projet spatial européen, Ariane 5 s’est démarqué en étant construit à l’aide d’une organisation industrielle suffisamment élaborée et opérationnelle pour répondre à un nombre de commande important.
En outre, la conception d’Ariane 5 est depuis toujours un modèle de fiabilité. Le nombre d’accidents et d’anomalies est toujours resté particulièrement bas face à la concurrence, une garantie qui n’a pas de prix pour les clients, et qui a permis de maintenir depuis toujours la réputation de ces lanceurs.
Les satellites géostationnaires sont situés sur des orbites leur permettant de décrire une révolution toutes les 24 heures. Autrement dit, ces satellites évoluent à la même vitesse que le mouvement de rotation de la Terre. Cela leur garanti de rester au-dessus d’un point parfaitement immobile sur Terre.
Les satellites spécialisés dans la météorologie utilisent notamment ces orbites : c’est entre autres le cas des satellites Meteosat, GOES, GMS ou bien encore INSAT. D’autres satellites tels que ceux de télécommunications sur lesquels pointent les paraboles des télévisions sont également en orbite géostationnaire. Cela explique d’ailleurs la fixité de ces antennes et la continuité du signal reçu.
Lors de la montée en puissance des lanceurs Ariane 5, l’industrie du spatial lançait beaucoup de satellites géostationnaires : ces derniers répondaient à un large éventail de besoins, et le groupe Ariane a profité de l’expansion de cette industrie pour enchaîner les contrats avec son lanceur phare.
Dans le même temps, Ariane 5 sera un lanceur qui aura su évoluer tout en gardant ses qualités et son nom.
La charge utile qu’il peut lancer en orbite de transfert géostationnaire (GTO) est passée de 6,1 tonnes à 10,7 tonnes. Ariane est donc arrivé à établir une stratégie modulaire, pouvant s’adapter au marché des gros satellites.
Ariane 5 a également muté en étant en mesure de lancer via un même vol deux satellites volumineux, via son système SYLDA (Système Lancement Double Ariane 5).
Avec ces différentes innovations, le groupe détiendra pendant plusieurs années le quasi-monopole des lancements. C’est ainsi que le projet de lanceurs européens est resté plus que robuste face à la concurrence durant de nombreuses années, aucun signe de faiblesse ne semblait être visible.
Mais la période de prospérité d’Ariane est désormais révolue depuis quelques temps et malgré la volonté de concrétiser Ariane 6, ses jours semblent déjà comptés.
Depuis quelques années, de nouveaux acteurs notamment américains mais aussi chinois s’invitent dans la course du spatial. La restructuration du modèle de la NASA, qui délègue désormais beaucoup plus à des acteurs privés tel que SpaceX, accroit d’autant plus la compétitivité et la concurrence.
Ainsi divers acteurs rentrent directement en compétition pour développer de nouvelles technologies spatiales. Nous pouvons prendre l’exemple récent de la mise en service des vaisseaux Crew Dragon de SpaceX pour rejoindre l’ISS, en compétition avec l’équivalent de Boeing, le CST-100 Starliner.
Mais si l’une de ces impressionnantes ascensions de ces acteurs devait être retenu, il s’agirait bien de SpaceX.
L’entreprise fondée par Elon Musk s’est forgée une forte réputation, malgré des débuts plus qu’incertains. Depuis toujours, l’entrepreneur milliardaire Musk a misé sur une stratégie inverse à celles des entités historiques du spatial.
Le pari de la fusée réutilisable semblait lors de son annonce être une idée folle, et beaucoup étaient convaincu que SpaceX faisait une erreur en se fixant des ambitions si hautes et éloignées des réalités du marché de l’astronautique.
Pour autant, l’entreprise a gardé son cap, et semble être aujourd’hui l’un des acteurs les plus capables d’ambitionner des projets fous : après des années de conception, de tests et d’ajustements, SpaceX est arrivé à établir des lanceurs réutilisables, et est devenu un concurrent redoutable, par exemple pour ArianeGroup.
L’entreprise d’Elon Musk n’attend pas d’établir des modèles de projet théoriques très avancés pour planifier des tests grandeurs natures. C’est ainsi qu’ils ont développé leurs fusées réutilisables actuelles.
Pour leurs ambitions futures, SpaceX n’est pas en reste : l’exemple le plus marquant concerne son futur (très) gros lanceur Starship.
Alors que le projet ne devrait pas aboutir avant plusieurs années, plus d’une dizaine de prototypes d’une partie du lanceur ont déjà vu le jour, afin de procéder à des tests plus qu’expérimentaux. L’entreprise de Musk a mis en place une véritable production à la chaîne de prototypes.
SpaceX s’appuie sur les échecs parfaitement assumés de ses prototypes pour avancer encore plus rapidement dans ses projets. Chaque lancé, chaque explosion permet de récolter de nombreuses données de vol et de constater les faiblesses (des fois assez grandioses) des prototypes en question : un problème de pressurisation, un moteur qui ne se rallume pas, une anomalie structurelle de certaines pièces, etc…
En quelques semaines, des modifications sont alors établis sur les prototypes suivants, juste avant de les lancer. Ainsi le nombre de prototypage que nécessitera chacun des projets n’est absolument pas connu. Ces expérimentations matérielles font partie de la culture de l’entreprise, alors même que nous avons aujourd’hui une puissance de calcul et de simulation logicielle qui permettrait justement de minimiser ces dégâts physiques et ces tests assez aléatoires.
Encore plus passionnant, SpaceX n’hésite surtout pas à communiquer sur chacun de ses essais grandeur réelle qui se terminent très souvent en explosion, quitte à provoquer des réactions médiatiques qui pourraient sembler ne pas être très bénéfiques à l’image de l’entreprise.
Une telle stratégie n’est pas courante, notamment pour Ariane, où les essais grandeurs réels ne sont concrétisés que lorsqu’un modèle avancé du projet est établi et que les simulations logicielles ne sont plus suffisantes pour connaître les capacités réelles des lanceurs. Une anomalie lors d’essais sur le terrain peut alors coûter cher à l’entreprise, car elle signifie souvent des délais et un budget supplémentaire et imprévu à allouer au projet en question.
Falcon 9 | Overview – SpaceX
Mais la stratégie SpaceX, qui s’avère plutôt agressive pour avancer très rapidement des projets très ambitieux fait du mal à ArianeGroup, qui semble aujourd’hui accumuler plus d’une décennie de retard technologique face aux dernières prouesses américaines.
Alors qu’Ariane 6 ne devrait pas être une réalité avant 2022 (pour ne rien arranger, la crise sanitaire provoque des retards conséquents), sa configuration ne prévoit aucune réutilisation des pièces.
Les lanceurs réutilisables ont pourtant fait la réputation de SpaceX. Les différentes parties du lanceur Ariane 6 sont conçues pour se désintégrer dans l’atmosphère après usage, comme pour les précédents modèles.
Pour autant, le principal objectif d’Ariane avec son dernier né est d’abaisser les coûts de l’ordre de 50% pour mettre en orbite une certaine masse de satellite, comme nous avions pu le voir dans cet ArTech.
Pour cela l’entreprise mise sur une conception reprenant les acquis (et la fiabilité) d’Ariane 5, avec de nombreuses optimisations, notamment sur les chaînes de production et d’assemblage.
Limiter les coûts de conception et moderniser les usines de construction sont donc les deux grands axes qui permettront de réduire le prix d’un lancement.
A l’heure actuelle, difficile d’être certain qu’Ariane arrivera à signer beaucoup de contrat avec les entreprises de satellites face à SpaceX, qui est aujourd’hui capable de réutiliser jusqu’à une dizaine de fois certaines parties de ses lanceurs après quelques travaux d’entretien sur les morceaux revenu au sol.
Ces lanceurs réutilisables permettent donc un coût matériel très réduit, ce qui explique en grande partie le succès de l’entreprise qui est arrivée à diviser le prix d’un lancement en orbite pour une même masse. La simplicité des conceptions SpaceX face à Ariane leur est aussi un avantage sur le plan financier.
Enfin il s’avère que les fusées américaines gagnent en fiabilité à mesure que les lancements à succès s’enchainent depuis quelques années, et ne laissent que très peu de place aux échecs et anomalies critiques.
SpaceX est l’une des seules entreprises qui est arrivée à bousculer profondément l’industrie des lanceurs, et beaucoup s’accordent à dire qu’il s’agit de la seule entreprise qui est arrivée à marquer une rupture technologique depuis les modèles de fusée R-7 Semiorka qui ont lancé le premier satellite dans l’espace nommé Spoutnik.
Outre l’arrivée de SpaceX qui emploi des techniques très inhabituelles pour se développer, les lanceurs Ariane sont confrontés à une autre réalité : le marché des satellites à énormément évolué en quelques années.
Alors que le succès d’Ariane repose grandement sur la mise en orbite de satellites géostationnaires, ce marché s’est très rapidement fracturé. Ces derniers temps, le nombre de projets de mise en orbite de satellites géostationnaires n’a cessé de diminuer.
Les commandes de lancement sur ces orbites sont passées d’une moyenne de 20 à 25 par an durant la décennie 2000 – 2010, à une valeur comprise entre 7 et 9 entre 2017 et 2019.
Globalement la plupart des acteurs produisant des satellites ont largement réduit leur demande de lancement sur ces orbites. Dans le même temps, le marché de l’orbite basse progresse rapidement et les satellites sont considérés comme étant de plus en plus fiables et deviennent de plus en plus légers.
Divers projets de constellation de satellites sont en cours de réalisation tel que ceux de OneWeb ou encore Starlink. Ce dernier reste aujourd’hui le projet le plus avancé, et repose largement sur l’entreprise… SpaceX !
Starlink est à l’initiative d’Elon Musk, qui monopolise uniquement les lanceurs SpaceX pour établir la constellation de son entreprise télécom.
Les liens tissés entre les projets de Musk permettent à SpaceX d’enchainer les lancements à une cadence très élevée, en très grande partie pour concrétiser la constellation en orbite basse de satellites Starlink : 4 lancements ont été réalisés durant le mois de mars 2021 uniquement pour ces satellites de télécommunication, un record.
Ces lancements utilisent en très grande partie les étages revenus sur terre des lanceurs Falcon 9, afin de réduire les coûts, mais également pour prouver la fiabilité des modèles réutilisables même après plusieurs usages. Cela permet à SpaceX de roder ses infrastructures, d’abaisser ses coûts et de laisser le premier usage de ses lanceurs considéré comme plus fiable à des clients externes aux projets reliés à Musk.
Les constellations de satellites représentent un marché intéressant mais encore incertain : les orbites basses ne sont pas celles que visaient prioritairement ArianeGroup. Ariane 6 devrait rectifier le tir, en étant en mesure d’acheminer des satellites sur diverses orbites, à l’aide de moteurs capables de se ré-allumer jusqu’à trois reprises.
Cette utilisation est adaptée pour les constellations : chaque lancement achemine une multitude de satellites, qui sont lâchés par grappe sur des orbites différentes. L’idée est de démultiplier le nombre de satellites pour obtenir une constellation avec une certaine distance régulière entre chaque satellite, afin d’être en mesure de propager des ondes sur l’ensemble de la Terre.
Déploiement d’une grappe de satellites Starlink – SpaceX
Mais si ces projets de constellation semblent être une aubaine pour Ariane, la viabilité de leur modèle économique est encore incertaine.
Le marché visé est très large, il s’agit d’apporter un signal Internet avec un débit de plusieurs dizaines voire centaines de mégabits par seconde à l’aide d’antennes paraboliques comme pour la télévision par satellite.
Cette technique permet de limiter le coût des infrastructures au sol : plus besoin de déployer des câbles et prises cuivrés ou optiques, ni même d’utiliser des réseaux cellulaires. Or à terme, les marchés visés sont avant tout les pays en voie de développement, là où les infrastructures terrestres pour Internet sont mal déployées.
La cible du marché est donc très large, on parle de pouvoir relier potentiellement la moitié de la population terrestre à Internet, même si pour le moment le prix d’un abonnement à Starlink s’élève à 100 dollars par mois, du moins pendant la phase de test actuelle.
Difficile donc de s’adresser aujourd’hui à une population avec peu de moyens financiers, ni même à la plupart des personnes vivant dans les pays développés et qui peuvent profiter pour une majorité de cas et pour bien moins cher, de connexions correctes via l’ADSL, la fibre et les réseaux cellulaires.
Pour autant, si un acteur comme Starlink arrive à terme à bâtir un réseau viable et de moins en moins onéreux à entretenir, il ouvrira surement la porte à d’autres acteurs qui chercheront très certainement des lanceurs adaptés à leur besoin, d’où l’importance pour Ariane de ne pas négliger ce marché même s’il demeure aujourd’hui incertain.
La question de la souveraineté européenne pour les constellations est déjà évoquée, et difficile d’imaginer que certains pays du continent asiatique (pour ne pas citer la Chine) resteront les bras croisés, sans développer leur propre alternative qui nécessitera des lanceurs.
Ces constellations seraient un moyen d’assurer une cadence de lancement très régulière : le nombre de satellites dans les constellations se chiffrant en millier, il faudra assurer un remplacement assez fréquent des unités en fin de vie ou défectueuses.
Mais outre les constellations, Ariane a pu tout de même rebondir plus récemment grâce à d’autre type de contrat : le marché du spatial est très imprévisible et l’expertise des lanceurs européens reste tout de même crédible. Récemment, plusieurs contrats ont été établis pour lancer des satellites avec les lanceurs Ariane, au-delà des orbites basses.
Pour autant, l’Europe doit viser plus loin, et Ariane 6 va très surement jouer le rôle de lanceur de transition, contrairement à Ariane 5 qui est resté pendant des décennies une référence.
Ariane 6 fait un pari, celui de ne pas miser sur le réutilisable, du moins pour le moment. La raison de ce choix est avant tout technique et lié au calendrier de développement.
ArianeGroup et les acteurs européens qui participent au projet n’ont pas les moyens techniques pour établir très rapidement un lanceur réutilisable.
Le groupe européen souhaite « profiter » de ce constat pour faire valoir les forces des lanceurs à usage unique : il n’y a pas besoin d’embarquer des ergols pour le retour sur terre, donc de la place est libérée et de la masse est économisée.
C’est à ce niveau qu’ArianeGroup espère entre autres optimiser son projet pour embarquer soit plus de charge utile, soit pour réduire le coût des lancements.
Pour autant, ce raisonnement a ses limites vu que le lanceur Falcon 9 de SpaceX peut emporter une masse beaucoup plus grande en GTO, tout en étant réutilisable et moins cher qu’une Ariane 62.
L’Europe semble mesurer la réussite de SpaceX et souhaite développer de futurs projets en s’inspirant des avancées de l’américain.
Ainsi le premier vol de la future fusée Vega-C devrait avoir lieu en 2021.
Vega-C succède au modèle Vega premier du nom. Ce type de lanceur est spécialisé dans les lancements sur les orbites basses. Le gabarit réduit et les caractéristiques de Vega-C lui permettront de lancer à des coûts réduits, notamment grâce à l’utilisation de propulseur à propergol solide P-120C comme premier étage. Ariane 6 utilisera également cette partie, mais comme propulseur d’appoint (une manière d’alléger drastiquement les coûts de développement de ce propulseur).
Vega-C doublera ses capacités de poussée, également grâce à l’utilisation de ce nouveau propulseur. Il s’agit donc d’un lanceur léger, adapté à la mise en orbite de plusieurs petits satellites comme ceux des constellations, ou alors à un seul gros satellite, la capacité de la charge utile ne pouvant dépasser 2,5 tonnes.
Représentation du lanceur Vega-E – ESA
Dans le même style mais pas avant 2025 si le projet est maintenu, Vega-E serait également un lanceur léger, spécialisé pour le marché des petits satellites. Sa conception modernisée reposera sur une nouvelle motorisation.
Un autre projet sous l’acronyme « Callisto » (Cooperative Action Leading to Launcher Innovation in Stage Toss-back Operations) devrait aboutir en 2022. Ce projet est le résultat de l’association des agences spatiales de trois pays, la France, l’Allemagne et le Japon.
Ces trois associés collaborent pour apporter chacun leur domaine d’expertise (comme la partie informatique pour le retour sur terre d’un étage pour la France, les gouvernes aérodynamiques pour l’Allemagne ou bien encore le moteur à oxygène / hydrogène pour le Japon) à l’élaboration du lanceur réutilisable et expérimental nommé Callisto.
Ce lanceur n’est dans les faits qu’un ensemble de prototypes visant à maîtriser la conception d’un lanceur réutilisable, et notamment les phases consistant à revenir sur Terre et à atterrir en totale autonomie (de préférence sans se renverser et exploser !).
Mais le projet de lanceur Européen le plus ambitieux est Themis : il s’agirait d’un lanceur polyvalent, automatisé, ré-allumable, dont le premier étage pourrait servir à plusieurs reprises (d’où l’intérêt des travaux avec Callisto).
Themis sera largement basé sur les travaux de Callisto : il s’agira de reprendre les plans de conception de Callisto, pour concrétiser Themis, un modèle de lanceur « agrandit ». Sa taille serait de 30m (contre 63 pour Ariane 6).
Il s’agit là aussi d’une collaboration, entre ArianeGroup, Airbus, Safran ainsi que le CNES et l’agence spatiale allemande. Les premiers essais sont prévus en 2021 en France pour un premier décollage en 2022 et une mise en service finale en 2030.
Themis est l’espoir de posséder un lanceur européen réutilisable, bien que les délais avant l’établissement de la fusée restent importants, notamment face à SpaceX qui semble aujourd’hui tout miser sur son énorme lanceur réutilisable Starship, dont le but est clairement d’amener l’Homme sur la Lune, puis sur Mars.
La NASA a même choisi de retenir uniquement la jeune pousse américaine pour revenir sur la Lune. Son lanceur Starship devrait être le module habité pour atterrir sur la Lune et y décoller. Ainsi un budget de 2,89 milliards de dollars pour élaborer Starship a été alloué à l’entreprise le 16 avril dernier pour concrétiser son lanceur. La NASA collaborera également sur le plan technique pour y appliquer la rigueur et les exigences nécessaires à un projet si ambitieux.
A la même échelle de temps, l’Europe mise quant à elle sur de plus petits lanceurs pour se rapprocher des besoins du marché, mais ne mène pas pour autant les avancés en marchant dans les pas de l’entreprise de Musk.
A terme, l’Europe pense déjà à des projets pour le moment très théoriques, tel qu’Ariane Next, qui remplacerait ou ferait évoluer le lanceur Ariane 6 vers un modèle réutilisable se basant sur les acquis européens.
Ariane Ultimate est quant à lui une vision à l’horizon 2040, qui envisagerait le développement d’un équivalent Européen à Starship, (avec plus d’une décennie de retard sur SpaceX…). Il s’agirait d’un lanceur d’un seul étage, entièrement réutilisable et pouvant accueillir de très grosses charges utiles.