Note de l'éditeur: ce post invité a été écrit par Lukas Davia & Marijn Achternaam.
En tapant "fusées réutilisables" dans un moteur de recherche, vous ne pouvez pas vous empêcher d'être attiré par l'attrait des liens liés à SpaceX qui remplissent l'écran. La raison en est compréhensible: avec la mort de la navette spatiale et le manque de planification claire pour l'avenir par la plupart des anciens joueurs dans le domaine des vols spatiaux, le plan simple et à court terme de SpaceX et les tests en vol précédents en font le favori de tous pour réduire considérablement les coûts de orbite avec des roquettes qui rentrent chez elles - prêtes à être réutilisées.
Et avec le lancement prochain de la 14e fusée Falcon 9 de SpaceX le 6 janvier transportant Dragon vers l'ISS, le potentiel de véritable réutilisation des fusées est certainement à portée de main pour la première fois depuis près de 90 ans depuis que Goddard a lancé la première fusée à propulsion liquide au monde à partir de Massachusetts en 1926. Pourtant, le moment est plus important que jamais de tempérer nos espérances folles quant à la possibilité de fusées qui se replient sur la rampe de lancement. Bien qu'une révolution des fusées soit parmi nous, il s'agit d'un processus itératif en plusieurs étapes qui transcende n'importe quelle mission - et nous ne devrions pas nous attendre à voir une réutilisation régulière semblable à une compagnie aérienne et des baisses de coûts importantes de sitôt.
Il convient de noter qu'Elon Musk, malgré toutes ses réalisations incroyables, n'a jamais fixé de calendrier précis et rapide quant à la disponibilité d'une fusée bon marché et accessible, sans parler d'un prix solide. Pourquoi? Tout simplement parce que nous entrons dans un territoire qui reste inconnu.
Le seul lanceur de l'histoire à avoir jamais volé plusieurs fois après avoir atteint l'orbite était la navette spatiale. Malgré la réutilisation de loin de la partie la plus chère de toute fusée - les moteurs et les systèmes associés - la navette a coûté au moins 450 millions de dollars pour être lancée selon la NASA, avec une charge utile relativement faible de 24 tonnes pour l'orbite terrestre basse, soit près de 19000 $ par kilogramme . Y compris les coûts de développement, additionnés et divisés par vol, le prix de lancement peut atteindre en moyenne 1,5 milliard de dollars, soit trois fois le montant indiqué par la NASA. Ce qui était censé réduire considérablement le coût par kilogramme de levage de la cargaison en orbite a fini par être l'un des lanceurs les plus chers de l'histoire de l'humanité. Pourquoi est-ce devenu si cher?
La conception de la navette spatiale est le résultat d'un mariage entre la NASA, l'Air Force et d'autres partenaires. Chacun voulait ses propres spécifications de conception, ce qui a fini par produire un véhicule maniable sans but bien défini, et il est devenu le «fourre-tout» de l'industrie spatiale. Principalement, c'est que la quantité de maintenance requise après chaque mission a été largement sous-estimée par la NASA. Après chaque vol, l'ensemble du véhicule a dû être essentiellement reconstruit: tuiles remplacées, moteurs inspectés, boosters remis à neuf. En particulier, le trio de moteurs principaux RS-25 a dû être démonté et vérifié pour tout défaut possible pouvant provoquer une panne, et lorsque les choses se sont brisées, il n'y avait pas de ligne d'alimentation saine qui pouvait les remplacer facilement, provoquant la le coût des pièces détachées à monter en flèche, et le maintien d'une main-d'œuvre prête et capable de rénover la navette est rapidement devenu un gouffre financier que la NASA n'a jamais été en mesure de récupérer.
SpaceX n'est pas la NASA cependant. Ils ont introduit une approche de développement plus agile et réactive pour leurs produits, qui a connu un succès retentissant. Ils ont également des années de projets antérieurs (provenant de sources multiples) pour apprendre de ce que la NASA n’avait pas. Cependant, ce ne sont pas des problèmes qui peuvent être simplement évités. Ce sont plutôt des questions fondamentales qui doivent être abordées: il n'y a pas d'échappatoire aux limites de la physique.
Un thème commun des déclarations de Musk est l'aspiration audacieuse à révolutionner le modèle «à usage unique et à jeter» qui a dominé l'industrie des fusées depuis le début, en la transformant en quelque chose de plus étroitement lié à un modèle de compagnie aérienne basée sur les services. C'est une grosse tâche, même selon les normes d'Iron Man.
De nombreux fans montrent une sous-appréciation des barrières à l'entrée. En fait, dans une récente enquête menée sur la communauté des fans de SpaceX sur Reddit.com, lorsqu'on lui a demandé de faire une supposition éclairée sur le prix du lancement d'une fusée Falcon 9 dans 5 ans, une partie importante des près de 600 répondants a sélectionné une valeur moins de 20 000 000 $. Certains ont même sélectionné des prix inférieurs à 10 000 000 $. Bien que COO de SpaceX, Gwynne Shotwell a mentionné en passant que les lancements réutilisables de Falcon 9 pourraient éventuellement coûter 5 à 7 millions de dollars, ce qui est probablement loin dans le futur, bien au-delà de l'aube des fusées réutilisables. Pour une certaine perspective, il y a cinq ans en 2010, SpaceX a lancé deux fusées Falcon 9. L'année dernière, ils en ont lancé six, et soudain, d'ici 2020, le coût d'un lancement standard de Falcon 9 sera trois fois moins cher? D'où vient cette accélération supplémentaire du développement? Cela vient peut-être de l'esprit de certains fans un peu trop optimistes.
En fait, quelque chose d'aussi basique que la maintenance à long terme du moteur est encore relativement inconnu. Auparavant, SpaceX a précisé que chaque moteur a une durée de vie d'environ 40 tirs, et un observateur occasionnel supposerait que cela donne un moteur pouvant être utilisé dans 40 missions. Cependant, avec trois incendies d'essai de moteur avant chaque lancement, le lancement lui-même et les trois brûlures nécessaires pour terminer le processus de rentrée et de réatterrissage, le moteur central doit en fait tirer 7 fois pour terminer une mission, et avec neuf moteurs à chaque étage inférieur - même avec la plupart ne tirant que quelques fois, ce qui entraîne un certain nombre de pièces qui peuvent tomber en panne après chaque vol. La vérification de ces défaillances et leur réparation pourraient devenir beaucoup plus coûteuses et prendre plus de temps qu'on ne pourrait l'espérer.
Par exemple, avec un diamètre de 3,66 m et une hauteur d'environ 42 mètres, il y a près de 500 mètres carrés de surface de premier étage qui ont été exposés d'un côté aux températures glaciales de l'oxygène liquide et du kérosène réfrigéré, et de l'autre , diverses températures de la rentrée dans la basse atmosphère bouchée. En fait, même l'accumulation de glace sur la peau extérieure du véhicule à elle seule est suffisamment importante pour altérer considérablement la masse du véhicule! Dans cette vaste zone, la fatigue en traction, thermodynamique et liée à la pression peut s'accumuler. Les stries pourraient nucléer et former des fissures capillaires. Il s'agit d'un danger qui pourrait entraîner une défaillance critique d'une mission opérationnelle, et un tel événement pourrait enraciner de façon permanente une association entre la fusée réutilisable naissante et l'instabilité dans l'esprit des opérateurs de satellites et du secteur des assurances. Et bien que Falcon 9 puisse être considéré comme sur-conçu, il est peu probable que SpaceX joue à la roulette de fusée.
Bien que l'ingénieur en chef de la fusée ait estimé la probabilité de succès d'un tirage au sort, lors de l'atterrissage propulsif plein d'espoir de CRS-5 sur le récemment baptisé «navire de débarquement de drones autonome», le premier étage vide sera probablement renvoyé au siège de SpaceX à Hawthorne, en Californie, et inspecté avec diverses méthodes d'analyse destructive et non destructive pour quantifier la façon dont les rigueurs d'accélérer à une vitesse de près de 2 kilomètres par seconde en moins de trois minutes, puis de décélérer suffisamment, rentrant dans l'atmosphère, pour atterrir à proximité de la mer et du sel , affectent le véhicule.
Un autre exemple de coût potentiel de remise à neuf réside dans le carburant de choix de SpaceX, le kérosène. Il brûle relativement sale, comme en témoigne le pilier translucide de suie brun-noir sur lequel monte le Falcon 9, un retour aux jours des premiers avions. Cela conduit à un effet principalement associé aux moteurs kerolox connus sous le nom de «cokéfaction» - où la suie incomplètement brûlée adhère au moteur et à la buse presque fondus, ce qui réduit sa capacité à diffuser la chaleur. Nettoyez-le, dites-vous? Félicitations, vous venez d'introduire la rénovation dans l'équation, ce que SpaceX s'efforce d'éviter.
Même en ignorant le véhicule lui-même, les lancements et les produits chimiques nécessaires sont chers! Il y a l'hélium à prix exorbitant qui est nécessaire pour maintenir les réservoirs sous pression, et le liquide d'allumage pyrophorique TEA-TEB utilisé pour commencer le mariage explosif entre le RP-1 et LOX. Ce ne sont pas seulement des produits chimiques. Il y a aussi des coûts d'opération de lancement au sol, allant des salaires des employés, au processus ennuyeux des demandes de permis, à la peinture ablative légèrement plus intéressante qui recouvre la structure Transporter-Erector qui maintient le Falcon 9 vertical, aux frais de transport et de réinstallation. Selon toute vraisemblance, les dépenses en capital actuelles d'un seul lancement, en ignorant la valeur évidente de la fusée elle-même, totalisent environ 3 millions de dollars.
Fondamentalement, nous devons découpler le ré-atterrissage, la remise à neuf, la réutilisabilité et la réutilisation financièrement viable et rapide les uns des autres. Il peut être difficile de comprendre que les quatre sont distincts, et le succès de l'un n'implique pas que la prochaine étape soit garantie. Pour cette raison, des points d'interrogation subsistent sur le coût, le temps et la complexité des dernières étapes nécessaires à SpaceX pour terminer son plan directeur de fusée réutilisable. Par exemple: le ré-atterrissage d'une fusée ne rend pas nécessairement la rénovation inexistante. Voici l'histoire à emporter de la navette spatiale.
Un atterrissage à lui seul ne révolutionne pas la fusée; au contraire, nous pouvons seulement réaliser que la révolution du raffinage de la fusée en un modèle semblable à une compagnie aérienne ne s'est bien déroulée qu'en regardant en arrière dans le rétroviseur.
Nous vivons dans l'espoir que SpaceX réalise ce qu'il avait initialement prévu de faire il y a près de 13 ans. SpaceX est venu de loin, beaucoup plus près que quiconque de cet objectif, mais comme l'a dit Musk lui-même, "Les fusées sont difficiles". Bonne chance à l'équipe de SpaceX pour leur prochaine tentative de lancement et d'atterrissage de CRS-5, c'est le début de quelque chose de bien plus grand.
Écrit par Lukas Davia & Marijn Achternaam
Bios: Quand je ne jongle pas avec le fait d'être étudiant en génie logiciel et développeur Web à plein temps en Nouvelle-Zélande, Lukas Davia est un auto-déclaré SpaceX-addict, et peut être trouvé en contribuant à la communauté Reddit / r / SpaceX, en ajoutant à son site Web SpaceXStats.com et en créant des infographies. Croyez-le ou non, il trouve du temps pour sortir et faire de la randonnée pendant son temps libre aussi!
Marijn Achternaam est un étudiant néerlandais, ingénieur autoproclamé en fauteuil et fanatique des vols spatiaux qui peut fréquemment être trouvé en contribuant aux communautés / r / space et / r / SpaceX Reddit.
