Variété des objets lancés par des fusées © Pixabay.com

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Fusées-Lanceurs : Définitions, Histoire, Missions et Evolutions

Toutes les fusées ne sont pas des lanceurs.

Satellite © WikiImages – Pixabay.com. Vaisseau spatial de type navette © Open clipart Vectors – Pixabay.com.

Vaisseau spatial espaceX – SpaceX-Imagery -Pixabay.com. Station Spatiale © WikiImages – Pixabay.com

Une fusée-lanceur est une fusée capable de placer une charge utile en orbite autour de la Terre ou de l’envoyer dans l’espace interplanétaire et au-delà.
- La charge utile de la fusée peut prendre plusieurs formes :
  - Satellite artificiel placé en orbite terrestre ou en orbite géostationnaire.
  - Une sonde spatiale quittant l’attraction terrestre pour explorer le système solaire et au-delà.
  - Vaisseau spatial de type navette.
  - Vaisseau spatial de type cabine.
  - Partie d’une station spatiale en orbite autour de la Terre.
  - Cabine ou vaisseau en direction d’autres planètes : Lune, Mars…
- Le lanceur doit pouvoir imprimer à sa charge utile une vitesse horizontale proche de 8 km/s et l’élever au-dessus des couches denses de l’atmosphère à environ 200 km.
- Des lanceurs de toutes tailles (2,6 tonnes à 3 000 tonnes) ont été mis au point pour lancer des charges utiles de 4 kg à 140 tonnes.
- Les coûts de production, de lancement et de suivi sont considérables.
  - 10 M € pour placer 1 tonne en orbite basse.
  - 200 M € pour placer 25 tonnes en orbite basse.
- On estime à 50-100 le nombre de lancements par an depuis une vingtaine d’années.
  - La conception des lanceurs fait appel à des techniques complexes relevant principalement de la métallurgie, de la chimie et de l’électronique.

Bases de lancement © SpaceX Imagery – Pixabay.com

Les bases de lancement répondent à des cahiers de charges complexes et coûteux.
- Nombreuses installations spécialisées : bâtiments de stockage et d’assemblage, aires de lancement, centre de contrôle…
- Sécurité – Protection.
- Le cahier des charges de la localisation des sites répond à de nombreux critères : sécurité, logistique, performances des lanceurs (ex. distance à l’équateur).
Le monde des fusées-lanceurs connaît des révolutions considérables.
- Les lanceurs de satellites et d’engins étaient non réutlisables.
- Le choix de la navette spatiale s’inscrivait dans ce contexte.
Ces révolutions ont largement été impulsées par Elon Musk. Elles ont des conséquences majeures, notamment en France et en Provence.
- Les Régions françaises les plus directement concernées par les Fusées-Lanceurs sont l’Occitanie (Toulouse accueille les deux principaux fabricants de satellites : Airbus Defence & Space et Thales Alenia Space mais aussi le Cnes et l’Onera), l’Ile de France, La Nouvelle Aquitaine, Sud (Provence) avec notamment Thalès Alenia Cannes et Airbus Helicopters à Marignane.
- La filière aéronautique et spatiale française, première en Europe (civil et militaire confondus), concentre la majorité de ses instances dirigeantes et des sièges des groupes et programmes européens (Airbus, Airbus Helicopters, MBDA, Arianespace, Thales Alenia Space..).
- L’ensemble du spectre technologique lié à l’aérospatial, incluant la balistique nucléaire, concerne de nombreuses entreprises de premier rang mondial à l’image d’Airbus, de Dassault Aviation, Latécoère, Safran, ATR, Thalès Alenia Space, Thales Avionics, TAS, NH Industries...

Fusées en Astronautique

La Fusée est un véhicule mû par un moteur fusée de grande puissance.
- La puissance est nécessaire afin de s’extraire de l’attraction terrestre pour atteindre des positions à plusieurs centaines de kilomètres d’altitude.
On distingue plusieurs types de fusées :
- Des fusées dérivées de missiles balistiques.
- Des fusées sondes destinées à sonder la haute atmosphère dans la cadre d’une mission scientifique.
- Des fusées-lanceurs qui sont le plus souvent dérivées des 2 autres types.
Les Fusées-Lanceurs constituent le groupe principal.
- Les fusées-lanceurs transportent une charge utile et des astronautes jusque dans l’espace extra-atmosphérique.
- Ces fusées-lanceurs doivent pouvoir atteindre la vitesse de 28 000 km/h environ pour placer leur charge sur orbite.
- Pour se dégager du sol, la fusée doit expulser des gaz chauds afin de créer une force appelée poussée.
- Il existe 2 types de moteurs de fusées.
  - Des combustibles (ergols) solides surtout utilisés par les petites fusées.
  - Des combustibles (ergols) liquides plutôt destinés aux plus grandes fusées qui combinent ergols liquides et solides.
  - La combinaison Oxygène / Ergols liquides Kèrozène a été longtemps utilisée.
  - Certaines fusées ont des propulseurs d’appoint à ergols solides.
  - La toxicité des ergols utilisés pour la propulsion est de moins en moins acceptée.
  - Les fusées emportent leur combustible mais aussi leur oxygène sans lequel les substances chimiques servant de combustible, ne peuvent brûler.
- La gravité pousse la fusée vers le sol, la poussée la dirige dans la dimension opposée vers le haut.
- Les fusées-lanceurs les plus connues sont :
  - R-7 Semyorka (Russie). Missile modifié lançant le 1er satellite Spoutnik (1957).
  - Vostok. (Russie). Fusée qui envoie le 1er homme (Gagarine) dans l’espace.
  - Saturn V (USA). La plus grande et la plus puissante qui a emporté les hommes sur la Lune (1969).
  - Soyouz (Russie). Famille de fusées en service depuis 1966. Ces fusées desservent la Station Spatiale Internationale.
  - Ariane (Europe). 5 types d’Ariane ont transporté des satellites et des sondes dans l’espace.
  - Falcon (USA). Des fusées lancées par SpaceX (Elon Musk) qui bouleversent la conquête de l’Espace, notamment avec leurs étages inférieurs qui atterrissent intacts et sont réutilisables.

Fusées-Lanceurs

Le lanceur est une fusée qui doit être suffisamment puissante pour pouvoir atteindre la vitesse de satellisation minimale (7,9 km/s sur la Terre).
Les fusées-lanceurs se comparent sur plusieurs critères :
- Portée. 300 km (Redstone). 14 000 km (Atlas américaine). 15 000 km (R36 russe).
- Nombre d’étages.
  - Les fusées-lanceurs sont généralement dotées de plusieurs étages mis à feu successivement.
  - 4 étages (Redstone, Jupiter, R-7, UR-500).
  - 3 étages (Thor, UR-500, R-36).
- Masse.
  - Masse de la charge utile.
    - La masse satellisable permet de classer les fusées-lanceurs.
      - Lanceur léger pouvant placer 1 ou 2 t en orbite basse. Ex. Vega.
      - Lanceur de taille intermédiaire pouvant emporter une charge d’une dizaine de tonnes. Ex. Soyouz.
      - Lanceurs lourds pouvant lancer 20 à 25 tonnes. Ex. Ariane 5.
      - Lanceurs d’exception. Lanceur américain Saturn V (140 t en orbite basse dans sa dernière version) et lanceur Soviétique N-1 (85 t).
      - Lanceurs récents : Falcon Heavy (53 t en orbite basse) et Space Launch System (70-130 tonnes).
  - Missiles transformés en fusées. Les plus légères. 29 t. Redstone (USA). 48t. R-12 (Russie).
  - Missiles transformés en fusées. Les plus lourdes. 693 t. UR-500 (Russie). 289 t. R-7 (Russie). 120 t. Atlas (USA).
  - H3 (24L). USA. Space Lauch. 2020. 2 660 t. Ariane 6 (64). 860 t.
- Longueur.
- Lancement multiple.
  - Les lanceurs modernes sont qualifiés pour effectuer des lancements multiples (plusieurs charges sur des orbites différentes).
- Orbites.
  - Orbite Terrestre Basse (LEO).
    - Station Spatiale Internationale (ISS).
    - Satellites de Renseignement.
    - Certains satellites scientifiques.
  - Orbite Héliosynchrone.
    - Observation de la Terre.
    - Satellites de Renseignement.
  - Orbite Géostationnaire (GEO).
    - Satellites de télécommunications. Satellites météorologiques. Satellites d’Alerte Avancée.
  - Orbite Moyenne.
    - Satellites de navigation.
  - Orbite de Transfert Géostationnaire (GTO).
    - Orbite temporaire très elliptique permettant au satellite d’atteindre une position d’où il peut utiliser sa propre propulsion afin de prendre une orbite géostationnaire.
  - Orbite Haute.
    - Satellites scientifiques et certains satellites de télécommunications.
    - Sondes spatiales à destination de la Lune.
  - Orbites interplanétaires.
    - ex. Orbite autour de points de Lagrange L1 et L2 utilisées pour des satellites scientifiques (ex. télescope spatial, météorologie spatiale, observations du Soleil…)..

Histoire des Fusées-lanceurs

Les vols remarquables de fusées-lanceurs correspondent à l’histoire des modèles de fusées et aux performances records réalisées par ces engins.
Lendemains de la Seconde Guerre Mondiale. La Guerre Froide oppose très vite les Etats-Unis et l’URSS, qui se livrent à une course effrénée.
Les fusées allemandes notamment le V2 et la mobilisation par les deux parties des savants qui les avaient conçus sont au centre de la course.
1956. Les américains font voler la fusée Vanguard qui a des résultats mitigés et une carrière courte.

Spoutnik, premier engin spatial mis sur orbite. Boule de 58 cm de diamètre, antennes longues de 3 m en orbite 92 jours © NASA Imagery Pixabay.com

1957. Une fusée soviétique Semiorka réussit la première satellisation d’un engin spatial, Spoutnik 1. Le lanceur très lourd pèse 250 tonnes.
Milieu des années 1950. Etats-Unis. Les différents corps militaires développent chacun des missiles à courte, moyenne ou longue portée.
- Plusieurs d’entre eux donnent naissance à des familles de lanceurs notamment à partir du missile Thor.
- La lanceur DeltaI II s’impose et ne prendra sa retraite que vers 2017.
- Le lanceur Minotaur est le denier missile important converti en lanceur.
- Les Etats-Unis engagent des budgets considérables dans la course.
- Les premiers lanceurs Juno/Mercury-Rockstone restent dans la lignée des V2 allemands.
Au début des années 60, les moteurs-fusées ont acquis une poussée et une impulsion fortement accrues.
1957. 3 Novembre. Laïka est officiellement la première chienne cosmonaute. Elle meurt dans l’espace.
L‘électronique commence à apporter d’importants progrès dans le pilotage. Avec Atlas, les masses sont allégées.
1961. 12 avril. La fusée Vostok emporte Youri Gagarine, le 1er cosmonaute/ homme dans l’Espace sur une orbite à 327 km de la Terre.
1961. La fusée Scout (charge utile de 50-100 kg) commence une longue carrière qui se termine en 1984.

John Glen, Pionnier des astronautes – Astronautes Glen et Armstrong © Jackie Ramirez – Pixabay.com

1969. Neil Armstrong est le Premier Homme sur la Lune.

Décollage Fusée SpaceX © Space X Imagery – Pixabay.com

Les années 2010 – 2020 constituent des révolutions largement accomplies sous l’initiative d‘Elon Musk.

Principaux modèles de Fusées-Lanceurs par pays

Variété des fusées © Stefan Schweihofer – Pixabay.com

Brésil.
- VLS-1.
Chine.
- Hyperbola – Jielong – Kaituozhe – Kuaizhou – OS-M – Zhuque.
- Longue Marche 2 – Longue Marche 3 – Longue-Marche 4 – Longue-Marche 5 – Longue Marche 6 – Longue Marche 7 – Longue Marche 11.
Corée du Nord.
- Taepodong – Unha.
Corée du Sud.
- Naro-1.

Famille de fusées Redstone © Flickr.com

Etats-Unis.
- Ares I.
- Ares V.
- Atlas.
- Atlas V 400.
- Delta I, Delta II? Delta IV heavy. Développés à partir du missile Thor à la fin des années 50.
- Delta IV. Heavy.
- Falcon 9.
- Falcon Heavy.
- Jupiter.
- Redstone.
- Saturn V.
- Thor.
- Titan.
  - Titan IV B.

Fusée Ariane © René Rauschenberger – Pixabay.com

Europe / France. Tirs avant 2020.
- Ariane 1. 1979–1986. 11 tirs.
- Ariane 2. 1986–1989. 6 tirs.
- Ariane 3. 1984–1989. 11 tirs.
- Ariane 4. 1988–2003. 110 tirs.
- Ariane 5. 1996-. 106 tirs.
- Ariane 6.
- Europa. 1968–1971.
Europe / Italie.
- Vega. 2012. 15 tirs.
France.
- Diamant. 1965. 26 novembre. – 1975.
- Autres lanceurs : Baguette-One, Hybrid Propulsion for Space, Pierres Précieuses (Agathe, Topaze, Emeraude, Saphir, Rubis). Zéphir…
Inde.
- GSLV. 2002-.
- PSLV. 1993-.
- SLV/ASLV. 1979–1994.
Iran.
- Qased – Safir – Simorgh –
Israël.
- Shavit.
Japon.
Nouvelle-Zélande.
- Electron.
Ukraine.
- Zenit.

Lanceurs Soyouz © 12019-David Mark – WikiImages / PixaBay.com – Fusée Soyouz © Flickr.com

Gagarine 1er homme dans l’Espace © Lynn Greyling – Pixabay.com – Décollage lanceur russe © WikiImages – Pixabay.com

URSS et Russie.
- Angara. 2014-.
- Cosmos. 1967–2012.
- Dnepr. 1999– 2015.
- Energia. Porteur de la navette Buran.
- Proton. 1965–
- R-7. Semiorka – Fusée Spoutnik – Fusée Vostok – Fusée Molniya – Fusée Voskhod. Soyouz-5.
- Rockot. 1990–2019.
- Soyouz. 1966-.
- Start. 1993.
- Strela. 2003–2014.
- Tsilklon. 1966–2009.
- Volna.Shtil. 1995–2015.
- Zenit. 1985-.

Missions et Objets lancés par des fusées

Premier vaisseau spatial réutilisable © WikiImages – Pixabay.com

Navettes spatiales américaines

37 m de long. Missions de 12-16 jours. Accélération de 0 à 27500 km/h en moins de 8 minutes.
1981. 12 avril. 1er vol Navette Columbia. Dernier vol 2003. 16 janvier.
- Columbia se brise lors de sa rentrée dans l’atmosphère terrestre.
- Mort de 7 Astronautes.
- Retrait de la navette effectif après l’achèvement de la Station Spatiale Internationale.
1983. 4 avril. 1er vol Navette Challenger. Dernier vol 1986. 29 janvier.
- Explosion juste après son lancement.
- Mort de 7 Astronautes.
1984. 30 août. 1er vol Navette Discovery. Dernier vol. 2011. 24 février.
1985. 3 octobre. 1er vol Navette Atlantis. Dernier vol. 2011. 8 juillet.
1992. 7 mai. 1er vol Navette Endeavour. Dernier vol. 2011. 16 mai.

Navette spatiale soviétique

1988. 15 novembre. Navette russe Bourane. Dernier vol 1988. 15 novembre.

Révolutions apportées par Elon Musk

Elon Musk révolutionne la pensée de l’Espace en Pensant Petit.
1. Pour aller lus haut, plus loin, moins cher, plus souvent… Elon Musk révolutionne la Conquête de l’Espace en introduisant le « penser petit« .
2. Au lieu de lancer de gros engins avec des grosses fusées qui ne servent qu’une fois , Elon Musk conçoit des « petites fusées » récupérables et des petits satellites à mettre sur orbite.
3. Elon Musk lance ses petits satellites par grappes. Il met en plus en avant d’autres bénéfices :
  1. Un pouvoir de couverture plus grand avec un vaste réseau de satellites. L’application aux satellites de communication et d’espionnage est foudroyant.
  2. Une réduction des risques (incident, accident, destruction…) réduits dans les effets.
  3. Une meilleure souplesse d’utilisation en fonction des contraintes et des opportunités.
4. Les fusées sont récupérables.
5. Le mode de pensée et d’agir d’Elon Musk lui permettent d’envisager la conquête de l’Espace (vers la Lune, Mars...) de façon radicalement différente.
6. Les positions des puissances de l’Espace risquent d’être profondément chamboulées.
  1. La France notamment doit revoir entièrement ses stratégies… 2023 : les lanceurs Ariane sont en panne et les satellites prêts au lancement sont au sol…