C. LES LANCEURS DE L'AVENIR
La réflexion sur les lanceurs du futur à moyen et long termes s'organise autour de deux thèmes :
- les améliorations d'Ariane au-delà des programmes déjà engagés ou identifiés, c'est le thème Ariane 2010 ,
- les lanceurs fondés sur des technologies nouvelles et notamment les concepts de lanceurs réutilisables .
1. Ariane 2010
Ce concept, sur lequel la réflexion est menée par le CNES, identifie les efforts et catalogue les améliorations qui contribueront à la compétitivité future ; il est fondé sur une synergie étroite avec l'existant et se place dans le prolongement d'Ariane 5.
Ariane 10 est un « lanceur-image » virtuel, sur lequel doivent se greffer les efforts français et européens en matière de recherche technologique.
Le but est d'atteindre les lancements doubles de quinze tonnes en orbite géostationnaire et/ou de réduire de 30 % le coût d'un lancement de douze tonnes (par rapport à Ariane 5-ESC-B).
On s'appuie sur une logique de démonstrateur qui permet de valider les technologies, d'engager les développements sur des bases plus sûres et de mieux évaluer leur coût.
Un objectif essentiel est de bien ancrer cette démarche dans le cadre européen en fédérant les actions technologiques européennes, publiques ou privées, autour d'objectifs communs convergeant sur la préparation d'un programme de l'ESA.
Ariane 2010 doit aussi être l'occasion de favoriser et de structurer des coopérations bilatérales en matière de recherche. D'ores et déjà la direction des Lanceurs du CNES a mis en place plusieurs programmes de recherche de ce type : stabilité haute fréquence en combustion (Allemagne-France), écoulements d'arrière-corps (Allemagne-Suède-France), mouvements des ergols cryotechniques en impesanteur.
2. Les lanceurs réutilisables
La réflexion sur les lanceurs réutilisables doit s'organiser autour de deux objectifs parfaitement distincts :
- la maîtrise de la capacité de ramener de l'espace jusqu'à la surface de la Terre une charge utile ou un astronaute ;
- la recherche d'une réduction importante du coût d'accès à l'espace.
Les voies à suivre pour atteindre ces deux objectifs n'ont aucune raison d'être identiques . La seule tentative concrète pour atteindre simultanément l'un et l'autre fut la Navette spatiale, dont on sait qu'elle échoua dramatiquement -d'un facteur 100 par rapport aux espérances initiales- à réduire les coûts d'accès. Il n'est en outre nullement démontré qu'elle constituait le système optimum pour le premier, c'est-à-dire pour le transport des astronautes.
a) Le retour de l'espace
En l'absence de toute perspective de développement d'activités de production dans l'espace, activités qui créeraient la nécessité de ramener des charges utiles de l'espace vers la Terre, c'est le retour des astronautes qui dimensionne les systèmes de retour du futur. Le véhicule ramenant des astronautes peut être conçu pour être réutilisable bien que, à l'exception de l'orbiter de la Navette spatiale, ce n'ait pas été le cas des capsules utilisées à ce jour (Mercury, Gemini, Apollo, Vostok, Soyuz). Ce véhicule n'est en général qu'une très petite fraction de la masse du lanceur qui l'a placé en orbite.
L'examen des besoins futurs dans ce domaine montre qu'ils se réduisent à moyen terme à ceux créés par la Station spatiale.
L'ISS ne dispose, pour le retour des astronautes, que de deux systèmes, l'un et l'autre insuffisants, la capsule Soyuz et l'Orbiter de la Navette spatiale.
- Soyuz, avec une capacité de trois passagers, est trop petit ; il est en outre brutal et soumet ses passagers à des accélérations importantes ; il ne possède pas de capacité de déport latéral par rapport à l'orbite, ce qui peut retarder un retour urgent ;
- l'Orbiter de la Navette n'a aucune de ces limitations mais son séjour dans l'espace est limité à un maximum de 17 jours.
Il manque donc à la panoplie un engin de retour (CRV, Crew Return Vehicle) adapté à la station. C'est, ou c'était, l'objet du programme X-38.
Dans le développement de ce véhicule, les Etats-Unis, compte tenu des enjeux pour l'ISS, conserveront sans aucun doute une responsabilité centrale. Ils peuvent chercher à en alléger le coût par des coopérations. La question qui se pose à la France et à l'Europe est de savoir si, compte tenu des savoir-faire acquis à l'occasion du programme Hermès, leurs industriels peuvent utilement coopérer à une entreprise sous leadership américain et s'il est de l'intérêt del'Europe qu'ils le fassent .
La technologie centrale est celle de la rentrée aérodynamique en régime hypersonique, pour laquelle Dassault Aviation et EADS ont proposé un programme de démonstrateur.
b) La réduction des coûts d'accès à l'espace
Il n'existe actuellement aucun concept de lanceur réutilisable destiné à réduire le coût d'accès à l'espace qui soit largement reconnu comme viable.
L'arrêt des programmes X-33 et X-34 a sonné le glas du concept SSTO (Single Stage to Orbit : Etage unique en Orbite) dont la faisabilité, en l'état actuel de la technologie, a toujours été sujette à interrogation. En tout état de cause, il s'agissait de mettre des astronautes en orbite basse et nullement de réduire le coût d'accès à l'espace pour les applications.
- Le X-33, piloté par Lockeed-Martin était un modèle à l'échelle ½ du futur Venture Star, le lanceur réutilisable prévu pour remplacer la Navette, dont le coût est estimé à 5 milliards de dollars ;
- Le X-34, développé par Orbital Sciences, était destiné à tester les aspects opérationnels d'un petit véhicule ; son coût était estimé à 95 millions de dollars.
En mars 2001, la NASA a abandonné les projets X-33 et X-34 après avoir dépensé 912 millions de dollars sur le projet X-33, et 205 millions de dollars sur le projet X-34. L'Agence américaine a conclu que les bénéfices potentiels qu'elle retirerait en faisant voler ces deux démonstrateurs ne justifiaient absolument pas leur prix et a mis fin à ces programmes.
L'Europe a lancé en mai 1999 le programme FLTP (Future Launcher Technology Program) de l'ESA, non souscrit par l'Allemagne et qui fait suite au programme FESTIP. Son coût est de 70 millions d'euros, dont seulement 54 millions d'euros ont été confirmés.
Il semble que les objectifs que peut se fixer l'Europe dans ce domaine sont encore mal identifiés.
Si l'on considère que l'Europe ne peut envisager d'occuper une position centrale dans un projet de véhicule de retour lié à l'ISS et qu'elle doit se borner, dans ce domaine, à une éventuelle coopération avec les Etats-Unis, il subsiste deux domaines qui appellent une réflexion sur le long terme et une action :
- l'identification d'une conception de lanceur réutilisable orientée vers une réduction des coûts d'accès à l'orbite ;
- l'identification des technologies critiques et une action à long terme sur leur développement.
S'agissant du premier domaine, il convient de garder à l'esprit le fait que 90 % du coût d'un lanceur provient du premier étage. On ne saurait donc échapper, si l'objectif est de fonder la réduction du coût sur la réutilisation, à la nécessité de récupérer le premier étage et de le réemployer. C'est un problème technique difficile et complètement différent de celui que pose la récupération d'un véhicule orbital.
c) Recherche et technologie
L'effort technologique répond en tout état de cause à une double nécessité : d'une part il permet de maintenir des équipes industrielles au niveau international, d'autre part il fournit, quelle que soit la forme que prendront les systèmes de lancement du futur, les outils qui seront indispensables à leur réalisation.
Il convient à cet égard de ne pas oublier les leçons du passé et de se souvenir que, sans l'effort de recherche et de technologie poursuivi pendant plus de dix ans -et sans qu'aucun projet particulier soit en vue- sur la propulsion cryotechnique, la conception et la réalisation d'Ariane n'auraient pas été possibles.
Le progrès de la propulsion demeure l'enjeu central ; on trouvera en annexe une description des voies qu'il est nécessaire aujourd'hui d'explorer et des avancées qui semblent accessibles ( 9 ( * ) ) .
Il faut se préparer à une rupture technologique par l'acquisition de connaissances et de savoir-faire. Le processus engagé avec le programme FLTP doit être prolongé dans le temps. La première phase de ce programme consiste à étudier les concepts de véhicules et à évaluer les technologies associées. La deuxième phase aurait pour objectif principal de réaliser des démonstrateurs de systèmes réutilisables et de les tester en vol.
La conception de ces nouveaux systèmes de lancements se fonde sur un très haut degré d'innovation technologique et sur des connaissances approfondies dans plusieurs domaines scientifiques.
Un programme cohérent de R&T lanceurs, décliné au niveau européen, devrait répondre à ces enjeux. Il faudra lui associer la réalisation et la mise en oeuvre de prototypes définis avec l'aide des dernières avancées en matière de modélisation.
L'innovation dans le domaine des systèmes de lancements fait appel à un programme de R&T qui recherche le maximum de cohérence et qui est fondé sur sept principes :
- Focaliser les activités sur les évolutions des lanceurs (conventionnels ou réutilisables)
- Respecter un équilibre entre Science, Technologie et Applications
- Définir une stratégie de démonstration
- S'appuyer sur la prospective pour préparer les ruptures technologiques
- Partager de façon équilibrée les risques et les coûts entre les acteurs institutionnels et industriels (50/50 sur les coûts)
- Promouvoir la coopération européenne au travers de recherches thématiques
- Développer la coopération internationale sur des thèmes scientifiques et quelques actions technologiques.
La cohérence du programme repose sur une logique de rebouclage permanente et sans solution de continuité entre les études de concepts, les actions de R&T, les démonstrateurs technologiques et les applications sur des développements nouveaux.
Les sujets de recherche se rassemblent autour de 8 axes :
• la dynamique (vibrations, acoustique, chocs)
• l'aérodynamique (externe ou interne)
• le contrôle du vol (guidage, pilotage, navigation)
• la propulsion par ergols liquides
• la propulsion à propergols solides et la pyrotechnie
• les structures
• les systèmes électriques et l'avionique
• les systèmes au sol.
Tous les thèmes liés à ces axes font l'objet de coopérations bi ou multilatérales avec des centres nationaux ou européens ainsi qu'avec des industriels.
Les principaux partenaires dans le cadre des systèmes de lancements sont le CNES et l'ONERA en France et le DLR en Allemagne ; on peut aussi citer le CIRA en Italie, l'INTA en Espagne et le FFA en Suède.
* ( 9 ) Cf. Annexe 1 : Les enjeux de la propulsion spatiale.