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‘’New Space’’
L'espace de demain

 

Ce terme revient de plus en plus souvent dans les articles consacrés aux activités humaines dans l’espace. Plutôt que de voir un changement profond dans les techniques de la recherche spatiale, il faut  y retrouver  le symbole  de la Nouvelle Frontière appliqué à l’espace. Derrière la conquête assurée par les Forces fédérales (ici la NASA), le temps est venu de l’arrivée des colons les plus entreprenants (par ex.  GAFA) pour l’exploitation et le commerce. On ne parcourt plus l’espace pour la science ou pour élargir les connaissances humaines. On ne retient que les missions qui s’accompagnent d’un objectif rentable (constellations commerciales, minerais des astéroïdes, etc..) ou de conquête (peuplement de Mars).

 

Quels  changements pour l’espace ?

Deux  facteurs principaux  peuvent faire évoluer les méthodes et les moyens d’accès à l’espace commercial qui donnent actuellement satisfaction. D’abord, l’évolution de la demande  en termes de masse, d’orbite visée et de programme de lancement. Ensuite la concurrence sur les prix de mise en orbite pratiqués qui incite  à améliorer  la performance des lanceurs, les méthodes de fabrication  et les procédures de lancement.

Performances et Masses

On ne peut évoquer les grandes mutations dans l’exploitation de l’espace sans mentionner  les progrès considérables faits sur les composants et les systèmes électroniques  qui ont décuplé les performances, ont amélioré  la fiabilité et diminué énormément  les masses.  Sur les lanceurs, gérés par des organismes publics peu concurrentiels, la progression a été moins rapide et l’objectif de réduction des couts moins prioritaire.

Total, rapide, parfait

Open, Fast, Resilient…..C’est ainsi que l’on pourrait résumer ce que les utilisateurs attendent  des services fournis par les moyens spatiaux. Le GPS nous a habitués  à un service permanent  presqu’en tous lieux et pourquoi ne pas l’obtenir de toutes les applications spatiales. Les énormes satellites en orbite géostationnaire, lointains à 36.000 km, couteux et malgré tout fragiles, sont apparus comme moins nécessaires et faciles à remplacer par des constellations de petits satellites en orbite proche.

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Le temps des tycoons.

Encouragés par une législation favorable, les grands capitaines d’industrie anglo-saxons se sont tournés vers les lancements spatiaux  et en une dizaine d’années ont bouleversé  un secteur économique  qui progressait paisiblement depuis la fin de la guerre froide. Les grandes entreprises du GAFA (Google, Amazon, Facebook et Apple) et des grands groupes (   Tesla, Virgin, …)

SpaceX et Elon Musk

Le bouillant PDG et quelque peu excentrique (pour les Européens) de Tesla  et SpaceX  n’a pas été pris au sérieux quand il s’est lancé dans la fabrication de lanceurs.  Après quelques  échecs, le succès est arrivé et très vite ses idées originales comme la récupération des étages  de lanceurs  ont interpellé les industriels du spatial.  Aujourd’hui SpaceX  commercialise plus de lancements qu’Ariane  et développe avec succès un lanceur de la classe de Saturn  du mythique programme Apollo.  Il est certes soutenu par le Budget américain, mais à bon escient vu les résultats obtenus.

Blue Origin et Jeff Bezos

Le coût d’accès à l’espace inspire aussi ce fondateur d’Amazon. Il construit la fusée New Shepard  et organise le tourisme spatial. Une coopération avec la NASA lui permet de participer au programme de transport spatial des équipages de la Station spatiale internationale.

Virgin Orbit et  Richard Branson

Sir Richard, fort de son succès, se tourne vers l’espace. Un premier projet : Virgin Galactic  propose le tourisme spatial  à partir d’un avion- fusée SpaceShip 2 qu’un gros porteur monte à 15.000 m pour se lancer dans une mini satellisation avant le retour sur terre. Il est suivi du projet de lanceur Launcher One porté lui aussi par un avion ( Boeing 747-400) poétiquement baptisé Cosmic Girl pour satelliser environ 300 kg  sur une orbite à 500 km.

 

Small is beautiful

Autre impact de cette révolution, le gain de poids et de performances permet de fabriquer des satellites très opérationnels  ne pesant pas plus que quelques kilogrammes. ( voir la PdQ  01-18 Cubesat) pour des missions opérant en orbite basse  (# 600 km). On peut les lancer en charge complémentaire avec  des satellites  classiques plus lourds, mais pourquoi ne pas utiliser ou développer des petits lanceurs aux contraintes plus souples et mieux adaptés  à ces nouvelles charges utiles.

Lanceurs spatiaux légers

Bien que moins utilisés, il existe toujours une série de lanceurs légers bien adaptés à ces nouvelles charges utiles. A côté des fusées classiques lancées d’un pas de tir, plusieurs dispositifs originaux  font l’objet d’essais.

Fusées classiques

Pour placer de 500 kg à 2 tonnes en orbite basse, des petits lanceurs sont utilisés :
U.S.A.:  Les lanceurs Taurus, Minitaur, ..de la firme Orbital ATK  ainsi que des Delta  d’ULA.
RUSSIE : Une série de lanceurs (Rockot, Dnepr, Angara ) remplissent ces missions.
E.S.A:     Le lanceur Vega sous maitrise d’œuvre italienne  a réussi 11 lancements.
CHINE INDE  JAPON:  Les plus petits lanceurs de ces pays  sont des lanceurs moyens (quelques tonnes) mais l’Inde qui s’est spécialisée dans le lancement des mini-satellites  étudie le SSLV (Small Satellite Launch Vehicule) qui sera un lanceur léger. A noter que la très dynamique Corée du sud a un programme basé sur le lanceur Angara. (KSLV pour 100 kg)

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Moyens originaux

Pour économiser sur le premier étage du lanceur qui arrache la fusée du sol et qui est très consommateur  en ergols, d’autres modes de lancement des petites charges utiles sont expérimentés. Citons en tout premier :
PEGASUS : Lanceur opérationnel, il est largué  à partir d’un avion gros porteur B52  à 12.000 m  (0,8Ma) avec 450 kg de charge utile. Près de 50 Pegasus ont été lancés avec succès.

Et dans le mouvement créé par l’engouement pour les mini-satellites, des sociétés privées se sont précipitées sur ce marché  avec l’objectif d’aboutir en 2018-2020.
VIRGIN ORBIT  Comme indiqué, le groupe de Sir Richard Branson met au point le Launcher One lancé sous un avion .
VECTOR  Plutôt tourné vers la mini-fusée mettant 65 kg en orbite basse mais envisagée pour des centaines de lancements( ?) par an.
CHINE Une étude chinoise est en cours  pour un petit lanceur (200 kg de C.U.) sous avion porteur Y20.
BLOOSTAR : Encore en phase de développement, ce lanceur de Zero2Infiny (Espagne) qui utilise un ballon stratosphérique (25 km) comme premier porteur.
Cette liste est probablement incomplète, mais elle montre que l’Europe y est peu présente et semble tarder  à accepter l’évolution vers ce New Space.

 

Nouvelles constellations

Si les petits satellites ne peuvent pas fournir le service des plates formes  géantes de plusieurs tonnes, en confiant la mission à des essaims de dizaines de satellites on peut atteindre l’objectif  et même profiter de quelques avantages. C’est le rôle des Constellations.
Il s’agit de répartir sur une ou plusieurs orbites autour de la Terre des satellites identiques  dont on regroupe, traite et exploite les données dans le Centre d’Exploitation.
Les grands systèmes sont les suivants :

Positionnement par satellites

Pour déterminer une  position  géographique sur Terre, il faut avoir simultanément 4 à 6 satellites en vue. Ceci détermine les caractéristiques des constellations de satellites de positionnement. En résumé, le système optimal  se présente comme suit :

  • L’orbite de base est circulaire à 20.000 km d’altitude et inclinée à 55° par rapport à l’équateur.  Il y a 4 satellites répartis régulièrement sur l’orbite qu’ils parcourent en 12h00.
  • Pour que chaque point de la Terre ait en visibilité plusieurs satellites, la constellation se compose de 6 orbites identiques décalées de 60° pour couvrir  uniformément la Terre.
  • Il faut donc 24 satellites opérationnels plus quelques secours. Ils pèsent environ 750kg et emportent des horloges atomiques Rubidium et Césium  qui donnent leur précision.

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Il faut citer dans ces constellations  dédiées au positionnement :

  • GPS –Navstar  américain, bien connu et très utilisé.
  • GLONASS russe, en service très actif après un démarrage laborieux,
  • GALILEO européen précédé par EGNOS et maintenant opérationnel.
  • BEIDOU limité à la Chine. Satellites géostationnaires.  Il sera suivi de Compass.

Téléphone et communications par satellite

Autre grande famille  d’application, les télécommunications  visent aussi une couverture mondiale et vont faire appel aux constellations. S’agissant de téléphone et pour éviter le retard du son, les satellites sont en orbite basse autour de 1000 km avec une période d’un peu moins de 2 heures. Les satellites de 700kg sont donc plus nombreux, entre 40 et 80  selon l’altitude retenue. Les grands programmes sont :

  • IIDIUM  constellation d’une centaine de satellites sur 6 plans d’orbite polaire. suivi par  IRIDIUM NEXT   (80 satellites de 750 kg en service à 780 km)
  • GLOBALSTAR  constellation de 48, puis 40 satellites sur 8 plans d’orbite à1400 km      et 52°d’inclinaison. En 1999, première génération de satellites. La seconde en 2010.
  • O3b haut débit.  Autre constellation  plus récente de 12 satellites équatoriaux à 8000 km commandée  par SES, opérateur luxembourgeois.

A noter le rôle important de Thales Alenia Space (Cannes, Toulouse) dans la production des satellites de ces différentes  constellations.  
Ces programmes de téléphonie par satellite  ont eu beaucoup de difficultés  pour s’imposer. Ils  ont connu des problèmes économiques graves cause de retards et de quelques  faillites.

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En conclusion

C’est une banalité de dire que les techniques et l’économie spatiales sont en pleine évolution. Le phénomène n’est pas nouveau et il était annoncé depuis plus de 20 ans.  Il a été parfaitement pris en compte par l’industrie et une agence spatiale comme la NASA.
Il semble que le processus soit un peu plus long à s’imposer en Europe en raison de l’organisation plus complexe et plus politique des agences spatiales.

L’ouverture de l ‘espace  à des acteurs commerciaux a l’énorme avantage de dynamiser les méthodes et les techniques de l’industrie spatiale. C’est très positif   mais cela s’accompagne aussi  d’un changement des objectifs recherchés et de l’utilisation du domaine spatial qui doivent être analysés avec soin.  Le risque est une forme d’exploitation intensive préjudiciable à long terme.  Il faudra qu’elle soit mieux encadrée  par les Etats pour éviter des dérives irréversibles comme l’encombrement excessif de l’espace circumterrestre.

 

Textes : Jack Muller

Illustrations: Internet

crédits image: http://hubblesite.org/gallery http://www.esa.int/