Qu’est-ce que le vaisseau spatial d’Elon Musk ?
Elon Musk développe un véhicule qui pourrait changer la donne pour les voyages spatiaux. Starship, comme on l’appelle, sera un système de transport entièrement réutilisable capable de transporter jusqu’à 100 personnes sur la planète rouge.
L’éthique fondatrice de la société privée de vols spatiaux d’Elon Musk, SpaceX, était de rendre la vie multiplanétaire. Il dit que l’installation des humains sur d’autres mondes tels que Mars pourrait préserver la civilisation si la Terre subissait un cataclysme, tel qu’un gros impact d’astéroïde.
« L’histoire va bifurquer dans deux directions. L’une est que nous restons sur Terre pour toujours, puis il y aura un éventuel événement d’extinction », a déclaré Musk en 2016.
« L’alternative est de devenir une civilisation spatiale et une espèce multiplanétaire, ce qui, j’espère, vous conviendra est la bonne voie à suivre. »
Le fondateur de SpaceX a souvent parlé de son rêve de construire des villes sur Mars. Il pense que les colonies auraient besoin d’un grand nombre de personnes pour devenir autonomes.
Réaliser ce rêve nécessite un véhicule à la hauteur de la tâche. Starship est une combinaison de fusée et de vaisseau spatial qui pourrait transporter plus de 100 personnes à la fois vers la planète rouge.
Le système est conçu pour être entièrement et rapidement réutilisable. Être entièrement réutilisable signifie que les principaux éléments matériels ne sont pas jetés dans la mer ou autorisés à brûler, comme c’est le cas avec d’autres systèmes de lancement, mais retournent au sol pour pouvoir à nouveau voler.
La réutilisation rapide signifie qu’après son retour de l’espace, Starship peut être rempli de propulseur et être prêt à être à nouveau lancé dans un court laps de temps – comme un avion. Cela réduit le coût de l’ensemble de l’entreprise.
Vaisseau spatial : un aperçu
Au lancement, le vaisseau spatial, appelé Starship, sera assis au sommet d’une fusée appelée Super Heavy.
Le système combiné mesurera 120 m (394 pieds) de haut et est également appelé Starship.
Prenons d’abord le vaisseau spatial. Avec sa pointe avant et ses ailerons d’atterrissage, le véhicule en acier inoxydable ressemble aux fusées de l’âge d’or de la science-fiction.
À l’arrière de l’engin de 50 m (160 pieds) de long se trouvent six moteurs Raptor très efficaces, développés au cours d’une décennie par SpaceX. La combustion s’effectue par étapes et la conception du moteur réduit la quantité de propulseur gaspillée.
Vers le milieu du véhicule se trouvent les réservoirs de propergol. Ceux-ci alimentent les Raptors en méthane liquide (CH4) et en oxygène liquide (O2).
Le méthane est le carburant et l’oxygène agit comme un oxydant – un produit chimique qui fait brûler le carburant. La combinaison est surnommée methalox.
Le choix du carburant est inhabituel pour les moteurs de fusée, mais le méthane peut générer beaucoup de poussée. C’est aussi un choix prudent à la lumière des desseins de Musk sur Mars. Le fondateur de SpaceX affirme que le CH4 pourrait être synthétisé à partir de l’eau souterraine martienne et du dioxyde de carbone atmosphérique (CO2), en utilisant un processus chimique connu sous le nom de réaction de Sabatier.
Le ravitaillement en carburant du vaisseau spatial pour le voyage de retour sur Terre en utilisant les ressources martiennes conférerait un niveau d’autosuffisance, rendant les voyages à la fois plus réalisables et plus rentables.
Vers l’avant du vaisseau spatial – qui est parfois appelé étage supérieur – se trouve un énorme compartiment de charge utile qui pourra transporter de grandes cargaisons ou des personnes vers des destinations dans l’espace lointain.
Passons maintenant à la fusée. Mesurant 70 m (230 pi) de long, Super Heavy sera rempli de 3 400 tonnes (6,8 millions de livres) de méthalox cryogénique (réfrigéré).
Il sera propulsé par environ 32 moteurs Raptor (cette spécification a changé plusieurs fois) et devrait atteindre plus de 70 méganewtons (16 millions de livres) de poussée maximale. Il devrait être capable de soulever au moins 100 tonnes de charge utile, et peut-être jusqu’à 150 tonnes, en orbite terrestre basse.
Cela rendra Super Heavy plus puissant que l’immense lanceur Saturn V utilisé pour les missions Apollo Moon dans les années 60 et 70.
Lancement et remplissage
Au fur et à mesure qu’il monte depuis la rampe de lancement, le système combiné de Starship commencera à se diriger vers l’orbite prévue.
Lorsque l’étage supérieur se sépare dans l’espace, Super Heavy se retourne en retombant vers la Terre.
Au fur et à mesure de sa descente, Super Heavy déploiera des structures en acier appelées « grid ailerons », en forme de gaufres de pommes de terre, sur les côtés du booster. Ceux-ci aideront à ramener l’étage de fusée vers sa rampe de lancement afin qu’il puisse à nouveau voler.
SpaceX a un plan ambitieux pour ensuite attraper le propulseur en chute à l’aide de sa tour de lancement.
Cette tour permet aux ingénieurs et aux membres d’équipage d’accéder au vaisseau spatial et à la fusée pendant qu’ils sont assis sur la plate-forme avant le lancement.
Une paire de bras en acier sortira de la tour de lancement. Les ailettes de la grille supporteront alors la charge lorsque le booster épuisé tombera sur ces bras. La tour a été surnommée « Mechazilla » en raison de sa ressemblance avec une créature des films Godzilla.
Pendant ce temps, l’étage supérieur du vaisseau pourrait être inséré dans une « orbite de stationnement » après la séparation, ce qui lui permettrait d’être rempli de propulseur.
« Si tu voles juste [Starship] en orbite et ne faites aucun remplissage, c’est plutôt bien – vous obtiendrez 150 tonnes en orbite terrestre basse et n’aurez aucun carburant pour aller ailleurs », a expliqué Musk lors d’un discours liminaire de la conférence en 2017.
« Si vous envoyez des pétroliers et remplissez en orbite, vous pouvez remplir les réservoirs jusqu’au sommet et obtenir 150 tonnes [of payload] jusqu’à Mars. »
Pour faire le plein, le vaisseau spatial s’amarrerait, ou s’accouplerait, avec un autre vaisseau spatial – qui fait déjà le tour de la Terre – qui agit uniquement comme un dépôt de propergol.
A quoi servira Starship ?
Pour les voyages long-courriers vers Mars et retour – qui pourraient prendre jusqu’à neuf mois dans chaque sens – Musk envisage d’installer environ 40 cabines dans la zone de charge utile près de l’avant de l’étage supérieur.
« Vous pourriez peut-être avoir cinq ou six personnes par cabine, si vous vouliez vraiment attirer du monde. Mais je pense que la plupart du temps, nous nous attendrions à voir deux ou trois personnes par cabine, et donc nominalement environ 100 personnes par vol vers Mars », Musk mentionné.
La baie de charge utile abriterait également des espaces communs, un espace de stockage, une cuisine et un abri où les gens pourraient se rassembler pour se protéger des tempêtes solaires, où le Soleil crachait des particules chargées nocives dans l’espace.
Starship jouera également un rôle clé dans le programme Artemis de la Nasa, qui vise à établir une présence humaine à long terme sur la Lune. En avril 2021, l’agence spatiale américaine a attribué à SpaceX un contrat de 2,89 milliards de dollars pour développer Starship en un atterrisseur capable de transporter des astronautes sur la surface lunaire cette décennie.
La version conçue pour les vols Artemis ne posséderait pas le bouclier thermique ou les volets nécessaires pour un voyage de retour vers la Terre. Au lieu de cela, le système d’atterrissage humain du vaisseau spatial resterait dans l’espace après son lancement initial depuis la Terre, de sorte qu’il pourrait éventuellement être utilisé pour de multiples voyages entre l’orbite lunaire et la surface de la Lune.
La version sans équipage, ou cargo, du Starship dispose d’une soute qui s’ouvre comme la gueule d’un crocodile. Cela permettrait de l’utiliser pour le lancement de satellites. SpaceX affirme que l’énorme capacité de charge utile ouvre des possibilités pour de nouveaux types de missions scientifiques robotiques, y compris des télescopes plus grands que l’observatoire James Webb – le futur successeur de Hubble.
Le système pourrait également être utilisé pour le tourisme spatial : Elon Musk a promis un voyage autour de la Lune en 2023 au milliardaire japonais du commerce en ligne Yusaku Maezawa. Il pourrait également effectuer des trajets à grande vitesse entre différentes destinations sur Terre.
Musk dit que Starship pourrait éventuellement transporter des personnes vers des destinations dans le « grand système solaire », y compris des géantes gazeuses telles que Jupiter. Mais cela reste un objectif à long terme.
Comment l’étage supérieur atterrit-il ?
Afin de ramener d’autres engins spatiaux au sol, les ingénieurs se sont appuyés sur des parachutes ou ont conçu le véhicule pour qu’il puisse atterrir sur une piste.
Mais l’étage supérieur de Starship adopte une approche différente. Lorsqu’il est prêt à atterrir sur Terre, le navire rentre d’abord dans l’atmosphère à un angle de 60 degrés, puis « s’effondre » vers le sol en position horizontale.
Ce mode de retour repose entièrement sur l’atmosphère pour ralentir la descente du véhicule. L’inconvénient est que, dans cette configuration, Starship est intrinsèquement instable.
Le véhicule utilise donc quatre volets d’atterrissage en acier, positionnés près de l’avant et de l’arrière du véhicule, pour contrôler sa descente. C’est un peu comme si un parachutiste utilisait ses bras et ses jambes pour contrôler une chute libre.
« C’est assez différent de tout le reste … nous effectuons une chute contrôlée », a déclaré Elon Musk lors d’une mise à jour de Starship en 2019.
« Vous essayez de créer de la traînée plutôt que de la portance – c’est vraiment le contraire d’un avion. »
À mesure que le vaisseau s’approche du sol, il devrait être suffisamment lent pour exécuter une combustion du moteur qui fait basculer le véhicule en position verticale. Il utilise ensuite les Raptors comme rétro-fusées pour guider le véhicule vers un atterrissage sûr sur ses jambes d’atterrissage.
Musk dit que cette approche générale pourrait être utilisée pour abattre Starship en toute sécurité sur n’importe quelle surface planétaire du système solaire.
Finalement, cependant, les vaisseaux spatiaux revenant sur Terre – et peut-être d’autres destinations – pourraient ne pas avoir à faire la manœuvre de retournement. Les navires pourraient à la place être capturés à l’approche du sol par les bras en acier de la tour de lancement – tout comme le booster Super Heavy.
Musk a expliqué sur Twitter: « Le navire sera également capturé par Mechazilla. Comme pour le booster, pas de jambes d’atterrissage. Celles-ci ne sont nécessaires que pour la Lune et Mars jusqu’à ce qu’il y ait une infrastructure locale. »
Quand volera-t-il ?
Au cours des dernières années, SpaceX a testé divers prototypes de l’étage supérieur dans son installation Starbase à Boca Chica, au Texas.
La société a démarré en 2019 avec un « article test » de 39 m de haut appelé Starhopper – qui ressemblait passablement à un château d’eau – et l’a fait voler à 150 m au-dessus du sol.
Le premier prototype doté d’un nez et de volets – le numéro de série du vaisseau spatial (SN8) – a volé à une altitude de 12,5 km en décembre 2020. Son ventre est retombé sur Terre, donnant à SpaceX de précieuses données d’ingénierie sur la dernière partie du retour du véhicule de l’espace .
Cependant, SN8 s’est approché de la piste d’atterrissage un peu trop vite et trop fort, la faisant s’effondrer et exploser. Trois autres articles de test ont explosé avant que le Starship SN15 ne réussisse avec un atterrissage en douceur en mai 2021.
SpaceX prévoit de lancer Starship sur Super Heavy pour son premier vol d’essai orbital en 2021.
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