Space Launch System
| Space Launch System Lanceur spatial | |
 Vue d'artiste du lancement du SLS dans sa configuration annoncée en . | |
| Données générales | |
|---|---|
| Pays d’origine |  États-Unis
|
| Constructeur | Boeing, United Launch Alliance, Northrop Grumman, Aerojet Rocketdyne |
| Premier vol | 2020 |
| Hauteur | 121 m |
| Diamètre | 8,4 m |
| Masse au décollage | 3 000 tonnes |
| Étage(s) | 2 |
| Base(s) de lancement | LC-39, Centre spatial Kennedy |
| Charge utile | |
| Orbite basse | Block 1 : 95 tonnes Block 2 : 130 tonnes |
| Orbite lunaire | Block 1 : 26 tonnes Block 1B : 37 tonnes |
| Orbite héliocentrique | Block 2 : 45 tonnes |
| Motorisation | |
| Ergols | LOX/LH2 |
| Propulseurs d'appoint | 2 SSRB (5 segments) |
| 1er étage | 4 RS-25 D/E |
| 2e étage | Block 1 : 1 RL-10B2 Autres versions : 4 x RL-10 |
| Missions | |
| Missions lunaires avec équipage Missions robotiques interplanétaires lourdes |
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Le Space Launch System ou SLS est un lanceur spatial lourd américain développé par la NASA depuis 2011 et dont le premier vol est planifié en 2020. Les caractéristiques techniques du lanceur sont très proches de celles de l'Ares V abandonné après l'arrêt du programme Constellation. Comme celui-ci, plusieurs de ses composants clés sont dérivés de ceux de la navette spatiale américaine : les propulseurs d'appoint, la structure du premier étage et les moteurs-fusées RS-25 qui l'équipent. Le SLS doit réaliser des vols habités vers des astéroïdes, la Lune, les points de Lagrange et à terme lancer des missions vers la planète Mars envisagées à l'horizon 2035. Trois versions devaient être développées avec une capacité de mise en orbite basse s'échelonnant entre 70 tonnes et 130 tonnes.
Historique
Le Space Launch System est annoncé le par Charles F. Bolden, administrateur de la NASA. Ce lanceur lourd (70 tonnes en orbite basse pour la version la moins puissante) prend la suite du projet du lanceur Ares V dont le développement a été abandonné à la suite de l'arrêt du programme Constellation qui devait permettre le retour de l'homme sur la Lune vers l'horizon 2020. Depuis, il a été modifié : deux boosters d'appoint dérivant de ceux de la navette spatiale américaine ont été ajoutés pour accroitre la poussée au décollage. Son premier vol d'essai est planifié pour décembre 2019. Un autre lanceur SLS a été imaginé, un lanceur cargo dont la conception dérive d'Ares V. S'il est un jour bâti, ce serait le plus grand lanceur jamais construit.
Le 31 juillet 2013, une première évaluation a validé le concept du SLS, permettant au projet de passer de la phase de conception à la phase de réalisation[1].
Début novembre 2013, William Gerstenmaier, administrateur adjoint de la NASA chargé de l'exploration spatiale habitée, annonce que le SLS est fini à 70 %[2].
Le 9 janvier 2015, la NASA a effectué le premier test d'un moteur RS-25 sur banc d'essais durant 500 secondes.
En raison des retards et des dépassements de budgets importants ainsi que du coût d'exploitation attendu non compétitif avec les alternatives disponibles ou attendues sur le marché des lanceurs, le 13 mars 2019, Jim Bridenstine a annoncé devant le Comité sénatorial américain du commerce, des sciences et des transports, que la NASA considérait désormais le recours à des lanceurs privés pour l'envoi de la capsule Orion ainsi que pour la construction de la Lunar Gateway[3]. Additionnellement, lundi 11 mars 2019, le président Donald Trump a rendu publique sa demande de budget pour 2020. Le document propose une réduction du budget global de la NASA de 2 %, soit 2,1 milliards de dollars. Le développement de la deuxième version plus puissante de SLS (Block 1B et 2) serait annulé ce qui enlèverait encore plus à l'intérêt de poursuivre le développement du SLS[3].
Objectifs
L'objectif initial du SLS est de placer en orbite le nouveau vaisseau spatial Orion, que la NASA a développé pour transporter des équipages au-delà de l'orbite terrestre basse. Ce devrait être l'objectif de son premier vol en 2019. Ce vaisseau devrait permettre des missions vers la Lune, des astéroïdes et à terme doit lancer les différents modules permettant une mission habitée sur le sol martien[4]. Il pourrait aussi servir au lancement de potentielles missions de retour d'échantillons d'Europe ou d'Encelade, Deep Space Habitat, Skylab II, missions pour le DoD, charges utiles commerciales, télescope monolithique ATLAST (en), voire des missions vers le Soleil et Uranus.
Caractéristiques techniques
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Quatre versions du lanceur ont été envisagées, dont trois ont été retenues : le Block 0 (annulé) puis les Blocks I, IB et II. Les trois versions utilisent un premier étage identique : celui-ci est propulsé par quatre RS-25D/E. Un cinquième moteur avait été initialement envisagé pour le Block II mais cette solution n'a pas été retenue.
Le lanceur SLS, avec une masse de 3 000 tonnes et une hauteur de 121 mètres est comparable au lanceur Saturn V (respectivement 3 038 tonnes et 110 mètres). Sa capacité de mise en orbite basse est de 130 tonnes, proche du record de 140 tonnes de Saturn V. Le diamètre du corps central est de 8,4 mètres. Il comporte deux étages cryotechniques et deux propulseurs d'appoint à propergol solide.
Le Block I du lanceur comporte un premier étage cryotechnique (c'est-à-dire dont les moteurs brûlent un mélange hydrogène/oxygène) propulsé par quatre moteurs RS-25D/E dérivés des moteurs SSME de la navette (RS-24). Il a une masse à vide de 85 270 kg et une masse maximale de 979 452 kg. D'une poussée au décollage de 7 440 kN (environ 744 tonnes), son impulsion spécifique est de 363 secondes au niveau de la mer et de 452 secondes dans le vide. Le deuxième étage (ICPS), également cryotechnique, est propulsé par un moteur RL-10B2. Long de 13,7 m et d'un diamètre de 5 m, sa masse à vide est de 3 490 kg et peut atteindre les 30 710 kg (masse maximale). Développant une poussée de 110,1 kN, l'étage fonctionne durant 1 225 secondes et l'impulsion spécifique de son moteur est de 462 secondes. Le corps central devrait être construit par Boeing[5].
L'étage supérieur sera constitué par l'Interim Cryogenic Propulsion Stage (ICPS, pour « Étage de Propulsion Cryogénique Provisoire ») pour le Block I et l'Exploration Upper Stage (EUS) pour les Blocks IB et II.
Le lanceur peut placer en orbite basse une charge utile de 70 tonnes ; les évolutions envisagées permettraient de porter la charge utile à 130 tonnes[6].
Le coût du projet est estimé à 35 milliards de dollars américains[7].
La NASA prévoit, en juillet 2017, deux Mobile Launcher Platform (en) pour le transport des SLS du bâtiment d'assemblage de véhicules au complexe de lancement 39B et soutenir le lancement de ces fusées[8].
| Charge utile | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Lanceur | Premier vol | Masse | Hauteur | Poussée | Orbite basse | Orbite GTO | Autre caractéristique |
| Space Launch System (Bloc I) |
2020 | 2 660 t | 98 m | 39 840 kN | 70 t | ||
| Falcon Heavy (sans récupération) |
2018 | 1 421 t | 70 m | 22 819 kN | 64 t | 27 t | Premier étage réutilisable |
| New Glenn |
2021 | 82,3 m | 17 500 kN | 45 t | 13 t | Premier étage réutilisable | |
| Vulcan (441) |
2021 | 566 t | 57,2 m | 10 500 kN | 27,5 t | 13,3 t | |
 Ariane 6 (64) |
2020 | 860 t | 63 m | 10 775 kN | 21,6 t | 11,5 t | |
 H3 (24L) |
2020 | 609 t | 63 m | 9 683 kN | 6,5 t | ||
| OmegA (Heavy) |
2021 | 60 m | 10,1 t | ||||
| Falcon 9 (bloc 5 sans récupération) |
2018 | 549 t | 70 m | 7 607 kN | 22,8 t | 8,3 t | Premier étage réutilisable |
 Longue Marche 5 |
2016 | 867 t | 57 m | 10 460 kN | 23 t | 13 t | |
Configurations
En , la NASA a annoncé avoir terminé la conception du lanceur, lui permettant ainsi de commencer la fabrication des premiers éléments le constituant[18].
Premier étage
Le premier étage (Core stage) est fourni par Boeing et dérive du réservoir externe de la navette spatiale américaine. Il a une longueur de 60 mètres pour un diamètre de 8,4 mètres. Les deux réservoirs de l'étage peuvent contenir 2 763 m3 d'hydrogène et d'oxygène liquide. L'étage est propulsé par quatre moteurs RS-25E (« E » pour « Expendable », signifiant « jetable »). Ces moteurs sont fournis par la société Aerojet Rocketdyne. Il s'agit d'une version modernisée des SSME de la navette spatiale américaine. Cette modernisation comprend un nouveau contrôleur, une meilleure isolation de la tuyère et une augmentation de la poussée (poussée de 1 860 kN contre 1 760 kN pour la navette), soit environ 186 tonnes contre 176. Ils sont également « optimisés » pour un usage unique, et sont donc plus légers et moins chers à produire que les SSME d'origine.
L'étage est construit dans l'usine d'assemblage de Michoud et reprend la couleur orange du réservoir externe de la navette spatiale américaine (il s'agit de la couleur de la mousse isolante, l'absence de peinture permet à la NASA de réduire le poids de l'étage et de réaliser des économies). Cet étage sera commun aux différentes versions du SLS.
Propulseurs d'appoint
Le lanceur comporte par ailleurs deux propulseurs d'appoint à propergol solide à cinq segments, directement dérivés des Solid Rocket Boosters (SRB) de la navette spatiale, qui n'avaient eux que quatre segments. Des études prévoient leur remplacement dans le cadre d'une évolution du lanceur par des propulseurs d'appoint à ergols liquides, afin d'améliorer la poussée produite. La poussée au décollage est de deux fois 1 600 tonnes. Fabriqués par Orbital ATK, ces derniers ne disposeront plus de parachutes de récupération et ne seront donc pas réutilisables.
Second étage
Le SLS utilise selon les versions deux étages supérieurs différents :
- Interim Cryogenic Propulsion Stage (ICPS), dérivé du second étage du lanceur Delta IV, est installé sur la version bloc 1 du SLS. Il est propulsé par un unique moteur-fusée à ergols liquides RL-10B2, brulant un mélange d'hydrogène liquide et d'oxygène liquide.
- Exploration Upper Stage (EUS) est un nouvel étage développé pour le lanceur. Il équipe les version bloc 1B et bloc 2 du SLS. Il est propulsé par 4 RL-10B2.
- Composants du lanceur SLS
-
Opération de soudure à l'intérieur du réservoir d'hydrogène du premier étage. -
Deuxième étage IPCS.
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Un des cinq segments des propulseurs d'appoint.
Missions envisagées
Le lanceur SLS joue un rôle clé dans la réalisation du programme d'exploration habité de Mars et la plupart des missions qui doivent le préparer dans le cadre de la stratégie flexible définie en 2010 par la NASA. Ces missions seront réalisées grâce au Deep Space Gateway (DSG), une station orbitale lunaire ainsi que du Deep Space Transport (DST), le transporter entre le DSG et Mars. Les missions sont séparées en 3 phases. La phase 1 (de EM-1 à EM-5) permettra la construction du DSG. La phase 2 (EM-6 à EM-9) sera pour la construction du DST ainsi que ses tests. La phase 3 (EM-10 et EM-11) représente les missions dans le système martien (incluant Phobos et Déimos).
| Mission | Code mission | Date | Lanceur | Charge utile | Description mission (s) |
|---|---|---|---|---|---|
| Exploration Mission 1 | EM-1 | Juin 2020[21] | SLS bloc I | Orion | Mission dans l'espace cislunaire sans équipage, déploiement de 13 CubeSat. Premier vol de SLS. |
| Exploration Mission 2 | EM-2 | Juin 2022 | SLS bloc IB | Orion et module électrique du DSG | Mission cislunaire avec équipage (4). Entre 8 et 21 jours. Livraison du premier module du Lunar Orbital Platform-Gateway, le module électrique. |
| Exploration Mission 3 | EM-3 | 2024 | SLS bloc IB | Orion et module d'habitation du DSG | Mission cislunaire avec équipage (4). Entre 16 et 26 jours. Livraison du module d'habitation vers le Lunar Orbital Platform-Gateway. |
| Exploration Mission 4 | EM-4 | 2025 | SLS bloc IB | Orion et module logistique du DSG | Mission cislunaire avec équipage (4). Entre 26 et 42 jours. Livraison du module logistique vers le Lunar Orbital Platform-Gateway. |
| Exploration Mission 5 | EM-5 | 2026 | SLS bloc IB | Orion et sas du DSG | Mission cislunaire avec équipage (4). Entre 26 et 42 jours. Livraison du Sas vers le Lunar Orbital Platform-Gateway. |
| Exploration Mission 6 | EM-6 | 2027 | SLS bloc IB Cargo | DST | Mission cislunaire sans équipage. Livraison du Deep Space Transport (DST) vers le Lunar Orbital Platform-Gateway. |
| Exploration Mission 7 | EM-7 | 2027 | SLS bloc IB | Orion et module logistique du DST/DSG | Mission cislunaire avec équipage (4). Entre 191 et 221 jours. Premier test du Deep Space Transport (DST). |
| Exploration Mission 8 | EM-8 | 2028 | SLS bloc IB Cargo | Logistique et carburant pour DST | Mission cislunaire sans équipage. Livraison de logistique et carburant pour le Deep Space Transport (DST). |
| Exploration Mission 9 | EM-9 | 2029 | SLS bloc II | Orion | Mission cislunaire avec équipage (4). Entre 300 et 400 jours. Tests avancés du Deep Space Transport (DST) en préparation pour une mission vers Mars. |
| Exploration Mission 10 | EM-10 | 2030+ | SLS bloc II Cargo | Logistique et carburant pour DST/DSG | Mission cislunaire sans équipage. Livraison de logistique et carburant pour le Deep Space Transport (DST) et le Lunar Orbital Platform-Gateway. |
| Exploration Mission 11 | EM-11 | 2030+ | SLS bloc II | Orion | Mission cislunaire puis interplanétaire avec équipage (4). Autour de 1 000 jours. Détachement et lancement du Deep Space Transport (DST) pour Mars. |
Notes et références
- Brooke Boen, « Space Launch System Program PDR: Answers to the Acronym »,
- http://sciencesetavenir.nouvelobs.com/sciences/20131112.AFP1834/le-premier-vol-du-vaisseau-spatial-orion-prevu-pour-septembre-2014.html
- Amy Thompson, « NASA's Supersize Space Launch System Might Be Doomed », Wired, (ISSN 1059-1028, lire en ligne, consulté le )
- « Orion réussit son premier vol », Le Point.fr, .
- « Boeing obtient 2 milliards pour développer le corps central de la fusée la plus puissante du monde », L'Usine Nouvelle.com, .
- « La Nasa dévoile le futur lanceur lourd SLS », Air et Cosmos, no 2279, , p. 7 (ISSN 1240-3113).
- « La NASA dévoile une nouvelle fusée pour l'exploration habitée lointaine », Le Monde, , p. 7 (lire en ligne).
- (en) Jeff Foust, « NASA seeking proposals for second mobile launch platform », sur /spacenews.com, (consulté le ).
- (en) Patric Blau, « Long March 5 Launch Vehicle », sur Spaceflight101.com (consulté le ).
- (en) Norbert Brügge, « SLS », sur Spacerockets (consulté le )
- (en) Norbert Brügge, « NGLS Vulcan », sur Spacerockets (consulté le )
- (en) Norbert Brügge, « Falcon-9 Heavy », sur Spacerockets (consulté le )
- (en) Norbert Brügge, « H-3 NGLV », sur Spacerockets (consulté le )
- (en) Norbert Brügge, « Ariane NGL », sur Spacerockets (consulté le )
- (en) Norbert Brügge, « B.O. New Glenn », sur Spacerockets (consulté le )
- Stefan Barensky, « Bezos et Musk : Course au gigantisme », Aerospatium,
- (en) Ed Kyle, « Orbital ATK Next Generation Launch », sur Space Launch Report,
- (en) Lee Mohon, « Space Launch System (SLS) Overview », sur NASA (consulté le ).
- (en-US) « NASA finally sets goals, missions for SLS – eyes multi-step plan to Mars – NASASpaceFlight.com », sur www.nasaspaceflight.com (consulté le )
- (en-US) « SLS EM-1 & -2 launch dates realign; EM-3 gains notional mission outline – NASASpaceFlight.com », sur www.nasaspaceflight.com (consulté le )
- Clark, Stephen (20 November 2017). "NASA expects first Space Launch System flight to slip into 2020". Spaceflight Now. Retrieved 24 May 2018.
Voir aussi
Bibliographie
- [Nasa 11-301] (en) David S. Weaver, Michael J. Braukus et J. D. Harrington, « NASA announces design for new deep space exploration system : new heavy-lift rocket will take humans far beyond Earth » [« La Nasa annonce la conception d'un nouveau système d'exploration spatiale : un nouveau lanceur spatial lourd conduira des être humains bien loin de la Terre »], communiqué no 11-301 du , sur le site officiel de la Nasa.
