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Un autre regard sur la Terre

Espace, satellites, observation de la Terre, fusées et lancements, astronomie, sciences et techniques, etc. A l 'école ou ailleurs, des images pour éveiller votre curiosité...

2018, année SpaceX ? La fusée Falcon Heavy entre en piste. Du lourd…

Publié le 5 Février 2018 par Gédéon

 

SpaceX - Tesla - Falcon Heavy - Red roaster - Elon Musk - Charge utile - Payload - Starman - David Bowie - Voiture - Bagnole dans l'espace - Car

Le roadster Tesla d’Elon Musk sous la coiffe du lanceur Falcon Heavy.
Drôle de charge utile ou choix symbolique pour annoncer la couleur ?
Les vols habités, la Lune et Mars. Crédit image : SpaceX

 

Pas sérieux s’abstenir…

Faut-il prendre au sérieux un gars qui vous propose d’acheter un lance-flammes pour vous protéger des zombies ?

La réponse à cette question paraît évidente. Sauf quand on se rend compte que c’est le patron de la société « The Boring Company » qui propose ce produit : Elon Musk, également à la tête de Solar City (panneaux solaires), de Tesla (voitures électriques), d’Hyperloop (transport de passagers à grande vitesse) et de SpaceX, les fusées...

 

Elon Musk - Flamethrower - Lance-flammes - The boring company - SpaceX - Twitter - Falcon Heavy - Un gros lance-flammes

Sur Twitter, Elon Musk fait la promotion de son Flamethrower. Sérieux ? Il a écoulé les
20.000 exemplaires mis en vente (pré-commande) en quelques jours

 

Lancer des fusées ? it’s not rocket science

Hello everyone, my name is Elon Musk and I am the founder of SpaceX. In five years, you will be dead.

En mars 2006, quand le fondateur de SpaceX prononce cette petite phrase en fanfaronnant devant les représentants de l’industrie spatiale mondiale réunis à Washington, il n’est pas pris très au sérieux. Les années qui suivent semblent donner raison aux sceptiques : la petite fusée Falcon 1, lancée 5 fois entre le 24 mars 2006 et le 13 juillet 2009 connaît 3 échecs.

Néanmoins, en septembre 2008, le quatrième vol est un évènement important : c'est la première mise en orbite effectuée par un lanceur à ergols liquides conçu grâce à un financement privé. Moins d’un an plus tard, un satellite d'observation malaisien d’une masse de 180 kg est mis en orbite.

Il est intéressant de retrouver les déclarations faites à l’époque : même ceux qui connaissent les succès d'Elon Musk à la tête de Paypal doutent de sa capacité à concurrencer Arianespace, United Launch Alliance ou International Launch Services. Les clients potentiels hésitent en voyant un carnet de commandes très mince.

En novembre 2012, Elon Musk remettait un peu de poil à gratter : There's really no way for Ariane 5 to compete with Falcon 9 and Falcon Heavy. If I were in the position of Ariane, I would really push for an Ariane 6. 

Cinq ans plus tard, plus personne ne rit… Elon Musk n’a pas vraiment tenu son calendrier mais, en 2017, il a lancé avec succès un nombre record de 18 fusées, beaucoup plus que tous les autres opérateurs commerciaux et son carnet de commande est bien rempli : le taux de succès, le rythme de lancement et le pari réussi de la récupération du premier étage ont eu raison du scepticisme initial des grands opérateurs de satellites.

La prophétie d’Elon Musk ne s’est pas réalisée mais le patron de SpaceX a rebattu les cartes sur le marché des services de lancement. C’est d’abord United Launch Alliance qui en a fait les frais : aucun lancement de satellite commercial en 2017.

En Europe, des doutes ont été exprimés, y compris par le ministre français de l’économie Bruno Le Maire, sur les orientations choisies pour Ariane 6, notamment au niveau de la réutilisation (NDLR : en réalité, la vraie difficulté est la faiblesse du marché institutionnel européen).

 

The big one : en Floride pour la fusée californienne

Le mardi 6 février 2018 marque une nouvelle étape pour SpaceX : le succès du premier lancement de la très attendue Falcon Heavy depuis le pas de tir LC-39A de Cape Canaveral achève de crédibiliser l'approche de SpaceX.

Utilisé dans le passé pour la fusée Saturn V (missions Apollo 4 et Apollo 11) et la navette spatiale, prévu pour accueillir le Space Launch System, le choix du site de lancement est également très symbolique.

Après deux nouveaux lancements réussis en 2018 (malgré la perte du satellite militaire Zuma en janvier) et le test statique du 24 janvier, le vol inaugural de la nouvelle fusée de SpaceX, la Falcon Heavy, est un événement qui va rester comme un moment important de la conquête spatiale. Personnellement, je ne suis pas prêt d'oublier cette journée et les images étonnantes que j'ai vues : décollage de la fusée, la récupération synchronisée de deux boosters et les images de la Tesla rouge et de Starman à son volant...  

L’échéance initiale, décembre 2012, comme souvent avec Elon Musk, n’a pas été respectée mais la fusée Falcon Heavy est désormais bien là : elle a magistralement réussi son entrée en scène…

Falcon Heavy Launch - Cape Canaveral - SLC-39A - LZ1 - Floride - Sentinel-2 - Copernicus - First flight - static fire

Cape Canaveral et le complexe de lancement LC-39A vus par le satellite Européen Sentinel-2
le 24 janvier 2018 à UTC, le jour du test de mise à feu statique de la fusée Falcon Heavy. Au sud, on distingue un cercle blanc : c'est la zone d'atterrissage LZ-1, avec son extension pour le deuxième
premier étage dont les travaux ne sont pas totalement achevés.
rédit image : ESA / Copernicus / Commission européenne

 

Merlin l’enchanteur : 3 x 9 = 27

Réussir le premier lancement de la Falcon Heavy était un beau défi, avec 27 moteurs Merlin à synchroniser en maîtrisant les contraintes aérodynamiques pendant les premières minutes de vol.

A peine moins que les 30 moteurs NK-15 du premier étage de la fusée lunaire russe N1. Certes, la technologie et l’informatique ont progressé mais les quatre défaillances du premier étage la fusée N1 (4 tentatives lancements et 4 échecs) rappellent que ce n’était pas une mince affaire. Avant le lancement, Elon Musk avait mentionné au cours d'une interview la liste des autres points critiques. Le fait de les avoir tous surmontés démontre un travail d'ingénierie colossal effectué par les équipes de SpaceX.

 

Falcon Heavy - First stage - 27 engines - Merlin - Premier étage - Core and boosters - Nozzle - Préparation premier lancement - First launch - Cape Canaveral - SpaceX - Elon Musk

Photographie des 27 moteurs Merlin du premier étage de la fusée Falcon Heavy.
Pour fixer les idées, les trois blocs cylindriques ont un diamètre de 3,66 mètres.
Crédit image : SpaceX

 

The show musk go on : du neuf avec du 9

Le nouveau lanceur lourd a été conçu par les ingénieurs d’Hawthorne en utilisant la fusée Falcon 9, désormais bien éprouvée, comme composant de base d’un meccano géant.

Personnellement plus que le gabarit de la nouvelle fusée, c’est la filiation avec la Falcon 9 et les évolutions continues pour améliorer ses performances.

V1.0, V1.1 et V1.2 : la dénomination des différentes versions annonce la couleur... Venant de l’industrie du logiciel et des startups, Elon Musk en applique les principes de développement : développement incrémental, agilité, mise rapide sur le marché d’un produit minimal (MVP : Minimum Viable Product), mise au point et amélioration en cours d’exploitation, etc.

« Learning by doing » : la manière dont SpaceX y parvient pour la mise au point d’un lanceur lourd est assez remarquable. 

 

CQFD : une démonstration impressionnante

A mon avis, cela n’a pu réussir aussi bien que parce SpaceX et son fondateur avaient en tête une vision précise et une feuille de route pour y parvenir. L’exploit est d'avoir sur mettre en œuvre cette feuille de route en l’adaptant continuellement pour exploiter le mieux possible le retour d’expérience de l’exploitation en vols. Et les bonnes idées... Le changement de la configuration des 9 moteurs Merlin du premier étage et le passage au fameux Octaweb est un très bon exemple.

Une stratégie produit exemplaire ! Un petit passage en revue des différentes versions de la Falcon 9 permet de s’en rendre compte et de se remémorer les jalons qui ont préparé le succès de la Falcon Heavy.

 

Qu’importe le Falcon pourvu qu’on ait l’ivresse

Après la Falcon 1, SpaceX avait dans ses cartons le projet d’une Falcon 5 mais décide en septembre 2005 de passer directement à la Falcon 9. Simultanément, la société répond à l’appel d’offre COTS lancé par le NASA pour un vaisseau cargo desservant l’ISS. Un peu d'argent public frais avec la perspective d'un contrat cadre ne peut pas faire de mal...

Le moteur Merlin 1 reste au cœur du système de propulsion : le 9 de Falcon 9 indique qu’un « fagot » de 9 moteurs Merlin équipe la baie de propulsion du premier étage. Il évoluera au fil des améliorations : versions 1C, 1D, 1D+, etc.

Avec une hauteur d’environ 48 mètres, une masse au décollage de 333 tonnes et un diamètre de 3,6 mètres, la capacité visée pour la Falcon 9 v1.0 est alors de 8.700 à 9.300 kg en orbite LEO et de 3.100 à 3.400 kg en orbite GTO selon le type de coiffe.

Tous les composants sont développés par SpaceX. Cela fait partie de la culture maison : maîtriser parfaitement l'ensemble du système.

 

Falcon family - Falcon Heavy - Falcon 9 v1.2 FT - Falcon 9 v1.1 - Falcon 9 v1.0 - Falcon 1 - SpaceX - caractéristiques - capacité LEO GTO - nombre de lancements - statistiques

Un de plus en 2018 : dans la famille Falcon, je voudrais le père…
Du plus léger au plus lourd, de la Falcon 1 à la Falcon Heavy : caractéristiques, nombre de
lancements et taux de succès des lanceurs de SpaceX.
Infographie : Gédéon. Silhouette des fusées : Lucabon, à partir d’un travail
de Markus Säynevirta, Craigboy et Rressi

 

Dès 2010, la récupération du premier étage est envisagée. La solution avec 4 parachutes est vite abandonnée : c’est le système de propulsion qui assurera le freinage. Le 4 juin 2010, le premier lancement est un succès mais le premier étage n’est pas récupéré. La qualification du lanceur s’achève avec le cargo Dragon.

La première version améliorée (version V1.1) de la  Falcon 9, plus haute (près de 69 mètres) et plus lourde (511 tonnes) est lancée en septembre 2013. Les changements portent notamment sur la disposition des moteurs Merlin 1D, avec 8 moteurs entourant un moteur centrale. Cette amélioration réduit la longueur et la masse de la tuyauterie et de la structure et permet d’agrandir les réservoirs. La capacité passe à près de 4.900 kg en orbite GTO.

La version 1.1R voit le jour en avril 2014. R ? Pour récupérable : le premier étage est équipé de pieds déployables pour l’atterrissage. Sont ensuite ajoutés des ailerons stabilisateurs (grids) également utilisés pendant la descente. La capacité atteint plus de 13 tonnes en LEO et 5,3 tonnes en GTO.

 

Full thrust : l'élite...

Les premiers essais de récupération sont des échecs et une explosion en vol entraîne la perte du cargo Dragon 7 en juin 2015. Moins de 6 mois plus tard, SpaceX sort la version V1.2 de la Falcon 9, dite « Full Thrust », et renoue avec le succès. Le lanceur a pris du poids : 70 mètres et 538 tonnes au décollage.  

Parmi les principales modifications, l’utilisation d’ergols super-froids : la température de l’oxygène passe de -183°C à -206°C et celle du kérosène RP1 de 21°C à -7°C. L’augmentation de la densité (plus d’ergols dans un même volume) augmente significativement les performances du lanceur. Le moteur Merlin 1D+ pousse également davantage. L’augmentation de la hauteur du second étage permet d’embarquer plus de carburant et le système de séparation est également amélioré.

Malgré une explosion entraînant la destruction du satellite Amos-6 en septembre 2016 pendant un essai statique de mise à feu, la Falcon 9 v1.2 Full Thrust reprend du service dès janvier 2017 : 18 lancements, tous réussis, ont lieu dans l’année, un record ! C’est également en 2017 qu’est lancée pour la première fois une fusée Falcon 9 équipée d’un premier étage d’occasion.

En parallèle, à Hawthorne, les ingénieurs de SpaceX préparaient la version sur-vitaminée de la Falcon 9 qui vient de réussir magistralement son vol inaugural. Tout paraît simple mais ça cache un travail impressionnant. Inutile de dire l'émotion que ressent un ingénieur en assistant en direct, comme des centaines de milliers personnes captivées par les images diffusées sur Youtube, à ce lancement à hauts risques.

 

Falcon Heavy - SpaceX - Liftoff - Décollage - Mise à feu - Lancement - Launch - 6 février 2018 - Cape Canaveral - Kennedy Space Center
Falcon Heavy - Cape Canaveral - First launch preparation - Préparation premier lancement - Static fire - SpaceX - Elon Musk - Janvier 2018

Liftoff! Le décollage du lanceur Falcon Heavy le 6 février 2018 depuis le pas de tir LC-39A de
Cape Canaveral. En bas, essai dem ise à feu statique effectué le 24 janvier 2018. Crédit image : SpaceX

 

SpaceX et le marché de l’occasion

Avec la Falcon 9, SpaceX annonce également que le premier étage de la fusée sera récupérable.

Après les premiers essais infructueux, ici aussi, l’apprentissage pratique finit par être payant : à ce jour, SpaceX a réussi 21 « atterrissages » sur les 26 tentatives effectuées. 12 ont eu lieu en mer au large de la Californie (4 sur la barge « Just Read The Instructions » et 8 sur « Of course I still love you ») et 9 sur terre dans la zone LZ1 de Cape Canaveral. 00

Et un résultat étonnant : le vol précédent celui de la Falcon Heavy ne prévoyait pas de récupération mais le freinage a quand même permis de faire amerrir le premier étage presque en douceur. Quand ça veut, ça veut...

8 premiers étages récupérés ont été lancés une seconde fois, avec succès.

 

SpaceX - Falcon 9 - récupération premier étage - reuse - First stage landing - Statistiques - Taux de succès - Boomerang - Barge - OCISLY - JRTI - ZL1

Récupération et réutilisation des premiers étages du lanceur Falcon 9.
Infographie : Gédéon. Image de fond : SpaceX

 

L’intérêt de la réutilisation est un sujet débattu et controversé. L’impact sur les économies d’échelle n’est pas évident. En Europe, jusqu’à présent, la relativement faible cadence des lancements ne le justifiait pas. Dans le cas d’Ariane, la notion d’économie d’échelle est davantage liée à l’augmentation du nombre de lancements institutionnels.

 

Une Falcon Heavy : pour quelles missions ?

Avec la Falcon Heavy, on reste en famille : en gros, c’est un corps central constitué d’une Falcon 9 Full Thrust dopée avec deux premiers étages de Falcon 9 Full Thrust : 1421 tonnes au décollage, 70 mètres de hauteur, 12,2 mètres d’envergure et 27 moteurs à synchroniser !

Les performances annoncées sont impressionnantes : 63,8 tonnes en orbite basse, 26,7 tonnes en orbite géostationnaire, mais aussi 16,8 tonnes en orbite de transfert vers Mars et 3,5 tonnes en orbite de transfert vers Pluton (chiffres dans l'hypothèse d'un lancement sans récupération). Le roadster Tesla mis en orbite mardi 6 février, avec ses 1300 kg, n'est qu'un apéritif... C'est réussi : les images de Starman au volant de la Tesla rouge avec la planète bleue ou la lune en arrière plan ouvrent l'appétit...

Le fait que la Falcon Heavy ait été annoncée officiellement en avril 2011, quelques mois avant le dernier vol du Space Shuttle n’est pas anodin. La Falcon Heavy peut viser l’orbite basse et l’orbite géostationnaire mais le choix de la première orbite et de la première charge utile montre qu’Elon Musk a une autre ambition : les vols habités, la Lune et ensuite une première de son projet martien.

Avec ce lancement historique, SpaceX devient la première société privée à lancer un objet au-delà de l’orbite géostationnaire.

La Falcon 9 va continuer à concurrencer les européens avec la famille Ariane mais je ne crois pas que l’orbite géostationnaire et les marchés commerciaux soient la cible principale du lanceur lourd de SpaceX. Evidemment, la capacité de mise en orbite géostationnaire directe de la Falcon Heavy peut devenir une nouvelle offre et affecter les lanceurs visant l'orbite GTO et les satellites d'un moteur d'apogée chimique ou électrique.

Mais, avec la Falcon Heavy, SpaceX détient désormais surtout le lanceur le plus puissant depuis Saturn V. C’est davantage la NASA et les missions spatiales lointaines que vise Elon Musk. Avec ce succès du vol inaugural, il va certainement tenter de ringardiser le lanceur Space Launch System, à la fois en termes de coût, de date de disponibilité et de cadence de lancement… De ce point de vue, l'élection de Donald Trump est un élément de contexte favorable : le tweet du président américain après le vol le confirment : "Congratulations @ElonMusk and @SpaceX on the successful #FalconHeavy launch. This achievement, along with @NASA’s commercial and international partners, continues to show American ingenuity at its best!"

 

Falcon Heavy - First launch - Flight profile - mission profile - landing - fairong separation - Payload separation - Insertion en orbite - SpaceX - Of course I still love you - LZ-1 - LC-39A
Falcon Heavy - Succès - Premier vol - Success - first flight Core landing - atterrissage synchronisé - Premier étage - SpaceX - Elon Musk

Le profil de mission pour le premier lancement de la fusée Falcon Heavy avec,en bas, la récupération
des deux "boosters" et du premier étage. Cela paraît tout simple, ce n'est pas le cas et le succès presque total (à l'exception de la récupération du corps central) est une prouesse. Crédit image : SpaceX

 

Déclarer sa flamme en public

Comme pour Humanity Star, la boule disco mise en orbite par Rocket Lab pour énerver les amoureux du ciel nocturne, je n'étais pas vraiment convaincu par le choix de la première charge utile choisie par Elon Musk pour la Falcon Heavy.

Certes, envoyer dans l’espace son roadster Tesla rouge diffusant la chanson Space Oddity de David Bowie est une garantie de faire à nouveau le buzz.

Mais, sans aller jusqu’à embarquer une mission scientifique pour un vol inaugural, il y a avait certainement d’autres options véhiculant une idée plus conforme à la dimension de bien commun public de l’espace.

 

Elon Musk - Tweet - Falcon Heavy Launch - Tesla Roaster - red planet - alien - Lancement inaugural - Mars - En orbite

Voiture rouge et petits hommes verts ? En écembre 2017, un des tweets d'Elon Musk pour expliquer
pourquoi son roadster Tesla rouge sera la première charge utile mise en orbite par une Falcon Heavy.
Ici pas question de zombies, juste des aliens.

 

Je révise un peu mon jugement : au delà du buzz, je dois avouer que les images de la Tesla rouge et de starman au volant sont captivantes : je suis resté scotché devant mon écran pendant plus d'une heure en regardant, la terre défiler en arrière plan, les reflets sur la carrosserie, les changements d'éclairage et de direction du soleil et de temps en temps la Lune passant dans le champ des caméras. Bluffant ! Ces images vont certainement devenir cultes.

 

SpaceX - Falcon Heavy - Starman - Bowie - Tesla - en orbite - destination mars
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SpaceX - Falcon Heavy - Starman - Bowie - Tesla - en orbite - destination mars

Starman en orbite autour de la Terre, prêt pour la grand voyage au volant du roadster Tesla.
Crédit image : SpaceX

 

Est-ce que David Bowie arrive à la ceinture de Van Allen ?

C'est la question que tous les fans de rock se posaient... Comme musique de fond pendant le voyage, l'intro du titre "Eruption" ou le titre de Queen déjà mentionné me paraissaient plus adaptés que "Space oddity". Mais bon, je n'ai pas eu gain de cause.

Malgré mes réserves sur le choix de la charge utile, je ne me lasse pas de images de Starman au volant de la voiture rouge avec les images de la Terre en arrière plan  Un conseil : coupez le son si vous n'êtes pas fan de David Bowie.

Avec un peu de retard à cause des vents en altitude, le lancement de la Falcon Heavy a eu lieu mardi 6 février 2018 à 3:45 PM EST soit 20:45 UTC et 21:45 en heure française. Si vous n'avez pas pu y assister en direct, je vous recommande vivement de le voir et de le revoir sur le site de SpaceX, sur Youtube ou de relire les fils twitter : l'émotion et le choc sont palpables. En ce qui me concerne, c'est l'atterrissage synchronisé des deux corps latéraux qui m'a le plus bluffé.

Comme prévu, le troisième et dernier allumage du moteur Merlin du deuxième étage a eu lieu après 6 heures de pause : après celle de Van Allen, Starman va découvrir la ceinture d'astéroïdes : attention au pare-brise !

 

Trop sérieux s'abstenir 

Finalement, Elon Musk a écoulé sans problème les 20.000 flamethrowers de la Boring Company en réussissant un fois de plus à faire le buzz.

Il a également réussi le premier essai du très gros lance-flammes de SpaceX. Ce succès devrait être suivi d’un second vol de qualification : la Falcon Heavy emportera alors une charge utile de l’US Air Force. 

Chapeau SpaceX, chapeau monsieur Elon Musk. On peut faire des choses très sérieuses sans se prendre au sérieux !

 

Sur Youtube, rediffusion du lancement de la fusée Falcon Heavy. A noter : la récupération de 2 des 3 "premiers étages". La récupération du troisième (central core) sur une barge en mer au large de
la Floride est la seule anomalie notable de ce vol. Crédit image : SpaceX

 

En savoir plus :

 

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