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La rentrée atmosphérique du Starship et son « amerrissage » vus par l'intelligence artificielle Copilot
de Microsoft. Résultat d’une requête de Gédéon sur Microsoft après quelques itérations rapides
Starship : est-ce que la réalité dépasse la fiction ?
Le 6 juin dernier a été une bonne journée pour le spatial américain : après le quatrième essai en vol du Starship de SpaceX, qui semble beaucoup plus concluant que les précédents, le vaisseau Starliner de Boeing s 'est enfin amarré à la Station Spatiale Internationale. Un peu de suspense dans les derniers mètres mais c'est un succès qui renforce l’autonomie américaine dans les vols habités...
J’ai suivi en direct la retransmission du vol IFT4 (Integrated Flight Test 4) diffusée sur X (anciennement twitter). Si vous ne faites pas partie des 10,8 millions de personnes qui étaient devant leur écran au moment du décollage, je vous invite à jeter un œil à ce dernier show de SpaceX (ici). Avant le lancement proprement dit, il y pas mal d’explications intéressantes sur le Starship, un retour sur le test précédent, les objectifs de ce quatrième essai, en particulier la récupération du premier étage et du Starship après la rentrée atmosphérique, et le profil du vol.
La première partie de cet article correspond à mes commentaires sur le déroulement du vol. Pour gagner du temps et vous permettre de voir les moments clés du vol, je donne pour chaque étape principale le temps écoulé par rapport au H0 mais aussi le temps par rapport au début de la retransmission. La retransmission dure au total un peu moins de deux heures.
Dans une seconde partie, je partage de manière plus subjective mes impressions et quelques réflexions sur ce que le succès du Starship pourrait signifier : un pas de géant vers la civilisation multi-planétaire chère à Elon Musk ? J'en doute...
Plus probablement, une véritable révolution dans le domaine des lanceurs et un risque de ringardisation des autres acteurs.
Sauf si et à condition que...
Une vraie photographie du Starship en vol après le décollage le 6 juin 2024. Crédit image : SpaceX
Sur la tour de lancement, la fusée géante est très impressionnante : composée du booster SuperHeavy B11 et de l’étage supérieur Starship SN29, elle mesure 121 mètres de hauteur et 9 mètres de diamètre.
Avant le lancement, SpaceX a amélioré la procédure de remplissage des réservoirs de méthane et d’oxygène à température cryogénique : elle est passé d’1h30 à 50 minutes.
Le H0 - 1 min est à 39 minutes après le début de la vidéo. Le décollage a lieu à 12h50 UTC (7h50 am CDT). Malgré un ciel un peu laiteux, les images du décollage sont toujours aussi spectaculaires. Après seulement 4 essais en vols, il est étonnant d’avoir l’impression d’assister à quelque chose d’habituel…
Le déluge d'eau et les dommages subis par la plateforme de lancement semblent être un lointain souvenir.
Vidéo du décollage du lanceur SuperHeavy / Starship le 6 juin 2024. Crédit : SpaceX
Seule anomalie visible sur la retransmission vidéo : un des 33 moteurs Raptor de l’étage SuperHeavy est éteint à la sortie de la tour de lancement. Il n'y a pas d’impact visible sur le déroulement de la mission.
Extrait de la vidéo du lancement du lanceur SuperHeavy / Starship le 6 juin 2024 montrant
qu’un des 33 moteurs Raptor est défaillant dès le décollage. Crédit : SpaceX
La séparation, c'est chaud.
Moins de 3 minutes après le décollage (environ 42min30 après le début de la vidéo), alors que la fusée atteint une altitude de 72 km et une vitesse de près de 5500 km/h, c’est la séparation des deux étages, avec une procédure de “hot staging“ : les 6 moteurs du système de propulsion du Starship, l’étage supérieur, sont allumés alors que le booster SuperHeavy pousse encore. Cette technique introduite pour le 3ème essai en vol permet de plaquer les ergols au fond des réservoirs du Starship.
Image extraite de la vidéo du lancement du lanceur SuperHeavy / Starship le 6 juin 2024 au moment de
la séparation des deux étages (Hot staging). Crédit : SpaceX
Il semble que la procédure, avec un allumage des moteurs en deux étapes rapprochées, ait été optimisée pour éviter les problèmes rencontrés au cours des vols IFT2 et IFT3. Ici aussi, dans le style des développements logiciels itératifs et de la culture DevOps, SpaceX montre l'efficacité d'une amélioration incrémentale en exploitant le retour d’expérience…
Largage de l’anneau inter-étage et début de la descente du booster
Environ 4 minutes et 4 secondes après le décollage, alors que le premier étage atteint son altitude maximale (110 km), l’anneau inter-étage est largué. C’est une nouveauté de ce vol qui permet de réduite de 10 tonnes la masse du SuperHeavy et de réduire la consommation d’ergols à l’atterrissage. Bientôt une récupération de l’anneau en mer ?
Vidéo d’une caméra embarquée à bord de l’étage SuperHeavy montrant l’éjection de l’anneau inter-étage.
Crédit : SpaceX
Un coup dans l’eau : descente et « amerrissage » du SuperHeavy
Après la manœuvre de retournement, le booster SuperHeavy entame sa descente rapide en chute libre (jusqu’à 4464 km/h à 25 km d’altitude) vers le Golfe du Mexique et allume une partie des moteurs Raptor pour le « Landing burn ». 7 minutes et 24 secondes après le décollage (pour se repérer, 47 minutes et 26 secondes après le début de la vidéo), un premier coup dans l’eau, en douceur, à l’endroit prévu. Pas de barge de récupération, mais c’est tout comme…
En temps réel, c’est une caméra embarquée sur le booster qui permet de suivre sa descente et l’amerrissage avec, semble-t-il, la destruction spectaculaire d’un des moteurs Raptor.
Un détail permet de mesurer la précision de la manœuvre : après le lancement, SpaceX a rendu publique une vidéo prise par une caméra installée sur une bouée à mer à l’endroit choisi par l’atterrissage et… le SuperHeavy est au rendez-vous.
Séquence vidéo prise par une caméra « vraiment embarquée » à bord d’une bouée positionnée
à proximité du lieu d’amerrissage de l’étage SuperHeavy pour le vol IFT4 Du 6 juin 2024.
Crédit image : SpaceX
Six Raptor véloces…
Pendant ce temps-là Le Starship continue sa trajectoire vers une quasi-orbite avec une vitesse qui augmente rapidement alors que l’altitude croît plus lentement. Le Starship accélère gràce à ses six moteurs Raptor :
- 12528 km/h et 144 km d’altitude après 6 minutes de vol.
- 26489 km/h et 153 km d’altitude après 9 minutes. Juste avant, à 8’37’’, le système de propulsion est éteint (Startship Engine Cutoff ou SECO).
- 26269 km/h et 202 km d’altitude après 18 minutes.
- 26221 km/h et 213 km, l’altitude maximale après 24 minutes. Pas de mise en orbite mais c’est ce qui était prévu (notamment pour ne pas laisser un gros truc là-haut en cas de problème). Je n’ai aucun doute : la mise en orbite aurait été possible.
Les images fournies par une caméra embarquée et transmises en temps réel par le système Starlink (l'Internet made in SpaceX) montrent une trajectoire plus stable sans les effets de roulis du vol précédent : on le voit très bien en regardant la direction de la « dérive » par rapport à la ligne d’horizon par exemple à H0 + 8 », H0 + 11’30’’, H0 + 37’ ou H0 + 43 (à ce moment le Starship est déjà redescendu à 125 km d’altitude)
Une bonne atmosphère mais beaucoup de fièvre pour la rentrée
Le Starship poursuit sa descente et se rapproche de la limite des 100 km… La rentrée atmosphérique contrôlée, un des objectifs majeurs de cet essai en vol, a lieu au-dessus de l’océan indien.
Des tuiles de protection thermique (il y en a 18000 au total) sont arrachées : on en voit passer dans le champ de la caméra, par exemple après H0 + 44’ (1h24 après le début de la retransmission).
Cela commence à sérieusement chauffer après près de 45 minutes de vol (1h25 après le début de la vidéo) quand l’altitude descend à environ 107 km avec une vitesse de 26700 km/h.
Karman nous voilà !
A droite du flap (un aileron mobile de contrôle de trajectoire) dans le champ de la caméra, les couleurs deviennent progressivement plus chaudes. Comme la température qui grimpe et entraîne la formation de plasma. C’est rare de voir de telles images qui deviennent très spectaculaires à partir de H0 +45-50’’. La trajectoire semble très bien contrôlée. La température reste dans la fourchette attendue.
Le plasma créé par le Starship au moment de sa rentrée atmosphérique. Image d’une des caméras
embarquées du Starship. Ici en vidéo. Crédit image : SpaceX
Une autre caméra prend le relais à H0 + 48’ et montre la jonction entre le corps du Starship et l’aileron. L’altitude est de 80 km.
La température continue à monter… A 70km, elle atteint un maximum alors que la vitesse descend à 25000 km/h et décroit rapidement. La trajectoire reste stable. Pas mal de choses passent dans le champ de la caméra…
Une tuile, du suspense et un deuxième coup dans l’eau…
La situation se tend à après 57 minutes de vol (1h37 après le début de la vidéotransmission : sur les images de la caméra embarquées toujours transmises par Starlink, on voit la base de l’aileron commencer à brûler. Alors que le Starship est à 56 km d’altitude et que la température commence à descendre, Le tension monte parmi les spectateurs. Chez SpaceX, le niveau sonore augmente aussi…
Voyage au bout de l’enfer… Image d’une des caméras embarquées du Starship montrant un aileron
de guidage soumis à rude épreuve. Ici, une courte séquence vidéo du phénomène. Crédit image : SpaceX
De morceaux de l’aileron, de plus en plus nombreux se détachent, mais il semble qu’il continue à jouer son rôle et la trajectoire reste stable. L’objectif de la caméra se couvre progressivement de projections et l’image est devient de moins en moins lisible mais la transmission via Starlink continue… Le signal est interrompu quelques secondes à H0 + 59’59’’ puis revient.
Le vaisseau Starship atteint Max Q, la pression dynamique maximale en descente, juste après, à 38 km d’altitude, et la vitesse décroit rapidement, indiquant que la descente est toujours contrôlée. La transmission vidéo est à nouveau rétablie à 29 km d’altitude. La vitesse devient transsonique à H0 + 1h03’17’’ puis subsonique et, contre toute attente, l’aileron est toujours là…
Le grand plongeon au ralenti
L’ultime manœuvre de flip destinée à remettre le véhicule en position verticale est effectuée à H0+1h05’36’’. Les moteurs se rallument quelques secondes plus tard pour le « Landing burn ».
Le Starship, en plus ou moins bon état, amerrit un peu moins de 1 heure et 6 minutes après le décollage…
Vidéo accélérée montrant la phase de rentrée atmosphérique, la descente contrôlée et l’amerrissage
du Starship le 6 juin 2024. Crédit image : SpaceX.
A la fin, the fin is fine ?"
Comme beaucoup d'autres, j'ai cru que l'aileron de guidage dans le champ d’une des caméras embarquées ne résisterait pas au plasma créé par l'échauffement des tuiles de protection. Il a été très sévèrement endommagé, comme probablement d’autres parties du véhicule, mais il a joué son rôle jusqu'au bout. La caméra elle-même a fait preuve d'une belle endurance.
Le tout était transmis en temps réel par le réseau Starlink et suivi en direct par des centaines de milliers de spectateurs. Incroyable !
Au final, « deux coups dans l’eau réussis » : le booster géant et le Starship ont presque « atterri ».
Ce quatrième vol d’essai est un beau succès pour SpaceX. Plusieurs étapes importantes ont été franchies par rapport aux essais précédents. Tout n'est pas parfait mais c'est à nouveau une belle moisson de données collectées pour s'améliorer encore avant les prochains vols.
Apprendre à marcher en marchant (sur l'eau) ?
Même s’il faudra attendre de connaître l’état réel du Starship après le vol et l'ampleur des modifications nouvelles à apporter à la protection thermique pour confirmer ces résultats positifs, les progrès accomplis le 6 juin sont impressionnants.
Il est possible que la rentrée atmosphérique depuis une vitesse orbitale (à l'image du Space Shuttle) soit encore plus difficile (vitesse initiale plus élevée) et plus exigeante au niveau du bouclier thermique. Mais SpaceX nous a habitués à trouver des marges de manœuvre un peu partout et réagir rapidement. Il suffit de se rappeler que plusieurs expérimentations à ce sujet (par exemple une tuile volontairement manquante) étaient au programme du vol IFT4.
Un développement incrémental ? Sur un projet aussi ambitieux, il fallait avoir de la détermination et les reins solides, moralement et financièrement, pour persévérer malgré les « déboires » des premiers vols. L'agilité de SpaceX et sa vitesse d'exécution sont également remarquables.
Chapeau aux équipes de SpaceX !
Je ne suis pas un grand fan du personnage Elon Musk, en particulier en matière de politique, d’évolution du réseau X/twitter ou encore lorsqu’il essaie de nous convaincre que notre destinée est de devenir un espère multi-planétaire.
J’ai assisté à sa première présentation publique de ce projet pendant le congrès international d’astronautique à Guadalajara en septembre 2016. Son intervention ressemblait davantage à un concert de rock qu’à une communication scientifique. Pour ma part, malgré la prophétie de Constantin Tsiolkovski en 1911, je continue à me dire qu’on devrait surtout se préoccuper de maintenir notre berceau habitable et que le spatial peut y contribuer.
Néanmoins, quand on constate ce que sont parvenu à réaliser Elon Musk et ses équipes en quelques années avec les lanceurs Falcon 9, Falcon Heavy et maintenant Starship, on ne peut être qu’impressionné par la détermination et la réussite de l’ingénieur et de l’entrepreneur (par exemple dans cette interview sur l'utilisation de l'acier inox pour le starship où il démontre qu’il est un patron qui connaît bien ses produits). Sans oublier la réussite des voitures Tesla...
Nouvelle révolution des lanceurs, nouveau narratif et nouvelles menaces ?
La route est encore longue, simplement pour retourner sur la Lune : le Starship devra procéder à une quinzaine de ravitaillement en orbite basse terrestre, à température cryogénique, avant de pouvoir alunir. Ce n’est pas anodin…
Sans parler du voyage et du séjour sur Mars qui pose quand même quelques petites difficultés. SpaceX et la NASA vont certainement devoir adapter le narratif, comme le décrit très bien Philipe Lugherini dans « l’espace des fous ». Ce n'est pas la première fois
Plus près de nous, en oubliant la Lune et Mars et en se limitant à l’innovation dans les systèmes de lancement, il est possible que ce quatrième essai du Starship constitue les prémices d’une solution de réutilisabilité rapide susceptible de bouleverser à court terme le marché des lanceurs spatiaux.
Retour à la base départ
Elon Musk continue à aller vite : il envisage d’utiliser Mechazilla, la « pince à sucre géante » de la tour de lancement, pour tenter de rattraper le Superheavy dès le prochain vol d’essai.
Compte tenu de sa capacité de charge utile en orbite basse et du prix au kilo que cela sous-entend, le Starship pourrait rapidement ringardiser toutes les autres solutions de lancement commercial : les solutions « classiques » comme Ariane 6 qui va prochainement effectuer son vol inaugural, les petits lanceurs (Rocket Lab est la référence actuelle mais de nombreuses initiatives européennes sont en cours) ou encore les offres beaucoup plus exotiques ou décoiffantes comme la centrifugeuse de Spinlaunch qui doit encore démontrer que les satellites résistent à l’accélération de son essoreuse à salade géante. Sauf si l'objectif n'est pas de lancer des satellites...
“The winner takes it all” mais pas toujours…
Révolution en vue ? Monopole de facto pour l’accès à l’espace dans le monde occidental ? Menace majeure pour l’Europe spatiale ?
C’est possible mais au moins trois éléments méritent d’être prise en compte pour analyser ce qui pourrait se passer dans les années qui viennent :
D’abord, le besoin de seconde source : comme en aviation, les clients aiment bien avoir au moins deux fournisseurs pour pouvoir faire face aux aléas et obtenir des prix raisonnables. C’est vrai aux Etats-Unis et en Europe. L’impressionnante réussite de SpaceX avec Falcon 9 n’a pas stoppé la compétition. Blue Origin, plus discrètement que SpaceX, est toujours en embuscade, à la fois au niveau des lanceurs avec le tant attendu New Glenn et des constellations avec Kuiper. Et s'il s'agit de logistique en orbite, Jeff Bezos a un peu d'expérience et des ressources financières.
Ensuite, les questions de souveraineté, dont il est beaucoup question aujourd’hui et pas seulement dans le spatial. Cela paraît évident pour la Chine, la Russie, l’Inde, le Japon ou l'Europe. C’est probablement ce qui stimule le plus les développements de nouveaux lanceurs en Europe mais cela ne fonctionnera que si l’accès européen autonome à l’espace reste une priorité partagée des Etats membres. Autre difficulté : la dispersion des efforts qu'on voit actuellement dans les petits lanceurs n'est pas un bon signe. La notion de souveraineté européenne pourrait être mise à mal par des priorités nationales.
Enfin, la réalité de la baisse du prix du lancement, répercutée par SpaceX à ses clients institutionnels et commerciaux. Avec la réutilisation en série du lanceur Falcon 9 et peut-être bientôt du Starship, SpaceX a vraisemblablement réussi à baisser drastiquement le prix du kilo mis en orbite. C’est certainement ce qui lui permet de réussir le déploiement de la constellation Starlink et de viser une rentabilité à court terme. Mais, comme l’explique Pierre Lionnet, directeur d’Eurospace dans un point de vue intitulé « SpaceX and the categorical imperative to achieve low launch cost » paru le 7 juin 2024 dans la revue Space News, la baisse des coûts de SpaceX ne s’est pas encore concrétisée par une baisse des prix pour ses clients, qu’ils sont institutionnels ou commerciaux.
Si ce relatif statu quo persiste, il laisse encore des perspectives pour les concurrents de la société d'Elon Musk, même si SpaceX en a certainement sous la pédale pour les mettre toujours plus sous pression. Avoir des reins solides va être encore plus indispensable dans le monde des lanceurs…
Aucun doute : cette aventure technique, économique et politique va continuer à être passionnante et certainement surprenante, sans avoir besoin de prendre un billet pour Mars et quitter notre berceau préféré…
En attendant, à nouveau, un grand bravo et chamallows grillés à volonté pour les équipes de SpaceX !
Après l’effort, le réconfort : chamallows grillés chez SpaceX après le quatrième vol d’essai du Starship.
Il devait aussi y avoir un peu de champagne mais qu'importe le Falcon pourvu qu'on ait l'ivresse...
Copie d’écran de la retransmission vidéo du 6 juin 2024.
Crédit image : SpaceX
En savoir plus :
- Les autres articles du blog Un autre regard sur la Terre sur SpaceX.
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- Le lancement du Sartship IFT4 en replay sur le site de SpaceX.
- “SpaceX and the categorical imperative to achieve low launch cost” : une intéressante tribune de Pierre Lionnet, directeur d'Eurospace, dans la revue Spacenews sur le modèle économique de SpaceX.