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La NASA veut catapulter du matériel en orbite avec une méga fronde spatiale

La NASA a signé un partenariat avec SpinLaunch, qui développe un accélérateur révolutionnaire basé sur la force centrifuge.

En novembre dernier, nous avons parlé de tournerlancer, une entreprise qui souhaite utiliser la force centrifuge pour faciliter le lancement de petites charges utiles en orbite. Apparemment, le concept a beaucoup intrigué la NASA ; donc, l’agence spatiale américaine a a signé un partenariat avec le cabinet. Ensemble, ils vont maintenant tester la faisabilité d’un tel système dans le cadre de certaines opérations de routine, notamment celles destinées à l’orbite basse.

Conceptuellement, l’idée de SpinLaunch est étonnamment simple. La première étape consiste à confiner la charge utile en orbite dans le Sub-Orbital Accelerator Launch System (SALS). C’est une énorme chambre à vide circulaire qui fonctionne comme une enclave d’accélération.

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Une véritable fronde spatiale

Une fois à l’intérieur, l’ensemble est mis en rotation autour d’un axe. Grâce au vide qui règne dans la chambre, la machine peut accélérer à des vitesses phénoménales en toute sérénité, sans avoir à lutter contre les frottements générés par les molécules de gaz dans l’atmosphère.

Lorsqu’une vitesse suffisante est enfin atteinte, la charge est découplée de l’arbre ; grâce à toute l’énergie cinétique accumulée lors de la première phase, le navire est catapulté à une vitesse prodigieuse à travers la cheminée – exactement comme une pierre jetée par une fronde. La seule différence est que cet article ira beaucoup plus haut et plus vite. Selon SpinLaunch, le projectile pourrait théoriquement dépasser les 8 000 km/h sans aucun problème.

Le concept peut sembler tiré par les cheveux, mais ce n’est pas une mode tout droit sortie de la science-fiction. SpinLaunch l’a démontré lors d’une preuve de concept assez impressionnante en octobre 2021. Avec son prototype A-33, il est parvenu à envoyer un projectile de 3 mètres de long à plusieurs kilomètres de haut en l’accélérant à plus de 1 600 km/h grâce à la seule force centrifuge. Et la machine ne tournait qu’à 20 % de sa capacité !

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Autant dire que les accélérateurs SpinLaunch en ont encore en réserve… et pourtant ce n’est que le début. L’enclave actuelle est déjà impressionnante, avec ses 33 mètres de diamètre. Pourtant, c’est assez ridicule par rapport au monstre que SpinLaunch prévoit d’assembler. Leur objectif est de produire un SALS presque trois fois plus grand, 90 mètres de diamètre. Ainsi, il pourrait envoyer des objets encore plus lourds encore plus haut.

Limiter les restrictions liées au décollage

Dans des conditions réelles, cependant, ce SALS seul ne suffira pas. Sa fonction sera d’accélérer une machine pour la rapprocher de la frontière de l’espace. C’est une contribution non négligeable ; facilitera grandement la mise en orbite en permettantéviter les contraintes logistiques majeures liées au décollage.

En effet, pour mettre une machine en orbite, elle doit répondre à deux critères ; doit suivre la bonne trajectoire, mais surtout voyager à un très rapide et très précis. Ainsi, vous pouvez trouver un équilibre presque parfait entre les forces qui éloignent l’objet de la Terre et la gravité qui le rapproche ; on parle alors d’orbite.

Pour permettre à un objet d’atteindre cette vitesse, il faut évidemment lui transmettre une certaine quantité d’énergie qui dépend directement de sa masse (voir la notion de delta-v pour plus de détails). Habituellement, la fusée s’en charge à l’aide d’un moteur-fusée.

Mais les fusées sont confrontées à un problème que les randonneurs ne connaissent que trop bien. Pour aller loin, vous devez porter un sac à dos plein de ressources ; mais c’est généralement très lourd, surtout au début du voyage. Et cela peut être épuisant.

C’est la même chose dans une fusée; il faut pouvoir “porter” le coeur du véhicule, mais aussi tout le carburant nécessaire à l’ascension. Et celui-ci pèse trop; par exemple, ces carburants représentent jusqu’à 91% du poids total d’une fusée russe Soyouz !

En pratique, cela signifie que la majeure partie du carburant n’est pas utilisée pour propulser la charge utile elle-même, mais le reste du carburant qui sera consommé lors de l’ascension. Aussi, lorsque le véhicule est au ras du sol, il doit lutter encore plus fort pour vaincre les forces gravitationnelles qui le tirent inexorablement vers le bas ; plus on part d’un point proche du niveau de la mer, plus la puissance du système doit être augmentée.

Un système plus propre, moins cher et logistiquement très intéressant

L’enjeu est donc de limiter la quantité d’énergie que le véhicule doit produire par lui-même et, par extension, la quantité de carburant qu’il doit transporter. Et c’est précisément à cela que sert ce SALS. Au début, il ne serait plus nécessaire d’augmenter de manière exponentielle la quantité de carburant juste pour… transporter le reste du réservoir.

Cela présente plusieurs avantages évidents en termes de logistique, de coûts d’exploitation et (éventuellement) d’environnement. Grâce à l’énorme accélération fournie par le SALS, SpinLaunch affirme qu’il serait possible de réduire la quantité de carburant nécessaire au lancement. plus de 70%. Le coût total de lancement pourrait même être divisé par dix.

De plus, un SALS est basé sur un moteur électrique. Il permet donc d’éviter la phase de remplissage des réservoirs et d’effectuer un grand nombre de lancements dans un intervalle de temps relativement court. Par conséquent, SpinLaunch se positionne comme un système propre et économique, et particulièrement adapté aux opérations de routine en orbite terrestre basse.

Un futur standard pour les opérations en orbite basse ?

Mais ce système n’est pas sans restrictions. La première, et la plus évidente, est que la machine sera nécessairement soumise à des forces absolument colossales lors de cette phase initiale d’accélération. Cela signifie qu’en l’absence de solution révolutionnaire, notre pauvre corps humain serait rapidement réduit à l’état de confiture sanglante. Par conséquent, le SALS sera réservé aux charges utiles capables d’absorber dizaines de grammes

Malgré ces limites, la NASA considère toujours qu’il s’agit d’une voie très intéressante dans le contexte actuel où l’accès à l’espace se démocratise à toute allure. En fait, il semble évident que ces rejets de routine continueront à devenir plus fréquents. Il devient donc urgent de développer des systèmes de lancement mieux adaptés que le moteur-fusée traditionnel ; et la proposition SpinLaunch est l’une des pistes les plus prometteuses à ce niveau.

Il sera donc très intéressant de suivre l’évolution de cette collaboration. Si tout se passe bien, on pourrait progressivement assister à un véritable changement de paradigme du côté des lanceurs légers. RocketLab, l’actuel spécialiste des lancements de charge utile légère, plus prudent !

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