Antares (fusée)

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Antares
Premier décollage du lanceur Antares en avril 2013.
Premier décollage du lanceur Antares en avril 2013.
Données générales
Pays d’origine Drapeau des États-Unis États-Unis
Constructeur Orbital Sciences
Premier vol 21 avril 2013
Dernier vol Toujours en service
Lancements réussis 4
Lancements ratés 1
Hauteur 40,5 m
Diamètre 3,9 m
Poids au décollage 282 tonnes
Nombre d’étage(s) 2
Charge utile en LEO 5 tonnes à 6 tonnes
Poussée au décollage 326,5 tonnes
Missions
Antares A-ONE (21 avril 2013)

CRS Orb-D1 (18 septembre 2013)
CRS Orb-1 (9 janvier 2014)
CRS Orb-2 (13 juillet 2014)

CRS Orb-3 (28 octobre 2014)

Antares (anciennement Taurus II) est un lanceur américain capable de placer environ 6 tonnes en orbite basse développé par la société Orbital Sciences Corporation. Cette fusée est conçue pour lancer le cargo spatial Cygnus qui est chargé d'assurer une partie du ravitaillement de la Station spatiale internationale en pièces de rechange et consommables. La société a développé ce lanceur et le vaisseau cargo Cygnus après avoir été sélectionnée par la NASA dans le cadre de son programme Programme COTS dont l'objectif est de confier à des opérateurs privés une partie des tâches assurées par la Navette spatiale américaine jusqu'à son retrait en 2012.

Le lanceur comporte deux étages dans sa version standard. Le premier étage est pour l'essentiel construit en Russie et met en œuvre pour la première fois le moteur-fusée NK-33 développé pour le lanceur lunaire soviétique N-1. Le second étage issu du missile balistique Peacekeeper est déjà mis en œuvre sur le lanceur Taurus du même constructeur. Le premier vol du lanceur Antares a eu lieu le 21 avril 2013. Le 28 octobre 2014, le cinquième vol du lanceur est victime d'une défaillance de la propulsion principale du premier étage, quelques secondes après le décollage.

Contexte[modifier | modifier le code]

Le premier étage du lanceur en cours de transit jusqu'à son pas de tir pour des tests (octobre 2012).

Le retrait de la Navette spatiale américaine décidé en 2004 et effectif en 2011 crée un problème de logistique pour la Station spatiale internationale. La NASA ne dispose plus à court et moyen terme de système de transport capable de ravitailler la station spatiale en consommables et en pièces de rechange. En 2006 la NASA lance un appel d'offres dans le cadre du programme COTS pour le transport de 40 tonnes de fret en soute pressurisée et non pressurisée jusqu'à la station spatiale. Deux sociétés sont retenues : SpaceX qui propose son vaisseau Dragon associé à son lanceur Falcon 9 et Kistler Aerospace qui propose son vaisseau Kistler K-1. Selon les termes de l'appel d'offres, la NASA finance une partie du développement tout en vérifiant que des jalons déterminés à l'avance sont bien franchis. Kistler Aerospace ne parvient pas à réunir des capitaux suffisants et la NASA doit lancer un nouvel appel d'offres en 2008 au terme duquel la proposition de la société Orbital Sciences est sélectionnée face notamment à Boeing qui n'est pas retenu en raison de son coût. Orbital propose de développer le vaisseau Cygnus et le lanceur Taurus II (baptisé par la suite Antares). En décembre 2008, la NASA passe un contrat de 1,9 milliard $ avec Orbital Sciences pour que celle-ci transporte 20 tonnes de fret d'ici 2016 en effectuant 8 lancements de son cargo spatial[1].

Le lanceur Antares est placé sur son transporteur avant son vol inaugural.

Orbital, contrairement à SpaceX l'autre opérateur privé retenu, est déjà un acteur de premier plan dans le domaine spatial : il construit des satellites légers de tous types placés en orbite basse, des satellites de télécommunications pour l'orbite géostationnaire, des sondes spatiales ainsi que les lanceurs légers Pegasus, Taurus et Minotaur. Pour répondre aux besoins de la NASA Orbital Sciences choisit d'utiliser des composants préexistants en s'adressant à la fois à des industriels américains, russes et européens. Ce choix diffère totalement de l'approche de SpaceX qui développe des composants entièrement nouveaux sans avoir recours à la sous-traitance.

Caractéristiques techniques[modifier | modifier le code]

Le lanceur Antares est conçu pour placer 5 à 6 tonnes en orbite basse. La version de base qui comporte deux étages a une masse d'environ 282 tonnes pour une hauteur de 40,5 mètres et un diamètre de 3,9 mètres[2].

Premier étage[modifier | modifier le code]

L'AJ26, dont deux exemplaires propulsent le premier étage d'Antares, est installé sur un banc d'essais.

Le premier étage est pour l'essentiel construit en Russie et met en œuvre pour la première fois le moteur-fusée NK-33 développé à la fin des années 1960 pour le lanceur lunaire soviétique N-1. Deux exemplaires de ce moteur propulsent cet étage du lanceur. Baptisés AJ26, ils sont dotés d'une avionique moderne par leur importateur américain, le constructeur Aerojet. Ce moteur qui consomme un mélange d'oxygène liquide et de kérosène fournit une poussée totale de 3 630 kN dans le vide (3 265 kN au sol). Son impulsion spécifique est de 297 secondes. L'étage a une masse de 248,4 tonnes, une hauteur de 27,6 mètres pour un diamètre de 3,9 mètres[2].

Second étage[modifier | modifier le code]

Le second étage, dans la version standard du lanceur, est un étage Castor 30B à propergol solide d'un diamètre de 2,36 mètres pour une longueur de 3,5 mètres. La masse totale est de 14,035 tonnes et la masse à vide est de 1 220 kg. La poussée moyenne est de 293,5 kN et la poussée maximale de 395,7 kN. Le ratio d'expansion de la tuyère est de 76 et l'impulsion spécifique est de 304 secondes. Le temps de combustion est de 127 secondes. Cet étage a été développé pour le missile balistique Peacekeeper et a déjà été mis en œuvre sur le lanceur Taurus du même constructeur[2].

Coiffe[modifier | modifier le code]

La coiffe a un diamètre de 3,9 mètres pour une hauteur de 9,9 mètres et une masse de 970 kg. Le lanceur peut placer une charge utile d'environ 5 à 6 tonnes sur une orbite basse et d'environ 4 tonnes en orbite héliosynchrone[3].

Configurations[modifier | modifier le code]

Outre la version standard décrite, le lanceur Antares existe dans plusieurs configurations qui sont obtenues en utilisant une version plus puissante du deuxième étage et en ajoutant de manière optionnelle un troisième étage. Le Castor 30XL est une version allongée du Castor 10B (5,99 mètres de long pour une masse totale de 26,3 tonnes). Le troisième étage peut être à ergols liquides ou à propergol solide[2],[3] :

  • L'étage à ergols liquides BTS est développé à partir du propulseur de la plateforme GEOStar commercialisée par Orbital. Les ergols utilisés sont l'hydrazine et le peroxyde d'azote et sont injectés dans le moteur grâce à de l'hélium sous haute pression.
  • L'étage à propergol solide est de type STAR 48. Utilisé pour de nombreux types de satellites, il a une masse totale de 2 164 kg pour une masse à vide d'une peu plus de 2 tonnes. Il développe une poussée moyenne de 68,6 kN durant 84,1 secondes. Il est stabilisé par rotation et la tuyère peut être inclinée de 4°.
Principales caractéristiques des différentes versions du lanceur[3]
Version Deuxième étage Troisième étage Orbite basse (200 km)
Inclinaison 28,7°
Station spatiale (350 km)
Inclinaison 51,6°
Orbite
héliosynchrone (700 km)
Trajectoire
interplanétaire
Commentaire
Antares 120 Castor 30B - 5 t 4 t 2 t - Version standard
Antares 130 Castor 30XL - 6 t 4,5 t 1,5 t -
Antares 121 Castor 30B BTS - 4,5 t 3,2 t -
Antares 131 Castor 30XL BTS - 5,2 t 4 t -
Antares 122 Castor 30B STAR48 - - - 850 kg
Antares 132 Castor 30XL STAR48 - - - 1 t

Charge utile[modifier | modifier le code]

La charge utile est constituée par le cargo spatial Cygnus d'une masse à vide de 1 500 kg, capable d'embarquer 2 tonnes de fret dans sa soute pressurisée. Le cargo dans sa version standard est long de 3,66 mètres pour un diamètre de 3,07 mètres. Une version avancée du vaisseau cargo longue de 4,86 mètres doit permettre de transporter 2,7 tonnes de fret[4].

Site de lancement[modifier | modifier le code]

Les premiers lancements doivent s'effectuer depuis la base de lancement de Wallops Island de la NASA en aménageant le pas de tir de la fusée Conestoga. Cette base permet des lancements avec des inclinaisons moyennes ou nécessitant une vitesse de lancement élevée (orbite haute, sonde interplanétaire). Les bases de lancement de Vandenberg (orbite héliosynchrone), Cape Canaveral et Kodiak pourront être utilisées par la suite[3].

Historique[modifier | modifier le code]

Le premier étage du lanceur est placé en position verticale sur son site de lancement pour des tests en avril 2012.

Développement du lanceur[modifier | modifier le code]

Le coût de développement initial du lanceur est évalué par Orbital à 130 millions de dollars. L'usine Motorostroïtel de la société russe Kouznetsov à Samara fournit les deux moteurs NK-33[5] du premier étage. Le premier test en vol de son véhicule spatial était initialement attendu pour fin 2010[6].

Les premiers tests en banc d'essai du second étage démarrent le 10 décembre 2009 [7]. En mars 2010, Orbital Sciences et la société Aerojet, qui a acheté la licence du moteur NK-33 achèvent les tests au banc d'essais de celui-ci [8]. En décembre 2011, le lanceur appelé Taurus II est rebaptisé Antares pour, selon le constructeur, établir une distinction claire avec le lanceur léger Taurus développé par la même société, mais sans doute, également pour éviter tout rapprochement avec cette fusée qui connait à l'époque plusieurs échecs[9]. Le 22 février 2013, un test à chaud de 29 secondes du premier étage est effectué sur la base de lancement de Wallops Island dans l'état de Virginie. Il permet de confirmer que les deux moteurs du premier étage se comportent comme prévu dans leurs spécifications[10].

Vol inaugural[modifier | modifier le code]

Le lanceur Antares avec le premier vaisseau Cygnus deux jours avant son second vol (septembre 2013).

Le vol inaugural a lieu le 21 avril 2013 après deux reports successifs[11] depuis la base de lancement de Wallops Island dans l'état de Virginie[12]. Cette mission permet de tester le fonctionnement du lanceur qui n'emporte qu'une maquette simulant l'encombrement et la masse du vaisseau cargo Cygnus. Cette charge utile d'une masse de 3,8 tonnes comprend un ensemble de capteurs destinés à mesurer les conditions de vol : 24 thermocouples, 22 accéléromètres, 12 thermomètres numériques, 12 jauges de contrainte et deux microphones. Ce premier vol de démonstration est un succès. Une seconde mission Antares emportant le premier cargo spatial Cygnus fonctionnel pour un vol de démonstration à destination de la Station spatiale internationale a été lancée le 18 septembre 2013.

Remplacement du moteur AJ26[modifier | modifier le code]

Les moteurs AJ26, qui propulsent le premier étage, sont des moteurs russes NK-33 construits au début des années 1970, dont il subsistait environ 150 exemplaires. Ils ont été remis en état et modernisés au niveau de l'électronique par le motoriste américain Aerojet. La question de leur remplacement pour la propulsion du lanceur Antares s'est posée dès le départ. Plusieurs pistes ont été évoquées comme la relance de la chaîne de fabrication en Russie ou la fabrication sous licence par Aerojet aux États-Unis. La question devient plus cruciale en 2014 avec le regain de tension entre la Russie et les États-Unis qui fait suite à la Crise ukrainienne de 2013-2014. Ce contexte remet en effet en question les importations en provenance de la Russie dans des domaines jugés stratégiques comme la motorisation des lanceurs. Toutefois les remplaçants évoqués sont deux moteurs russes : le RD-181 et le RD-193.

Missions[modifier | modifier le code]

No Désignation Version Date Remarques
1 Antares A-ONE[11] 110 Succès

21 avril 2013

Vol de test du lanceur Antares embarquant une maquette simulant le vaisseau Cygnus.
2 CRS Orb-D1[13] 110 Succès
18 septembre 2013
Premier vol du vaisseau Cygnus pour sa qualification dans le cadre du programme COTS.
3 CRS Orb-1 120 Succès
9 janvier 2014
Première mission de ravitailllement (CRS = Cargo Resupply Mission), premier exemplaire du lanceur mettant en œuvre l'étage Castor 30B upperstage[14].
4 CRS Orb-2 120 Succès
13 juillet 2014
5 CRS Orb-3 130 Échec
28 octobre 2014
Premier exemplaire du lanceur mettant en œuvre l'étage Castor 30XL[14]. La fusée a explosé 6 secondes après le décollage.
6 CRS Orb-4 130 Première mission utilisant une version évoluée du vaisseau cargo Cygnus[14].

Échec du 5e vol (octobre 2014)[modifier | modifier le code]

Explosion du lanceur Antares lors du cinquième vol (octobre 2014).

Le 28 octobre 2014, le lanceur Antares, dont c'est le cinquième vol, s'élance de son pas de tir de Wallops Island pour la mission CRS Orb-3 de ravitaillement de la Station spatiale internationale. Peu après le décollage, les panaches de gaz expulsés par les moteurs s'épaississent. Douze secondes après le décollage, la partie inférieure du lanceur explose tandis que le reste de la fusée retombe sur la zone du pas de tir avant d'exploser à son tour.

La zone de lancement est fortement endommagée mais aucune victime n'est à déplorer. L'enquête devra établir l'origine de la défaillance des moteurs-fusées de type AJ26 qui propulsent le premier étage. En mai 2014, un moteur de ce type, testé sur un banc d'essais, avait été détruit trente secondes après sa mise à feu. L'enquête réalisée à l'époque avait abouti à des mesures correctives qui avaient permis la reprise des vols[15].

Les premiers éléments de l'enquête indiquent que la défaillance d'une turbopompe d'un des deux moteurs-fusées du premier étage est sans doute à l'origine de la perte du lanceur. Les raisons de cette défaillance doivent être fournis dans le cadre de la suite de l'enquête. Selon Orbital, le constructeur du lanceur, si la responsabilité d'un des moteurs était confirmée, la société modifierait la motorisation du premier étage[16].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) Space.com - NASA Taps SpaceX, Orbital Sciences to Haul Cargo to Space Station
  2. a, b, c et d (en) « Antares Launch Vehicle Information », spaceflight101.com (consulté le 16 avril 2013)
  3. a, b, c et d (en) « Brochure de présentation Antares », Orbital Sciences Corporation (consulté le 12 décembre 2011)
  4. (en) « Cygnus Spacecraft Information », spaceflight101.com (consulté le 16 avril 2013)
  5. (fr) inauka.ru, « Espace : pour demain, des techniques d'hier et de demain », sur http://www.bulletins-electroniques.com,‎ 14 août 2009 (consulté le 30 août 2009)
  6. (en) AviationWeek.com - Orbital Sciences To Build Taurus II
  7. (en) « Orbital Sciences Successfully Tests Second Stage Rocket Motor », Orbital,‎ 10 décembre 2009
  8. (en) Stephen Clark, « Aerojet confirms Russian engine is ready for duty », Spaceflight Now,‎ 15 mars 2010 (lire en ligne)
  9. (en) « Commercial rocket gets new name as debut launch nears », Spacefligh Now,‎ 12 décembre 2011
  10. http://www.orbital.com/NewsInfo/release.asp?prid=847 Orbital
  11. a et b (en) « Antares conducts a flawless maiden launch », sur NASAspaceflight.com,‎ 21 avril 2013
  12. Nasa
  13. (en) William Graham, « Orbital’s Antares launches Cygnus on debut mission to ISS », sur NASAspaceflight.com,‎ 18 septembre 2013
  14. a, b et c (en) Chris Bergin, « Space industry giants Orbital upbeat ahead of Antares debut », NasaSpaceflight (non affilié à la NASA),‎ 22 février 2012 (consulté le 29 mars 2012)
  15. (en) William Graham et Chris Bergin, « Orbital’s Antares fails seconds after launch », nasaspaceflight.com,‎ 28 octobre 2014
  16. (en) Chris Bergin, « Post mortem for CRS-3 Antares notes turbopump failure », nasaspaceflight.com,‎ 5 novembre 2014

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]