Starship (fusée)

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Starship
Lanceur super lourd
Vue d'artiste du Starship S20 avec le Booster Super Heavy B4 sur son pas de tir.
Vue d'artiste du Starship S20 avec le Booster Super Heavy B4 sur son pas de tir.
Données générales
Pays d’origine Drapeau des États-Unis États-Unis
Constructeur SpaceX
Premier vol T2 2022
Statut En développement
Hauteur 119 m
Diamètre 9 m
Masse au décollage ~5 070 tonnes
Étage(s) 2
Poussée au décollage 76 MN
Base(s) de lancement LC-39A
SpaceX South Texas Launch Site, Boca Chica Village (Texas)
Charge utile
Orbite basse 100-150 tonnes
Transfert géostationnaire (GTO) 21 tonnes (sans ravitaillement)

100-150 tonnes (avec ravitaillement)

Motorisation
Ergols LOX / LCH4
1er étage 20 Raptor Boost + 13 Raptor Center
2e étage 3 Raptor Center + 3 Raptor Vacuum
Missions
• Lancement en GTO
• Lancement en LEO
• Transport Terre-Lune
• Transport intercontinental
• Colonisation de Mars
• Transport interplanétaire
• Tourisme spatial
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Le Starship (propulsé par le premier étage « Super Heavy »), anciennement appelé Big Falcon Rocket ou BFR, est un lanceur spatial super-lourd actuellement en cours de développement par SpaceX, visant une capacité à placer une charge utile de plus de 100 tonnes (150 plus tard selon Elon Musk) en orbite basse[1]. Ce nouveau lanceur aura la particularité d'être entièrement réutilisable et pourrait jouer un rôle central dans les ambitions de la compagnie pour la colonisation de Mars. Il vise également à lancer des satellites vers l'orbite basse ou géostationnaire, et pourrait à terme remplacer les fusées Falcon 9 et Falcon Heavy pour devenir le lanceur principal de SpaceX[2]. Les deux étages sont propulsés par des moteurs Raptor et brulent un mélange de dioxygène liquide et méthane liquide.

Le vaisseau Starship est sélectionné par la NASA le pour constituer l'atterrisseur lunaire du programme américain Artemis, qui doit permettre un retour de l'Homme sur la Lune à l'horizon [3]. Par ailleurs, l'usage du lanceur comme moyen de transport intercontinental est également envisagé[4].

Le Starship est annoncé en à l'occasion du Congrès international d'astronautique[5]. Un premier prototype de vol, le Starhopper, est construit en , et le premier vol d'essai à haute altitude est effectué par le prototype SN8 en . Elon Musk, le PDG de l'entreprise, espère pouvoir effectuer un premier lancement orbital en , et un atterrissage inhabité sur Mars en [6].

Le Starship a pour particularité d'être construit essentiellement à ciel ouvert, ce qui permet au public de suivre le développement du projet en détails, par exemple par l'intermédiaire d'observateurs enthousiastes qui filment et retransmettent en direct la construction et les tests des prototypes.

Historique

Contexte

Lors de la fondation de SpaceX en 2002, Elon Musk, son fondateur, avait l'ambition d'envoyer des hommes sur Mars. SpaceX commença progressivement à développer des lanceurs, tel que Falcon 1, première fusée de SpaceX, puis Falcon 9, beaucoup plus puissante, introduisant aussi la réutilisation partielle des lanceurs spatiaux. Ces étapes de développement étaient nécessaires, pour que SpaceX puisse acquérir les connaissances nécessaires pour la réalisation d'un lanceur pour la destination de Mars. Les premières idées de fusées super lourdes basées sur la flotte de lanceurs Falcon ont été discutées pour la première fois par SpaceX en 2010, mais lorsque le développement a sérieusement commencé en 2012, le véhicule avait une architecture déjà éloignée de ceux de la famille Falcon, mais gardait néanmoins leurs technologies, comme la réutilisation mise au point par le Falcon 9[7],[8].

Premiers projets de lanceurs super-lourds

Falcon X et XX (2010)

Lors de la conférence AIAA Joint Propulsion de 2010, SpaceX a présenté des concepts de lanceurs lourds et super-lourd, qui n'étaient pas des configurations confirmées de futurs lanceurs et ne représentaient que des idées conceptuelles.

Le Falcon X est un lanceur à deux étages de 75 mètres de haut, environ 6 mètres de diamètre, propulsé par 3 moteurs Merlin 2, des évolutions des moteurs Merlin, créant ainsi une poussée au décollage de 16 000 kN. Moins de spécifications ont été données pour le second étage, cependant, SpaceX travaillait à l'époque sur une version LOx/LH2 du moteur Raptor d'une poussée de 677 kN pour une utilisation sur les étages supérieurs, ce qui en fait un candidat probable. Falcon X pourra envoyer en orbite basse terrestre une charge utile de 38 tonnes. Comme pour le Falcon 9, le Falcon X existe sous une version Heavy, qui aura deux premiers étages sur les côtés du corps central. Ainsi, le Falcon X Heavy pourra envoyer en orbite basse terrestre une charge utile de 125 tonnes.

Le Falcon XX est un lanceur à deux étages, de 10 mètres de diamètres et une hauteur estimée à 100 mètres. Le premier étage utilise 6 moteurs Merlin 2, créant une poussée au décollage de 45 360 kilonewtons (4 625 tonnes). Comme pour le Falcon X, aucune spécification technique fut donnée sur le second étage, mais il est probable qu'il soit propulsé par des moteurs Raptor à un ou deux. Une version Heavy du Falcon XX à trois cœurs n'a pas été présentée par SpaceX, mais serait une option pour augmenter la capacité de charge utile du véhicule à plus de 400 tonnes[9].

Mars Colonial Transporter (2012)

Le Mars Colonial Transporter fut évoqué en 2012 lors d'une discussion publique à propos d'un programme conceptuel de colonisation de Mars. Ce lanceur réutilisable devait être capable de placer entre 150 et 200 t en orbite basse. Il devait être propulsé par des Raptor et bruler du dioxygène liquide et du méthane liquide.

Interplanetary Transport System (2016)

Article détaillé : Interplanetary Transport System.
Vue d'artiste de l'Interplanetary Transport System.

L'Interplanetary Transport System fut annoncé au grand public lors du Congrès astronomique international de septembre 2016, qui s'est tenu au Mexique, durant lequel Elon Musk a déclaré qu'un investissement de 10 milliards de dollars serait nécessaire pour mettre l'ITS en service, appelant le secteur privé et le gouvernement à créer un énorme partenariat public-privé dans cette entreprise[7].

Caractéristiques techniques

Starship

Starship constitue l'étage supérieur de la fusée Super Heavy. Il mesure 50 mètres de haut et 9 mètres de diamètre pour une masse de 1 200 tonnes au décollage[1], et est entièrement construit en acier inoxydable 304L de 4 mm et 3,6 mm. Il est propulsé par six moteurs-fusées Raptor — trois optimisés pour le vide et trois optimisés pour le vol atmosphérique — brûlant un mélange de dioxygène liquide et de méthane liquide. Il est de plus conçu pour retourner sur Terre après sa mission, en contrôlant sa trajectoire à l'aide de 4 volets de stabilisation avant d'atterrir verticalement à l'aide de ses moteurs, rendant le véhicule réutilisable.

Starship a la particularité de posséder quatre réservoirs de carburant, deux réservoirs principaux et deux réservoirs auxiliaires appelés header tanks. Les réservoirs principaux ont pour but d'alimenter les moteurs lors de la mise en orbite et lors des manœuvres. Les deux réservoirs auxiliaires, beaucoup plus petits, contiennent le carburant nécessaire à l'atterrissage propulsif lors du retour sur Terre ou pour un atterrissage sur Mars. Starship pouvant être amené à effectuer de longs séjours dans l'espace, la petite taille des header tanks permet de faciliter le maintien sous pression du carburant, de minimiser son évaporation et d'éviter le ballottement du carburant qui peut induire la formation de bulles et perturber le fonctionnement des moteurs lors de l'atterrissage[10].

Starship est prévu pour être décliné en six versions.

Protection thermique

Inspection des tuiles thermiques du Starship prototype SN20.

Le Starship est équipé d'un bouclier thermique, le protégeant de la chaleur lors de sa rentrée atmosphérique. Le bouclier thermique est composé de tuiles thermiques de forme hexagonale, ce qui est idéal car il y aucun chemin droit pour que le gaz chaud s'accélère à travers les lacunes. Lors d'un test, les tuiles thermiques ont réussit à résister à des températures de 1 376,85 °C, a déclaré Elon Musk. Si des tuiles thermiques subissent une dégradation, des systèmes de refroidissement supplémentaires seront rajoutés pour protéger l'engin spatial[11].

Super Heavy

Super Heavy est le nom du premier étage qui propulse le Starship. Il prend la forme d'un cylindre de 69 mètres de haut et de 9 mètres de diamètre pour une masse au décollage de 3 600 tonnes[1]. Il est construit en acier inoxydable 304L de 4 mm d'épaisseur et est propulsé par des moteurs Raptor alimentés par un mélange de dioxygène liquide et de méthane liquide. Il possèdera 29 Raptor lors des premiers essais et passera à 33 moteurs dans un futur proche pour développer au total une poussée de 76 MN[1]. Tout comme Starship, Super Heavy est entièrement réutilisable. Son plan de vol devrait être très similaire à celui d'un premier étage de Falcon 9, dont il reprend d'ailleurs la silhouette, en particulier les ailerons en grille (grid fins) servant à contrôler la redescente avant un atterrissage propulsif sur le pas de tir, où il sera rattrapé par les bras de récupération : selon Elon Musk, cette technique permettrait « d’économiser la masse et le coût des pieds d'atterrissage et de repositionner immédiatement le booster sur le support de lancement — prêt à être ravitaillé en moins d’une heure ». Mais si cette technique insolite ne fonctionne pas, il faudra revenir aux pieds d'atterrissage (landing legs) — déjà présents sur la Falcon 9 et sur la Falcon Heavy — qui fonctionneraient quand même selon Musk[12].

Versions

Starship Cargo

La version Starship Cargo, qui est la première version développée, est principalement destinée au lancement de satellites en orbite terrestre. Elle est capable d'envoyer une charge utile de 100 à 150 tonnes en orbite terrestre basse et jusqu'à 150 tonnes en orbite de transfert géostationnaire. Elle est équipée d'une coiffe en clapet pouvant se refermer avant le retour sur Terre, haute de 17 mètres pour un volume total de 1 000 m3[1], et équipée pour les lancements multiples. SpaceX prévoit d'utiliser cette version pour lancer un grand nombre de satellites d'une constellation (en particulier les satellites de la constellation Starlink, appartenant à SpaceX) en un seul vol, pour effectuer des lancements triples en orbite de transfert géostationnaire[13], ou pour transporter des charges utiles très volumineuses ou très massives.

Starship Surface Cargo

La version Starship Surface Cargo est une déclinaison du Starship Cargo, avec une capacité d'emport de 100 tonnes (150 tonnes totalement optimisé), et est spécialisé dans le transport de matériel à la surface d'autres corps célestes. C'est notamment cette version qui sera utilisée par la NASA dans le cadre du programme CLPS (Commercial Lunar Payload Services), qui emmènera des instruments scientifiques et des équipements à la surface lunaire, mais il pourra également envoyer des rovers et du ravitaillement. Il agira en tandem avec le Starship Crew pour les missions pour la Lune et Mars.

Starship Crew

La version Starship Crew, destinée au vol habité, doit être développée dans un second temps une fois que la version cargo aura effectué suffisamment de vols pour prouver sa fiabilité[14]. SpaceX ambitionne à terme d'utiliser cette version pour transporter jusqu'à 100 passagers vers l'orbite terrestre, la Lune ou Mars[13]. Le Starship Crew sera rempli de moins d'ergols que les autres versions afin d'avoir un rapport poids/poussée supérieur pour pouvoir s'éloigner du premier étage en cas d'anomalie.

Starship Tanker

La version Starship Tanker est conçue dans le but de transférer 200 tonnes de carburant vers d'autres vaisseaux Starship. La possibilité d'effectuer des ravitaillements en orbite devrait fortement augmenter la capacité d'emport du Starship vers la Lune ou Mars, et est nécessaire aux vols cargos ou habités vers ces destinations[15].

HLS Starship

Article détaillé : Starship HLS.

Le HLS Starship est une variante du Starship spécialisé dans le transport de fret et d'équipage vers le sol lunaire. En , il est sélectionné par la NASA pour être l’un des trois systèmes étudiés dans le cadre du projet d’atterrisseur lunaire HLS (Human Landing System) du programme Artemis, avec le Dynetics-HLS de Dynetics et l'Integrated Lunar Vehicle (ILV) de la National Team constituée de Blue Origin, Lockheed Martin, Northrop Grumman et Draper[16]. Le , il est sélectionné par la NASA comme l'unique atterrisseur lunaire du programme Artemis. SpaceX se voit ainsi attribuer un budget de 2,89 milliards de dollars pour construire, tester et faire atterrir sur la Lune un prototype de HLS Starship[17]. Si les résultats sont concluants, le Starship emmènera les astronautes du programme Artemis depuis la station Lunar Gateway en orbite lunaire jusqu'à la surface de la Lune à partir de lors de la mission Artemis III.

Le HLS Starship est également envisagé comme transport de marchandises vers le sol lunaire dans le cadre du programme CLPS[18]. Contrairement aux autres versions du Starship, il n'est pas destiné à retourner sur Terre, et n'est donc équipé ni de système de protection thermique, ni de surfaces de contrôle aérodynamiques[19].

Starship Deep Space

Cette version du Starship, sans aileron, bouclier thermique et réservoir auxiliaires pour un atterrissage propulsé, n'est pas destinée à retourner sur Terre : après avoir été ravitaillé en orbite basse, il pourra transporter du matériel (tel que des satellites de la constellation Starlink, de SpaceX) vers l'orbite martienne, jovienne ou saturnienne, voire au-delà.

Prototypes

Les premiers essais ont commencé avec la construction d'un réservoir en fibre de carbone. En , SpaceX a radicalement changé la conception du vaisseau et a opté pour une construction en acier inoxydable cryorésistant[20] (dont la résistance augmente à basse température) et pour l'utilisation d'un bouclier thermique constitué de tuiles thermiques hexagonales en céramique.

Starhopper

Le prototype de test Starhopper le 13 mars 2019.

Le premier prototype, appelé Starhopper, permet d'effectuer les premiers tests d'atterrissage du Starship et de tester en vol une partie de ses sous-systèmes. La construction du prototype est réalisée en plein air sur le site de SpaceX South Texas Launch Site, à Boca Chica Village, au Texas à partir de et est complétée en [21]. Le véhicule, construit en acier inoxydable, a un diamètre de 9 mètres et une hauteur de 39 mètres[22],[23]. Il est prévu pour n'utiliser qu'un seul moteur Raptor.

Le , le premier moteur Raptor est livré sur le site et le prototype est transféré sur l'aire de vol[24]. Deux vols captifs ont lieu en , puis le moteur est retiré le temps de régler divers problèmes sur celui-ci[25]. Le , SpaceX tente de faire décoller son prototype Starhopper pour un vol test à une altitude de 20 mètres. À cause d'une pression trop forte dans les réservoirs, l'essai est annulé à T + 2 s après l'allumage du moteur[26]. Le lendemain, le Starhopper effectue son premier vol libre à 20 m de hauteur, réalisant un vol stationnaire de quelques secondes avant de se poser en toute sécurité[27].

Le , un vol d'une altitude de 150 mètres est annulé à cause d'un dysfonctionnement du système d'allumage du moteur. Le lendemain, Starhopper réalise ce vol et se pose automatiquement 200 m plus loin[28].

Starship Mk1, Mk2 et Mk4

En débute la construction d'un prototype complet du vaisseau, appelé Starship Mk1, suivi du Starship Mk2 en . Les deux prototypes sont construits simultanément, l'un à Boca Chica Village au Texas, l'autre à Cocoa Beach en Floride, mettant en compétition les deux équipes de SpaceX[29]. Ce sont les premiers prototypes à taille réelle du Starship, mesurant 9 mètres de diamètre et 50 mètres de haut pour une masse à vide de 200 tonnes, et équipés d'un nez et de volets aérodynamiques[30].

Le nez du Starship Mk1.

Le Starship Mk1 est achevé en et sert de maquette pour la présentation des nouveautés du Starship par Elon Musk le . Elon Musk annonce lors de cette présentation qu'il prévoit d'effectuer un vol à 20 km d'altitude avant la fin de l'année[31]. Le prototype est ensuite désassemblé et amené sur le site de lancement le , afin de commencer sa phase de test en vue de son vol à haute altitude[32]. Il est toutefois détruit le , lors d'un test de pressurisation à l'azote liquide[33]. Ce sont les soudures du dôme supérieur qui ont lâché, provoquant ainsi la rupture du réservoir.

Fin , la construction d'un nouveau prototype, le Starship Mk4, est entamée. La construction des prototypes Mk2 et Mk4 est arrêtée à la suite de l'échec du Mk1, et le Mk2 est démantelé en [34]. Malgré leur échec, ces trois exemplaires ont permis à SpaceX d'améliorer ses techniques de construction, notamment concernant les anneaux d'acier inoxydable constituant le corps de la fusée et les soudures.

Starship SN1, SN3 et SN4

La construction du Starship Mk3, avant d'être renommé par la suite Starship SN1 (le préfixe « SN » signifie serial number)[35], débute en à Boca Chica Village. Le , le prototype est détruit lors d'un test de pressurisation à l'azote liquide. Les soudures du dôme de poussée (thrust puck) — dont le rôle est de transmettre la poussée des moteurs à l'ensemble de la fusée — ont lâché, faisant « décoller » le véhicule de quelques mètres avant que celui-ci ne retombe et n'explose totalement.

Début commence la construction d'un nouveau prototype, Starship SN3, suivi de son jumeau, Starship SN4, fin . Starship SN3 est détruit le lors du test de pressurisation à l'azote liquide des réservoirs, en raison d'une erreur de configuration. En effet, le réservoir inférieur (oxygène) est dépressurisé et vide tandis que celui du dessus (méthane) était plein d'azote. De ce fait, le véhicule s'est effondré sur lui-même, ne pouvant supporter cette masse supplémentaire. La jupe du SN3 étant intacte, elle est réutilisée sur SN4.

Une fois les débris du SN3 nettoyés, le SN4 est transporté sur le pas de tir afin d'être testé à son tour. Le SN4 est le premier prototype de taille réelle à réussir le test de pressurisation avec de l'azote liquide. Il est également le premier à réussir un remplissage des réservoirs avec les ergols réels (dioxygène liquide et méthane liquide) et une mise sous pression, l'allumage des pré-brûleurs des moteurs et finalement, une mise à feu statique. Au total, il réalise avec succès deux tests de pressurisation à l'azote liquide, à deux pressions différentes et cinq tirs statiques avec deux moteurs différents. Le , lors d'un test des systèmes de déconnexion rapide après la cinquième mise à feu statique, une fuite de méthane s'enflamme au contact de la tuyère chaude du moteur et cause la violente destruction du véhicule ainsi que de sévères dommages aux infrastructures de lancement[36].

Test Tank SN2, SN7, SN7.1 et SN7.2

Starship Test Tank SN7.

En , la construction d'un réservoir à échelle réduite dénommé SN2 débute. Il a pour but de tester les procédés de soudure du dôme de poussée à la suite de l'échec du Starship SN1. Le , il subit un test de pressurisation à l'azote liquide qu'il réussit. Pendant ce test, des vérins simulent l'action de trois moteurs sur le dôme de poussée.

La construction d'un deuxième réservoir de test à échelle réduite nommé SN7 commence en . Son but est de tester la résistance d'un nouvel alliage d'acier inoxydable, l'inox 304L. Le , lors d'un premier test de pressurisation à l'azote liquide, le réservoir commence à fuir à une pression de 7,6 bars[37]. Après réparations, le réservoir est testé jusqu'à destruction le .

Au mois de , la construction d'un nouveau réservoir de test à échelle réduite en inox 304L, le SN7.1, est entamée. Il est construit dans le but de tester la résistance de l'inox 304L en simulant la poussée de trois moteurs Raptor en parallèle. Le , le réservoir est testé jusqu'à destruction lors d'un test de pressurisation à l'azote liquide.

En débute la construction d'un nouveau réservoir de test à échelle réduite, le SN7.2, toujours en inox 304L mais dont les parois ont une épaisseur de 3,2 mm, contre 4 mm pour les anciens prototypes. Cette modification permettrait d'alléger la masse à vide du Starship, ce qui augmenterait la charge utile des futures versions destinées à atteindre l'orbite basse.

Starship SN5 et SN6

Starship SN5.

La construction d'un nouveau prototype de Starship, dénommé SN5, débute en , suivi d'un second nommé SN6 en . Le Starship SN5 est transporté sur le support de test dans le but de faire un saut à 150 m d'altitude. Il est soumis avec succès à un test de pressurisation des réservoirs à l'azote, puis à une mise à feu statique de son moteur Raptor SN27 unique. Après deux tentatives avortées, le , SN5 décolle jusqu'à 150 m avant de redescendre et de se poser en douceur sur la zone d'atterrissage[38]. Il s'agit du premier vol d'un prototype à taille réelle. Par la suite, SN5 est transporté vers le site de construction pour inspection.

Pendant ce temps, SN6, un prototype identique à SN5, fait le trajet inverse dans l'objectif de réaliser lui aussi un vol à la même altitude. Il subit avec succès le test de pressurisation des réservoirs à l'azote, puis une mise à feu statique de son unique moteur Raptor le [39]. Le , il effectue avec succès un saut à 150 m d'altitude. SN6 est alors lui aussi transporté au site de construction pour inspection. Il est démantelé en .

Starship SN8, SN9, SN10 et SN11

Débris du SN8 sur la zone d’atterrissage et SN9 sur le pas de tir en arrière plan
SN9 sur le pas de tir B, à proximité des débris du SN8.

Le Starship SN8 est le premier prototype équipé de volets de corps (body flaps), d'un cône aérodynamique et de trois moteurs. Il réussit les tests de pressurisation des réservoirs à l'azote, puis à la mi- la mise à feu statique (static fire) de ses trois moteurs. Son cône est assemblé aux réservoirs avant qu'une seconde mise à feu statique ne soit effectuée avec succès début novembre[40]. Quelques jours plus tard, une mise à feu supplémentaire endommage l'un des moteurs qui doit être remplacé avant une quatrième mise à feu statique, qui est un succès. Le , une première tentative de vol à 12,5 km est abandonnée 1,3 seconde avant le décollage, à la suite d'une interruption automatique de la séquence d'allumage des moteurs. Le lendemain, une deuxième tentative a lieu. SN8 décolle de manière nominale et atteint l'altitude attendue de 12,5 km avant d'effectuer une manœuvre de basculement à l'horizontale, une chute libre contrôlée jusqu'au site d'atterrissage en position horizontale (dite belly flop) et pour finir une manœuvre de rallumage des moteurs et de passage de la position horizontale à verticale. Cependant, un manque de pression dans un des réservoirs de carburant cause un manque de puissance lors de la phase d'atterrissage, une vitesse trop élevée et la destruction du prototype[41]. Ce vol, globalement réussi, a permis d'effectuer certaines des manœuvres qui seront nécessaires au Starship pour revenir sur Terre après un vol orbital, et ainsi d'être réutilisable.

Le Starship SN9 est un prototype qui partage les mêmes caractéristiques que SN8. Le , la structure de support installée sous SN9 s'est effondrée, provoquant le basculement du véhicule et une collision avec les murs à l'intérieur de la High Bay. SN9 est sécurisé le , révélant des dommages à l'un de ses ailerons avant, qui est par la suite remplacé. Puis, le , SN9 est transporté sur le pas de tir B. Après des tests de pressurisation de ses réservoirs, il effectue sa première mise-à-feu statique le . Le , il effectue trois nouvelles mises-à-feu statiques, suivies d'une dernière le . Le vol d’essai à 10 kilomètres d’altitude se tient le [42]. Comme pour SN8, le décollage, l'ascension, le retournement à l'apogée et la chute libre en position horizontale se déroulent comme prévu. Cependant, et contrairement à SN8, la manœuvre de retournement finale juste avant l'atterrissage échoue et SN9 s'écrase de biais sur la zone d'atterrissage dans une violente explosion[43]. Lors de cette manœuvre de retournement, deux moteurs Raptor sont censés se rallumer afin de faire pivoter le Starship en position verticale et de le ralentir jusqu'à l'arrêt complet. Dans le cas de SN9, un des deux moteurs ne se rallume pas, alors que le moteur restant est insuffisant pour effectuer la manœuvre seul. Ce Raptor n'a pas pu se rallumer car il était en dessous du seuil de puissance minimale nécessaire à l'allumage.

Le Starship SN10 est le troisième prototype, similaire à SN8 et SN9, entièrement assemblé avec un cône aérodynamique et des volets. Il est installé sur le pas de tir à côté de SN9 le , et n'est pas endommagé par l'explosion de SN9 ayant eu lieu une centaine de mètres plus loin. Pour son vol, la procédure de rallumage des moteurs est modifiée, avec le rallumage de 3 moteurs, puis l'extinction des deux moteurs dont les données sont les moins bonnes, afin d'augmenter la redondance[44]. SN10 vole le après deux mises-à-feu statiques. Comme pour SN8 et SN9, le vol se déroule de manière normale jusqu'à la manœuvre de retournement finale. Comme prévu, les 3 moteurs sont rallumés à la fin de la chute contrôlée, puis deux se sont éteints l'un après l'autre, et la manœuvre d'atterrissage s'est terminée avec un moteur[45]. L'atterrissage est brutal (la vitesse au moment du contact avec le sol est estimée à 10 m/s), les jambes d'atterrissage sont écrasées et le SN10 rebondit légèrement. Malgré tout, SN10 est le premier prototype de Starship à réussir un atterrissage vertical après une manœuvre de retournement. Cependant, des flammes ont pu être observées à la base de la jupe après l'atterrissage, et le prototype a fini par exploser un peu plus de 8 minutes après son atterrissage. Par la suite, Elon Musk a donné des explications sur l'origine de l'atterrissage brutal. Il semblerait que la poussée de l'unique moteur fonctionnant lors des dernières secondes de l'atterrissage ait été plus faible que prévue. Ceci serait dû à l'ingestion de bulles d'hélium par le moteur. En effet, pour résoudre les problèmes de basses pressions rencontré par SN8, le méthane gazeux utilisé pour pressuriser le header tank selon la méthode de la pressurisation autogène (une petite partie du carburant est réchauffée au contact de la chambre de combustion et est réinjectée sous pression dans le réservoir) a été remplacé par de l'hélium gazeux sous pression[46]. Un autre dysfonctionnement ayant eu lieu lors de l'atterrissage du SN10 est le mauvais déploiement de certains pieds d'atterrissage[47]. La violence de l'atterrissage semble avoir été à l'origine d'une fuite et d'un incendie, qui ont fini par conduire à l'explosion du véhicule.

Le Starship SN11 est le onzième prototype de Starship, et le quatrième de la série d'architecture similaire à celle du SN8. Après avoir subi les tests usuels dont plusieurs tirs statiques et un échange de moteur, SN11 décolle le dans un épais brouillard[48]. Le SN11 atteint son apogée de 10 km quatre minutes après le décollage, les trois moteurs Raptor sont stoppés pour commencer la chute libre. Après 5 minutes et 49 secondes de vol, à l'instant où le Starship rallume ses moteurs, le contact avec le véhicule est perdu et l'appareil explose avant de toucher le sol[49],[50]. Selon Elon Musk, une surpression de carburant consécutive à une fuite de méthane serait la cause d'« un incendie sur le moteur 2 et une partie de l’avionique, provoquant un démarrage difficile lors de la tentative d’atterrissage dans une turbopompe méthane ».

Starship SN12, SN13 et SN14

Les Starships SN12, SN13 et SN14 sont trois prototypes dont la construction débute en pour SN12, et respectivement en novembre et en pour SN13 et SN14, avant d'être abandonnée début . Seul SN12 atteint un stade avancé de construction, avant d'être démantelé à partir du . Les trois prototypes sont identiques dans leur conception aux SN8, SN9, SN10 et SN11. Cependant, devant le succès global (hormis le crash à l'atterrissage) du vol du SN8 le , il est décidé peu après d'abandonner la construction des prototypes SN12, SN13 et SN14 pour laisser plus rapidement place au SN15, ce dernier apportant des « améliorations majeures »[51].

SuperHeavy BN1, BN2 et B3

Le SuperHeavy BN1 (Booster Number 1) est le premier prototype de SuperHeavy. Le , l'assemblage des deux sections de BN1, à savoir les réservoirs de méthane liquide et d'oxygène liquide, a lieu dans la High Bay. Ce premier prototype de SuperHeavy sert de test de production afin d'acquérir de l'expérience dans la construction d'un tel composant. Il n'est destiné ni à voler ni même à effectuer des tests au sol[52]. Il est désormais démantelé.

Aperçues pendant plusieurs mois, les sections de BN2 ont été longtemps stockées sur le site de production de Boca Chica Village. Néanmoins, une bonne partie de ces sections ont été recyclées pour d'autres prototypes. BN2 est finalement un réservoir d'essai qui a permis de tester les soudures et l'architecture générale du SuperHeavy

L'assemblage du SuperHeavy B3[53](le préfixe « B » signifie Booster) commence le dans la HighBay. Initialement prévu pour être le Booster du premier vol orbital, il ne servira finalement que pour des tests au sol. Après avoir été transporté sur le pad suborbital A, le et après avoir subi un test de remplissage cryogénique, 3 Raptor sont installés sur B3 afin d'effectuer une mise à feu statique le . Il est ensuite démantelé après avoir effectué tous ses tests.

Starship SN15 et SN16

Fichier:Starship SN15 liftoff 1.jpg
Le SN15 au décollage.
Starship SN16. Septembre 2021.

Le Starship SN15 prend la suite des Starships SN8 à SN14 en étant le cinquième vol à haute altitude de cette série de prototypes. Par rapport à ces derniers, il apporte des centaines d'améliorations[51]. Parmi celles-ci, on retrouve notamment l'ajout d'une antenne Starlink pour permettre au prototype d'accéder au réseau Internet haut débit, ainsi que plusieurs centaines de tuiles de protection thermiques qui améliorent le bouclier thermique. Assemblé dans la HighBay[54], il est transporté sur le pad de lancement A le [55]. Les 26 et , SN15 réalise plusieurs mises à feu statiques avec succès[56]. Il est d'ailleurs annoncé que les moteurs Raptor améliorés du prototype SN15 n'ont pas rencontré de problèmes lors des mises à feu statiques, contrairement aux moteurs Raptor des autres prototypes, qui avaient même conduit à un changement[57]. Le SN15 réalise son vol d'essai le . Toutes les étapes du vol sont réussies et il devient le premier prototype de Starship à réussir son atterrissage[58]. Comme pour SN10, un incendie se déclare au niveau des moteurs juste après l'atterrissage, mais il est finalement éteint environ 8 minutes plus tard grâce aux lances à incendie télécommandées installées aux abords du pad d'atterrissage. Après plusieurs jours d'inspection, SN15 est transporté sur le pad de lancement suborbital B. Il semblerait que SpaceX veuille a minima conduire certains tests sur le premier prototype à avoir survécu à un vol de 10 km d'altitude, et pourrait même tenter de réaliser un deuxième vol avec le prototype[59]. Le , le prototype SN15 est finalement retiré du pad B pour être transporté sur le site de production.

Le Starship SN16 est le deuxième prototype similaire à SN15. Après avoir été entièrement construit, il a été déplacé fin juin à côté de SN15 sur le site de production en attente d'instruction supplémentaire, même si Elon Musk a émis la possibilité, qui a par la suite été abandonné, d'utiliser SN16 pour un vol d'essai hypersonique.

Starship SN17, SN18 et SN19

Ces trois prototypes ont subi le même sort que les Starship SN12, SN13 et SN14 avant eux et ont été abandonnés. En effet, ils sont rendus obsolètes par le Starship S20 qui apporte des centaines d'améliorations par rapport à ces derniers. Aucun des 3 véhicules n'a jamais atteint un stade d'assemblage avancé et les quelques éléments ont depuis été mis au rebut[60].

SuperHeavy B4 et B5

Le B4 est le premier SuperHeavy équipé de 29 moteurs Raptor disposés en un cercle extérieur de 20 Raptors fixes, un cercle intérieur de 8 moteurs orientables et enfin 1 moteur central orientable[61].

Le SuperHeavy B5 est un prototype très similaire à B4, cependant plusieurs modifications sont faites comme l'ajout d'au moins un réservoir d'atterrissage.

Starship S20

Starship S20.

Le Starship S20 (le préfixe « S » signifie Ship) prend la suite des Starships SN15 et SN16 auxquels il apporte des centaines d'améliorations. Il sera le premier prototype à effectuer un vol orbital et une réentrée atmosphérique. Pour ce faire, il est équipé de 3 moteurs Raptor optimisés pour le vide (avec une tuyère plus imposante) en plus des 3 Raptors optimisés pour le vol atmosphérique déjà utilisés par ses prédécesseurs. Il est également doté d'un bouclier thermique complet. Il sera propulsé par le SuperHeavy B4[62].

Prototypes construits

À l'exception des prototypes Mk2 et Mk4 qui ont été construits à Cocoa Beach en Floride, tous les articles de tests furent construit sur le site de Boca Chica Village, au Texas.

Nom Début de la construction Transport Désaffecté Site de construction Statut Vols
Prototype Starhopper Boca Chica Village, Texas Retraité 2
Starship Mk1 Détruit 0
Starship Mk2 N/A Cocoa Beach, Floride Abandonné
Starship Mk4
Starship SN1 (MK3) Boca Chica Village, Texas Détruit
Test Tank TT1 N/A
Test Tank LOX HTT
Test Tank TT2
Test Tank SN2 Retraité
Starship SN3 Détruit 0
Starship SN4
Starship SN5 Démantelé 1
Starship SN6
Test Tank SN7 Détruit N/A
Test Tank SN7.1
Starship SN8 1
Starship SN9
Starship SN10
Starship SN11
SuperHeavy BN1 N/A Démantelé N/A
Starship SN12 Abandonné 0
Starship SN14
Starship SN13
Starship SN15 Retraité 1
Starship SN16 N/A Abandonné 0
Starship SN17
Test Tank SN7.2 Démantelé N/A
Test Tank BN2 Retraité
Starship SN18 N/A Abandonné 0
Starship SN19
Starship S20 N/A En cours de test
SuperHeavy B3 Démantelé
Test Tank B2.1 Retraité N/A
SuperHeavy B4 N/A En cours de test 0
SuperHeavy B5 N/A Abandonné
Starship S21
Starship S22 En construction
Test Tank B6 N/A N/A
Starship S23 Abandonné 0
SuperHeavy B7 N/A En construction
Starship S24
SuperHeavy B8
Starship S25
SuperHeavy B9


Vols d'essai

Vol n° Date et heure

(UTC)

Véhicule Site de lancement Altitude maximum Durée Lancement Atterrissage
- à 00h56[63] Prototype Starhopper Boca Chica Village, Texas 1 m 3 secondes Succès Succès
Vol captif.
- à 03h37[64] Prototype Starhopper Boca Chica Village, Texas 1 m 2 secondes Succès Succès
Vol captif
1 à 03h44 Prototype Starhopper Boca Chica Village, Texas 20 m 22 secondes Succès Succès
2 à 22h02 Prototype Starhopper Boca Chica Village, Texas 150 m 57 secondes Succès Succès
3 à 23h57 Starship SN5 Pad A, Boca Chica Village, Texas 150 m 51 secondes Succès Succès
4 à 05h47 Starship SN6 Pad A, Boca Chica Village, Texas 150 m 51 secondes Succès Succès
5 à
21h45 		Starship SN8 Pad A, Boca Chica Village, Texas 12,5 km 6 min 42 sec Succès Échec
Écrasement puis explosion. Les objectifs principaux du vol (descente stable et contrôlée, rallumage des moteurs et manœuvre de redressement) sont cependant atteints.
6 à
19h25 		Starship SN9 Pad B, Boca Chica Village, Texas 10 km[65] 6 min 26 sec Succès Échec
Écrasement puis explosion.
7 à 22h14 Starship SN10 Pad A, Boca Chica Village, Texas 10 km 6 min 29 sec Succès Succès partiel
Le prototype atterrit à la verticale, mais tape assez fort en arrivant sur l'aire d'atterrissage. Il explose 8 min 11 s après son atterrissage, probablement en raison des déformations subies par sa structure lors de l'impact[66].
8 à 13h00 Starship SN11 Pad B, Boca Chica Village, Texas 10 km[67] 5 min 49 sec Succès Échec
Explosion à la fin de la chute libre, peu après le ré-allumage des moteurs à l'approche du sol. Une fuite de méthane sur le moteur no 2 a grillé une partie de l'avionique et la pression de la chambre de combustion a dépassé les limites prévues[68]. Lors du vol, un brouillard rendait la visibilité quasi-nulle.
9 à 22h24 Starship SN15 Pad A, Boca Chica Village, Texas 10 km[69] 6 min 08 sec Succès Succès
Le prototype atterrit à la verticale. Premier vol de test à haute altitude réussi.
10 ? Starship S20
SuperHeavy B4[62] 		Boca Chica Village, Texas ? 1 h 30 min (prévision)[70] Prévu
Premier plan de vol qualifié d’orbital[71]. Après un vol de près de 9 minutes, le second étage Starship viendra se placer en quasi-orbite basse et réalisera ainsi les 3⁄4 du tour de la Terre. Il redescendra ensuite pour effectuer une rentrée atmosphérique et tenter un amerrissage contrôlé (pas de barge de récupération prévue) à 100 km au nord-ouest des côtes de Kauai (Hawaï). Quant au premier étage (SuperHeavy), il tentera d'amerrir au large, dans le Golfe du Mexique[70].

Missions

Le lanceur Starship a pour ambition de remplacer tous les véhicules spatiaux actuels de SpaceX. En effet, d'après Elon Musk, le coût d'un lancement du Starship sera à terme inférieur au coût de lancement d'une Falcon 9, voire d'une Falcon 1. Ceci est en partie dû à la réutilisation de tous les étages de Starship/SuperHeavy, mais également à l'atterrissage du lanceur sur son pas de tir pour un nouveau départ rapide et à sa construction en acier inoxydable.

Les missions seront les suivantes :

  • Lancement de satellites (principalement de la constellation de satellites Starlink, de SpaceX)
  • Ravitaillement de la Station spatiale internationale (ISS)
  • Transport de personnel à destination de l'ISS
  • Transport de charges utiles sur la Lune
  • Desserte de la Lune pour des missions habitées
  • Vols suborbitaux intercontinentaux commerciaux de transport de passagers : deux villes éloignées pourraient être reliées en moins d'une heure[5]
  • Exploration habitée de Mars
  • Exploration robotisée du Système solaire (lunes de Jupiter et Saturne dont Titan)
  • Évacuation des débris orbitaux. Elon Musk a émis l'idée de se servir de ces vaisseaux vides après mission comme éboueurs de l'espace. Lors de son retour sur Terre, le vaisseau permettrait de récupérer et de ramener sur terre 150 tonnes de débris collectés en orbite basse.
  • Construire un nouveau télescope qui pourrait remplacer Hubble et atteindre une résolution 10x supérieure[72]

En , l'armée de l'air américaine annonce considérer le Starship pour le transport de matériel militaire dans l'espace. Outre les opérations de fret, elle envisage le positionnement d'équipements en orbite, qui seraient alors prêts à être largués sur Terre[73].

Vols orbitaux prévus

Date(UTC) Équipage Véhicule Site de lancement Charge utile/Mission Orbite/Destination
2022 N/A Starship Cargo Boca Chica Village TBA TBA
Premier lancement de la constellation Starlink via Starship
T1 2023 N/A Starship Cargo Boca Chica Village TBA TBA
Premier lancement commercial[74],[75]
T4 2023 N/A HLS Starship TBA HLS Demo
2023 Yūsaku Maezawa et autres Starship Crew TBA Projet DearMoon Trajectoire de retour libre lunaire
Premier vol habité[76]
2024 N/A Starship Surface Cargo TBA TBA Atterrissage sur Mars
T4 2024 N/A HLS Starship TBA Artemis III Atterrissage sur la Lune

Projet DearMoon

Article détaillé : Projet DearMoon.

En , SpaceX a annoncé la signature d'un contrat pour faire voler un groupe de passagers privés autour de la Lune à bord du Starship[77]. En plus des pilotes, ce survol lunaire sera animé par Yūsaku Maezawa[78], qui invitera six à huit artistes à le suivre autour de la Lune en 2023[79]. Le temps de voyage prévu est de six jours environ[78],[79].

Programme Artemis

Article détaillé : Programme Artemis.

Le , la NASA annonce avoir choisi le Starship dans le cadre du programme Artemis pour l'atterrisseur lunaire HLS (Human Landing System) qui doit ramener l'Homme sur la lune d'ici 2024. Trois candidats étaient en lice : la "National Team" constituée de Blue Origin, Lockheed Martin, Northrop Grumman et Draper, Dynetics et enfin SpaceX[16]. Le rôle du Starship dans le programme Artemis sera de faire la liaison entre l'orbite et la surface lunaire. Pour ce faire, les astronautes décolleront de la Terre à bord du vaisseau Orion lancé par le SLS avant de rejoindre l'orbite lunaire où ils embarqueront à bord du vaisseau de SpaceX pour aller sur la lune. Par la suite, le transfert d'un vaisseau à l'autre pourra se faire en passant par la station spatiale en orbite lunaire Lunar Gateway[80].

Comparaison avec les autres lanceurs super lourds

Caractéristiques et performances des lanceurs super lourds
Lanceur Premier vol Masse Hauteur Poussée Orbite basse Statut
Drapeau des États-Unis Starship 2021 5 200 t 119 m 72 000 kN +100 t En développement
Drapeau des États-Unis Falcon Heavy (sans récupération) 2018 1 421 t 70 m 22 819 kN 64 t Opérationnel
Drapeau des États-Unis Saturn V 1967 3 038 t 110 m 34 000 kN 140 t Retiré du service
Drapeau des États-Unis SLS Block I 2021 2 628 t 98 m 32 000 kN 70 t En développement
Drapeau des États-Unis SLS Block IB 2025 2 948 t 111 m 32 000 kN 97,5 t En développement
Drapeau de la République populaire de Chine Longue Marche 9 2030 3 997 t 108 m 57 600 kN 133 t En développement
Drapeau de l'URSS Energuia 1987 2 371 t 58 m 39 472 kN 105 t Retiré du service
Drapeau de l'URSS N-1 1969 2 735 t 103 m 46 000 kN 95 t Retiré du service

Galerie

  • Les prototypes.
  • Le SN9 avec coucher de soleil.
    Le SN9 avec coucher de soleil.
  • Sarship SN9 pendant la nuit avec la Lune.
    Sarship SN9 pendant la nuit avec la Lune.
  • Starship Mk2.
    Starship Mk2.
  • Test du moteur Raptor sur le Starship SN4, le 5 mai 2020.
    Test du moteur Raptor sur le Starship SN4, le 5 mai 2020.
  • Coucher de soleil sur Starship SN8 et Starhopper.
    Coucher de soleil sur Starship SN8 et Starhopper.
  • Starship SN5 et le parc de réservoirs (tank farm).
    Starship SN5 et le parc de réservoirs (tank farm).
  • Les Starships SN15 et SN16.
    Les Starships SN15 et SN16.
  • Starship S20.
    Starship S20.
  • Le site de production « Starbase ».
  • Boca Chica Village, au Texas (vue du ciel), le 9 août 2020.
    Boca Chica Village, au Texas (vue du ciel), le 9 août 2020.
  • La base de lancement, avec le Starship S20 et le booster B3.
    La base de lancement, avec le Starship S20 et le booster B3.
  • Baie haute (high bay) en cours de construction, le 22 août 2020.
    Baie haute (high bay) en cours de construction, le 22 août 2020.
  • Tour d'assemblage du Starship/SuperHeavy.
    Tour d'assemblage du Starship/SuperHeavy.

Modèle:Message galerie

Notes et références

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  80. ↑ Nelly Lesage, « La Nasa choisit le Starship de SpaceX pour poser ses futurs astronautes sur la Lune », sur Numerama, (consulté le )

Voir aussi

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Articles connexes

Liens externes

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