Electron (fusée)

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Electron
Microlanceur spatial
Le lanceur Electron.
Le lanceur Electron.
Données générales
Pays d’origine Drapeau de la Nouvelle-Zélande Nouvelle-Zélande
Drapeau des États-Unis États-Unis
Constructeur Rocket Lab
Premier vol
Période développement 2014-2018
Statut Opérationnel
Lancements (échecs) 9 (1 échec)
Hauteur 17 mètres
Diamètre 1,2 mètre
Masse au décollage 12 500 kg
Étage(s) 2
Base(s) de lancement Mahia, Nouvelle Zélande
Charge utile
Orbite basse 225 kg
Orbite héliosynchrone 150 kg
Motorisation
Ergols LOX + RP-1
1er étage 9 x Rutherford
Poussée : 162 knewtons
2e étage 1 x Rutherford optimisé pour le vide
Poussée : 22 kN
Missions
Mettre sur orbite des nanosatellites

Electron est un lanceur conçu pour placer en orbite de petits satellites et développé par la société Rocket Lab en Nouvelle-Zélande. Son premier vol a eu lieu en 2017. Ce lanceur présente plusieurs particularités originales comme l'utilisation de moteurs électriques pour faire tourner les turbopompes, une structure réalisée majoritairement en matériau composite à base de fibre de carbone pour alléger sa masse et le recours systématique à l'impression tridimensionnelle pour la fabrication des composants de ses moteurs-fusées. Electron est un lanceur bi-étages de 17 mètres de haut, de 1,2 mètre de diamètre et d'une masse de 12,5 tonnes. La propulsion est assurée par des moteurs-fusées développés par le constructeur brûlant un mélange de kérosène et d'oxygène liquide. Le lanceur est conçu pour placer une charge utile de plus de 150 kilogrammes sur une orbite héliosynchrone (environ 500 km). Le vol est commercialisé au prix de cinq millions de dollars américains.

Le constructeur du lanceur Electron, la société Rocket Lab, est créée en 2006 par l'ingénieur Peter Beck dans le but de fabriquer et commercialiser des fusées-sondes. La décision de développer le lanceur Electron découle d'une étude réalisée au début de la décennie 2010 pour le compte du département de la Défense des États-Unis. Space Labs décide de se positionner sur le marché du lancement des nanosatellites (satellites d'une masse maximale de quelques dizaines de kilogrammes), en tablant sur une forte croissance de ce segment. La société développe l'Electron à l'aide de fonds privés fournis par des sociétés américaines et néo-zélandaises. En 2015, la NASA passe commande d'un vol d'essai avec l'objectif d'évaluer l'utilisation du lanceur Electron pour la mise en orbite de ses nanosatellites. Après un premier vol infructueux en 2017, le lanceur, lancé depuis un site aménagé par la société dans la péninsule de Mahia (Île du Nord en Nouvelle-Zélande), réussit à placer sa charge utile en orbite le 21 janvier 2018.

Historique[modifier | modifier le code]

La coiffe d'un lanceur Electron.

Rocket Labs constructeur de fusées-sondes[modifier | modifier le code]

Le lanceur Electron est développé par la société aérospatiale Rocket Lab créée en juin 2006[1] en Nouvelle-Zélande par l'ingénieur aérospatial Peter Beck. La société a fait ses débuts en développant la fusée-sonde Ātea-1 lancée pour la première fois avec succès en novembre 2009.

Développement du lanceur Electron[modifier | modifier le code]

En décembre 2010, le constructeur néo-zélandais obtient un contrat auprès de l'Operationally Responsive Space Office (ORS), un service du département de la Défense des États-Unis chargé de mettre à disposition des solutions de lancement de petits satellites souples et économiques. Celui-ci lui demande d'étudier la conception d'un lanceur léger à faible coût spécialisé dans le lancement de nanosatellites (satellites d'une masse maximale de quelques dizaines de kilogrammes comprenant les CubeSats). Le développement du lanceur Electron est décidé en reprenant l'objectif d'abaissement des coûts de lancement des nanosatellites, dont le marché est en pleine expansion. Ces petits satellites sont jusque-là placés en orbite en tant que charge utile secondaire par des lanceurs traditionnels[2]. Electron vise à fournir une solution plus souple que celle de ces lanceurs. De par sa conception, le lanceur est optimisé pour une fréquence de tirs élevée et pour la desserte de l'orbite héliosynchrone. Rocket Lab table à l'époque sur une croissance de 60 % de ce marché au cours des cinq années à venir. L'Electron est commercialisé avec un coût de lancement de cinq millions de dollars américain. Il peut placer une charge utile totale de 150 kg sur une orbite héliosynchrone (environ 500 km) et de 225 kg sur une orbite terrestre basse. Le financement du développement du nouveau lanceur, évalué à 100 millions de dollars américains, est fourni par plusieurs sociétés de capital risque américaines et néo-zélandaises[3].

Durant l'année 2015, Rocket Lab a effectué 87 tirs de fusées-sondes qui lui permettent d'accumuler une grande expérience. À cette date, les moteurs-fusées Rutherford, qui doivent propulser le nouveau lanceur, subissent avec succès de nombreuses mises à feu sur banc d'essais et un premier lancement de l'Electron est alors prévu fin 2015. En octobre 2015, la NASA annonce qu'elle décide de financer le développement du lanceur néo-zélandais ainsi que celui de deux autres mini-lanceurs pour disposer d'un lanceur adapté à la mise en orbite des satellites CubeSats. Rocket Labs doit recevoir, de la NASA, 6,9 millions de dollars américains pour réaliser un vol orbital de démonstration d'ici avril 2018[4].

Implantation sur le territoire américain[modifier | modifier le code]

Pour capter une clientèle majoritairement américaine (DARPA, Aerojet Rocketdyne et Lockheed Martin), la société installe officiellement son siège social à Los Angeles en 2013, le site de conception et de fabrication restant en Nouvelle-Zélande[2]. Un site de 14 000 m2 réunissant un atelier d'assemblage et le siège social est créé au 14520, Delta Lane au Huntington Beach en Californie à cette date[5]. En octobre 2019, la société emploie 500 personnes dont 400 en Nouvelle-Zélande[6].

Premiers vols[modifier | modifier le code]

Vol inaugural (25 mai 2017)[modifier | modifier le code]

Le premier des trois tirs d'essai, baptisé « It's a Test », est effectué le [7],[8]. Le vol n'emporte aucun satellite mais seulement une masse inerte et des instruments de mesure destinés à évaluer le comportement du lanceur en vol. L'orbite visée est 300 x 500 km avec une inclinaison orbitale de 83°. Les différentes phases semblent se dérouler correctement. Les séparations des étages puis de la coiffe se déroulent comme prévu mais le lanceur ne parvient pas à placer en orbite sa charge utile[9].

L'analyse des télémesures transmises durant le vol permettent par la suite de déterminer l'origine de la défaillance. Le lanceur est monté jusqu'à une altitude de 224 kilomètres mais 4 minutes après le décollage, le sous-traitant chargé de la réception des télémesures perd le contact avec le lanceur. En application des procédures de sûreté standard, les opérateurs déclenchent les commandes de destruction du lanceur. Au moment de sa destruction, le lanceur suit la trajectoire prévue et son fonctionnement est normal. La perte des télémesures découle d'une erreur dans le paramétrage de la transmission. Le code correcteur (typiquement transmission de bits de parité), qui permet de corriger les erreurs de transmission, n'est pas activé. Le problème est apparu lorsque la distance s'est accrue réduisant le rapport signal sur bruit dans la transmission et introduisant des erreurs rendant illisible les données émises par les systèmes du lanceur. Selon le constructeur d'Electron, la correction de cette erreur est très simple[10].

Premier succès (21 janvier 2018)[modifier | modifier le code]

Pour le vol suivant, Rocket Lab corrige le mouvement de rotation excessif du lanceur qui s'est manifesté durant le vol. Le premier vol hormis ce point s'est bien déroulé et la seule modification apportée au lanceur est l'allongement du réservoir du deuxième étage de 50 cm, ce qui permet de prolonger la durée de fonctionnement de 50 secondes. Ce deuxième vol, baptisé « Still Testing », est retardé 6 fois entre décembre 2017 et janvier 2018 en raison des conditions météorologiques, du trafic orbital, des lanceurs et des problèmes de sécurité de l'aire de répartition[10],[11]. Il a finalement lieu le 21 janvier 2018 et place avec succès sa charge utile sur une orbite héliosynchrone. Sa charge utile est constitué par trois satellites CubeSats : 2 Lemur conçus pour le suivi de navires et un Dove[12].

Développement d'une version réutilisable[modifier | modifier le code]

Pour faire face à la cadence élevée des lancements (3 vols ont lieu en 2018 et sans doute 5 ou 6 auront lieu en 2019), Rocket Labs étudie la réutilisation du premier étage. L'objectif n'est pas de réduire les coûts. Il n'est pas prévu qu'à l'image de la Falcon 9, l'étage remette à feu ses moteurs pour ralentir. La version réutilisable aurait donc une charge utile à peu près similaire à la version actuelle (225 kg en orbite basse). Le scénario de récupération début août n'est pas complètement figé. Il repose sur l'utilisation d'un parachute et sans doute le recours à un hélicoptère pour récupérer l'étage et le déposer sur un navire positionné au large des côtes. La base de l'étage et les moteurs doivent être modifiés pour résister aux températures subies durant le retour sur Terre. Le premier vol de la version réutilisable pourrait avoir lieu en 2020[13].

Caractéristiques techniques[modifier | modifier le code]

La charge utile encapsulé dans le carénage de la charge utile du troisième tir en décembre 2018. Il s'agit de 10 CubeSats du projet Educational Launch of Nanosatellites 19 (ELaNa 19) sélectionnés dans le cadre de l’initiative de lancement de CubeSats de la NASA.

Electron est un lanceur bi-étages de 17 mètres de haut et de 1,2 mètre de diamètre dont la structure est réalisée majoritairement en matériau composite à base de fibre de carbone pour alléger sa masse. La masse totale au lancement est de 12,55 tonnes. Reprenant l'architecture du lanceur Falcon 9, les deux étages sont propulsés par le même modèle de moteur-fusée à ergols liquides brûlant un mélange de kérosène et d'oxygène liquide. Ces moteurs, mis au point par le constructeur de l'Electron et baptisés Rutherford, utilisent des turbopompes qui ne tournent pas grâce à des turbines à gaz mais sont entraînées par des moteurs électriques sans balais. Cette technique permet d'obtenir un rendement de 95% au lieu des 50% habituels d'un cycle générateur de gaz et simplifie de manière significative la construction des moteurs en limitant le nombre de pièces (vannes, tuyauterie) tout en réduisant les contraintes thermodynamiques. Les deux moteurs électriques associés à chaque moteur-fusée, de la taille d'une canette, tournent à 40 000 tours par minute en fournissant une puissance de 50 chevaux. Ils sont alimentés par des accumulateurs lithium-ion. La chambre de combustion du moteur est fabriquée en utilisant l'impression 3D[14]. Le moteur Rutherford mis en œuvre au niveau du premier étage a une poussée au sol de 18 kilonewtons (kN) et de 21 kN dans le vide avec une impulsion spécifique de 303 secondes. Chaque moteur consomme environ 7 kilogrammes d'ergols par seconde lorsque sa poussée est nominale[15],[3].

Le premier étage est haut de 12,1 mètres pour un diamètre de 1,2 mètre et une masse à vide 950 kg. Sa masse au lancement est de 9,25 tonnes. Le premier étage est propulsé par huit moteurs Rutherford disposés en cercle plus un moteur situé au milieu. La poussée totale au décollage est de 162 kilonewtons avec un pic de 192 kN lorsque l'atmosphère se raréfie. L'énergie est fournie par 13 accumulateurs lithium-ion installées à la périphérie de la jupe arrière de l'étage. Les accumulateurs fournissent 1 mégawatt durant la phase propulsée de l'étage qui dure environ 152 secondes. Les ergols sont injectés dans les turbopompes en étant mis sous pression par de l'hélium. Le contrôle d'attitude du lanceur est réalisé en agissant sur l'orientation de chacun des 9 moteurs. Après l'extinction des moteurs, l'étage est largué à l'aide d'un système pneumatique développé en interne[15]

Le second étage est long de 2,4 mètres pour un diamètre de 1,2 mètres et une masse à vide de 250 kg. Il emporte 2 150 kg d'ergols. Il est propulsé par un unique moteur Rutherford comportant une tuyère allongée et ayant une poussée de 22 kN avec une impulsion spécifique de 333 secondes. La phase propulsive dure environ 310 secondes. L'énergie est fournie aux turbopompes par 3 accumulateurs lithium-ion, dont deux sont larguées en cours de vol après épuisement de leur charge pour réduire la masse à propulser. Le moteur est orientable pour le contrôle en lacet et roulis. Un propulseur à gaz froid est utilisé pour le contrôle du roulis durant la phase propulsée et pour le contrôle d'attitude dans les 3 axes durant les phases non propulsées. La coiffe réalisée en matériau composite a un diamètre de 1,2 mètre pour une hauteur de 2,5 mètres et une masse de 50 kg. Son largage est réalisée par un système pneumatique qui la sépare en deux demi-coques. Le volume disponible sous la coiffe permet d'accueillir les satellites de la classe prise en charge par le lanceur. Le lanceur est conçu pour que le client puisse réaliser dans ses propres installations l'intégration de la charge utile dans la coiffe. Le composite résultant est alors envoyé dans un conteneur climatisé à Rocket Labs qui peut le placer au sommet du lanceur en quelques heures. Cette offre permet également de répondre aux contraintes de confidentialité des charges utiles du gouvernement américain[3].

Le lanceur Electron et les autres lanceurs de nanosatellites en cours de développement (mise à jour : 14 avril 2019)
Lanceur : Electron LauncherOne Vector-R SPARK SS-520
Constructeur Rocket Lab Virgin Orbit Vector Space Systems Université d'Hawaï
Laboratoires Sandia
JAXA
Pays Drapeau de la Nouvelle-Zélande Nouvelle-Zélande¹ Drapeau des États-Unis États-Unis Drapeau du Japon Japon
Charge utile Orbite terrestre basse : 225 kg
Orbite héliosynchrone : 150 kg
Orbite terrestre basse : 500 kg
Orbite héliosynchrone : 300 kg
Orbite héliosynchrone : 50 kg Orbite héliosynchrone : 275 kg Orbite terrestre basse : 4 kg
Statut Opérationnel En construction En développement Tests en vol Tests en vol
Premier vol 2017 Prévu en 2019 Prévu en 2019 2015 2017
Vols / Échecs 2/1 0 0 1/1 2/1
Masse 12,5 tonnes ? tonnes 5-6 tonnes 25 tonnes 2,6 tonnes
Dimension Hauteur :14 m, Diamètre : 1,2 m H : ? m, D : 1,8 m H : 12 m, D : 1,2 m H : 18 m, D : 1,32 m H : 9,54 m, D : 0,52 m
Autres caractéristiques techniques Énergie fournie aux turbopompes par des accumulateurs Lanceur aéroporté Dérivé de la fusée-sonde Strypi Dérivé d'une fusée-sonde
Cout d'un lancement 5 millions de dollars américains 1,5 million de dollars américains
¹Société américaine d'un point de vue juridique

Installations de lancement[modifier | modifier le code]

Le Rocket Lab Launch Complex 1, le 3 septembre 2016.

Rocket Lab construit en 2016 une base de lancement en Nouvelle-Zélande dans la péninsule de Mahia sur l'île du Nord sur la côte de l'océan Pacifique qui est inauguré le 26 septembre 2016. Le Rocket Lab Launch Complex 1 (en) permet d'effectuer des tirs permettant d'atteindre toutes les orbites pertinentes pour la clientèle visée en particulier l'orbite héliosynchrone utilisée par les satellites d'observation de la Terre. Le site de lancement comprend une station de poursuite, un hangar permettant l'assemblage du lanceur et une aire de lancement. Le lanceur est transporté depuis le bâtiment d'assemblage à l'horizontale suspendu à un véhicule combinant le mât érecteur et la plate-forme de tir puis redressé à la verticale une fois le pas de tir atteint. Le centre de contrôle de mission se trouve dans la capitale néo-zélandaise Auckland, à environ 500 km de la base de lancement. Rocket Lab prévoit de créer une ligne de fabrication et des installations de lancement également aux États-Unis au centre spatial Kennedy et en Alaska. Elle prévoit d'augmenter sa capacité de production pour permettre si nécessaire d'effectuer 2 vols par semaine[9].

Déroulement d'un lancement[modifier | modifier le code]

Déroulement d'un lancement (2e vol)[16].
Heure (T : heure décollage) Événement
T-180 secondes Début de la séquence automatique du compte à rebours
T-2 s Mise à feu des moteurs du premier étage
T Décollage
T+150 s Extinction des moteurs du premier étage
T+154 s Largage du premier étage qui tombe dans l'océan Pacifique
T+156 s Mise à feu du moteur du second étage
T+184 s Largage de la coiffe
T+494 s Extinction du second étage
T+511 s Largage des nanosatellites

Historique des vols[modifier | modifier le code]

Rocket Lab analyse de manière détaillée le déroulement du vol réussi de janvier 2018 pour identifier d'éventuels pistes d'amélioration avant de déclarer le lanceur opérationnel. Un dernier vol de test supplémentaire est réalisé en novembre 2018. Les lancements opérationnels prévus en 2018 et 2019 comprennent la mise en orbite d'une grappe de satellites pour le compte de la NASA - Educational Launch of Nanosatellites 19 (ELaNa 19), le lancement de nanosatellites de la société américaine Planet et celui de l'atterrisseur lunaire MX-1E de la société Moon Express en compétition pour le Google Lunar X Prize[12].

2,5
5
7,5
10
12,5
15
  •   Échecs
  •   Succès
  •   Prévus
Mise à jour le 1er juillet 2019[17],[18]
N° de vol Version du lanceur Date Base de lancement Orbite terrestre Charge utile Masse Note
1 1 25 mai 2017 Rocket Lab L.C Orbite basse Humanity Star Échec : premier vol de qualification.
2 2 21 janvier 2018 Rocket Lab L.C 300 x 500 km, inclinaison 83° Lemur 2-72 / Lemur 2-73 / Dove Pioneer / Humanity Star Deuxième vol de qualification.
3 2 11 novembre 2018 Rocket Lab L.C Orbite basse CICERO / Lemur 2-82 / Lemur 2-83 / Proxima 1 / Proxima 2
Irvine 01 / NABEO
Troisième vol de qualification.
4 3 16 décembre 2018 Rocket Lab L.C Orbite basse CeREs / ALBus / CHOMPTT / Da Vinci
ISX / NMTSat / RSat-P / Shields 1 / STF 1 / CubeSail 1
CubeSail 2 / TOMSat EagleScout / TOMSat R3 / SHFT 1
14 nanosatellites de type CubeSats de la NASA.
5 3 29 mars 2019 Rocket Lab L.C Orbite basse DARPA R3D2 225 kg Prototype d'antenne de radio fréquence (RF) offrant une connexion performante avec un satellite de petite taille.
6 5 mai 2019, 06 h 00 TU Rocket Lab L.C Orbite basse SPARC-1 / Falcon ODE / Harbinger 180 kg Trois satellites du département de la Défense des États-Unis dans le cadre du Rapid Agile Launch Initiative portée par la Defense Innovation Unit (DIU) destinée à démontrer la possibilité de lancements avec un court préavis[19].
7 29 juin 2019 Rocket Lab L.C Orbite basse Plusieurs satellites dont BlackSky Global-3 / ACRUX-1 CubeSat / SpaceBEE 8, 9 Pour Spaceflight Industries.
8 3 19 août 2019 Rocket Lab L.C Orbite basse BRO-1, BlackSky Global-3x2 80 kg
9 3 17 octobre 2019 Rocket Lab L.C Orbite basse de 1 200 km Palisade 20 kg
10 3 6 décembre 2019 Rocket Lab L.C Orbite basse Plusieurs satellites
Lancements planifiés
2020 Rocket Lab L.C Orbite basse MX-1E 1 200 kg Atterrisseur lunaire.

Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. (en) « Rocket Lab Celebrates Rich Ten-Year », sur https://www.rocketlabusa.com, (consulté le 25 juin 2017).
  2. a et b (en) « Rocket Lab: the Electron, the Rutherford, and why Peter Beck started it in the first place », spaceflightinsider.com, .
  3. a b et c (en) Patric Blau, « Electron The first “battery-powered” Rocket », sur spaceflight101 (consulté le 21 janvier 2018)
  4. (en) Jason Davis, « NASA-sponsored SmallSats Get Dedicated Rides to Space », The Planetary Society, .
  5. (en) Hannah Madans, « Rocket Lab moves HQ to Huntington Beach, near Boeing complex, and is hiring », sur https://www.ocregister.com/, (consulté le 23 janvier 2018).
  6. (en) John Anthony, « 'Complex and diverse': New Zealand Space Agency reveals Rocket Lab customers' satellite plans », sur stuff.co.nz, .
  7. Futura, « Electron, le lanceur de Rocket Lab, va voler pour la première fois », Futura,‎ (lire en ligne, consulté le 25 mai 2017).
  8. (en) « Rocket Lab successfully makes it to space », sur https://www.rocketlabusa.com/, (consulté le 25 mai 2017).
  9. a et b (en) Patric Blau, « Electron’s “It’s a Test” successfully reaches Space, falls short of Orbit », sur spaceflight101, .
  10. a et b (en) Patric Blau, « Maiden Electron Launch Cut Short by Faulty Ground Equipment », sur spaceflight101, .
  11. Loren Grush, « Rocket Lab's rocket is launching again soon — and this time it'll carry satellites to space », The Verge,‎ (lire en ligne)
  12. a et b (en) Patric Blau, « “Still Testing” – Rocket Lab’s Electron Reaches Orbit on Second Test Flight », sur spaceflight101,
  13. (es) Daniel Marin, « Rocket Lab se sube al carro de la reutilización », sur Eureka, 7 aut 2019
  14. (en) Frank Morring et Guy Norris, « Rocket Lab Unveils Battery-Powered Turbomachinery », The Planetary Society, .
  15. a et b (en) « Electron », Rocket Labs USA (consulté le 17 octobre 2015)
  16. (en) Stephen Clark, « Rocket Lab pushes back second Electron launch to Sunday », sur spaceflightnow.com,
  17. (en) Gunter Krebs, « Electron », sur Gunter's Space Page (consulté le 1er juillet 2019)
  18. (en-US) « Prelaunch Preview: Electron | DARPA R3D2 », sur Everyday Astronaut, (consulté le 29 mars 2019)
  19. (en) Doug Messier, « Rocket Lab to Launch 3 More Defense Satellites Later This Month », sur Parabolic Arc, (consulté le 14 avril 2019)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Lien externe[modifier | modifier le code]