Electron (fusée)

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Electron
Micro-lanceur spatial
Image illustrative de l’article Electron (fusée)
Données générales
Pays d’origine Drapeau de la Nouvelle-Zélande Nouvelle-Zélande
Constructeur Rocket Lab
Premier vol
Période développement 2014-2018
Statut En service
Lancements (échecs) 3 (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 totale 162 knewtons
2e étage 1 x Rutherford optimisé pour le vide
Poussée 22 kN

Electron est un lanceur conçu pour placer en orbite de petits satellites et développé par la société néo-zélandaise Rocket Lab. Son premier vol a eu lieu en 2017. Cette fusée 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 brulant 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 de l'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 la fusée 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 nano-satellites (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 nano-satellites. Après un premier vol infructueux en 2017, le lanceur, tiré depuis un site aménagé par la société dans la péninsule de Mahia (Île du Nord en Nouvelle-Zélande), a réussi à placer sa charge utile en orbite le 21 janvier 2018.

Caractéristiques techniques[modifier | modifier le code]

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 entrainées 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 batteries lithium-ion. La chambre de combustion du moteur est fabriquée en utilisant l'impression tridimensionnelle[1]. Le moteur Rutherford mis en œuvre au niveau du premier étage a une poussée au sol de 18 kilonewton (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[2],[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 batteries lithium-ion installées à la périphérie de la jupe arrière de l'étage. Les batteries 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[2]

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 batteries 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 mètres 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 container 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].

L'Electron et les autres lanceurs de nano-satellites en cours de développement (maj 21 janvier 2018)
Lanceur : Electron LauncherOne Vector-R SPARK SS-520
Constructeur Rocket Lab Virgin Orbit Vector Space Systems Université d'Hawaï
Laboratoires Sandia
ISAS
Pays Drapeau de la Nouvelle-Zélande Nouvelle-Zélande¹ Drapeau des États-Unis États-Unis Drapeau du Japon Japon
Charge utile Orbite basse : 225 kg
Orbite héliosynchrone : 150 kg
Orbite basse : 500 kg
Orbite héliosynchrone : 300 kg
Orbite héliosynchrone : 50 kg Orbite héliosynchrone : 275 kg Orbite basse : 4 kg
Statut Tests en vol Développement Développement Tests en vol Tests en vol
Premier vol 2017 prévu en 2018 prévu en 2018 2015 2017
Vols / Échecs 2/1 0 0 1/1 2/1
Masse 12,5 t. ? 5-6 t. 25 t. 2,6 t.
Dimension H:14 m D: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 batteries
lanceur aéroporté Dérivé de la fusée-sonde Strypi Dérivé d'une fusée-sonde
Cout d'un lancement 5 millions US$ 1,5 million US$
¹Société américaine d'un point de vue juridique

Développement[modifier | modifier le code]

Le lanceur Electron est développé par la société aérospatiale Rocket Lab créée en juin 2006[4] 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. 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 nano-satellites (satellites d'une masse maximale de quelques dizaines de kilogrammes comprenant les CubeSats). Le développement de la fusée Electron est décidé en reprenant l'objectif d'abaissement des coûts de lancement des nano-satellites, dont le marché est en pleine expansion. Ces petits satellites sont jusque-là placés en orbite en tant que charge utile secondaire par les lanceurs traditionnels[5]. Electron vise à fournir une solution plus souple que celle de ces lanceurs. De par sa conception le lanceur est optimisé pour une fréquence des 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 ans 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 basse. Le financement du développement du nouveau lanceur, évalué à 100 millions US$, est fourni par plusieurs sociétés de capital risque américaines et néo-zélandaises[3].

Courant 2015, Rocket Lab a effectué 87 tirs de fusées qui lui ont permis d'accumuler une grande expérience. À cette date, les moteurs Rutherford, qui doivent propulser le nouveau lanceur, ont subi 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 a décidé de financer le développement du lanceur néo-zélandais ainsi que celui de deux autres mini-lanceurs pour disposer d'une fusée adaptée à la mise en orbite des CubeSats. Rocket Labs doit recevoir de la NASA 6,9 millions US$ pour réaliser un vol orbital de démonstration d'ici avril 2018[6].

Pour capter une clientèle majoritairement américaine (DARPA, Aerojet Rocketdyne et Lockheed Martin) la société a installé officiellement son siège à Los Angeles en 2013, le site de conception et de fabrication restant en Nouvelle-Zélande[5] jusqu’en début 2017 et l’ouverture d'un site de 14 000 m2 réunissant le site d'assemblage et son siège social au 14520, Delta Lane au Huntington Beach en Californie à cette date[7].

Historique des 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 [8],[9]. 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 la fusée ne parvient pas à placer en orbite sa charge utile[10].

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 a perdu le contact avec la fusée. En application des procédures de sureté standard, les opérateurs ont déclenché les commandes de destruction du lanceur. Au moment de sa destruction, le lanceur suivait la trajectoire prévue et son fonctionnement était 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'a pas été 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[11].

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

Pour le vol suivant, Rocket Lab a corrigé le mouvement de rotation excessif du lanceur qui s'était manifesté durant le vol. Le premier vol hormis ce point s'est bien déroule 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", a été retardé 6 fois entre décembre 2017 et janvier 2018 en raison des conditions météorologiques, du trafic orbital, des fusées et des problèmes de sécurité de l'aire de répartition.[11],[12]. Il a eu finalement lieu le 21 janvier 2018 et a placé avec succès sa charge utile sur une orbite héliosynchrone. Celle-ci était constitué par trois CubeSats : 2 Lemur conçus pour le suivi de navires et un Ione Dove[13].

Historique des vols[modifier | modifier le code]

Rocket Lab a analysé 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 a été réalisé en novembre 2018. Les lancements opérationnels prévus en 2018 comprennent la mise en orbite d'une grappe de satellites pour le compte de la NASA, le lancement de nano-satellites 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[13].

Mise à jour le 12 novembre 2018[14]
N° de vol Version du lanceur Date Base de lancement Orbite Charge utile Masse Note
1 1 25 mai 2017 Rocket Lab L.C orbite basse Humanity Star Échec
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
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
3e vol de qualification
Lancements planifiés
4 vers 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 nano-satellites de la NASA
vers 2019 Rocket Lab L.C orbite basse MX-1E 1 200 kg Atterrisseur lunaire

Installations de lancement[modifier | modifier le code]

Le Rocket Lab Launch Complex 1 le 3 septembre 2016.

Rocket Lab a construit en 2016 une base de lancement en Nouvelle-Zélande dans la péninsule de Mahia sur l'île du Nord sur la cote de l'Océan Pacifique qui a été 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 un pas de tir. Le lanceur est transporté depuis le bâtiment d'assemblage à l'horizontale suspendu à un véhicule combinant le mat érecteur et la plateforme de tir puis redressé à la verticale une fois le pas de tir atteint. Le centre de contrôle 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[10].

Déroulement d'un lancement (2ème vol)[15].
Heure (T : heure décollage) Événement
T-180 s. 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 nano-satellites

Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. (en) Frank Morring et Guy Norris, « Rocket Lab Unveils Battery-Powered Turbomachinery », The Planetary Society, .
  2. a et b (en) « Electron », Rocket Labs USA (consulté le 17 octobre 2015)
  3. a b et c (en) Patric Blau, « Electron The first “battery-powered” Rocket », sur spaceflight101 (consulté le 21 janvier 2018)
  4. (en) « Rocket Lab Celebrates Rich Ten-Year », sur https://www.rocketlabusa.com, (consulté le 25 juin 2017).
  5. a et b (en) « Rocket Lab: the Electron, the Rutherford, and why Peter Beck started it in the first place », spaceflightinsider.com, .
  6. (en) Jason Davis, « NASA-sponsored SmallSats Get Dedicated Rides to Space », The Planetary Society, .
  7. (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).
  8. Futura, « Electron, le lanceur de Rocket Lab, va voler pour la première fois », Futura,‎ (lire en ligne).
  9. (en) « Rocket Lab successfully makes it to space », sur https://www.rocketlabusa.com/, (consulté le 25 mai 2017).
  10. a et b (en) Patric Blau, « Electron’s “It’s a Test” successfully reaches Space, falls short of Orbit », sur spaceflight101, .
  11. a et b (en) Patric Blau, « Maiden Electron Launch Cut Short by Faulty Ground Equipment », sur spaceflight101, .
  12. Loren Grush, « Rocket Lab's rocket is launching again soon — and this time it'll carry satellites to space », The Verge,‎ (lire en ligne)
  13. a et b (en) Patric Blau, « “Still Testing” – Rocket Lab’s Electron Reaches Orbit on Second Test Flight », sur spaceflight101,
  14. (en) Gunter Krebs, « Electron », sur Gunter's Space Page (consulté le 12 novembre 2018)
  15. (en) Stephen Clark, « Rocket Lab pushes back second Electron launch to Sunday », sur spaceflightnow.com,

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Lien externe[modifier | modifier le code]