Falcon Heavy

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Falcon Heavy
Falcon Heavy sur son pas de tir (vue d'artiste)
Falcon Heavy sur son pas de tir (vue d'artiste)
Données générales
Pays d’origine Drapeau des États-Unis États-Unis
Constructeur SpaceX
Premier vol fin 2017
Hauteur 70 m.
Diamètre 11,6 m. (avec boosters)
Masse au décollage 1 421 tonnes
Étage(s) 2 + 2 boosters
Poussée au décollage 22819 kilonewtons
Charge utile
Orbite basse 63,8 tonnes
Transfert géostationnaire (GTO) 26,7 tonnes
Motorisation
Propulseurs d'appoint 18 x Merlin 1D 11760 kN
1er étage 9 x Merlin 1D : 5880 kN
2e étage 1 x Merlin 1D Vac+ : 934 kN
La famille de lanceurs Falcon : de gauche à droite Falcon 1, Falcon 9 1.0 avec vaisseau Dragon et avec un satellite, Falcon 9 1.1 R (récupérable) avec vaisseau Dragon et avec un satellite, Falcon 9 1.1, Falcon Heavy R et non récupérable.

Falcon Heavy est un lanceur lourd développé par la société SpaceX ayant la capacité de placer une charge utile de 63,8 tonnes en orbite basse ou de 26,7 tonnes en orbite de transfert géostationnaire. Le premier vol, planifié fin 2017, doit s'effectuer depuis le complexe de lancement LC-39A du centre spatial Kennedy. Il s'agira alors du lanceur opérationnel le plus puissant jusqu'à la mise en service du SLS développé pour le compte de la NASA.

Le lanceur est réalisé en accouplant au lanceur Falcon 9 v1.1 deux propulseurs d'appoint constitués du premier étage de cette même fusée. Le deuxième étage est identique à celui de la Falcon 9. Le lanceur est conçu de manière à permettre la récupération du premier étage et des deux propulseurs d'appoint mais au prix d'une forte réduction de la charge utile.

Le développement de la Falcon Heavy a été annoncé en 2011 avec une date de premier vol en 2013. Celle-ci a été par la suite régulièrement repoussée du fait principalement d'une mise au point plus longue que prévue d'une Falcon 9 suffisamment puissante et récupérable.

Historique[modifier | modifier le code]

Au milieu des années 2000, la société SpaceX qui développe à l'époque son lanceur Falcon 9 (premier vol en 2010), annonce qu'elle réalisera une version lourde de cette fusée en accolant deux premiers étages supplémentaires reprenant l'architecture de la Delta IV Heavy. Cette version a pour vocation de venir concurrencer les lanceurs lourds de l'époque sur le marché des satellites de télécommunications à placer en orbite géostationnaire. La Falcon Heavy doit être opérationnelle deux ans après le premier vol de la Falcon 9. En 2006 SpaceX annonce que le lanceur pourra placer 24,75 tonnes en orbite basse pour un coût de 78 millions US$. La charge utile est réévaluée en 2007 (28 tonnes) et 2010 où elle atteint 32 tonnes pour un coût de 95 millions US$. Le développement de la Falcon 9 V1.1 finalisé en 2011 et beaucoup plus puissante a des répercussions directes sur les dimensions et les performances de la version Heavy qui s'accroissent encore. En 2013 SpaceX annonce un premier vol en 2013 à partir de la base de lancement de Vandenberg en Californie. A la suite de la reprise par SpaceX du complexe de lancement 39A du centre spatial Kennedy (Floride), SpaceX annonce que son nouveau lanceur décollera depuis cette base. En 2015 les performances sont encore revues à la hausse avec une masse en orbite basse de 53 tonnes et en orbite géostationnaire de 21,2 tonnes. Ces performances sont encore revues en 2016 et en 2017 le constructeur affiche sur son site une masse en orbite basse de 63,8 tonnes et en orbite géostationnaire de 26,7 tonnes[1].

La date du premier vol a été reporté à plusieurs reprises notamment à cause des difficultés techniques qui n'avaient pas été anticipées par les responsables du projet. Finalement en 2016 un premier vol est annoncé courant 2017 puis repoussé fin 2017 à la suite de l'explosion de la Falcon 9 en septembre 2016. Les hypothèses de travail basées sur la fusée Falcon 9 ont sous estimé les changements dans l'aérodynamique et les charges imposées à la structure. Le passage à Max Q ne s'effectue plus au même moment. La transition du subsonique au transsonique est modifié de manière importante par la présence de 27 moteurs-fusées exerçant simultanément une poussée. Ceux-ci triplent les vibrations et les répercussions acoustiques. Pour traiter ces problèmes il a fallu renforcer de manière importante l'étage central. Le développement du système de séparation des étages d'appoint a été particulièrement difficile. Enfin la mise à feu initiale des 27 moteurs-fusées a nécessité la mise au point d'une procédure d'allumage spécifique : les moteurs-fusées seront allumés deux par deux avec un petit intervalle de temps pour permettre l'arrêt des opérations de lancement en cas de détection d'un problème sur la propulsion[2].

Le 9 mai 2017 le premier étage central renforcé a fait l'objet d'un tir statique sur le banc d'essais dont dispose SpaceX à McGregor au Texas. Il a été transféré par la suite à Cape Canaveral où il doit être accouplé à deux étages Falcon 9 récupéré après un premier vol. L'un de ces deux étages a placé en orbite le satellite Thaicom 9 le 8 mai 2016 et a été testé en avril 2017 sur le banc d'essais après remise en condition opérationnelle[3]. Bien que crucial, aucun test d'un premier étage complet ne peut être réalisé sur les bancs d'essais existants du fait des dimensions particulières du nouveau lanceur. SpaceX a décidé de faire ces tests sur le pas de tir SLC-39A utilisé pour le premier vol[2].

Premier vol[modifier | modifier le code]

La date du premier vol est conditionnée par la fin des travaux de remise en état de l'ensemble de lancement SLC-40 de Cape Canaveral rasé lors de l'explosion d'une Falcon 9 le 1er septembre 2016. Ces travaux, qui doivent s'achever fin août 2017 doivent permettre de redémarrer les lancements depuis ce pas de tir et de libérer l'ensemble de lancement SLC-39A pour la première campagne de tir de la Falcon Heavy[3].

Après avoir été reporté plusieurs fois, le vol inaugural est maintenant prévu pour novembre 2017[4]. Un deuxième vol de démonstration est prévu pour 2018 avec une charge utile de l'US Air Force (STP-2)[5].

Caractéristiques techniques[modifier | modifier le code]

Le lanceur utilise 27 moteurs Merlin Merlin 1D.
Le premier étage central et les deux propulseurs d'appoint utilisent chacun 9 moteurs disposés comme sur cet étage de Falcon 9 récupéré.

Le lanceur Falcon Heavy constitue un ensemble haut de 70 mètres large de 11,6 mètres avec une masse au lancement de 1 421 tonnes. Le lanceur utilise des composants (moteurs et étages) déjà en production pour la fusée Falcon 9 v1.1 FT avec quelques modifications. Il comporte un premier étage central encadré par deux propulseurs d'appoint tous trois constitués par le corps du premier étage d'une Falcon 9 v1.1 FT. Le deuxième étage a des caractéristiques proches de celui de la Falcon 9. Tous ces étages utilisent des moteurs Merlin 1D brûlant un mélange d'oxygène liquide et de RP-1[6].

Premier étage (étage central)[modifier | modifier le code]

L'étage central est un premier étage Falcon 9 comportant une structure de poussée renforcée et des systèmes d'attache permettant de solidariser les deux propulseurs d'appoint au niveau du segment avant et arrière de l'étage. L'étage central est haut de 41,2 mètres et a un diamètre de 3,66 mètres. Sa masse à vide est environ de 25,6 tonnes et il emporte 123,57 tonnes de kérosène et 287,43 tonnes d'oxygène. Cette quantité d'ergols embarquée est obtenue en utilisant la technique de refroidissement appliquée sur la Falcon V1.1 FT. Celle-ci permet d’accroître la densité. Le réservoir d'oxygène liquide est une structure monocoque (sans pièces externes pour assurer sa rigidité et résister aux efforts) tandis que le réservoir de kérosène comporte des longerons et des couples. L'étage est propulsé par 9 moteurs Merlin 1D+ dont la poussée est de 845 kN au niveau de la mer (914 kN dans le vide) et l'impulsion spécifique est de 282 secondes au niveau de la mer (311 secondes dans le vide pour la version dans le vide). La poussée des moteurs est modulables entre 55 et 100 % (la limite inférieure pourrait être de 40%). La durée de combustion est de 230 secondes. L'étage fonctionne 1 minute de plus que les propulseurs d'appoint ce qui l'amène à une altitude et une vitesse beaucoup plus importante que le premier étage de la Falcon 9, rendant sa récupération plus complexe[1].

Propulseurs d'appoint[modifier | modifier le code]

A l'image des lanceurs Delta IV et Angara, la Falcon Heavy utilise comme propulseurs d'appoint un premier étage de Falcon 9 similaire à l'étage central ce qui permet de réduire les coûts. Chaque propulseur d'appoint est long de 44,8 mètres et a un diamètre de 3,66 mètres avec une masse à vide de 22,5 tonnes. Il emporte 411 tonnes d'ergols (274,4 tonnes d'oxygène liquide et 123,6 tonnes de kérosène). L'extrémité supérieure est coiffée par un cône en composite haut de 3,4 mètres. Il était initialement envisagé pour les charges utiles les plus lourdes (plus de 45 tonnes) d'utiliser un système d'alimentation croisé entre les propulseurs d'appoint et le premier étage qui aurait permis de transférer des ergols vers les réservoirs de l'étage central en cours de vol ce qui aurait permis d'allonger sa durée de fonctionnement de l'étage central. Ce dispositif complexe a été abandonné à la suite de l'amélioration de la performance des moteurs Merlin 1D. Le système de fixation des propulseurs d'appoint à l'étage central repose sur des pinces de serrage qui s'ouvrent pour le largage et qui évitent d'utiliser des dispositifs de séparation pyrotechniques non réutilisables. Chaque propulseur d'appoint dispose de son propre système de contrôle d'attitude utilisant des propulseurs à gaz froid. Ceux-ci sont utilisés pour le largage des propulseurs et pour orienter l'étage lors de son vol de retour sur Terre en vue de sa récupération. Les propulseurs d'appoint fonctionnent durant 195 secondes[1].

Deuxième étage[modifier | modifier le code]

Le moteur unique du second étage dispose d'une tuyère allongée qui permet de faire passer l'impulsion spécifique de 311 à 342 secondes dans le vide par rapport au modèle standard. La poussée des moteurs est maximale au décollage puis celle des moteurs de l'étage central est progressivement réduite avant d'être à nouveau augmentée lorsque les propulseurs d'appoint sont largués[1].

Récupération et réutilisation du lanceur[modifier | modifier le code]

Comme c'est déjà le cas avec son lanceur Falcon 9, SpaceX a conçu son lanceur de manière à pouvoir récupérer le premier étage et les deux propulseurs d'appoint de la Falcon Heavy[7].

Principales caractéristiques du lanceur[1]
Caractéristique Propulseurs d'appoint x 2 1er étage 2eétage
Dimension
(longueur × diamètre)
44,6 x 3,66 m. 42,6 x 3,66 m. 12,6 x 3,66 m.
Masse
(dont carburant)
867 tonnes (822 tonnes) 436,6 tonnes (411 tonnes) 111,5 tonnes (107,5 tonnes)
Moteur 18 Merlin 1D+ 9 x Merlin 1D+ 1 Merlin 1D vide
Poussée maximale 11710 kN 7605 kN 934 kN
Impulsion spécifique 282 s (sol) 282 s (sol), 311 s (vide) 348 s (vide)
Durée de fonctionnement 162 s 230 s 397 s
Ergols oxygène liquide et RP-1

Performances[modifier | modifier le code]

Sur le plan des performances le constructeur SpaceX affiche les capacités suivantes en juillet 2017 pour la version dont les étages ne sont pas récupérées. La charge utile dépend de l'orbite visée :

  • Orbite basse : 63,8 tonnes
  • Orbite de transfert géostationnaire ; 26,7 tonnes
  • Orbite de transfert vers Mars : 16,8 tonnes
  • Orbite de transfert vers Pluton : 3,5 tonnes

La récupération des premiers étages réduit fortement la charge utile :

  • Version avec récupération des deux propulseurs d'appoint
    • Orbite de transfert géostationnaire > 10 tonnes
  • Version avec récupération des deux propulseurs d'appoint et de l'étage central
    • Orbite de transfert géostationnaire > 7 tonnes

Installations de lancement[modifier | modifier le code]

Construction d'un bâtiment d'assemblage pour les Falcon 9 et Falcon Heavy près du complexe de lancement LC-39A du centre spatial Kennedy (juin 2015) acquis par la société SpaceX.

Pour lancer sa future fusée lourde SpaceX loue, dans le cadre d'un bail qui court jusqu'en 2034, le complexe de lancement LC-39A du centre spatial Kennedy utilisé autrefois par la Navette spatiale américaine. En 2015 et 2016 SpaceX réaménage le pas de tir et fait construire un bâtiment d'assemblage. La société a l'intention de lancer depuis ce site à la fois des Falcon Heavy et des Falcon 9. Le premier lancement d'une Falcon Heavy est planifié fin 2017 depuis ce site[8].

Il est également prévu que le lanceur soit tiré depuis la base de lancement de Vandenberg[9]. Les travaux de construction du pas de tir à Vandenberg ont débuté à côté des installations existantes pour le lanceur Falcon 9.

Commercialisation[modifier | modifier le code]

SpaceX a annoncé avoir signé des contrats de lancement avec l'Armée de l'air américaine et l'opérateur de satellites de télécommunications Intelsat. Le premier vol est annoncé par le constructeur en 2017.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a, b, c, d et e (en) Patric Blau, « Falcon Heavy », sur spaceflight101 (consulté le 25 juillet 2017)
  2. a et b (en) Chris Gebhardt, « Falcon Heavy prepares for debut flight as Musk urges caution on expectations », sur spaceflight101,
  3. a et b Stefan Barensky, « SpaceX a vraiment besoin du Falcon Heavy », sur Aerospatium,
  4. Elon Musk, « Falcon Heavy maiden launch this November https://www.instagram.com/p/BXEkGKlgJDK/ », sur @elonmusk, (consulté le 22 août 2017)
  5. (en) « SpaceX's Shotwell: 1 Falcon Heavy demo this year; satellite broadband remains 'on the side' - Space Intel Report », Space Intel Report,‎ (lire en ligne)
  6. (en) « Falcon Heavy », SpaceX (consulté le 10 janvier 2015)
  7. Falcon Heavy : le lanceur lourd et réutilisable de SpaceX, Futura-Sciences, 24 juin 2015
  8. (en) Jason Davis, « Preparing America’s Spaceport for NASA’s New Rocket », sur The Planetary society,
  9. (en) SpaceX, « SpaceX capabilities and services », sur Site de SpaceX,

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]