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Au Salon du Bourget, Daniel Neuenschwander, le directeur du transport spatial à l'ESA et Alain Charneau, président ArianeGroup, ont donné le coup d'envoi d'un futur lanceur réutilisable européen en signant le contrat de constructionconstruction de Prometheus, un démonstrateurdémonstrateur européen de moteur réutilisablemoteur réutilisable qui sera testé en 2020. Des études sont en cours pour examiner l'intérêt d'utiliser ce futur moteur sur une version améliorée d'Ariane 6Ariane 6 de façon à simplifier son architecture et augmenter ses performances. L'idée serait de remplacer les moteurs Vulcain de l'étage principal et du Vinci de l'étage supérieur.
Ce moteur est conçu avec un double objectif d'économie. Le coût unitaire devrait être divisé par 10 par rapport au Vulcain 2 d'Ariane 5Ariane 5 (1 million contre 10 millions d'euros) et Prometheus devra descendre à 5.000 euros le coût au kilogramme mis en orbite géostationnaire, contre 10.000 euros visés avec Ariane 6 et 20.000 euros aujourd'hui avec Ariane 5.
Pour atteindre cet objectif très ambitieux, le Cnes et ArianeGroup, à l'origine du projet, parient sur un moteur réutilisable de 5 à 10 fois et une conception simplifiée, s'appuyant sur de nouvelles techniques. L'impression 3D en fait partie, pour réaliser un nombre très important de pièces dont certaines sont impossibles à réaliser par les procédés classiques.
Prometheus, le futur moteur réutilisable et « low cost » qui succèdera à la famille des lanceurs Ariane 6. © ArianeGroup
Une utilisation inédite du méthane
À l'inverse du Vulcain, qui utilise un mélange d'hydrogène et d'oxygène liquidesliquides, Prometheus brûlera un mélange d'oxygène liquide et de méthane. Une vraie rupture dans le choix des ergolsergols traditionnellement utilisés par les lanceurslanceurs européens. Bien que le méthane apporte une impulsion spécifiqueimpulsion spécifique moins forte que l'hydrogène liquide, ce choix s'explique par la réutilisabilité du moteur qui nécessite d'emporter plus de carburant pour le retour de l'étage au sol.
Or, l'hydrogène a une densité très faible, de 70 kg/mètre cube, à la différence du méthane et ses 420 kg/mètre cube. Cette densité supérieure permet de réduire significativement la taille du réservoir ou bien d'embarquer plus de carburant dans un même volumevolume. Elle est aussi très proche de celle de l'oxygène, ce qui rend possible l'utilisation de pièces communes et l'utilisation de réservoirs identiques.
Le saviez-vous ?
Il n’existe actuellement aucun lanceur en service utilisant un mélange d’oxygène liquide et de méthane. Aux États-Unis, la société Blue Origin, de Jeff Bezos, développe un moteur, le BE-4, qui doit fonctionner avec ce mélange. Sa mise au point s’avère difficile. Il y a quelques semaines, pour une raison que Blue Origin n’a pas donnée, un des moteurs d’essai a explosé au banc.
Le BE-4 sera utilisé pour motoriser le lanceur New Glenn de Blue Origin. Il est aussi en compétition avec le moteur AR1 d'Aerojet Rocketdyne, qui utilise du kérosène et de l'oxygène liquide, pour équiper le futur lanceur Vulcan d’ULA.
Autre avantage du méthane, sa température de -161 °C, moins froide que les -253 °C de l'hydrogène liquide du Vulcain. Il est plus facile à stocker et sa température est suffisante pour le garder liquide à l'intérieur du lanceur sans protection thermique spéciale. Enfin, l'utilisation du méthane simplifiera l'architecture et la conception du moteur. Là où le Vulcain a besoin de deux turbopompesturbopompes avec des vitesses de rotationvitesses de rotation différentes pour l'oxygène et l'hydrogène, une seule turbopompe sera nécessaire sur Prometheus.
Dernier point à noter, le Cnes étudie la possibilité de produire du méthane grâce à la biomassebiomasse. Cette solution est envisagée au Centre spatial guyanais avec à la clé toute une filière plus écologique.
Ce qu’il faut
retenir
- Un moteur 10 fois moins cher que la version du Vulcain d’Ariane 6.
- Réutilisable de 5 à 10 fois.
- De nombreuses pièces réalisées en impression 3D.
- Une mise en service à l’horizon 2030.
