Les remorqueurs spatiaux (Space tug)

Dans http://www.forum-conquete-spatiale.fr/t15776p945-les-nouvelles-du-lanceur-ariane-6#340592 vador59 a écrit:Ca ne rappelle pas un peu le concept ConeXpress?

http://www.technovelgy.com/ct/Science-Fiction-News.asp?NewsNum=133

https://artes.esa.int/news/final-presentation-conexpress

http://space.skyrocket.de/doc_sdat/conexpress-ors.htm

On a bien des remorqueurs dans la marine. Je suis d'accord avec Mustard qu'il n'est pas judicieux de rajouter de la complexité à la complexité (voir fil de discussion dont l'adresse est dans le quote). Un remorqueur ne devrait servir qu'en situations particulières. Comme on dit en informatique, Keep It Simple Stupid (KISS)

En astronautique le concept de remorqueur pourrait servir autant à la mise en poste de satellites dont l'orbite finale est incorrecte, qu'aux mises en orbites de parking (où même désorbitation) de satellites en panne, voire aux désorbitations de gros débris spatiaux avant leur éventuelle fragmentation...

Je ne sais pas s'il y a un fil sur le forum concernant les remorqueurs spatiaux, ce message y serait plus pertinent. Si quelqu’un se rappelle un fil de discussion adéquat il peut me le signaler (il commence à y avoir tant de fils de discussion sur le forum que même quand on est modo on s'y perd un peu...), j'y déplacerais le message, histoire de ne pas créer un nouveau fil qui serait un doublon.

Edit : après recherche, il y a bien deux nécro-fils consacrés à un défunt projet de remorqueur spatial russe à propulsion nucléaire et donc trop spécialisés et obsolètes.
http://www.forum-conquete-spatiale.fr/t9839-la-russie-en-mesure-de-creer-un-remorqueur-spatial-nucleaire
http://www.forum-conquete-spatiale.fr/t8169-la-russie-reve-toujours-de-creer-un-remorqueur-nucleaire
Il y a aussi ce fil sur les convoyeurs spatiaux, mais à usages interplanétaires :
http://www.forum-conquete-spatiale.fr/t13506-convoyeurs-cargo-sep-et-missions-habitees


J'ouvre donc un nouveau fil de discussion sur les remorqueurs spatiaux (ou Space Tug) à usage dans les orbites terrestres.

Ce sujet sur les remorqueurs spatiaux m’a fait ressortir mon tome 11  de l’Encyclopédie COSMOS d’Albert Ducrocq (L’astronautique dans de l’économie - 1974) et mon Encyclopédie Visuelle de l’Espace (1981) : à l’époque le remorqueur, ou tug, est en effet indissociable d’une économie spatiale rationalisée où la réutilisation des équipements doit être la règle. Il devait être l’étage supérieur, à demeure sur orbite, de la navette spatiale (dont la rentabilité était garantie par les 60 vols annuels… (Avec un planché de 25 vols/an)).:roll:
 D’ailleurs l’Europe (l’Allemagne en tête) avait été impliquée dans les premières études avant d’en être écarté pour cause d’intérêt par les militaires US pour le sujet.
A l’époque la propulsion cryotechnique LO2/LH2 semble privilégié, et le transfert en orbite GEO l’une des principales destinations.
 
Les difficultés pour l’utilisation d’un tug sont toujours d’actualité : assurer la fiabilité d’un tel équipement (surtout s’il faut traverser les ceintures de Van Allen à de nombreuses reprises) et surtout assurer son ravitaillement. La prospective des années 70 et 80 compte sur la noria des navettes (avec des usines électrolysant l’eau apportée par celle-ci) ou des quasi satellites nucléaires qui écopent la haute atmosphère (à 120km d’altitude ; projet PROFAC).
 
De nos jours, la multiplication des rendez-vous et des transferts de carburant n’est toujours pas un exercice trivial ; fiabilité et économie seront-elles garanties ?
Je ne l’ai pas vu évoqué dans mes vieux livres : l’aérofreinage serait peut-être un moyen d’économiser du carburant au retour, mais existe-t-il un juste milieu entre ce gain et les protections thermiques nécessaires ?
La propulsion électrique serait plus légère à utiliser mais aussi plus longues pour des voyages allez et retour. 

Henri a écrit:En astronautique le concept de remorqueur pourrait servir autant à la mise en poste de satellites dont l'orbite finale est incorrecte, qu'aux mises en orbites de parking (où même désorbitation) de satellites en panne, voire aux désorbitations de gros débris spatiaux avant leur éventuelle fragmentation...

En effet cette fonction de maintenance des orbites parait plus judicieuse, mais si les projets de méga-constellations se concrétisent, les remorqueurs pourraient devenir tout bonnement indispensables et avec suffisamment de travail pour que se pose leur modèle d'utilisation ("jetables" ou réutilisable).

Il me semble que dans des prévisions assez récentes - mais on n'a aucune vision sur une mise en oeuvre pour le moment - les russes envisageaient de mettre une station habitée (peut-être seulement leur vaisseau PTK ?) en orbite lunaire. Depuis son bord, ils pourraient commander/téléguider/surveiller des équipements robotiques au sol.
C'est dans ce cadre qu'ils parlaient d'un tug (baptisé Korvett mais un peu spécial) chargé de la liaison entre la station et le sol pour y récupérer des échantillons (et peut-être assurer de la maintenance des équipements au sol)
J'ai localisé le sujet idoine .... créé par Nikolaï

http://www.forum-conquete-spatiale.fr/t16301-projet-lunaire-russe-korvett?highlight=korvett

Baratong a écrit:De nos jours, la multiplication des rendez-vous et des transferts de carburant n’est toujours pas un exercice trivial

La commission Augustine avait proposé de développer dans les prochaines années le stockage et le transfert de carburants/comburants en orbite, mais j'ai l'impression que ce sujet n'avance pas vraiment.

Qu'est-ce que nous avons en termes de transfert de carburant qui soit effectif de nos jours ? (rechargement carburant ISS ? autres ?)

En effet, en dehors des ravitaillements des stations soviétiques puis russes et quelques expérimentations à petite échelle, je n'ai pas connaissance d'autres ravitaillements en ergols dans l'espace. Et même dans ces cas on reste à des volumes de réservoirs modestes et concernant des ergols stockable permettant d'utiliser des membranes souples et une contre pressurisation pour effectuer les transferts.
 La simple conservation des ergols en orbite est validée pour des mois et des années avec les ergols stockables (les biens nommés) mais il ne me semble pas qu'il y-ait d'exemples de conservation au delà de quelques jours pour les ergols cryotechniques.
 Pour l'hydrogène liquide (en couple avec LO2), les étages CENTAUR, les deuxièmes étages des DELTA IV et des H2A peuvent être utilisée quelques six heures après le lancement.
Pour l'oxygène liquide (en couple avec le kérosène) je pense qu'il faut regarder du côté des étages block D russes pour les expérimentations les plus longues (cosmos 382), mais les infos entre le site de Gunter's Space et celui de Nicolaï39 ne sont pas exactement les mêmes: cinq jours et trois rallumages pour le premier, six jours et sept rallumages pour le second.

C'est certain qu'il y a quelques décennies, seuls des étages à ergols chimiques étaient envisageables pour des remorqueurs spatiaux dans l'environnement de la Terre. Mais le développement de la propulsion ionique alimentée par des sources d'énergie photovoltaïques change un peu la donne. Là, les recharges de fluide propulsif (Xénon) représentent des masses qui sont beaucoup plus faibles que pour les ergols chimiques destinés à des moteurs traditionnels. La question du refueling devient donc presque annexe.

L'article suivant décrit un petit remorqueur SEP destiné à la désorbitation de débris spatiaux :
http://erps.spacegrant.org/uploads/images/images/iepc_articledownload_1988-2007/2013index/f15v60v7.pdf

Sur les 200 kg de masse initiale de l'engin, le propulsif représente 56 kg. Pas de réapprovisionnement prévu (qui serait de toute façon de peu d'intérêt ici, pour un système "low cost").

Intéressante argumentation sur l'agilité et les délais. Tu verrais donc une architecture de remorqueurs chimiques réutilisables couplée à des stations de ravitaillement d'ergols en LEO. La question du ravitaillement d'ergols de ces stations pourrait relever de la question plus générale du ravitaillement d'ergols et être si nécessaire traitée dans un autre sujet, car pouvant servir à d'autres usages (missions interplanétaire de vaisseaux consommables par exemple), mais le fonctionnement de ces remorqueurs chimiques (ainsi que celle des remorqueurs électriques) entre LEO et leurs orbites cibles (MEO, HEO, GTO, GEO voire TLI)* et leurs retours en LEO, pourrait se concentrer dans ce fil. Ça permettrait de clarifier le débat.

* Pour les forumeurs peu au fait des abréviations, voir le lexique : http://www.forum-conquete-spatiale.fr/t16-abreviations
Tiens, HEO (High Earth Orbit) manque dans le lexique...

Un satellite électrique met des mois pour effectuer le trajet LEO->GEO en comptant sur ses seules ressources énergétiques, ce qui n'est en effet pas négligeable, mais l'intérêt d'un remorqueur est bien de réduire ce temps, avec une puissance électrique supérieure.

Dans une interview parue dans LA TRIBUNE du 10/07/2015 le PDG de l'opérateur de satellite SES évoque sa prospective du marché des satellites de télécommunication et de leurs lanceurs: trois opérateurs de lancement, la réutilisation des premiers étages, mais aussi utilisation des "space tugs" pour atteindre les orbites de travail et reconfigurer les satellites.

Un petit retour dans ce fil pour rappeler que la réutilisation du premier étage (ou de sa baie de propulsion) n’est pas la seule innovation proposée ou attendue :
Le président de SES réaffirme dans un article de la Tribune son intérêt pour les remorqueurs spatiaux afin faire évoluer les plateformes géostationnaires et éviter d’investir dans un satellite complet. (Dans la continuité de ses déclarations de juillet dernier.)
ULA avec leur lanceur VULCAN mettent en avant la récupération du moteur principale, mais ils évoquent aussi le ravitaillement et la réutilisation sur orbite de leur nouvel étage supérieur vers 2025.

(et dans l'article d'Air & Cosmos)


Enfin Orbital ATK, qui ne propose pas de lanceur réutilisable, investi plutôt dans le « spacetug » multi-usage:
http://www.orbitalatk.com/space-systems/human-space-advanced-systems/vivisat/
http://www.orbitalatk.com/space-systems/spacecraft-buses/docs/Gemini.pdf
 

Bien sûr tout cela dépend de rendez-vous et de ravitaillements en orbite dont la validité technico-économique ne parait pas triviale.

En 2003-2004, Arianespace et Orbital Recovery Corp. avaient pas mal communiqué sur un projet de "space tug", le ConeXpress Orbital Life Extension Vehicle (CX OLEV).

Les archives du site d'Arianespace ayant été rendues inaccessibles par le changement récent de style en profondeur (belle mentalité...), je ne m'attends pas à pouvoir retrouver tous les détails, mais voici une vue d'artiste qui avait été donnée à l'époque :


Il se trouve que l'engin (1,2 à 1,4 t) consistait en un adaptateur de charge utile (ACU), qui devait se désolidariser de l'étage supérieur EPS ou ESC-A.


Jamais plus entendu parler par la suite... On a été forts pour communiquer sur cet engin innovant, moins pour dire que finalement on ne mettrait pas un centime de plus dedans.

Quelle société - forcément spécialisée dans ce créneau ? - pourrait s'acheter un space tug, financer sa mise en orbite et ensuite proposer des services payants à des opérateurs de satellite pour aller effectuer des mises à niveau ou du refueling en GEO ?
Outre la complexité de réaliser de telles manoeuvres en automatique (ou en téléguidage depuis la Terre ?) , pas sûr que cela soit moins cher pour l'opérateur que de lancer un satellite neuf de dernière technologie.

montmein69 a écrit:Quelle société pourrait s'acheter un space tug, financer sa mise en orbite et ensuite proposer des services payants à des opérateurs de satellite pour aller effectuer des mises à niveau ou du refueling en GEO ?

Vu le nombre de satellites GEO qui sont refuelables ou upgradables (que j'estime naïvement à zéro) je dirais "personne".

Je ne suis pas certain d'avoir bien tout lu, mais au final le remorqueur ne fonctionne qu'une seule fois, il ne revient pas sur Terre pour refaire le plein et aller ravitailler un autre satellite ? Effectivement dans ces conditions et compte tenu du cas des satellites telcom en GEO, j'ai du mal à imaginer se payer un rechargement en fuel et qqs périphériques d'un sat dont la durée de vie est en général très élevée (10 à 15 ans). N'a-t-on pas plus vite fait de reconstruire un sat aux techno les plus récentes et remplacer le plus vieux ? Quand aux sat en orbite basse qu'a-t-on besoin d'autre chose que HTV, ATV, Progress, Dragon, Cygnus, etc qui sont déjà en plus de ravitailleur des propulseurs ? A une pièce d’amarrage près ils sont déjà en mesure de faire du travail en orbite basse (?). Au final, aux vues de vos posts, pour moi, le "tug" n'est pas utile sauf s'il revient au sol pour repartir peu après comme le faisaient/font les navettes (X-37_38, STS, Bourane, etc.).

Je n'ai pas relu tous les posts du début de ce FIL, mais mon sentiment sur l'utilité des tugs :

- pas évidente du tout (voire nulle) pour les satellites orbitant autour de la Terre.
- probablement utiles pour des opérations répétitives de missions lunaires (transferts de ravitaillement Terre-Lune et retour d'échantillons ou objets transformés, liaison orbite lunaire/sol sélène pour ravitailler/recueillir des échantillons pour des équipements automatisés opérant au sol)
- idem pour du travail de liaison entre orbite par exemple d'une lune martienne, et sa surface arpentée par des rovers. (un équipage restant en orbite et télé-manipulant les équipements au sol)

L'utilité d'un remorqueur spatial pour prolonger la durée de fonctionnement de satellites géostationnaires déjà en poste peut rendre septique les participants d'un forum de passionnés de la conquête spatiale, mais certains gestionnaires d'une telle flotte de satellites semblent manifester plus d'entousiasme:http://www.intelsat.com/intelsat-news/pioneers-in-space-orbital-atk-announces-intelsat-as-anchor-customer-for-new-satellite-life-extension-service/ ;)  :D

http://www.orbitalatk.com/news-room/release.asp?prid=137

Oui, mais qui fait le "refueling" des remorqueurs (?) ; propulsion électrique est-ce assez réactif et rapide pour jouer le rôle de remorqueur ravitailleur ? Pour le moment en dehors de l'inspection des satellites comme cela commence à se tester de ci de là, je suis sceptique, mais je suis vos remarques et raisonnements pour voir un peu.  :scratch:

Baratong a écrit:L'utilité d'un remorqueur spatial pour prolonger la durée de fonctionnement de satellites géostationnaires déjà en poste  peut rendre sceptique .../cut/..., mais certains gestionnaires d'une telle flotte de satellites semblent manifester plus d'enthousiasme

Je ne sais pas si on a des statistiques détaillées de la "fin de vie" des satellites de telecoms en orbite géostationnaire.

Sont-il tous (ou très majoritairement) déclarés hors service par manque de fuel leur permettant de corriger leur mise à poste ? ou bien après x années de service par défaillance de leurs panneaux solaires ? de composants électroniques ? ou tout simplement une obsolescence nécessitant un remplaçant ?

Si on parle uniquement du refueling .... la technique peut se gérer assez facilement par le port d'amarrage (le cargo Progress ravitaille Zarya ainsi depuis des années).
Quels autres service de maintenance peut on envisager en automatique ? Il faudrait de la robotique qui n'existe pas actuellement (sauf peut-être pour travailler sur l'extérieur du satellite)
Il n'y a absolument rien expliquant ces limites - ou ces impossibilités - dans les articles publicitaires.

Il faut de plus qu'un tug puisse se mouvoir sur l'orbite géostationnaire pour atteindre la position du satellite à ravitailler, et là le rejoindre (car un satellite géostationnaire n'est jamais rigoureusement immobile), s'amarrer etc .... Il va transférer des ergols vers le satellite cible .... toutes ces opérations consomment les ergols qu'il transporte.
Alors comme le dit Astro-notes qui va ravitailler le ravitailleur ?
Va -t'on lui envoyer une "citerne" ? en essaimer quelques unes en attente ?  (il faut un lancement pour cela)
Combien faudra-t'il facturer au client pour intervenir sur son satellite "âgé" et peut-être techniquement obsolète ?

Bref il y a un concept .... encore assez flou. Il faut des précisions pour se décider à l'embrasser :sage:

Baratong a écrit:L'utilité d'un remorqueur spatial pour prolonger la durée de fonctionnement de satellites géostationnaires déjà en poste peut rendre septique les participants d'un forum de passionnés de la conquête spatiale, mais certains gestionnaires d'une telle flotte de satellites semblent manifester plus d'entousiasme:http://www.intelsat.com/intelsat-news/pioneers-in-space-orbital-atk-announces-intelsat-as-anchor-customer-for-new-satellite-life-extension-service/ ;)  :D

http://www.orbitalatk.com/news-room/release.asp?prid=137

   Ben oui, nous en tant qu'observateur du marché des lanceurs nous ne voyons que l'explosion du marché qui était de toute façon attendue et venue petit a petit avec l'explosion de la consommation des technologies de part le monde qu'ils utilisent des satcoms dans leur process étendu ou bien des sat de geoloc : Le marché a littéralement explosé et sans parler des autres besoins nationaux divers d'orbite basse (observations ect) ... Nous ne voyons qu'une chose : Le marché explosant, tirer un satellite est toujours moins cher : Et avec les progrès de performances des Bus, on n'en pas trop l'utilité
 

   Alors que si on se met du point de vu d'une société de gestion de satcoms qui doit régulièrement renouveler son infra spatiale :

 _ Lancer un programme d'achat et donc de caractérisation de satellites avec le constructeur : C'est 200 a 300 millions d'€ de couts (attention, dans ces couts il n'y a aucun achat la ! Il s'agit juste de caractériser des besoins et travailler avec le constructeur de sat sur le développement de ce qu'on veut exactement et ce malgré qu'il a des bus a proposer ...)

 _ Une fois caractérisé le programme d'achat, un satcom moyen "dernier cri" d'environ 3-4t c'est 130/150 millions d'€ pièce !

 _ Chaque satellite lancé devra être assuré a hauteur d'une trentaine de millions d'€ et il vaut mieux le faire avec des lanceurs pour les + fiables qui ont une chance sur 200 d'exploser en vol ... (le risque reste très élevé même avec une A5 pourtant si fiable) ...

 _ Et chaque satellite va probablement couter autant en frais globaux d'exploitation, gestion & de maintenance numérique le long de sa carrière

 _ Et a cela il faut rajouter le prix d'un lancement


  Ce qui représente grosso modo a un cout d'acquisition pour remplacer un satcom en fin de vie ou "dead" d'environ 300 a 350 millions d'€, peut être même 400 millions avec des frais que je n'imagine peut être même pas !!!

  On peut comprendre dans ses conditions qu'eux, aimeraient pouvoir y réfléchir a 2x si on pouvait avec un Spacetug faire un petit plein + check up d'un satcom en bon état qui n'a plus de carburant pour affronter les coups durs & aléas solaires (qu'il va falloir laisser cramer a la prochaine tempête solaire) et faire certaines manoeuvres nécessaires a son bon fonctionnement ect ...

    Ceci dit, tout dépend a quel prix l'intervention d'un spacetug pourra être proposé ... Si c'est une intervention a 150 millions d'€ : Ca sera pas forcément intéressant ...