Les lanceurs post-Ariane 6

ASL vient a réussi à se faire financer par l'ESA les développement du moteur réutilisable Prometheus: http://spacenews.com/frances-prometheus-reusable-engine-becomes-esa-project-gets-funding-boost/

Où l'ESA semble admettre qu'il y a de l'idée dans la récupération d'un premier étage et que l'on pourrait étudier le sujet de façon plus précise, mais l'Agence verrait en fait un engin avec déploiement d'aile pour venir se poser sur une piste. Voilà une idée originale à creuser, on ne va pas s'en plaindre sauf si ce n'est qu'un travail pour occuper des stagiaires !

https://www.letemps.ch/economie/2017/02/05/lanceurs-spatiaux-reutilisables-leurope-se-lance-discretement

Bon clairement on commence à admettre à demi-mot (pas encore les deux pieds dans le plat mais quand même) que le réutilisable a de l'avenir et donc le programme prométhée est pleinement financé dans l'optique d'un lanceur réutilisable. Il s'agira d'une copie du Merlin car il pourrait fonctionner au kerolox au lieu du méthane et serait réutilisable 5 fois et conçu grâce à des pièces imprimée en 3D.

Mouais, ils se lancent doucement. La récupération n'a pas encore l'air de convaincre tout le monde (ça serait aussi étrange qu'ils soient tous à fond pour la récupération ceci dit), on dirait qu'ils vont essayer leur propre façon de faire.
L'approche de l'Europe sur les lanceurs a toujours plus été incrémentale que drastique, et ils ne revendiquent pas être SpaceX ou Blue Origin. S'ils suivent le marché d'assez près pour rester dans la partie niveau prix sans être trop près pour ne pas suivre si ça s'avère casse-gueule, ça rassure les responsables et les politiciens en charge des programmes. Pas forcément très funky, mais c'est un calendrier qui se défend malgré tout. Surtout dans un milieu protégé comme celui des lanceurs qui hésite en permanence entre loi du marché et souveraineté subventionnée.

Space Opera a écrit:Mouais, ils se lancent doucement. La récupération n'a pas encore l'air de convaincre tout le monde (ça serait aussi étrange qu'ils soient tous à fond pour la récupération ceci dit), on dirait qu'ils vont essayer leur propre façon de faire.
L'approche de l'Europe sur les lanceurs a toujours plus été incrémentale que drastique, et ils ne revendiquent pas être SpaceX ou Blue Origin. S'ils suivent le marché d'assez près pour rester dans la partie niveau prix sans être trop près pour ne pas suivre si ça s'avère casse-gueule, ça rassure les responsables et les politiciens en charge des programmes. Pas forcément très funky, mais c'est un calendrier qui se défend malgré tout. Surtout dans un milieu protégé comme celui des lanceurs qui hésite en permanence entre loi du marché et souveraineté subventionnée.

Mouais. Objectivement la récupération des lanceurs ne sert rigoureusement à rien à part se créer des difficultés supplémentaires.

C'est la ré-utilisation facile, simple, fiable, disponible et à bas coûts qui sera intéressante pour le transport spatial. Et cela, pour l'instant, cela reste à démontrer !

D'où le fait qu'ils suivent ni de trop près, ni de trop loin. Pas téméraire mais on veut lui donner sa chance.

Hadéen a écrit:

Space Opera a écrit:Mouais, ils se lancent doucement. La récupération n'a pas encore l'air de convaincre tout le monde (ça serait aussi étrange qu'ils soient tous à fond pour la ...

...

Mouais. Objectivement la récupération des lanceurs ne sert rigoureusement à rien à part se créer des difficultés supplémentaires.

C'est la ré-utilisation facile, simple, fiable, disponible et à bas coûts qui sera intéressante pour le transport spatial. Et cela, pour l'instant, cela reste à démontrer !

Je ne suis pas certain de bien te comprendre ! Tu dis c'est la ré-utilisation facile... mais en premier tu dis Objectivement la récupération des lanceurs ne sert rigoureusement à rien...

N'est-ce pas une tautologie puisque la réutilisation implique la récupération (?).

Je veux juste dire que la récupération est une condition nécessaire et pas une fin en soi. C'est lorsque la réutilisation sera effective qu'on aura progressé.

La notion de facile; je veux dire que si les travaux de remise en état de vol de l'étage coûtent plus cher que sa valeur à neuf, on n'aura pas gagné grand chose. Je pensais aux SSME où il fallait changer la moitié du moteur à chaque vol...

Si j'ai compris la voie envisagée, sous-tendue par le concept ADELINE, elle consisterait à récupérer a partie la plus "chère", c_a_d la "partie moteurs" (Prometheus) sans tenter de récupérer les réservoirs du premier étage. Une récupération aisée, si elle est possible avec la technique de retour envisagée participerait à des économies réalistes.

Et ensuite, de se limiter à une ré-utilisation des moteurs au maximum à 5 fois, en gérant autant que faire se peut, une maintenance minimaliste.

Si le nombre de vols institutionnels européens et une préférence pour les lanceurs européens pour quelques lancements commerciaux (avec haute qualité de service) , cela permettrait de maintenir la filière.
On a déjà expliqué que les opérateurs de satellite veulent garder une concurrence entre plusieurs fournisseurs de lanceurs, et qu'il n'y aura pas préemption de ce marché par un seul.

Donc c'est bien sûr un pari à la fois technologique et économique. Cette recherche permet de valider ou pas au moins le premier volet

Si on part du postulat que prometheus vaut 1/10 du prix d'un vulcain, l'intérêt de la récupération du moteur est en très forte diminution.

Un article assez novateur sur ce qu'il est convenu d'appeler le programme Ariane-Next :

http://www.usinenouvelle.com/article/vous-avez-aime-ariane-6-vous-allez-adorer-ariane-next.N498069

La récupération des moteurs, c'est une vieille idée qui aurait pu commencer avec les moteurs de décollage de l'Atlas, éjectés assez tôt. L'idée fut même reprise pour une Saturn V à un étage et demi qui aurait pu se mettre en orbite sans étage supérieur. Avec une capacité de mise en orbite basse de près de 23 tonnes !

A la fin de l'article cité de l'Usine Nouvelle on évoque la possibilité de ré-utilisation du deuxième étage.

les réflexions du Cnes portent sur l'ensemble du lanceur .../cut/.... "Le dernier étage d'une fusée pourrait avoir plusieurs vies en orbite. Il pourrait réaliser deux ou trois missions de transport de satellites géostationnaires. Cela fera appel à de nouvelles technologies et c'est beaucoup plus facile que de le faire revenir sur terre", explique le chercheur Jérôme Vila.

Un mini-lanceur pourrait être utilisé pour faire des tests : Callisto
http://www.usinenouvelle.com/article/l-europe-et-le-japon-montent-dans-une-fusee-reutilisable.N394962

Laisser un deuxième étage opérationnel en orbite et le ré-utiliser (façon tug) c'est intéressant .... mais il faudra le ravitailler en ergols pour chaque mission ? Et il faudra un RdV en orbite pour s'arrimer à la charge ?

montmein69 a écrit:A la fin de l'article cité de l'Usine Nouvelle on évoque la possibilité de ré-utilisation du deuxième étage.

les réflexions du Cnes portent sur l'ensemble du lanceur .../cut/.... "Le dernier étage d'une fusée pourrait avoir plusieurs vies en orbite. Il pourrait réaliser deux ou trois missions de transport de satellites géostationnaires. Cela fera appel à de nouvelles technologies et c'est beaucoup plus facile que de le faire revenir sur terre", explique le chercheur Jérôme Vila.

Un mini-lanceur pourrait être utilisé pour faire des tests : Callisto
http://www.usinenouvelle.com/article/l-europe-et-le-japon-montent-dans-une-fusee-reutilisable.N394962

Laisser un deuxième étage opérationnel en orbite et le ré-utiliser (façon tug) c'est intéressant .... mais il faudra le ravitailler en ergols pour chaque mission ? Et il faudra un RdV en orbite pour s'arrimer à la charge ?

Un étage supérieur ravitaillé en orbite, si ma mémoire ne me fait pas défaut, cela ressemble au projet ACES d'ULA, prévu avec le futur lanceur Vulcan.

Effectivement ce domaine de la récupération / réutilisation est nouveau et il est important d'explorer à échelle réduite d'autres modes car rien de définitif n'est acquis vers cet objectif. Souhaitons que les essais du démonstrateur Callisto soient une réussite !

Ariane Group récupère le développement du moteur Prometheus :
ICI

(nouveau site de Ariane Group par la même occasion)

Le choix du couple oxygène/Méthane semble motivé par le coût moins élevé que le couple oxygène/hydrogène.
Mais aussi (ICI) :

citation a écrit:"Cela penche du côté du méthane car il génère moins de suie que le kérosène"

Est-ce les réactions entre oxygène et méthane qui ne génère que des gaz et pas de dépôts ? 
Je me doute que c'est un point fort pour la réutilisation.

Pour les performances, cet article est assez intéressant : ICI (Space X, en anglais désolé)

On voit que la différence de performance avec le RP1 est assez faible, pour une mise en oeuvre plus complexe ? (ergol cryo)

Quand est-t-il de la réutilisation avec l'utilisation du couple Hydrolox ?
N'est ce pas le Graal de la propulsion spatiale ?
Est ce que la baisse des coûts de lancement ne va pas se faire plutôt sur la facilitation de la mise en oeuvre de l'Hydrolox et la réutilisation des lanceurs ?
A quand un lanceur type delta IV réutilisable ?

L'hydrolox était le Graal de la propulsion spatiale... avant qu'on y réfléchisse à 2 fois. Avec le recul, on se rend compte que:
- L'Isp de l'hydrolox est compensé par des réservoirs de LH2 particulièrement massifs.
- La gestion cryo au sol comme à bord est bien plus pénible.
- Le coût du matériel et des fusées est bien plus élevé.

Bref, en France depuis qu'on sait faire de l'hydrolox (et ce n'est pas facile à faire du tout) on s'est refusé à faire autre chose, un peu comme avec la filière nucléaire qui veut que ça soit de l'uranium par exemple. On n'avait pas vraiment de bonne raison de continuer avec le LH2 si ce n'est un héritage industriel qu'il faut entretenir. Aujourd'hui, à part pour certains étages supérieurs, la tendance est à la disparition du LH2 des lanceurs.

Le méthane est la nouvelle mode, lancée par SpaceX qui en avait marre d'encrasser ses moteurs avec de la suie et qui a annoncé son Raptor il y a quelques années. Blue Origin et maintenant ArianeGroup suivent le pas. Le méthane a l'avantage d'être très bon marché, de ne pas être cyrogénique, de ne pas donner de suie et d'avoir une Isp pas dégueulasse. Ca fait beaucoup d'avantage pour un ergol, sans compter qu'on peut l'extraire de l'atmosphère de Mars... même si ça, ArianeGroup s'en fiche pas mal.

Space Opera a écrit:- L'Isp de l'hydrolox est compensé par des réservoirs de LH2 particulièrement massifs.

..particulièrement volumiques plutôt, non ? Cela pose des problèmes de dimensionnement structurel et de d'aérodynamisme je suppose.
A tu des informations sur la perte par frottement dans l'air en fonction du diamètre du lanceur (en gros, pour avoir une idée).

Space Opera a écrit:- La gestion cryo au sol comme à bord est bien plus pénible.

Principalement l'isolation thermique je suppose ? La fabrication d'hydrogène liquide doit être un sacré casse tête aussi.. (échangeurs thermiques, compressions, etc)

Space Opera a écrit:- Le coût du matériel et des fusées est bien plus élevé.

De part les raisons précédentes ou y a t'il d'autres raisons ?


Je comprend qu'il y ai beaucoup de contraintes à utiliser l'hydrogène mais il n'en reste pas moins très performant. 
N'y a t'il pas un travail à faire pour permettre de l'utiliser à moindre coût ? (Ma question est peut être un peu naïve, vu que je ne connais pas vraiment toutes les contraintes lié à la fabrication de LH2)  
N'est ce pas un aveu d’échec que de se retourner vers du kérosène ou du méthane maintenant ?

Kenny McCormick a écrit:..particulièrement volumiques plutôt, non ? Cela pose des problèmes de dimensionnement structurel et de d'aérodynamisme je suppose.

Dans le spatial, volume = masse. Et non, les réservoirs de LH2 n'ont pas un plus gros diamètre et n'offrent donc pas une plus grande résistance à l'air. Le gros problème du LH2 c'est qu'il nécessite de grands réservoirs effectivement (plus long donc) ce qui les rend forcément plus lourd puisqu'ils ont plus de paroi, et en plus la paroi est particulièrement épaisse sans même compter les isolants thermiques puisque le LH2 a la facheuse tendance à vouloir traverser le métal. Ce qui rend les réservoirs de LH2 encore plus massifs.

Kenny McCormick a écrit:De part les raisons précédentes ou y a t'il d'autres raisons ?

Travailler avec du LH2 demande une horlogerie très fine qui demande des process particuliers. Le LH2 est une dame qui ne porte que des bijoux de la plus haute qualité.

Kenny McCormick a écrit:Je comprend qu'il y ai beaucoup de contraintes à utiliser l'hydrogène mais il n'en reste pas moins très performant.

Sa seule performance est l'Isp, et le gain de masse du à cet Isp supérieur est aujourd'hui complètement grignoté par les gains en masse qui sont faits avec d'autres ergols, en premier lieu des réservoirs légers, des moteurs moins massifs, et un coût de production et des installations sol bien inférieurs. A quoi bon un bon Isp s'il ne sert à rien ?

Kenny McCormick a écrit:N'est ce pas un aveu d’échec que de se retourner vers du kérosène ou du méthane maintenant ?

Je vois plus ça comme une maturité. Le LH2 ne va pas disparaitre des lanceurs, par contre là où il était vu auparavant comme le nec plus ultra, aujourd'hui le LH2 ne sera "que" considéré comme une technologie parmi d'autres qui a des avantages et des inconvénients. Et il devrait avoir tendance, je pense, à nettement laisser la place au méthane pour les premiers étages dans les années à venir. Je serais moins catégoriques pour les étages supérieurs, quoi que...

comparaison rapide
un lanceur bi-etage  avec un objectif de 10 tonne en LEO( par simplicité un DV de 9,5km/s)
pour les isp (uniquement vide, la modification est prise en compte dans le dv) on prends le raptor (360s au 1er etage et 380 au second) et le couple vulcain / vinci (430s et 460s)
par simplicité, masse de l'etage vide=0,1*masse de l'ergole

resultat
                                 methalox         hydrolox
ergol 1er etage              35                   20
ergol 2eme etage          190                    85
masse total                   257,5                  124

vous aller pas me faire croire que le renfort structurelle et l isolation va combler un tellement écart.

Je ne juge pas de la qualité intrinsèque de l'hydrogène en tant que carburant spatial, mais je trouve qu'il y a là des affirmations étonnantes !

Le LH2 traverse le métal ? Non, je ne crois pas en tous cas je n'ai jamais été confronté à ce type de comportement... Les réservoirs sont plus massifs ? Non pas nécessairement bien au contraire. Ils disposent en revanche d'isolation thermique obligatoirement performante, celle ci étant plutôt fragile et légère. Ce qui dimensionne les parois, c'est la pression, donc le moteur et la position du réservoir dans l'architecture du lanceur.

phenix a écrit:vous aller pas me faire croire que le renfort structurelle et l isolation va combler un tellement écart.

Non, bien sur que non. Par contre la fusée methalox sera certes un peu plus lourde, mais elle ne sera pas forcément plus grosse (le méthane refroidi étant laaaargement plus dense que le LH2) et elle coutera moins chère tant à produire qu'à concevoir et à gérer. Donc au final, l'avantage du LH2 sur le méthane n'est pas forcément évident.

Hadéen a écrit:Le LH2 traverse le métal ? Non, je ne crois pas en tous cas je n'ai jamais été confronté à ce type de comportement [...] Ils disposent en revanche d'isolation thermique obligatoirement performante, celle ci étant plutôt fragile et légère.

C'est justement parce que le LOX s'évapore à travers le métal qu'il y a besoin de protections thermiques ! Celles-ci bouffent d'ailleurs un peu de volume et ont un impact supplémentaire sur le volume des réservoirs. Les étages supérieurs au LH2 ont parfois besoin de parois plus épaisses pour tenir le LH2 sur orbite, les protections thermiques ne suffisent pas et sont souvent confinées aux premiers étages.

Space Opera a écrit:

Hadéen a écrit:Le LH2 traverse le métal ? Non, je ne crois pas en tous cas je n'ai jamais été confronté à ce type de comportement [...] Ils disposent en revanche d'isolation thermique obligatoirement performante, celle ci étant plutôt fragile et légère.

C'est justement parce que le LOX s'évapore à travers le métal qu'il y a besoin de protections thermiques ! Celles-ci bouffent d'ailleurs un peu de volume et ont un impact supplémentaire sur le volume des réservoirs. Les étages supérieurs au LH2 ont parfois besoin de parois plus épaisses pour tenir le LH2 sur orbite, les protections thermiques ne suffisent pas et sont souvent confinées aux premiers étages.

Le LOX s'évapore au travers du métal ? Franchement tu sors cela d'où ?

Pour amener un peu de grain à moudre au sujet de l'hydrogène, quelqu'un sait comment l'hydrogène utilisé par Ariane est produit ? Car en soit, le LOX/LH2 en tant que tel est bien beau, puisqu'il n'y a pas de carbone dans la réaction, et donc pas de CO2 émis, mais ce serait intéressant de faire le bilan carbone de toute la chaîne de production de la fusée, carburant compris. Actuellement dans le monde 96% de l'hydrogène est produit à partir d'énergie fossile (49% à partir de méthane, 29% avec du pétrole et 18% avec du charbon), et seulement 4% par hydrolyse de l'eau (la quantité d'électricité que demande cette méthode est un frein économique). Il faudrait également faire le bilan carbone de la construction des composants de la fusée en comparant les moteurs, réservoirs et isolation du H2 et du méthane par exemple (voir rajouter le kérosène RP-1).

La question des bilans carbone peut paraître anecdotique aujourd'hui lorsqu'on lance 6 ou 7 Ariane par an. Mais dans un monde où l'on aurait un lancement par semaine chez Ariane ET SpaceX ET d'autres, cela commence à faire et mériterait d'être au moins étudié.

En ce qui concerne la réutilisation des moteurs-fusée au LH2, on a tout de même les SSME qui ont un peu éprouvés la technologie, mais il reste à trouver des procédés industriels analogues à ce que fait SpaceX avec son Merlin. Peut-être y a t-il des difficultés propres au LH2. Ou même des avantages (car après tout SpaceX a aussi eu des difficultés). Honnêtement je ne sais pas.

[mod]J'ai supprimé le doublon de ce post.

Henri[/mod]

Hadéen a écrit:

Space Opera a écrit:


C'est justement parce que le LOX s'évapore à travers le métal qu'il y a besoin de protections thermiques ! Celles-ci bouffent d'ailleurs un peu de volume et ont un impact supplémentaire sur le volume des réservoirs. Les étages supérieurs au LH2 ont parfois besoin de parois plus épaisses pour tenir le LH2 sur orbite, les protections thermiques ne suffisent pas et sont souvent confinées aux premiers étages.

Le LOX s'évapore au travers du métal ? Franchement tu sors cela d'où ?

Oups, coquille: il fallait lire "LH2". Et c'est bien parce que le LH2 s'évapore qu'il faut des isolants thermiques.