Moteur Prometheus (MethaLox)

Bonjour,
devant toutes les questions qu'il soulève, je propose d'ouvrir un sujet dédié au moteur Prometheus fonctionnant au Méthane liquide/Lox de façon à ce qu'on rassemble ici toutes les infos en rapport avec lui.
Pour ma part j'ai pu récolter quelques info lors de ma participation à la conférence EUCASS la semaine dernière (https://astronautique.actifforum.com/t18713-conference-eucass-2017-3-au-6-juillet#394828) mais pas énormément plus que ce qui est déjà public.
La présentation en comité réduit était faite par Arianegroup, je centralise ici les infos que j'ai pu glaner:

Prometheus était à l'origine un projet du CNES maintenant passé sous l'égide de l'ESA. ArianeGroup (ex ASL est l'industriel maître d’œuvre)

1/ le premier objectif de ce moteur est de permettre une politique de marché plus "agressive" (je cite) après Ariane 6 en réduisant encore plus les coûts. L'objectif est donc d'avoir un moteur coûtant 10 fois moins cher que le vulcain 2.1 qui équipera Ariane 6.

2/afin de parvenir à cet objectif, prometheus sera produit en grand nombre et plusieurs exemplaires seront présents sur un lanceur ArianeNext.
De plus le moteur verra sa complexité (comprenez le nombre de composants) fortement diminuée. La fabrication additive sera largement employée (il a été fait mention à plusieurs reprises de la machine EOS M400) selon la devise (encore une fois je cite):"Fast design, fast prototyping, fast test".
La volonté de produire en grande quantité est renforcée par le fait que l'industriel désire que la majorité des composants moteurs soient COTS (commercial off-the-shelf - ou composant pris sur étagère -> produit en grande quantité).

L'industriel a également souligné sa volonté de "casser les règles établies" de manière à parvenir à ce but, à savoir repenser les procédures de conception, d'assemblage et de montage de manière à aller plus vite (utilisation de puces RFID sur les éléments, usine "connectée"). Il est a noter que ce genre d'annonce a fait tiquer certains membres de l'ESA dans la salle arguant qu'Arianegroup voulait aller trop vite par rapport aux procédures de l'agence spatiale (cf plus bas concernant le calendrier).

3/Côté performances pas grand chose de plus que ce qui est déjà public:
-cycle type "gas generator"
-moteur fonctionnant au Lox/LCH4
-poussée dans le vide 1000kN (à comparer aux 1350 kN du Vulcain 2 ça nous donne quelque chose "a peu près" équivalent
-pression de la chambre de combustion: 100 bars
-ratio O/F=3.5
-un seul arbre de turbomachine de puissance d'environ 10 MW
-4 valves principales régulées
-chambre de poussée (chambre de combu+tuyère) "innovante" -> pas plus de détails, on sait par contre que ces innovations sont celles utilisées sur le démonstrateur de moteur de classe 30kN de poussée BOREAS
-moteur réutilisable (nombre de cycles non précisés)
-qualifié de "Versatile Engine" il sera capable d'effectuer des réallumages et couvrira "un large domaine d'utilisation"  de là en déduire qu'il pourra effectuer du deep throttle je ne sais pas.
-moteur qualifié de "Smart" possédant son propre système HMS (health management system)

4/pour finir, concernant le calendrier et les partenaires:
le projet a été initié par le CNES en 2015 et a été incorporé dans le programme de l'ESA "FLPP NEO" (future launcher preparatory programme) en 2016.
La participation est internationale. Pour ce qui a été présenté à l'EUCASS il a été dit que:
-générateur de gaz, certaines valves, le système HMS et la turbopompe pour le CH4 ainsi que le développement centralisé du moteur seront réalisé en France
-la chambre de poussée ainsi que les tests en Allemagne
-la turbopompe pour le Lox en Italie
-certaines valves en Belgique
-les turbines en Suède

En juin 2017 a eu lieu le ''Engine Design Key Point'' pour décembre 2018 est prévu l'Engine Design Review.
Les tests de mise à feu sont prévu durant la deuxième moitié de 2020 sur le banc d'essai P5 du centre de Lampoldshausen du DLR.

Pour reprendre ce qui a été dit plus haut, les responsables de l'ESA présent on déclaré qu'à ce rythme trop Prometheus n'obtiendra jamais la certification ESA pour la mise à feu, ce à quoi l'industriel a rétorqué "pas besoin de certification, c'est un prototype"

Voilà ce qui regroupe les infos que j'ai récolté durant cette conférence concernant ce moteur.

Le fait qu'ils veulent mettre plusieurs Prometheus par premier étage, sachant que celui-ci fait 1000kN de poussé, peut laisser supposer que le futur lanceur réutilisable européen reprendra exactement la même architecture que la Falcon 9, à savoir un premier étage puissant avec un temps d'utilisation court, et l'abandon des EAP à poudre.

La réutilisation sera la clef des performances économique du lanceur, car s'ils en mettent 9 comme pour les Merlin d'une Falcon 9 par exemple, ça fait 9 millions, soit quasiment le prix d'un Vulcain 2. En revanche pas besoin d'EAP, soit un très bon ratio Poussée du lanceur/Prix des moteurs.

Edit : correction, 1000kN de poussée et pas 100.

Vadrouille a écrit:Le fait qu'ils veulent mettre plusieurs Prometheus par premier étage, sachant que celui-ci fait 100kN de poussé, peut laisser supposer que le futur lanceur réutilisable européen reprendra exactement la même architecture que la Falcon 9, à savoir un premier étage puissant avec un temps d'utilisation court, et l'abandon des EAP à poudre.

La réutilisation sera la clef des performances économique du lanceur, car s'ils en mettent 9 comme pour les Merlin d'une Falcon 9 par exemple, ça fait 9 millions, soit quasiment le prix d'un Vulcain 2. En revanche pas besoin d'EAP, soit un très bon ratio Poussée du lanceur/Prix des moteurs.

100kN de poussée me parait assez peu et en contradiction avec la définition précédente qui indique 1000 KN de pousée dans le vide.

Oui oui, je voulais écrire 1000 kN de poussée j'ai oublié un zéro.

Sur Ariane 5 le Vulcain, un peu plus puissant, n'assure que 10% de la poussée au décollage, les autre 90% étant par les propulseurs à poudre. Donc un rapide calcul fait que si l'on veut un lanceur de capacité équivalente, il faudra l'équivalent d'au moins 10 Prometheus au démarrage.

Ce moteur est il prévu sur Ariane 6 ? d'après ce que tu dis oui, mais je pensais que ce devait etre un Vulcain sur Ar06 !
Est ce qu'une version Ariane 6 v2 est prévue avec ce moteur ?

Mustard a écrit:Ce moteur est il prévu sur Ariane 6 ? d'après ce que tu dis oui, mais je pensais que ce devait etre un Vulcain sur Ar06 !
Est ce qu'une version Ariane 6 v2 est prévue avec ce moteur ?

Pour le moment, la seule Ariane 6 validée c'est un Vulcain, un Vinci et des P120. Le reste c'est du ppt.

C'est effectivement un Vulcain (version 2.1 donc différente de celle qui propulse Ariane 5) qui propulsera Ariane 6. Après il est hautement probable que des études de compatibilité ont ou sont effectuées pour le remplacer par le moteur MethaLox mais comme le dit Hadéen c'est du power point :megalol:

Ok. Cela dit, je pense qu'avec SpaceX qui est très réactive dans les innovations et Blue Origin qui proposera ces lanceurs avec un tel moteur Methane/Lox, l'Europe spatiale va devoir être réactive et ce qui n'est qu'un PPT aujourd'hui risque bien de devenir une nécessité pour faire face à une concurrence américaine ultra réactive et adaptative.
Si l'europe spatiale se contente de rester sur ses lauriers comme elle l'a fait plus de 20 ans avec son lanceur Ariane 5 ça se passera mal. si on developpe une Ariane 6 pour la figer pendant 20 ans on va se planter. On doit vraiment s'adapter et évoluer au fil du temps à l'image de Spacex qui améliore ses lanceurs chaque année.

Mustard a écrit:Ok. Cela dit, je pense qu'avec SpaceX qui est très réactive dans les innovations et Blue Origin qui proposera ces lanceurs avec un tel moteur Methane/Lox, l'Europe spatiale va devoir être réactive et ce qui n'est qu'un PPT aujourd'hui risque bien de devenir une nécessité pour faire face à une concurrence américaine ultra réactive et adaptative.
Si l'europe spatiale se contente de rester sur ses lauriers comme elle l'a fait plus de 20 ans avec son lanceur Ariane 5 ça se passera mal. si on developpe une Ariane 6 pour la figer pendant 20 ans on va se planter. On doit vraiment s'adapter et évoluer au fil du temps à l'image de Spacex qui améliore ses lanceurs chaque année.

Encore une fois, les choses ne sont pas si simples... L'Europe ne développe pas un lanceur pour faire du commercial et concurrencer quiconque ! L'Europe essaye de développer un lanceur de souveraineté, garantie de l'indépendance d'accès à l'espace, aux coûts d'exploitation les plus "abordables" sinon "soutenables" possibles. Si le lanceur peut avoir une vie commerciale pour abaisser ses coûts d'exploitation comme ce fut le cas jusqu'à aujourd'hui, tant mieux. Mais ce n'est pas l'objectif principal. Ne pas oublier que la France, au travers du rapport dit "Fillon" prône une approche dite "institutionnelle dynamique". De plus, les technologies utilisées sont partiellement imposées par l'écosystème industriel de la défense dans l'intérêt général du pays, pas nécessairement du lanceur. Je pense en particulier à la filière perchlorate.

Hadéen a écrit:Encore une fois, les choses ne sont pas si simples... L'Europe ne développe pas un lanceur pour faire du commercial et concurrencer quiconque !

Ça, c'est une position qui n'est tenable que si les différences de coût entre Ariane et les autres sont "raisonnables". On peut ainsi tout à fait justifier un lanceur un peu plus cher s'il répond aux impératifs de souveraineté. Par contre ça devient injustifiable quand les autres (à défaut de "concurrence") font aussi bien (en terme de fiabilité et de CU) voire mieux pour bien moins cher dans des pays aux taux horaires comparables. Si le but était uniquement la souveraineté, Ariane 6 et tout autre évolution future serait complètement inutile, Ariane 5 envoie sans problème toutes les charges utiles qu'on veut en orbite et au-delà. Hors, Ariane 6 et Ariane Next existent.

Hadéen a écrit: L'Europe ne développe pas un lanceur pour faire du commercial et concurrencer quiconque ! L'Europe essaye de développer un lanceur de souveraineté, garantie de l'indépendance d'accès à l'espace,

Le problème c'est que bon nombre de nos satellites et sondes dit "d'institution" (sous entendu d'état ou gouvernementaux) ne sont pas lancés par Ariane mais généralement par des lanceurs russes tels que Proton ou Soyouz, et aussi parfois par des lanceurs américains (atlas) ou indiens (PSLV pour SPOT 6 et 7).
Donc créer un lanceur lourd (couteux) pour se garantir une indépendance de lancement mais utiliser un autre lanceur étranger moins cher pour lancer nos sat n'a pas de sens.
On le voit bien depuis longtemps, l'Europe spatiale a pris une orientation très commerciale de ses lanceurs, elle s'est même vanté bien longtemps d'être le n°1 mondial du lancement de sat commerciaux.

Space Opera a écrit:

Hadéen a écrit:Encore une fois, les choses ne sont pas si simples... L'Europe ne développe pas un lanceur pour faire du commercial et concurrencer quiconque !

Ça, c'est une position qui n'est tenable que si les différences de coût entre Ariane et les autres sont "raisonnables". On peut ainsi tout à fait justifier un lanceur un peu plus cher s'il répond aux impératifs de souveraineté. Par contre ça devient injustifiable quand les autres (à défaut de "concurrence") font aussi bien (en terme de fiabilité et de CU) voire mieux pour bien moins cher dans des pays aux taux horaires comparables. Si le but était uniquement la souveraineté, Ariane 6 et tout autre évolution future serait complètement inutile, Ariane 5 envoie sans problème toutes les charges utiles qu'on veut en orbite et au-delà. Hors, Ariane 6 et Ariane Next existent.

Ce n'est pas exact. C'est bien parce qu'une majorité de satellites institutionnels ont été ces derniers temps lancés par SOYUZ au CSG qu'une version plus légère qu'Ariane 5 s'est imposée chez nos politiciens. Le PPH puis le PHH A62 sous la pression industrielle.

Mustard a écrit:

Hadéen a écrit: L'Europe ne développe pas un lanceur pour faire du commercial et concurrencer quiconque ! L'Europe essaye de développer un lanceur de souveraineté, garantie de l'indépendance d'accès à l'espace,

Le problème c'est que bon nombre de nos satellites et sondes dit "d'institution" (sous entendu d'état ou gouvernementaux) ne sont pas lancés par Ariane mais généralement par des lanceurs russes tels que Proton ou Soyouz, et aussi parfois par des lanceurs américains (atlas) ou indiens (PSLV pour SPOT 6 et 7).
Donc créer un lanceur lourd (couteux) pour se garantir une indépendance de lancement mais utiliser un autre lanceur étranger moins cher pour lancer nos sat n'a pas de sens.
On le voit bien depuis longtemps, l'Europe spatiale a pris une orientation très commerciale de ses lanceurs, elle s'est même vanté bien longtemps d'être le n°1 mondial du lancement de sat commerciaux.

Attention à ne pas mélanger concurrence et contribution européenne aux projets scientifiques. C'est cependant vrai que certains pays que l'on peut qualifier d'européens ne font pas le choix systématiquement d'Ariane pour leurs besoins gouvernementaux. Aveuglés par une forme de court termisme économique. Se rendent ils au moins compte que leurs pays couvrent une partie des coûts d'exploitation d'Ariane et du CSG au travers de leur contribution à l'ESA ? Si les politiciens au sens large, avaient une vue de l'intérêt général cela se saurait depuis longtemps.

Hadéen a écrit:Ce n'est pas exact. C'est bien parce qu'une majorité de satellites institutionnels ont été ces derniers temps lancés par SOYUZ au CSG qu'une version plus légère qu'Ariane 5 s'est imposée chez nos politiciens. Le PPH puis le PHH A62 sous la pression industrielle.

S'ils ne voulaient pas de Soyuz, ils ne l'auraient pas pris tout court. Et il me semble que le projet Ariane 6 a pris corps avant le succès (très relatif en absolu) de Soyuz en Guyane.
De même, Ariane 6 n'est pas absolument indispensable pour notre indépendance, Ariane 5 aurait très bien pu lancer Gaia (Soyuz) ou Sentinel-2 (Vega), mais il semblerait quand même que le fait de les tirer avec une fusée qui coûte "trop" cher pose problème à un moment ou à un autre.

Space Opera a écrit:

Hadéen a écrit:Ce n'est pas exact. C'est bien parce qu'une majorité de satellites institutionnels ont été ces derniers temps lancés par SOYUZ au CSG qu'une version plus légère qu'Ariane 5 s'est imposée chez nos politiciens. Le PPH puis le PHH A62 sous la pression industrielle.

S'ils ne voulaient pas de Soyuz, ils ne l'auraient pas pris tout court. Et il me semble que le projet Ariane 6 a pris corps avant le succès (très relatif en absolu) de Soyuz en Guyane.
De même, Ariane 6 n'est pas absolument indispensable pour notre indépendance, Ariane 5 aurait très bien pu lancer Gaia (Soyuz) ou Sentinel-2 (Vega), mais il semblerait quand même que le fait de les tirer avec une fusée qui coûte "trop" cher pose problème à un moment ou à un autre.

Chacun s'exprime en fonction de son expérience...

Je te fais confiance pour avoir un avis plus éclairé que moi sur les volontés d'Arianespace et de nos représentants, mais je me demande si c'est transposable à ArianeGroup qui vit dans un monde assez différent de ce à quoi on a été habitué, même s'il se fait toujours financer par nos impôts ?

Space Opera a écrit:Je te fais confiance pour avoir un avis plus éclairé que moi sur les volontés d'Arianespace et de nos représentants, mais je me demande si c'est transposable à ArianeGroup qui vit dans un monde assez différent de ce à quoi on a été habitué, même s'il se fait toujours financer par nos impôts ?

Je ne dis pas pour autant que j'adhère ou que je justifie ces décisions européennes... Arianespace n'a eu que trés peu voix au chapitre. L'ESA en avait marre de soutenir financièrement l'exploitation d'Ariane 5 qui lance majoritairement des S/C commerciaux non européens. Le CNES par essence même aime plutôt les phases de développement que d'exploitation... Et Astrium / ASL / ArianeGroup tenait à faire des développements (c'est plus rentable) en conservant grosso modo leur propre tissus industriel. En promettant, moyennant quelques réserves, à l'ESA qu'A6 aura des coûts d'exploitation équilibrés, ils ont vendu leur concept. C'est comme cela que s'est décidé l'A6 actuelle. Pour ce qui est des promesses de coûts futurs d'exploitation on verra dans 5 ou 10 ans. L'avantage c'est qu'en Europe ceux qui ont pris ces décisions ne seront plus en poste...

Mustard a écrit:Ce moteur est il prévu sur Ariane 6 ? d'après ce que tu dis oui, mais je pensais que ce devait etre un Vulcain sur Ar06 !
Est ce qu'une version Ariane 6 v2 est prévue avec ce moteur ?

Ce n'est pas ce que j'ai dit. Ariane 6 est prévue avec une version "modernisée" du Vulcain pour son premier étage, hydrolox comme Ariane 5. La nouveauté réside essentiellement dans le nouveau moteur Vinci, développé pour les seconds et troisièmes étages (et donc aussi l'arrivée d'un vrai troisième étage).

Pour le premier étage d'Ariane 6, il y a eu un gros débat il y a deux ans sur le fait de reconduire le Vulcain ou de faire un étage à poudre (comme les EAP). Sans entrer dans les détails, le choix du Vulcain a été reconduit par ce qu'il est bien maîtrisé et que cela limitait les investissements (avouons qu'une Ariane 6 avec une mise à feu EAP+Core 1er étage tout à poudre ça aurait eu de la gueule au décollage...   ).

Prometheus n'a jamais eu de lien avec le développement d'Ariane 6. L'objectif de ce programme est de préparer l'après, c'est à dire Ariane Next (Ariane 7 ?) et les lanceurs réutilisables européens. Le développement de Prometheus est en grande partie liée à la réussite de SpaceX, qui pousse les européens à développer dès maintenant une sorte de Merlin européen, de faible puissance mais plus polyvalent et pouvant être monté en grand nombre sur un premier étage. La différence avec le Merlin est que l'Europe à choisi de sauter l'étape kérolox qu'avait choisi SpaceX pour sa Falcon 9 et de passer directement au méthalox qui semble avoir plus d'avenir. (De toute façon en Europe on n'a jamais trop fait dans le kérolox, les anciennes Ariane étaient soit à l'hydrolox, soit aux ergols hypergoliques, et je ne sais même plus si on a déjà eu un moteur kérolox).

En ce sens, on peut voir le projet Prometheus comme un des programmes initiaux qui préfigure un futur lanceur réutilisable. L'autre défi étant la récupération en elle-même, technologie non maîtrisée par les européens. Pour cela il y a le programme Callisto, mais qui n'utilisera pas Prometheus car celui-ci ne sera pas prêt. Il utilisera un moteur hydrolox japonais, un peu comme celui de Blue Origin.

Je tempérerais la discussion entre Hadéen et Space Opera en disant que depuis 20 ans, tous les choix de l'ESA en termes de lanceurs ont été grandement menés selon des intérêts commerciaux. C'est bien entendu le cas d'Ariane 5, qui sert très peu aux institutions européennes et à la science, mais aussi de Vega, qui nous a été quand même vendu par l'ASI comme le lanceur capable de prendre le marché des missiles types Dniepr, et même Soyouz, dont on peut douter de l'intérêt institutionnel vu que c'est un lanceur russe. Non, les choix ont été très majoritairement commerciaux, ce qui permettait à l'Europe de disposer d'une activité spatiale sans à subventionner à outrance. Attention, je ne suis pas contre cette logique qui donne du boulot à Arianespace, et au CNES, mais cela exclu certaines évolutions comme de disposer d'une Ariane man-rated ou de mettre en valeur l'expérience glanée dans l'ATV qui est aujourd'hui un immense gâchis.

Vadrouille a écrit:

Non, les choix ont été très majoritairement commerciaux, ce qui permettait à l'Europe de disposer d'une activité spatiale sans à subventionner à outrance. Attention, je ne suis pas contre cette logique qui donne du boulot à Arianespace, et au CNES, mais cela exclu certaines évolutions comme de disposer d'une Ariane man-rated ou de mettre en valeur l'expérience glanée dans l'ATV qui est aujourd'hui un immense gâchis.

Je pense, cher Vadrouille, que ce que tu dis est un contre-sens total. Mais ce n'est que mon humble avis et je ne prétend nullement détenir la vérité !

Je continue personnellement à penser que l'Europe avec Ariane (pour faire simple) applique son modèle institutionnel dynamique, c'est à dire dispose d'un lanceur de souveraineté et dans un second temps le vends sur le marché commercial afin d'augmenter au maximum la cadence d'utilisation (gage de pérennité de l'outil de production, de fiabilité et potentiellement de réduction des coûts). Il est cependant exact de souligner que le volet commercial a particulièrement performé ces 20 dernières années.

Ariane 5 a peut être été vendue comme un lanceur pouvant être man-rated au début avec Hermès... mais cela s'est rapidement arrêté, en 1992, 4 ans avant le premier vol d'Ariane 5, qui a été réorienté vers une configuration adaptée au lancements doubles en géostationnaires... soit précisément la cible principale du commercial ! Pour le reste, l'ESA s'est complètement désintéressée des lanceurs moyens par exemple, un segment pourtant propice aux lancements institutionnels, au point de carrément faire venir Soyouz à Kourou. Ariane 5 est une fusée conçue pour faire du télécom, et est assez peu polyvalente en comparaison des Atlas, Delta, GSLV ou futures Angara, à vocation bien plus institutionnelles pour le coup.

Quand à l'ATV... on ne va pas revenir sur ce sujet parce qu'on l'a abord déjà assez souvent et parce que c'est un peu hors-sujet, mais quel gâchis...

Pour en revenir au sujet, plus d'info sur le moteur :

Que veut dire "ALM gas generator" ?

Space Opera a écrit:Que veut dire "ALM gas generator" ?

Additive Layer Manufacturing

Donc on a pas plus d'info sur cette "innovative thrust chamber" ?
Tu étais donc aussi à l'EUCASS fab37toto ?

En tout cas avec 100t de poussée, on tombe dans la catégorie des moteurs type Merlin et il va falloir en mettre toute une grappe pour lancer leur Ariane 7. Je me demande quels sont les injecteurs.