Cette fiche technologique sur les lanceurs réutilisables synthétise quelques faits jugés significatifs par nos Fellows dans le cadre de l’activité Presans Platform.

Origine

Les lanceurs à usage unique ont longtemps fait consensus dans l’industrie de l’aérospatial. Le seul lanceur opérationnel fut pendant un temps le Shuttle américain, très coûteux à réutiliser et d’une fiabilité insuffisante.

La réutilisation des lanceurs est revenue de manière incontournable dans l’agenda technologique largement en raison de l’émergence de SpaceX. D’autres acteurs développent également des lanceurs réutilisables, mais ne communiquent pas, ou n’ont longtemps pas communiqué dessus.

Applications

La demande pour l’accès à l’espace explose à travers le monde et c’est cette demande qui tire aujourd’hui le développement de lanceurs réutilisables. La réutilisabilité permet de réduire le coût, mais aussi d’augmenter les cadences de lancements.

Une autre application envisagée par SpaceX est le transport rapide d’un point du globe terrestre à l’autre.

Le développement de cette technologie possède également des application militaires.

Maturité et défis

Depuis 2015 le modèle Falcon 9 de SpaceX a effectué des dizaines de retours à partir de missions exo-atmosphériques. SpaceX a développé un bouclier thermique pour surmonter le problème de la friction du retour dans l’atmosphère. La charge utile est deux fois plus réduite que pour un lanceur à usage unique.

La réutilisabilité reste pour l’instant limitée au premier étage des fusées. Des projets pour réaliser une réutilisabilité de la coiffe et du second étage sont en cours.

Le coût de la remise en état du premier étage fait partie du coût de réutilisation. Selon SpaceX, le coût de remise en état est actuellement inférieur à la moitié du coût de fabrication d’un lanceur.

De même la question se pose de savoir combien de fois un moteur peut être réutilisé de manière fiable, sachant que chaque lancement place le système dans des conditions extrêmes.

La question de la rentabilité économique d’un lanceur réutilisable doit par ailleurs tenir compte du coût global de production d’une série de lanceurs. La rentabilité des fusées à usage unique bénéficie des économies d’échelles de la production d’un nombre plus élevé de fusées. Le coût global intègre par ailleurs le coût de l’investissement de R&D qui s’ajoute à celui de la production.

Briques technologiques

La brique technologique principale des lanceurs réutilisables est le moteur.

L’impression 3D constitue une brique technologique attractive pour compenser l’éventuel perte d’économies d’échelles.

Acteurs

Aux Etats-Unis, plusieurs acteurs développent des lanceurs réutilisables, notamment SpaceX et BlueOrigin. Il est intéressant de noter l’apparition de la société Relativity Space, qui cherche à résoudre le problème des économies d’échelle réduites, évoqué plus haut, par le recours à l’impression 3D.

La Chine et la Russie développent également des lanceurs réutilisables.

En Europe des projets internationaux concrets existent pour développer des lanceurs réutilisables à moyen et long terme. Le CNES et ArianeGroup développent un moteur réutilisable et produit en partie par impression 3D, baptisé Prometheus. Ce moteur est conçu pour propulser d’abord un petit lanceur, puis, à plus long terme, pour être mis en batterie pour propulser un lanceur réutilisable de taille intermédiaire. Ces développements aboutiraient vers 2030 à la possibilité de disposer d’une fusée Ariane réutilisable.