Intéressant

Les avions spatiaux réutilisables à travers les âges

Les avions spatiaux réutilisables à travers les âges


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

En fin de compte, l'exploration spatiale coûte sacrément cher! Le coût de la construction et de l'entretien des lanceurs est déjà assez mauvais, mais une fois que vous avez pris en compte le coût du carburant, cela devient carrément prohibitif. Il n'est pas étonnant que, jusqu'à récemment, seules les agences spatiales fédérales étaient capables de le faire.

Pour réduire les coûts associés et rendre l'exploration spatiale plus accessible, les agences spatiales du monde entier recherchent des engins spatiaux réutilisables. Tout comme les fusées réutilisables, qui sont recherchées par des sociétés aérospatiales telles que SpaceX et Blue Origin, les avions spatiaux devraient réduire de manière exponentielle les coûts d'aller dans l'espace.

CONNEXES: LA CHINE DOIT LANCER L'ESPACE RIVALING RÉUTILISABLE DE NAVIGATION X D'ICI 2020

Certes, ce n'est pas un concept entièrement nouveau. Depuis l'aube de l'ère spatiale, les conceptions d'avions spatiaux réutilisables sont dans les livres. Mais ce n'est que depuis la fin de l'ère Apollo que ces concepts et d'autres ont été poursuivis - principalement par nécessité.

Et avec l'ère de l'exploration spatiale renouvelée sur nous, bon nombre des vieilles idées sont ramassées, dépoussiérées et réévaluées pour un usage moderne. Jetons un coup d'œil à l'histoire de l'idée et où elle pourrait nous mener.

Premiers concepts

Comme pour tout ce qui a trait à l'exploration spatiale, l'histoire des vaisseaux spatiaux réutilisables a commencé peu après la Seconde Guerre mondiale. À l'époque, les États-Unis et l'Union soviétique étaient enfermés dans un état de concurrence et de surenchère qui durerait près de cinq décennies.

Tous deux avaient pris possession de l'Allemagne, et tous deux disposaient en conséquence d'une grande quantité de technologie et d'expertise. Cela comprenait des progrès dans la propulsion à réaction et les fusées, que les deux parties ont tenté d'exploiter pour obtenir un avantage sur l'autre.

En plus d'établir de nouveaux records de vitesse pour les avions, les États-Unis et les Soviétiques voulaient tous deux envoyer des satellites artificiels et des engins spatiaux avec équipage en orbite. Le but ultime n'était pas seulement de prouver la supériorité de leurs économies respectives, mais d'éviter d'être désavantagé militairement.

Aller supersonique:

Immédiatement après la Seconde Guerre mondiale, des scientifiques soviétiques et américains ont commencé à mener des expériences en utilisant des avions propulsés par fusée. À bien des égards, il s'agissait d'une continuation des expériences menées par l'Allemagne pendant la guerre.

Confrontés à d'énormes difficultés dans les airs, les scientifiques allemands ont été chargés d'étudier d'autres méthodes de propulsion pour créer des chasseurs et des bombardiers supérieurs à tout ce que les Alliés pouvaient rassembler. En plus des moteurs à réaction, les fusées ont également été testées de manière approfondie.

Pour ces derniers, les applications militaires paraissent limitées. Les fusées étaient difficiles à manœuvrer une fois en vol, et le décollage et l'atterrissage étaient très difficiles à effectuer pour les pilotes. Mais quand il s'agissait de vitesse, ils étaient inégalés.

Pour cette raison, les ingénieurs aérospatiaux américains et soviétiques ont expérimenté avec succès un certain nombre d'aéronefs réutilisables capables d'atteindre des altitudes et des vitesses inouïes auparavant. Celles-ci ont contribué à ouvrir la voie aux engins spatiaux orbitaux et aux lancements.

Les exemples incluent le Bell X-1, un avion expérimental développé conjointement par le National Advisory Committee for Aeronautics (NACA, le prédécesseur de la NASA), les U.S. Army Air Forces et l'US Air Force (USAF).

Le 14 octobre 1947, cet avion a effectué sa cinquantième sortie et a été piloté par le légendaire pilote d'essai, le capitaine Charles "Chuck" Yeager. Lors de cette sortie, le X-1 est devenu le premier avion à atteindre une vitesse de 1100 km / h (700 mi / h).

En d'autres termes, Yeager et le X-1 est devenu le premier pilote et avion à franchir le mur du son (Mach 1). Dans les années suivantes, le mur du son serait brisé plusieurs fois X-1 et d'autres variantes sur la conception.

Les pics de la guerre froide

À la fin des années 1950 et tout au long des années 1960, le développement des avions et des engins spatiaux expérimentaux a atteint un sommet. Cela reflétait les progrès réalisés avec les programmes spatiaux américains et soviétiques respectifs, tous deux recherchant des fusées et des engins spatiaux pouvant atteindre la Lune.

C'est dans ce contexte historique que le Amérique du Nord X-15 la conception a commencé à effectuer des vols d'essai, aboutissant finalement à ce que l'avion atteigne des vitesses allant jusqu'à Mach 6,7 (8270 km / h; 5140 mph) et altitudes de plus 100 km (66 mi).

Entre 1957 et 1963, l'US Air Force et Boeing se sont également penchés sur la création d'un avion spatial militaire capable de tout mener, des opérations de reconnaissance et de sauvetage à la maintenance et au sabotage des satellites.

Le résultat fut le X-20 Dynamic Soarer (Dyna-Soar), un vaisseau spatial monopilote qui serait lancé dans l'espace par une fusée à un étage, puis atterrirait sur une piste d'atterrissage par ses propres moyens. Alors que le programme serait abandonné juste au début de la construction, la conception éclairerait des concepts futurs comme le Attrape-rêve (voir ci-dessous).

En 1965, les Soviétiques ont également commencé à travailler sur un avion spatial réutilisable dans le cadre du programme Experimental Passenger Orbital Aircraft (EPOS), également connu sous le nom de "Spiral". Cela a finalement conduit à la Mikoyan-Gurevich MiG-105, un avion spatial avec équipage à décollage et atterrissage horizontaux (HOTOL).

Le projet a été interrompu en 1969 mais a repris en 1974 en réponse au programme de la navette spatiale américaine. Le premier vol d'essai a eu lieu en 1976 et huit vols au total ont été effectués jusqu'en 1978, date à laquelle l'EPOS a été annulé au profit du programme Bourane (voir ci-dessous).

L'ère de la navette spatiale

Au début des années 1970, un environnement budgétaire changeant et la fin de la «course à l'espace» ont forcé la NASA et l'Union soviétique à rechercher des moyens de réduire le coût associé des lancements spatiaux. C'est à partir de ce moment jusqu'à la deuxième décennie du 21e siècle que les premiers modèles d'avions spatiaux réutilisables ont finalement été développés.

Pour les États-Unis, cela s'est traduit par Programme de la navette spatiale, qui a fonctionné à partir de 1983 et a pris fin avec le retrait des navettes spatiales restantes en 2011. Officiellement, le programme était connu sous le nom de système de transport spatial (STS) et était basé sur des plans pour des vaisseaux spatiaux réutilisables rédigés en 1969.

Le système se compose d'un véhicule orbiteur réutilisable qui serait lancé dans l'espace à l'aide de deux fusées à combustible solide et d'un réservoir de carburant externe. La flotte de la navette spatiale se composait de six véhicules orbiteurs, nommés la navette spatiale Atlantis, Columbia, Challenger, Découverte, Endeavour, et Entreprise.

La flotte de la navette spatiale a commencé à effectuer des vols opérationnels en 1982 (avec la navette spatiale Columbia) et a effectué un total de 135 vols, le dernier étant effectué par la navette spatiale Atlantis est 2011.

Entre autres, ces missions impliquaient la navette spatiale déployant des satellites, le Le télescope spatial Hubble, et aide à la construction de la station spatiale soviétique / russe Mir. Deux navettes ont été perdues au cours de leurs 15 années de service - le Challenger en 1986 et le Columbia en 2003.

Au cours de cette même période, les Soviétiques ont développé leur propre système d'avion spatial réutilisable en réponse au programme de la navette spatiale. Connu comme Bourane, ce système se composait d'un véhicule orbital - de conception très similaire à la navette spatiale - et le Energia système de lancement - un réservoir de carburant consommable avec jusqu'à quatre propulseurs à fusée solide

Le programme s'est officiellement déroulé de 1974 à 1993 et ​​ne comportait qu'un seul vol d'essai sans équipage. Le programme a été annulé à la suite de l'effondrement de l'Union soviétique en raison d'un manque de financement et les prototypes ont été retirés, dont la majorité font partie des expositions de musée.

Avions spatiaux modernes

Alors que le retrait du programme de la navette spatiale a marqué la fin d'une époque, les leçons tirées de cette conception et d'autres ont continué à informer la création d'une nouvelle génération d'avions spatiaux. Dans le même temps, l'essor de l'industrie aérospatiale commerciale a également conduit à de nombreuses innovations.

Au-delà de l'utilisation de fusées réutilisables (comme illustré par SpaceX Falcon 9, Falcon Heavy systèmes de lancement), les avions spatiaux sont un autre moyen par lequel l'industrie du NewSpace cherche à rendre l'exploration spatiale plus rentable et accessible.

Par exemple, les efforts du NASA Langley Research Center pendant les années 1960 et 1970 avec des concepts d'atterrissage horizontal (HL) ont été réalisés sous la forme de l'avion spatial réutilisable HL-42, également connu sous le nom de Attrape-rêve. La conception ressemble à celle de l'orbiteur de la navette spatiale mais est beaucoup plus petite et plus légère.

Dans les années à venir, cet avion spatial sera utilisé pour envoyer des équipages et des cargaisons vers l'orbite terrestre basse (LEO) et l'ISS. Il sera lancé à l'aide de la fusée Vulcan Centaur de l'ULA et pourra atterrir sur une piste par ses propres moyens. Le développement du vaisseau spatial se déroule comme prévu et le premier vol devrait avoir lieu en 2021.

Il y a aussi le Boeing X-37B - alias. le véhicule d'essai orbital (OTV) - qui a commencé comme un projet de la NASA en 1999 mais a été transféré au département américain de la Défense en 2004. Ce vaisseau spatial robotique réutilisable est capable d'effectuer des vols de longue durée à des fins classifiées, tout en servant également de démonstrateur pour technologies spatiales autonomes et réutilisables.

Le premier test (un test de chute) a eu lieu en 2006 et il y a eu cinq missions orbitales de durée croissante depuis. Semblable à d'autres avions spatiaux, l'OTV est envoyé dans l'espace à l'aide d'une fusée et rentre dans l'atmosphère terrestre et atterrit par ses propres moyens.

Dans le domaine commercial, SpaceShipOnese présente comme un exemple éclatant d'une technologie d'avion spatial réutilisable. La société aérospatiale Scaled Composites a commencé à travailler sur l'avion en 1994 et le premier vol avec équipage réussi a été effectué en 2004 - pour lequel elle a reçu le prix Ansari X de 10 millions de dollars américains.

SpaceShipOne a été le pionnier du concept d'avion propulsé par fusée à lancement aérien qui serait capable d'effectuer des vols spatiaux sous-orbitaux. Cela implique d'être porté à l'altitude de déploiement par un avion porteur (le "White Knight"), d'être libéré et d'engager ses propres moteurs, puis de rentrer à la maison.

À l'aide d'un moteur de fusée hybride, SpaceShipOne a pu atteindre des vitesses allant jusqu'à 900 m / s (3240 km / h; 2013 mph) tandis que les ailes et les poutres de queue sont capables de «mettre en drapeau» - en ajustant leur angle - pour aider à des atterrissages contrôlés.

La conception serait élargie avec la construction de SpaceShipDeux. Ce vaisseau spatial suborbital a été construit par The Spaceship Company, une filiale de Virgin Galactic (qui a acquis Scaled Composites en 2012).

Avec le White Knight Two, ce vaisseau spatial est également lancé par voie aérienne et utilise un moteur de fusée hybride et des ailes à plumes pour effectuer des vols suborbitaux et des atterrissages contrôlés. À partir de 2018, SpaceShipDeux a mené avec succès son premier vol spatial et devrait être utilisé comme véhicule de tourisme cargo et spatial au cours de la prochaine décennie.

Les avions spatiaux du futur

Encore plus passionnants que la génération actuelle d'avions spatiaux qui entrent en service sont ceux qui sont prévus. Tout comme les idées novatrices que nous voyons aujourd'hui, ces futurs avions spatiaux sont développés à la fois par l'industrie privée et les agences spatiales nationales.

Cela reflète la présence croissante de l'industrie du NewSpace dans l'exploration spatiale, ainsi que la présence croissante de puissances spatiales émergentes - comme la Chine, l'Inde et l'Union européenne.

Espace Démonstrateur intégré réutilisable pour le retour en Europe (Space RIDER), un avion spatial orbital non équipé qui fournirait des missions à faible coût à LEO. Le projet a été approuvé en 2016 et devrait monter une mission de deux mois d'ici 2022.

Ceci sera suivi de plusieurs missions qui démontreront une gamme de capacités et d'orbites. D'ici 2025, l'ESA espère privatiser le Space RIDER et transférer le contrôle opérationnel de l'engin spatial à Arianespace.

La Chine, qui est en train de devenir une puissance spatiale à part entière depuis le début du siècle, poursuit également une innovation de nouvelle génération avec les avions spatiaux. En 1992, dans le cadre du Projet 921 de la Chine pour les vols spatiaux avec équipage, des conceptions d'engins spatiaux réutilisables ont commencé à être envisagées.

Le concept est similaire au X-37B, où l'avion spatial serait lancé dans l'espace par un propulseur de fusée (ou peut-être un inducteur maglev). En 2007, des images ont commencé à émerger du Avion spatial Shenlong ("Dragon Divin" en chinois) en cours de test et le premier vol suborbital aurait eu lieu en 2011.

Dans le secteur privé, des concepts très impressionnants sont poursuivis. Par exemple, il y a SpaceX Starship, un vaisseau spatial réutilisable ultra-lourd qui est intrinsèque à la vision d'Elon Musk de monter des missions commerciales vers LEO, la Lune et même vers Mars (avec l'objectif à long terme d'y établir une colonie).

L'idée a été annoncée pour la première fois en 2013 et a été désignée par Musk comme le "Mars Colonial Transporter (MCT). Au cours des prochaines années, le concept évoluera et deviendra plus détaillé, et plusieurs changements de nom se produiront.

En 2016, un plan beaucoup plus détaillé a été publié pour l'engin spatial, désormais connu sous le nom de système de transport interplanétaire (ITS). En 2018, le projet a de nouveau changé de nom, devenant le BFR, et le design est devenu a été mis à jour considérablement.

Sur la base de l'itération actuelle, le système de lancement consistera en un engin spatial orbital de deuxième étage (le Starship) et une fusée de premier étage (laTrès lourd). Après avoir été lancé dans l'espace et avoir subi un ravitaillement orbital, le Starship se rendra dans des destinations lointaines.

En arrivant à destination, le Starship s'appuiera sur des palmes de manœuvre et ses propres moteurs pour effectuer des atterrissages contrôlés. Ses moteurs fourniront également la poussée nécessaire pour le voyage de retour, où il atterrira à nouveau selon le même processus. Le système sera entièrement réutilisable et sera le système de lancement le plus lourd jamais créé.

Après avoir effectué plusieurs "tests de sauts" en utilisant un prototype à l'échelle (Starship Hopper), la construction s'est terminée sur le véhicule d'essai orbital à grande échelle. Connu comme Starship Mk.1, ce prototype a été dévoilé le 28 septembre lors d'une conférence de presse dans les locaux de SpaceX près de Boca Chica, au Texas.

SpaceX devrait effectuer le premier vol orbital du Mk.1 l'année prochaine. Un vol autour de la Lune utilisant l'ensemble du système d'exploitation est actuellement prévu pour 2023. Musk a également indiqué qu'il espérait envoyer les premières missions avec équipage sur la Lune et sur Mars entre le milieu et la fin des années 2020.

Cet avion spatial réutilisable a l'avantage d'être un concept HOTOL qui n'a pas besoin d'un booster extensible pour être envoyé dans l'espace.

La clé de la Skylon spaceplane est le moteur SABRE, un système de propulsion à air respirable fonctionnant au carburant hydrogène / oxygène. Fondamentalement, le moteur alterne entre l'utilisation de turbines à réaction pour absorber l'oxygène de l'atmosphère et l'utilisation de carburant à oxygène liquide (LOX) une fois qu'il atteint l'orbite.

Cela lui permet d'utiliser la propulsion à réaction pour décoller et atterrir et la propulsion de fusée pour atteindre les vitesses hypersoniques nécessaires pour atteindre LEO.

En 2016, l'Organisation indienne de recherche spatiale (ISRO) a commencé à développer et à tester un système de lancement connu sous le nom de Reusable Launch Vehicle (RLV) - un système à deux étages en orbite composé d'une fusée de lancement et d'un avion spatial réutilisable.

Semblable dans son concept au moteur SABRE, l'avion spatial devrait s'appuyer sur des moteurs à réaction à air comprimé ainsi que des moteurs de fusée. Celles-ci pourraient permettre à l'avion spatial de se mettre en orbite, plutôt que de compter sur un booster consommable.

Et à partir de 2018, l'Agence japonaise d'exploration aérospatiale (JAXA) a commencé à travailler sur sa fusée Winged Reusable Sounding (WIRES). À l'heure actuelle, on ne sait pas si ce véhicule sera un avion spatial récupérable de premier étage ou avec équipage. Cependant, le profil WIRES est susceptible de devenir plus détaillé à mesure que le développement se poursuit.

Dernier point, mais non le moindre, il y a le XS-1 (aka. "Phantom Express"), un projet actuellement monté par Boeing et DARPA - dans le cadre du programme Expérimental Spacecraft (XS) de ce dernier.

L'avion spatial sera propulsé par des moteurs Aerojet Rocketdyne (AR-22) et atteindra l'orbite. Les charges utiles seront livrées via une soute ou (dans le cas des satellites ou des engins spatiaux) une fusée montée à l'extérieur. À cet égard, il réduira les coûts en combinant la réutilisabilité avec la capacité à un étage en orbite (SSTO).

En regardant tous ces concepts actuels et futurs (et l'histoire de leur développement), un certain modèle devient clair. Depuis le tout début de l'ère spatiale, les planificateurs de mission et les ingénieurs ont joué avec l'idée d'avions spatiaux réutilisables.

À l'époque, les idées ont été mises de côté en faveur de capsules spatiales extensibles et de boosters lourds qui pouvaient être fabriqués plus rapidement et ne nécessitaient pas le même niveau de maintenance. Puisque le début de l'ère spatiale consistait à «y arriver en premier», les engins spatiaux qui pouvaient être fabriqués et mis en service plus rapidement étaient naturellement favorisés.

Cependant, une fois que l'atterrissage sur la lune a eu lieu et que la course spatiale a commencé à se refroidir, les avions spatiaux sont devenus le favori des planificateurs de missions cherchant à réduire les coûts et à créer une présence humaine durable dans l'espace.

Aujourd'hui, près de sept décennies plus tard, nous réalisons enfin leur potentiel. En plus d'offrir des coûts de lancement moins chers en utilisant des composants réutilisables, ils offrent également une flexibilité que les boosters consommables n'offrent pas.

Comme l'a démontré la navette spatiale, les avions spatiaux peuvent mettre en orbite des satellites et des charges utiles, y mener des expériences et des recherches vitales, transporter des équipages dans l'espace et les ramener chez eux. Bien que le lancement de ces avions spatiaux en orbite coûte toujours un sou, cela change rapidement.

Grâce aux progrès de la technologie de propulsion et des moteurs hybrides, nous pourrons peut-être encore créer des avions spatiaux SSTO capables de tout faire!

  • Wikipédia - Avion spatial
  • NASA - Programme de la navette spatiale
  • PBS / NOVA - "Plus rapide que le son"
  • NASA - Histoire de la navette spatiale
  • NASA - Préparer le terrain de l'avion spatial
  • NASA - Histoire du programme X-Plane
  • Russian Spaceweb - Navette réutilisable Bourane
  • Smithsonian National Air and Space Museum - North American X-15


Voir la vidéo: Pourquoi personne ne peut transporter de liquide dans un avion (Mai 2022).