Starship Le véhicule interplanétaire de l’humanité
À moins que vous n’ayez été très occupé, vous avez certainement entendu parler du vol d’essai du vaisseau spatial Starship de SpaceX, entièrement constitué. Bien que le test ne se soit pas déroulé comme prévu, il y a de bonnes leçons à en tirer. Il est important de noter qu’un tel événement reste un point de repère pour l’humanité, en ce qui concerne son objectif de devenir une espèce multiplanétaire.
Le Fondateur, PDG et Ingénieur en chef Elon Musk et toute son équipe de SpaceX méritent nos félicitations et nos encouragements pour ce qu’ils sont en train de faire. Ils sont véritablement en train de changer le cours de l’avenir de l’humanité pour le meilleur en nous obtenant un voyage interplanétaire plus proche. En tant que scientifique et ingénieur, très intéressé par l’industrie spatiale, je peux vous assurer qu’Elon et son équipe sont en train de mener à bien une entreprise formidable. Je tiens également à remercier tous les investisseurs de SpaceX pour le noble travail qu’ils accomplissent.
Le vaisseau lui-même
Maintenant, si c’est la première fois que vous entendez parler du Starship de SpaceX, ne vous inquiétez pas, car nous avons obtenu une introduction à ce sujet. Starship est un vaisseau spatial entièrement réutilisable conçu et développé par SpaceX, un constructeur aérospatial privé américain fondé par Elon Musk. Ce vaisseau spatial est destiné à être utilisé pour un large éventail de missions, y compris les vols spatiaux avec équipage, le transport de fret et même les explorations interplanétaires.
La construction du Starship se fait en deux parties : le vaisseau spatial lui-même, qui est l’étage supérieur, et le booster Super Heavy, qui est l’étage inférieur. Le vaisseau spatial et le booster (c’est-à-dire le Starship) seront propulsés par des moteurs Raptor, un type de moteur-fusée également développé par SpaceX.
Le vaisseau spatial est fabriqué en acier inoxydable, ce qui le rend durable et réutilisable. Le vaisseau spatial est aussi équipé d’un bouclier thermique pour le protéger lors de la rentrée dans l’atmosphère terrestre, nous en reparlerons plus tard.
Le vaisseau spatial est conçu pour être polyvalent et adaptable et peut être utilisé pour diverses missions, notamment le lancement de satellites, l’entretien de la Station spatiale internationale, le transport d’êtres humains vers la Lune et Mars, et même pour des déplacements de point à point sur la Terre.
Les grandes phases de l’histoire du vaisseau spatial
Le vaisseau Starship a été construit rapidement par rapport à d’autres fusées spatiales de même envergure. Voici une brève présentation des étapes historiques et les plus significatives de la construction et du développement du programme SpaceX Starship à ce jour :
2012 – SpaceX annonce son intention de développer un vaisseau spatial réutilisable capable de transporter à la fois un équipage et du fret dans l’espace.
2014 – La société SpaceX commence à tester le moteur Raptor, qui est le moteur-fusée qui propulse le vaisseau spatial Starship.
2016 – Le développement du vaisseau spatial Vaisseau spatial, initialement appelé “Mars Colonial Transporter”, est lancé par SpaceX.
2017 – SpaceX annonce une nouvelle conception du vaisseau spatial Starship, qui comprend une construction en acier inoxydable.
2019 – Le premier prototype grandeur nature du Starship, appelé Starship Mk1, est achevé et subit une série de tests dans les installations de SpaceX au Texas.
2020 – Plusieurs prototypes de Starship sont testés, notamment le prototype Starship SN8, qui effectue un vol d’essai à haute altitude mais s’écrase à l’atterrissage.
2021 – Le prototype Starship SN15 réussit un vol d’essai à haute altitude et un atterrissage. C’est la première fois qu’un prototype Starship atterrit avec succès après un vol à haute altitude.
2022 – Le programme Starship se poursuit avec les essais et le développement du vaisseau spatial et du propulseur Super Heavy, dans le but de lancer à terme des missions avec équipage dans l’espace.
2023 – Starship entièrement assemblé à Boca Chica hier 20 avril 2023
Ce progrès et ces étapes importantes n’ont pas été franchis sans danger. Par exemple, en décembre 2020, SpaceX a effectué le premier vol d’essai à haute altitude du prototype de vaisseau spatial, appelé SN8. L’engin spatial a été lancé depuis le site d’essai de l’entreprise à Boca Chica, au Texas, et a volé jusqu’à une altitude d’environ 12,5 km avant d’effectuer une descente contrôlée et d’atterrir de nouveau sur le site de lancement. Cet essai avait pour but de démontrer la capacité du Starship à effectuer un vol à haute altitude et de tester sa stabilité aérodynamique et ses systèmes de contrôle. Mais comme indiqué, il s’est écrasé.
En Février 2021, SpaceX a effectué un deuxième vol d’essai à haute altitude du prototype Starship, appelé SN9. Ce vol a suivi une trajectoire similaire à celle du vol SN8, le vaisseau spatial atteignant une altitude d’environ 10 km avant d’effectuer une descente contrôlée et une tentative d’atterrissage. Cependant, ce vol n’a pas été couronné de succès et le prototype du vaisseau a explosé à l’atterrissage.
En Mai 2021, SpaceX a procédé à un troisième vol d’essai à haute altitude du prototype Starship, appelé SN15. Ce vol était également similaire aux vols précédents, le vaisseau spatial atteignant une distance d’environ 10 km avant d’effectuer une descente contrôlée et une tentative d’atterrissage. Ce vol a cependant été couronné de succès, le prototype Starship ayant atterri en toute sécurité sur le site de lancement.
Le 20 avril 2023, le prototype de vaisseau spatial a également franchi une étape importante en ce sens que le vaisseau entièrement assemblé a quitté le pas de tir et s’est dirigé vers le point de séparation où il n’a pas réussi à se détacher. À ce moment-là, il a reçu l’ordre d’activer le système d’autodestruction (RUD – Rapid Unscheduled Disassembly – désassemblage rapide non planifié).
De nombreux arguments ont été avancés pour expliquer l’échec ou les échecs de la navette. Par exemples, Scott Manley souligne plusieurs causes possibles telles que le béton de la rampe de lancement, peut-être la raison derrière les moteurs latéraux côte à côte, et les mêmes débris de béton qui ont créé une grande plume de poussière peuvent avoir endommagé certains équipements fonctionnels importants.
Il a également souligné que l’heure du décollage semblait légèrement décalée de 2 secondes, et qu’il y avait quelques inquiétudes concernant la pression hydraulique et le QMax qui ont été atteints plus tardivement que prévu, ainsi que la déviation de l’angle du véhicule par rapport à la trajectoire optimale. Au cours de la montée en altitude du vaisseau, des défaillances systématiques ont été observées, avec 5 moteurs sur 33 qui se sont déconnectés. Les images de la plateforme en béton montrent clairement une quantité importante de dommages qui pourraient justifier certaines des hypothèses de Manley.
Mais SpaceX nous a montré à maintes reprises qu’elle se concentre sur l’objectif principal et que les échecs sont des occasions d’apprendre et de s’améliorer, et non des échecs démoralisants. Il convient de noter que le développement du programme Starship est toujours en cours et qu’il pourrait y avoir des étapes et des percées supplémentaires dans un avenir proche.
Les matériaux du véhicule spatial sont à l’origine de son extraordinaire efficacité
Le vaisseau spatial Starship de SpaceX est fabriqué à partir d’un type d’acier inoxydable connu sous le nom d’acier inoxydable 301, qui est un alliage d’acier inoxydable austénitique contenant environ 18 % de chrome et 8 % de nickel. L’utilisation de l’acier inoxydable pour le Starship s’écarte des matériaux de construction traditionnels des vaisseaux spatiaux, tels que les matériaux composites à base d’aluminium et de fibre de carbone.
Pour SpaceX, l’utilisation de l’acier inoxydable présente plusieurs avantages, notamment la durabilité, la résistance aux températures élevées et la facilité de fabrication. L’acier inoxydable est également plus rentable que d’autres matériaux de haute performance, ce qui en fait une option plus viable pour un vaisseau spatial réutilisable comme le Starship.
Il convient également de noter que le bouclier thermique du vaisseau spatial, qui protège le vaisseau spatial lors de sa rentrée dans l’atmosphère terrestre, est fabriqué dans un matériau différent : un type de céramique appelé PICA-X (Phenolic Impregnated Carbon Ablator – Ablateur de carbone imprégné de phénol). Le bouclier thermique est conçu pour résister à des températures allant jusqu’à 1 650 °C (3 000 °F) pendant la rentrée dans l’atmosphère.
Un combustible abondant pour les vaisseaux spatiaux de notre système solaire
Le vaisseau spatial Starship de SpaceX et le propulseur Super Heavy qui le lancera utilisent tous deux un nouveau type de moteur-fusée appelé moteur Raptor. Le moteur Raptor est un moteur à cycle de combustion étagé à flux complet, ce qui signifie qu’il utilise deux turbopompes pour produire une pression et des débits élevés de propergol.
Le moteur Raptor utilise un mélange de méthane liquide cryogénique (CH4) et d’oxygène liquide (LOX) comme carburant (méthalox). Il s’agit d’un carburant différent des carburants traditionnels tels que le kérosène ou l’hydrogène, qui ont été utilisés dans d’autres moteurs-fusées par le passé.
L’utilisation du méthane comme carburant de fusée présente plusieurs avantages. Il s’agit d’un combustible plus propre que les autres options, qui produit moins de dioxyde de carbone (CO2) et d’autres émissions nocives. Le Méthane est également abondant et peut être produit sur Mars et d’autres planètes à l’aide de techniques d’utilisation des ressources in situ (ISRU), ce qui en fait un carburant potentiellement utile pour les futures missions interplanétaires.
Un type de moteur unique pour le vaisseau spatial
Le moteur du Raptor utilise un cycle d’expansion fermé, qui est un type de cycle de combustion par étapes. Ce type de cycle est connu pour son efficacité et sa puissance élevées, car il permet d’obtenir le rapport le plus élevé possible entre le débit massique du propergol et le débit massique du moteur. Cela permet de maximiser les performances du Starship et de la fusée Super Heavy lors du lancement et dans l’espace.
Technologie avionique du vaisseau spatial
Le vaisseau spatial SpaceX utilise une suite de systèmes avioniques avancés pour contrôler et surveiller les différents systèmes du vaisseau pendant le vol. Parmi les principaux systèmes avioniques utilisés dans le Starship, on peut citer:
- L’ordinateur de pilotage : Le vaisseau spatial est équipé d’un puissant ordinateur de vol qui traite les données des différents capteurs et systèmes de contrôle du vaisseau spatial afin d’assurer un fonctionnement sûr et efficace.
- Les capteurs : Le vaisseau spatial est équipé d’une variété de détecteurs, y compris des unités de mesure inertielle (IMU), des receveurs GPS et d’autres systèmes qui fournissent des données sur l’orientation, la vitesse et d’autres paramètres clés du vaisseau spatial.
- Systèmes de télécommunication : Le vaisseau spatial est équipé d’un ensemble de systèmes de communication, comprenant des radios et des antennes, qui lui permettent de communiquer avec les centres de contrôle au sol et avec d’autres vaisseaux spatiaux.
- Pilote automatique : Le système avionique du Starship comprend un pilote automatique qui peut contrôler l’attitude et la trajectoire du vaisseau spatial pendant le pilotage.
- Systèmes de navigation : Le vaisseau spatial est équipé de systèmes de navigation avancés qui utilisent les données du GPS et d’autres capteurs pour définir la position et l’orientation du vaisseau spatial dans l’espace.
- Les systèmes électroniques du vaisseau spatial sont conçus pour assurer un contrôle précis et fiable du vaisseau pendant toutes les phases du vol, depuis le lancement et l’ascension jusqu’à l’insertion en orbite, la rentrée et l’atterrissage.
Comparaison de Starship avec les fusées spatiales précédentes
La SpaceX est un nouveau type de fusée qui diffère des fusées traditionnelles sur plusieurs points essentiels. Voici quelques éléments de comparaison entre le vaisseau et d’autres types de fusées :
- Réutilisation : Le vaisseau spatial est conçu pour être entièrement récupérable, ce qui signifie que le vaisseau spatial et le propulseur Super Heavy peuvent être utilisés pour de multiples missions. Ceci est différent de beaucoup de fusées traditionnelles, qui sont conçues pour un usage exclusif.
- La capacité d’emport : La capacité d’emport du Starship peut atteindre 150 tonnes en orbite terrestre basse (LEO), ce qui en fait l’une des fusées les plus performantes au monde. C’est nettement plus que d’autres fusées telles que la Delta IV Heavy, qui a une capacité d’emport d’environ 28 tonnes en orbite basse.
- Le propergol : Le Starship utilise un mélange de méthane liquide cryogénique et d’oxygène physique comme propergol, ce qui est différent des autres fusées telles que Atlas V et Delta IV, qui utilisent un mélange d’hydrogène liquide et d’oxygène liquide.
- La construction : Le Starship est fabriqué en acier inoxydable, ce qui le distingue des matériaux traditionnels utilisés dans les fusées, tels que l’aluminium et les matériaux composites à base de fibres de carbone. Cela lui donne plusieurs avantages, dont une meilleure durabilité, une meilleure résistance aux températures élevées et une plus grande facilité de fabrication. En termes de taille, Starship est également le plus grand jamais réalisé.
Comparativement à d’autres fusées, la fusée Vaisseau est bien plus puissante en termes de capacité d’emport et de réutilisation. Par exemple, la fusée Falcon 9, également développée par SpaceX, a une capacité d’emport d’environ 22 800 kilogrammes (50 300 livres) vers l’orbite terrestre basse (LEO). En revanche, le Starship est conçu pour avoir une capacité de charge de plus de 100 000 kilogrammes (220 000 livres) jusqu’à l’orbite terrestre basse, ce qui est plus de quatre fois plus important que la Falcon 9.
Par ailleurs, le Starship est conçu pour être entièrement réutilisable, ce qui signifie qu’il peut voler plusieurs fois sans nécessiter de remise en état importante entre les vols. Il s’agit là d’un avantage majeur par rapport aux fusées classiques, qui sont généralement à usage unique et nécessitent d’importantes réparations et remises à neuf avant de pouvoir voler à nouveau.
Les moteurs Raptor du Starship comptent parmi les moteurs-fusées les plus puissants jamais mis au point. Chaque moteur est capable de produire jusqu’à 230 tonnes de poussée, ce qui les rend plus puissants que les moteurs utilisés sur la fusée Saturn V qui a transporté les astronautes sur la lune dans le contexte du programme Apollo.
Les moteurs Raptor du Starship utilisent un cycle de combustion étagé à flux complet, qui est un cycle de moteur plus récent et plus avancé que de nombreux autres moteurs de fusée. Le Starship est une fusée de conception nouvelle et innovante qui diffère considérablement des fusées traditionnelles sur plusieurs points essentiels. Sa conception réutilisable, sa capacité de charge utile élevée et ses technologies avancées en matière de moteur et de construction en font une plateforme prometteuse pour l’exploration spatiale et les missions commerciales à venir.
Finalement, nous ne pouvons qu’applaudir et approuver l’équipe de SpaceX pour le travail ardu qu’elle accomplit pour le bien de l’humanité, car il permettra d’éviter une possible extinction de notre espèce en cas de collision d’un astéroïde avec la Terre. Grâce au vaisseau spatial, nous pouvons déjà jeter un coup d’œil sur Mars et voir l’avenir au-delà de la planète aux cailloux bleus que nous considérons comme notre maison.
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