Présentation du programme Constellation

La fusée Arès (II)

Les ingénieurs de la NASA ont méticuleusement comparé l'architecture de la navette spatiale et celle de la fusée, y compris différentes configurations cargos et habitées avant de porter leur choix sur les lanceurs Arès.

Une solution dérivée de la navette spatiale était clairement avantageuse considérant son coût de production, le planning, la sécurité et la fiabilité du système dans la perspective d'une mission d'exploration. 

La solution Arès a été choisie en concertation avec les industriels, notamment Lockheed et Boeing IDS déjà fabricant de fusées et sur bases d'études préliminaires effectuées par la NASA antérieurement à son étude ESAS (Exploration Systems Architecture Study).

La fusée Arès V en configuration cargo délivrant le module Artémis au CEV Orion (non visible) en vue d'une mission vers la Lune. Document NASA.

La fusée Arès fut ainsi nommée par référence au dieu grec de la guerre (Mars chez les Romains) étant donné que la NASA envisage une mission d'exploration habitée vers Mars après 2030.

Le lanceur Arès se décline en deux modèles : la fusée Arès I qu'on appelle le véhicule de lancement habité ou CLV (Crew Launch Vehicule). Le chiffre I fait référence au réacteur unique qui équipe le premier étage, une configuration que la NASA utilisait déjà pour ses fusées Saturn I et IB duran tle programme Apollo.

Le second modèle est la fusée Arès V, un cargo inhabité destiné à placer sur une orbite basse le module de descente lunaire Artemis qui sera ensuite récupéré par le module habité Orion qui le conduira vers la Lune.

Le lanceur Arès I, surnommé "le stick" en anglais (le bâton, par analogie au surnom "le stack" donné à la fusée à étages Saturn V), est dérivé du concept de la navette spatiale mais il titre profit du concept de la fusée à étages plutôt que du propulseur unique pour la phase de décollage. Arès I pèse 900 tonnes et transporte une charge utile de 25 tonnes maximum.

Le premier étage de la fusée Arès I utilise un seul moteur, une version surdimensionnée des propulseurs à poudre (SRB) de la navette spatiale et du pergol cryogénique liquide pour le second étage dont le propulseur est dérivé du modèle J-2X qui équipait déjà le second étage des fusées Saturn IB, Saturn IV-B et Saturn V. Son avantage est de pouvoir fonctionner et redémarrer dans l'air, au sol ou dans un milieu raréfié. Le J-2X coûte environ 25 millions de dollars, soit moins de la moitié des propulseurs SSME de la navette spatiale (~ 55 millions de dollars).

La fusée Arès V est capable de soulever 3350 tonnes contre 1360t pour la navette spatiale et 21000t pour la future fusée Ariane 5 ES ATV.

La fusée Arès V est propulsée par 5 réacteurs RS-68 construits par Rocketdyne Propulsion and Power, un modèle qui équipait déjà la fusée Delta IV construite par Boeing IDS. Chaque réacteur offre une poussée de 3.3 MN (1 N=0.981 Kg) dans le vide et une poussée spécifique de 410 secondes. Il coûte 14 millions de dollars. Cette fusée contient une charge utile de 130 tonnes.

 La principale charge utile de la fusée Arès I sera le vaisseau habité Orion qui, comme à l'époque d'Apollo, sera placé au sommet de la fusée pour des raisons de sécurité et de facilité de construction.

Test du réacteur RS-68 au Centre Spatial Stennis (SSC). Il est alimenté en hydrogène et oxygène liquides dans un rapport 1:6 et fournit une poussée de 3.3 MN dans le vide (2.9 MN au niveau de la mer).

Le principal avantage de cette configuration de vol est d'éviter tout risque d'endommager le bouclier thermique du vaisseau Orion au cours du décollage ce qui avait provoqué la tragédie au retour de Columbia en 2003.

La fusée Arès I peut également être lancée en configuration cargo et transporter une charge utile destinée au vaisseau Orion, qu'il s'agisse d'un satellite à placer sur orbite, une sonde spatiale destinée à l'exploration du système solaire ou un module lunaire.

Le premier vol de démonstration de l afusée Arès I est prévu pour avril 2009. Elle sera lancée de Cap Kennedy, à partir du pad de tir du complexe LC-39B. Elle sera propulsée par un réacteur de navette spatiale et portera une maquette du second étage. Un second vol d'essai pourrait avoir lieu six mois plus tard si nécessaire.

Des test de sécurité seront effectués début 2009 sur le pad de tir et en haute altitude sur le site de White Sand au Nouveau Mexique à partir d'un lanceur Little Joe II comme à l'époque du programme Apollo. Cette fusée est capable de lancer une charge utile de 14.7 tonnes.

Le premier vol d'essai de la fusée Arès I est prévu pour 2012 et devrait être suivi de deux vols non habités du CEV Orion.

Le premier vol habité est prévu pour septembre 2014 et devrait être suivi de 4 vols d'essai non habités du vaisseau Orion en configuration cargo.

Documents NASA, mis en page par T.Lombry.

Le CEV Orion

En 2006, la firme Lockheed Martin remporta le contrat préliminaire de 3.9 milliards de dollars pour la construction du CEV Orion. Ses concurrents étaient les sociétés Northrop Grumman et Boeing. Suite à cette bonne nouvelle, les actions de Lockeed ont immédiatement augmenté de 2% à 84.24$ à Wall Street (LMT). En une année l'action a augmenté de 25%. Arrêtons-nous un instant sur Lockheed.

Lockheed Martin n'est pas n'importe quelle société. Elle est déjà le maître d'oeuvre de nombreux avions (C-130, C-141, C-5 Galaxy, F-14, F-15, F-16, F-22, F-117, U-2, T-50, etc), d'un observatoire orbital (télescope Spitzer), de fusées ((Titan IV, Atlas, etc), d'une flotille de vaisseaux spatiaux (Cassini, Magellan, Mars pathfinder, Stardust, Viking, Voyager, etc) sans parler de nombreux produits militaires high-tech (radar, système d'armes, systèmes de guidage, casques, etc), quelques projets "X" d'avions hypersoniques et de véhicules spatiaux légers telle la navette X-33.

Lockheed demeure en terme de personnel le plus grand contractant du Ministère de la Défense américain avec 135000 employés répartis aux Etats-Unis et dans 56 pays. La société est représentée dans 457 villes à travers 45 états américains et dispose de 939 sites dont le siège situé dans le Maryland et un centre d'essai (Lockheed Martin Skunk Works) situé à Palmdale en Californie, où l'on voit parfois stationner de drôles d'engins volants. En 2005, les ventes de Lockheed ont atteint 37.2 milliards de dollars et son backlog contenait encore pour 74.8 milliards de dollars de commandes ! Selon le magazine Fortune, Lockheed est la 47eme fortune industrielle des Etats-Unis avec un revenu annuel de 35.5 milliards de dollars et un bénéfice de 1.3 milliards de dollars en 2005.

Le petit contrat gagné par Lockheed représente 10% des rentrées de la société, ce n'est pas négligeable, et ce module reste un élément clé du programme spatial américain.

Le prix consenti à Lockheed couvre les phases de conception, du développement, les tests et l'évaluation du nouveau prototype. De futures options pourraient rapporter 3 milliards de dollars supplémentaires à Lockheed si la NASA est satisfaite des premières commandes et renouvelle son contrat. 

L'équipe travaillant sur Orion comprend également les sociétés Orbital Sciences, Honeywell, United Space Alliance et la célèbre Hamilton Sundstrand qui fabrique les combinaisons spatiales, les systèmes de survie et les systèmes d'alimentation électrique.

Réminiscence du concept Apollo dont la capsule avait été construite par Grumman, Orion est une capsule autonome, versatile et réutilisable de 5 m de diamètre et pesant 25 tonnes. Elle présente un volume intérieur 2.5 fois supérieur à celui de la petite capsule trois places des missions Apollo.

Le CEV Orion se place au sommet de la fusée Arès I, tandis qu'une fusée Arès V acheminera notamment le module lunaire en orbite basse où le CEV le récupérera.

Le CEV Orion (habité) auquel est attaché un module cargo. Dans cette configuration il ne peut contenir que 4 membres d'équipage. Selon la NASA c'est le nec plus ultra et le plus sûr des vaisseaux spatiaux habités. Document NASA.

Deux versions du CEV ont été proposées : une capsule Orion pouvant recevoir jusqu'à 6 astronautes et qui, dans un premier temps desservira la station ISS et effectuera des missions en orbite basse. Une deuxième version contiendra un module de service (en gris sur l'image ci-dessus) et d'autres équipements nécessaires au support d'une mission vers la Lune. Dans cette version il n'y aurait la place que pour 4 membres d'équipage. L'idée est d'assembler les modules en orbite avant de les dispatcher vers la Lune.

Orion est capable de propulser une masse de 65 tonnes vers la Lune. Il tire profit des dernières avancées dans les domaines de l'informatique, de l'électronique, des systèmes de survie, de la propulsion et des systèmes d'isolation thermique. Sa forme conique offre par exemple le plus de sécurité lors de la rentrée atmosphérique à grande vitese comme ce sera le cas lors du retour des missions lunaires.

Trois vues du CEV Orion : une mission en orbite basse autour de la Terre lors d'un rendez-vous avec la station ISS et deux vues d'un atterrissage en Californie. Documents NASA.

Technologiquement parlant, selon la NASA, Orion est un "mariage de la meilleure technologie d'Apollo et de la navette, financièrement abordable, versatile et dix fois plus sûr pour les astronautes". En effet, en cas de problème sur le pad de tir, le Centre Spatial Johnson de la NASA en collaboration avec des industriels américains a élaboré une fusée d'appoint qui s'installe sur le nez du CEV, lui permettant de s'éjecter et de s'éloigner de la fusée pour éviter une tragédie comme à l'époque d'Apollo 1 ou de Challenger. Une série de parachutes se déploieront ensuite pour déposer la capsule en douceur sur terre.

Cette capsule permettra également à la NASA de faire des économies d'échelle puisqu'elle sera réutilisable jusqu'à 10 fois. Contrairement à la capsule Apollo, Orion atterrira sur le sol et non plus en mer, amorti par un parachute et soutenu par un épais coussin en caoutchouc.

Michael Griffin, l'administrateur de la NASA, a qualifié ce nouveau vaisseau d’ "Apollo sous stéroïdes" par comparaison avec l'ancienne capsule Apollo. Si le projet se concrétise, Orion sera le nec plus ultra des vaisseaux spatiaux habités.

Voilà où nous en sommes aujourd'hui. Un avenir radieux se dessine pour les candidats astronautes et l'industrie aérospatiale.

Pour plus d'information

L'exploration de la Lune (sur ce site)

La colonisation de Mars (sur ce site)

Performances des propulseurs (sur ce site)

The Vision for Space Exploration, 2004 (Initiative du Président Bush, Jr, propositions de la NASA, PDF de 1.9 MB)

Moon to Mars, A Journey to Inspire, Innovate, and Discover, 2004 (réponse de la Commission d'étude, PDF de 2.2 MB)

Vision for Space Exploration, NASA

Le programme Constellation, NASA

Le lanceur Arès, NASA

Le vaisseau d'exploration Orion, NASA

Orion Crew Vehicule, Lockeed Martin

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