L’état de la propulsion spatiale

2021 sera l’année de la mise en service de lanceurs au méthane. Je ne sais pas si le méthane peut aider à garantir l’approvisionnement en carburant pour les lanceurs, mais ils ont en tous cas la réputation d’être plus facilement réutilisables que les lanceurs plus classiques.

Je me demande quand‑même pour quelles raisons le méthane n’a pas été utilisé avant, comme c’est un combustible très courant.

À la suite du précédent message.

En 2021, quatre lanceurs tenteront d’atteindre l’orbite terrestre avec une propulsion au méthane : la Vulcan de ULA (ULA = United Launch Alliance), la New Glenn de Blue Origin, le Starship de SpaceX et la Zhuque‑2 de LandSpace (société Chinoise). Un démonstrateur au méthane sera testé, mais seulement dans l’atmosphère, la Themis, réutilisable, de l’ESA (Europe). Themis n’est pas destinée à devenir un lanceur, seulement à faire des tests techniques, ce qui peut faire deviner qu’une future version d’Ariane sera propulsée au méthane.

Note : le nom THEMIS, en majuscules, est aussi le nom d’une mission de l’ESA, à ne pas confondre avec Themis, le démonstrateur, de l’ESA aussi.

La propulsion spatiale nucléaire, est de nouveau envisagée en pratique, après avoir été abandonnée pendant plusieurs décennies alors qu’elle n’était restée que théorique.

Aux États‑Unis, la DARPA prévoit un démonstrateur en orbite terrestre, pour 2025. Ils optent pour la propulsion nucléaire thermique, c’est à dire l’éjection d’un gaz chauffé par un réacteur nucléaire.

La Russie va tenter la propulsion nucléaire aussi, pour un remorqueur spatial. Ils optent pour la propulsion nucléaire électrique, c’est à dire par éjection d’un plasma ionisé (plasma ionisé = pléonasme ?).

À entendre dans la première partie de la vidéo ci‑dessous :

Un moteur nucléaire pour aller sur la Lune — Dernières Nouvelles des Étoiles / Hugo Lisoir — 2021

Des turbines à moteur électrique sont utilisées pour les lanceurs légers. Elles sont plus fiables, réactives et moins difficiles à concevoir que celles alimentées par une partie du carburant destiné à la propulsion, mais ne conviennent pas aux gros lanceurs à cause du poids des batteries qu’il faudrait emporter. Même avec les lanceurs légers utilisant des turbines à moteur électrique, les batteries sont éjectées en cours d’ascension, ce qui n’est pas idéale.

Une future base sur Calisto ? – Espace Commentaires de Hugo et Maxime Lisoir — 2022

La NASA envisage un test de moteur à fusion nucléaire, en orbite terrestre, avant 230.

À écouter dans la première moitié de cette vidéo :

Fusion nucléaire : une percée pour la propulsion spatiale ? — Hugo et Maxime Lisoir — 20 Décembre 2022


En marge, car moins sérieusement envisagée, se repose la question d’une propulsion spatiale alimentée par l’hydrogène présent dans le « vide » spatial ; il s’y trouverait entre 120 000 et 1 millions d’atomes d’hydrogène par mètre‑cube. Le principe est un vaisseau équipée d’un gigantesque entonnoir magnétique à l’avant ; un entonnoir solide ne serait pas crédible. Les problèmes sont que le fonctionnement nécessite une grande vitesse initiale et qu’une partie de l’énergie produite soit utilisée pour alimenter le champs magnétique.

À écouter dans cette vidéo :

Ce qui moteur qui peut accélérer à « l’infini » — Hugo et Maxime Lisoir — 15 Décembre 2022

Un autre type de propulsion spatiale nucléaire, qui ne normalement ne devrait pas d’être mentionné dans un sujet sur l’état des techniques de propulsion, comme ce n’est encore qu’un concept.

Est envisagé un type de propulsion nucléaire hybride : thermique et électrique, c’est à dire par ejection de gaz chauds et par éjection d’ions.

La propulsion thermique, par éjection d’un gaz, a l’avantage d’une forte poussé mais d’une vitesse d’éjection qui n’est pas la plus élevée possible à ce jour. La propulsion par éjection d’ions, mise en œuvre dans les moteurs ioniques, a l’avantage d’une vitesse d’éjection bien plus élevée qu’avec les moteur à éjection de gaz (50 km/s contre 3 à 4 km/s), mais avec l’inconvénient d’une faible poussé. Ces deux types de moteurs sont actuellement techniquement distinctes.

Un nouveau type de moteur nucléaire, pourrait fusionner ces deux types en un seul, qui aurait deux régimes de fonctionnement.

Avec ce type de moteur, Mars serait à un moi et demi de voyage contre 6 à 11 mois environ (*), avec une propulsion thermique. À titre de comparaison, avec la propulsion thermique, la Lune est à 3 jours de la Terre, c’est à dire qu’avec ce moteur nucléaire hybride, Mars serait à 15 fois plus à peine, en terme de durée de voyage.

(*) Un aller vers Mars est plus lent qu’un retour vers la Terre, comme le voyage vers Mars équivaut, d’un point de vu gravitationnel, à remonter une pente, tandis que le retour équivaut à la redescendre, même si la pente est douce. Les valeurs données, sont pour un aller.

À écouter dans la vidéo ci‑dessous :

DNDE № 281 — Hugo et Maxime Lisoir — 24 Janvier 2023

La Chine a réussit la première d’envoyer un lanceur au méthane en orbite : Re: Les Chinois dans l’espace. Blue Origine (Américaine), aurait annoncé un premier vol propulsé au méthane au cours de cet été, mais un moteur a connu un accident pendant un essai.

La vidéo du message liste des avantages du méthane :

• Utilisation de réseaux d’approvisionnement déjà disponibles pour d’autres industries.
• Plus dense et plus simple à stocker que l’hydrogène (qui n’est pas le seul carburant : l’hydrazine est important aussi, mais très polluant).
• Sa combustion laisse moins de résidus dans les moteurs (que quels carburants ?) et facilite donc la réutilisation.
• Associé à l’oxygène, il facilite la gestion des basses températures dans les moteurs (c’est vague, mais c’est ce qui est dit).

Dans la vidéo au lien du message précédent, on apprend que les lanceurs à poudre sont peu utilisés pour transporter des humains, car ils sont plus susceptibles d’exploser et produisent des accélération trop fortes au décollage.

Pour les lanceurs réutilisables, dans l’état actuel, une quinzaine de réutilisations est considéré comme déjà bien.

— Édit du 2025-06-17 —

Récemment, la Chine a annoncé viser une centaine de réutilisation par vaisseau.

Une anecdote connue mais bonne à rappeler: entre le vol de Blériot et le premier pas sur la Lune, il y a à peine environ 60 ans : débuts 1900 pour le vol de Blériot et années 1960 pour le premier pas sur la Lune. C’est presque difficile à croire, et pourtant c’est l’histoire, un fait avéré.