Les images ont bluffé le monde entier. Celles de la fusée Starship de SpaceX, se stabilisant dans les airs comme par magie près de son pas de tir après une chute vertigineuse pour finalement se poser sur sa tour de lancement avec une précision diabolique. A l’occasion d’un tir d’essai mi-octobre depuis sa base spatiale Starbase au Texas, la société dirigée par Elon Musk avait réussi à récupérer de manière spectaculaire les deux étages du Starship.
La réutilisation des fusées ne semble plus avoir aucun secret pour l'entreprise, passée maîtresse dans le domaine. Il s’agissait pourtant de récupérer la fusée la plus imposante qui soit actuellement, d’une hauteur de 120m avec une capacité potentielle de transfert de 100 à 150 tonnes en orbite basse, soit 5 à 7 fois plus qu’Ariane 6. Avec une précision de l’ordre de la dizaine de centimètres voire moins, le booster de la fusée est revenu directement se reposer sur sa tour de lancement…presque prêt à repartir. L’étage supérieur a quant à lui amerri dans l’océan Indien. «C’est moins spectaculaire que la récupération du booster sur son pas de tir, mais la récupération de l'étage supérieur est un exploit aussi important sinon plus. Il a fallu résister à la rentrée atmosphérique», souligne, fair-play, un dirigeant de l’Agence spatiale européenne.
Ces exploits ne doivent rien au hasard. Pour réaliser une telle démonstration, les ingénieurs de SpaceX ont perfectionné et mis au point des technologies allant des moteurs réallumables au bouclier de protection thermique en passant par les logiciels de guidage et de pilotage.
Des moteurs réallumables à poussée variable
SpaceX Pour faire revenir sur son pas de tir le premier étage de la fusée Starship, SpaceX mise sur la capacité des moteurs Raptor à se réallumer en cours de vol. Après une chute libre du lanceur de près de 90 km d’altitude, 10 des 33 moteurs du booster sont se réallumés à moins de 2 kilomètres d’altitude. Ils ont été capables de faire varier leur poussée de leur capacité maximale à celle juste nécessaire pour atteindre l’immobilisation de l’étage. La modulation de puissance peut être également obtenue en jouant sur le nombre de moteurs allumés.
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Des gouvernes aérodynamiques hypersoniques
SpaceX Qui dit récupération, dit manoeuvrabilité du vaisseau. Les différents étages du la fusée Starship sont équipés d’ailerons et de gouvernes aérodynamiques orientables (les "grid fins") pour assurer une phase descendante contrôlée. Réalisées en titane pour résister à la traversée d’un flux d’air hypersonique, ces ailettes permettent de contrôler la verticalité du booster et de le faire reposer sur la tour de récupération.
Des logiciels de navigation et de guidage ultra-précis
SpaceX Pour réussir à insérer le booster dans sa tour de lancement, SpaceX a dû faire preuve d’une précision de l’ordre de la dizaine de centimètres voire moins. Pour atteindre une telle performance, les centrales inertielles embarquées, des équipements qui analysent les accélérations du vaisseau, ne sont pas suffisantes. Selon des experts, une telle précision nécessite de mettre en œuvre des logiciels de navigation, de guidage et de pilotage sophistiqués tirant partie des signaux GPS des satellites dont la précision est renforcée par des équipements supplémentaires comme des stations ou des radars au sol.
Une tour de lancement et de…récupération
SpaceX Chez SpaceX, la tour de lancement, dénommé Mechazilla, fait également office de tour de récupération. L’idée : pour accélération la réutilisation, autant faire revenir la fusée d’où elle partira. L’édifice de plus de 140 mètres de hauteur est équipé de deux bras mécaniques géants, les "chopsticks", entre lesquels le lanceur de 70 m de hauteur se glissera et sera emprisonné. La fusée ne doit plus ainsi atterrir sur des pieds prévus à cet effet, soit une économie de masse non négligeable.
Un double bouclier thermique
SpaceX Le retour sur Terre de l’étage supérieur de la fusée est l’opération la plus délicate de la récupération. Le vaisseau Starship va être soumis à des températures pouvant atteindre 1400°C lors de sa rentrée dans l’atmosphère. Pour résister à ce déluge de feu, SpaceX a réalisé un bouclier thermique constitué de 18000 tuiles en céramiques de formes hexagonales couvrant le fuselage. En cas de détachement ou de fissure d’une tuile, ce fuselage est déjà couvert d’une couche protectrice supplémentaire résistant aux très hautes températures.
