Avec leur esthétique futuriste captivante, les avions spatiaux constituent une alternative intéressante aux fusées. Ils sont également intéressants d'un point de vue pratique.
Contrairement aux fusées traditionnelles, les avions spatiaux sont réutilisables, peuvent effectuer plusieurs vols et permettent de réduire les coûts de lancement. Certains peuvent décoller depuis des pistes normales, offrant ainsi une plus grande flexibilité, et leurs moteurs efficaces réduisent leur impact environnemental ; d'autres sont lancés à partir de fusées ou de « vaisseaux mères », ce qui réduit la quantité de carburant qu'ils doivent transporter et brûler.
Promettant d'être plus faciles, plus respectueux de l'environnement et bien plus impressionnants, pourquoi la plupart des projets d'avions spatiaux n'ont-ils jamais réussi à décoller ? Dans les très rares cas où ils y parviennent, pourquoi le projet ne « décolle »-t-il pas ? Découvrons-le :
10: HOTOL
Un intérêt sérieux pour les voyages spatiaux a commencé à se manifester au Royaume-Uni avant la guerre, sous l'impulsion de la British Interplanetary Society, dont Arthur C. Clarke était l'un des membres. Après la guerre, la Grande-Bretagne a étudié les fusées V-2 allemandes capturées et a proposé des vols suborbitaux habités, tels que Megaroc. Les programmes officiels ont débuté en 1952, mettant l'accent sur la recherche militaire et scientifique, tandis que les fusées Skylark, lancées depuis Woomera à partir de 1957, ont fait progresser l'exploration spatiale sans équipage.
En 1971, le satellite Prospero a été lancé avec succès par la fusée Black Arrow. Cependant, le gouvernement avait déjà annulé le programme, mettant fin aux efforts indépendants de la Grande-Bretagne en matière de vols spatiaux et clôturant son ère nationale des fusées au début des années 1970. British Aerospace, un nouveau conglomérat fondé en 1977, avait de grandes ambitions et n'était pas disposé à renoncer au retour de la Grande-Bretagne dans l'espace.
10: HOTOL
En collaboration avec Rolls-Royce, British Aerospace a proposé HOTOL. Les études conceptuelles ont commencé au début des années 1980 ; le projet HOTOL officiel a démarré en 1986. L'objectif était de créer un avion spatial réutilisable à étage unique propulsé par un moteur innovant RB545 « Swallow ». Après avoir atteint l'orbite, HOTOL devait redescendre dans l'atmosphère terrestre pour atterrir de manière conventionnelle.
Le moteur Rolls-Royce RB545 « Swallow » était une fusée hybride révolutionnaire, en avance de plusieurs décennies sur son temps. Utilisant l'air atmosphérique à basse altitude et passant à l'oxygène liquide dans l'espace, il promettait un vol spatial réutilisable, sans interruption et à étage unique, ce qui représentait une avancée révolutionnaire dans la conception des systèmes de propulsion, inégalée par aucune technologie opérationnelle de l'époque. Le programme a été annulé à la fin des années 1980 en raison de problèmes de financement et de défis techniques. Une proposition ultérieure envisageait un lancement depuis le sommet de l'Antonov An-225, mais elle ne s'est jamais concrétisée non plus.
9: MiG-105
Avec des missions envisagées incluant la destruction des satellites de l'OTAN, ce projet soviétique d'avion spatial était particulièrement passionnant. Plus passionnant encore, il fut à un moment donné proposé que l'engin soit lancé depuis l'arrière d'un avion porteur Tupolev capable d'atteindre Mach 6. Après s'être séparé à haute altitude, son propre propulseur détachable se serait allumé, propulsant le petit avion spatial directement à une altitude suborbitale.
Le MiG-105 est issu du programme soviétique Spiral, qui visait à créer un petit avion spatial orbital capable de revenir sur Terre comme un planeur. Son fuselage compact en forme de coin lui a valu le surnom de « Lapot » ou « petite chaussure ».
9: MiG-105
Le MiG-105 a été utilisé pour tester les techniques d'atterrissage et les caractéristiques de vol à basse vitesse. Il a décollé par ses propres moyens d'une ancienne piste d'atterrissage près de Moscou en 1976 pour son premier vol libre subsonique. Il a effectué huit essais en vol subsonique entre 1976 et 1978, dont certains ont été lancés en vol à partir d'un bombardier Tu-95K.
Ces vols ont permis de recueillir des données pour le programme soviétique d'avion spatial, bien que le projet ait ensuite été annulé. Le projet Spiral a finalement été abandonné au profit du Buran, l'équivalent soviétique de la navette spatiale américaine. Bien que le MiG-105 n'ait jamais volé, son homologue sans pilote, le БОР (BOR), a mené à bien plusieurs missions spatiales. Un exemplaire survivant du MiG-105 est aujourd'hui conservé au musée Monino de Moscou.
8: Boeing X-20 Dyna-Soar
Le X-20 Dyna-Soar était un projet d'avion spatial de l'armée de l'air américaine développé à la fin des années 1950 et au début des années 1960. Conçu pour des missions de reconnaissance, de bombardement et de recherche spatiale, il s'agissait d'un engin réutilisable à propulsion fusée qui combinait la maniabilité d'un avion et les capacités d'un véhicule orbital. Sa forme élégante, semblable à celle d'un planeur, reflétait des principes aérodynamiques avancés.
Le X-20 devait être lancé à bord d'une fusée Titan IIIC modifiée, puis se séparer une fois l'altitude et la vitesse suffisantes atteintes. Après s'être détaché de son propulseur, il poursuivait sa trajectoire en orbite grâce à sa propre inertie. Cette méthode de lancement permettait au véhicule de fonctionner à la fois comme un engin spatial et comme un planeur lors de sa rentrée dans l'atmosphère, faisant ainsi le pont entre les opérations aériennes et spatiales.
8: Boeing X-20 Dyna-Soar
Le X-20 Dyna-Soar a été annulé en 1963 lorsque les priorités politiques des États-Unis se sont orientées vers le programme Apollo de la NASA. L'objectif lunaire du président Kennedy a détourné les ressources des avions spatiaux militaires. Dans le même temps, l'armée de l'air s'est concentrée sur les satellites et la technologie des missiles, considérés comme plus stratégiques et plus rentables pendant la guerre froide.
Bien qu'il n'ait jamais été achevé, le X-20 a profondément influencé les efforts spatiaux ultérieurs. Ses recherches ont permis de mettre au point le bouclier thermique de la navette spatiale, la conception réutilisable du corps portance et les systèmes de rentrée contrôlés par le pilote. Des éléments de son ingénierie ont refait surface des décennies plus tard dans le X-37B, garantissant que les concepts pionniers du Dyna-Soar continuaient d'influencer le développement des engins spatiaux réutilisables longtemps après son annulation.
7: Lockheed Martin X-33 / VentureStar
Le X-33 était un démonstrateur technologique à échelle réduite pour le VentureStar proposé par Lockheed Martin, un vaisseau spatial entièrement réutilisable à étage unique destiné à réduire considérablement les coûts de lancement en éliminant les fusées à usage unique. Il était équipé de réservoirs de carburant cryogénique à hydrogène composites de pointe et d'une forme de corps portants (sans ailes).
Il s'agissait d'un concept extrêmement ingénieux, conçu pour améliorer l'efficacité aérodynamique et la résistance structurelle tout en réduisant le poids, et d'un concept pionnier pour les années 1990. Le X-33 utilisait des moteurs à aérospikes linéaires. Un moteur à aérospikes linéaire fonctionne comme une fusée normale, mais sans tuyère en forme de cloche. À la place, les gaz d'échappement s'écoulent le long d'un spike en forme de coin.
7: Lockheed Martin X-33 / VentureStar
La pression atmosphérique à l'extérieur de la fusée aide à façonner et à comprimer les gaz d'échappement, maintenant une poussée efficace à toutes les altitudes, à l'instar d'un moteur de fusée « à réglage automatique » pour l'espace et l'atmosphère. Le véhicule était conçu pour décoller verticalement et atterrir horizontalement comme un avion, avec un contrôle de vol entièrement autonome, dans le but d'assurer des opérations similaires à celles des compagnies aériennes et des rotations rapides entre les missions.
Le projet a été annulé en raison de difficultés techniques et financières, principalement l'échec du réservoir de carburant composite à hydrogène, qui s'est fissuré pendant les essais. La défaillance du réservoir a entraîné des retards importants et des dépassements de coûts, et la NASA a conclu que la technologie Single-Stage-to-Orbit n'était pas encore viable avec les matériaux et les systèmes de propulsion existants.
6: Hermes
Les avions de ligne Airbus ont prouvé que les entreprises européennes pouvaient réussir à percer dans des secteurs de l'industrie aérospatiale jusqu'alors dominés par les États-Unis, et Hermes était un autre projet européen plutôt brillant. Il proposait un vaisseau spatial européen réutilisable développé par l'Agence spatiale européenne dans les années 1980 et au début des années 1990.
Conçu comme la réponse européenne à la navette spatiale américaine, il était destiné à transporter trois astronautes (certains concepts en prévoyaient cinq) et de petites charges utiles en orbite terrestre basse. La conception combinait les principes des vaisseaux spatiaux et des avions, dans le but d'effectuer des atterrissages horizontaux contrôlés sur piste après la rentrée dans l'atmosphère. Hermes devait être lancé à bord de la fusée Ariane 5, plutôt que d'utiliser ses propres propulseurs ou réservoirs externes.
6: Hermes
Cette approche de lancement vertical simplifiait la conception et réduisait le poids de la navette, car le levage lourd serait entièrement assuré par le système Ariane. Une fois en orbite, Hermès fonctionnerait de manière indépendante, en utilisant sa propulsion embarquée et ses propulseurs de manœuvre (petits moteurs-fusées permettant d'ajuster sa position).
Le projet européen Hermes a été annulé en raison de l'escalade des coûts, des retards, des difficultés techniques et de l'évolution des priorités politiques. Après la guerre froide, la justification réduite des missions habitées de prestige a également contribué à l'abandon du projet par l'Agence spatiale européenne en 1993.
5: Système de lancement de personnel HL-20
D'une conception d'une simplicité remarquable, le système de lancement de personnel HL-20, développé au Langley Research Center à la fin des années 1980, était un avion spatial à corps portante proposé pour le transport régulier d'équipages. Inspiré du BOR-4 soviétique, il pouvait transporter jusqu'à 8 passagers (plus 2 membres d'équipage) en orbite tout en promettant une récupération plus sûre et plus efficace que les modèles de capsules.
Le HL-20 devait être lancé à bord de fusées à usage unique telles que Titan III ou Atlas, puis planer vers la Terre pour un atterrissage horizontal. Sa forme compacte et aérodynamique offrait une stabilité accrue lors de la rentrée dans l'atmosphère, réduisant considérablement les contraintes et la charge thermique. Les ingénieurs ont privilégié la simplicité, la faible maintenance et la rapidité de rotation entre les missions.
5: Système de lancement de personnel HL-20
Construit à partir de matériaux légers, le HL-20 nécessitait moins de remise en état que la navette spatiale, ce qui réduisait les coûts d'exploitation. Il était destiné à être lancé à partir d'installations existantes, ce qui permettait une planification flexible et un déploiement rapide pour l'entretien orbital ou la rotation des équipages dans les futures stations spatiales. Il s'agissait essentiellement d'un « taxi spatial ».
Bien qu'il n'ait jamais été construit pour voler, le HL-20 a fortement influencé le Dream Chaser de Sierra Nevada, qui a adopté des contours et des profils de mission similaires. Le HL-20 représentait une évolution vers des véhicules d'équipage plus petits et plus pratiques, comblant le fossé entre les premiers concepts de navette et les technologies actuelles des avions spatiaux commerciaux.
4: Sänger II
Sans doute l'avion spatial le plus esthétique jamais conçu, le Sänger II était un concept d'avion spatial ouest-allemand proposé par Messerschmitt-Bölkow-Blohm dans les années 1980. L'avion spatial Sänger original, conçu par Eugen Sänger dans les années 1940, était un concept allemand exotique de bombardier suborbital propulsé par une fusée, appelé « Silbervogel ». Il visait à rebondir le long de l'atmosphère terrestre pour des missions à longue portée.
Des décennies plus tard, ses principes ont inspiré le Sänger II, un concept d'avion spatial à deux étages destiné aux missions orbitales. Le Sänger II a été conçu comme un système à deux étages destiné à transporter des charges utiles ou des passagers en orbite terrestre basse. Le projet s'appuyait sur les idées antérieures d'Eugen Sänger, datant des années 1930, pour un bombardier spatial suborbital « Silbervogel ».
4: Sänger II
Sa méthode de lancement consistait en un décollage horizontal depuis une piste conventionnelle, utilisant des moteurs à réaction pour atteindre une vitesse subsonique élevée avant de passer à la propulsion par fusée. Ce démarrage aérobie était une caractéristique essentielle, réduisant la consommation de carburant par rapport aux lancements verticaux. Le véhicule accélérait ensuite et montait vers la limite de l'espace, libérant un étage orbital.
Le premier étage utilisait des moteurs aérobie avancés, tandis que l'étage supérieur employait un moteur-fusée à hydrogène pour atteindre la vitesse orbitale. Cette combinaison promettait une plus grande efficacité et une réutilisabilité potentielle, essentielles pour réduire les coûts de lancement et améliorer l'accès à l'espace. Le Sänger II n'a jamais dépassé le stade de la conception.
3: Rockwell X-30
Après avoir créé avec succès la navette spatiale, Rockwell était bien placé pour développer un autre avion spatial. Son X-30 était un concept visionnaire développé dans le cadre du programme National Aero-Space Plane (NASP) dans les années 1980. Il visait à créer un avion spatial à étage unique capable de décoller et d'atterrir à l'horizontale. Conçu pour fonctionner comme un avion dans l'atmosphère et comme un vaisseau spatial au-delà, le X-30 représentait une avancée révolutionnaire vers des systèmes de lancement entièrement réutilisables.
Les statoréacteurs compressent l'air supersonique entrant, le mélangent avec du carburant et l'enflamment pour assurer la propulsion. Propulsé par des statoréacteurs, l'objectif était de permettre au X-30 de passer en douceur du vol atmosphérique à l'insertion orbitale. Son système de propulsion aurait puisé l'oxygène dans l'atmosphère pendant l'ascension, réduisant ainsi le besoin d'oxydants lourds à bord et améliorant le rendement énergétique.
3: Rockwell X-30
Le X-30 proposé était conçu pour transporter à la fois un équipage et de petites charges utiles en orbite terrestre basse. Il aurait fourni un moyen rapide et flexible d'accéder à l'espace à des fins scientifiques, militaires et commerciales. La forme aérodynamique et les systèmes de protection thermique de l'engin devaient lui permettre de résister à des conditions de rentrée extrêmes tout en permettant un atterrissage contrôlé sur piste.
Bien que le projet ait finalement été annulé en raison de difficultés techniques et financières, le programme X-30 a apporté une contribution précieuse à la recherche dans les domaines du vol hypersonique, de la propulsion et de la science des matériaux. Ses objectifs ambitieux continuent d'influencer les efforts de développement des avions spatiaux modernes dans le monde entier.
2: Buran
Le Buran était la réponse de l'Union soviétique à la navette spatiale de la NASA. Développé par NPO Molniya, il était lancé à bord de la fusée Energia construite par RSC Energia. Conçu comme un vaisseau spatial réutilisable, il représentait le summum de l'ingénierie aérospatiale soviétique et visait à égaler ou à surpasser les capacités de la navette américaine en matière de transport spatial et d'opérations orbitales.
Contrairement à la navette spatiale, il n'utilisait pas de système de propulsion interne pour se mettre en orbite. Il dépendait de l'Energia. Le lanceur Energia était une puissante fusée lourde entièrement consommable, capable de placer plus de 100 000 kg en orbite terrestre basse. Ce système permettait au Buran de rester sans propulsion pendant l'ascension, ce qui permettait d'économiser le carburant embarqué.
2: Buran
Une fois en orbite, le Buran s'appuyait sur ses propres petits moteurs de manœuvre orbitale et ses propulseurs de contrôle de réaction. Ceux-ci étaient alimentés par des propergols hypergoliques, permettant un contrôle précis des ajustements orbitaux, des opérations d'amarrage et de l'alignement pour la rentrée atmosphérique. L'absence de moteurs principaux réduisait la complexité et améliorait la capacité de charge utile.
Le seul vol orbital de Buran en 1988 était entièrement automatisé, sans équipage à bord, et a effectué deux orbites avant d'atterrir sans encombre. L'atterrissage automatique sur la piste de Baïkonour (piste Yubileiny) a été précis à quelques mètres près. Bien qu'il s'agisse d'un triomphe de l'ingénierie, le programme a été annulé après l'effondrement de l'Union soviétique. L'orbiteur qui a volé a malheureusement été détruit lors de l'effondrement d'un hangar en 2002, tandis que d'autres véhicules d'essai ont survécu à Moscou, à Spire et dans un entrepôt à Baïkonour.
1: Skylon
Skylon est issu du programme britannique HOTOL des années 1980. Après l'annulation de HOTOL, son concepteur en chef, Alan Bond, a fondé Reaction Engines Limited en 1989 pour poursuivre le développement. Les premiers travaux se sont concentrés sur le moteur-fusée révolutionnaire à combustion aérobie SABRE, avec des études conceptuelles et des essais de composants à petite échelle réalisés tout au long des années 1990 et 2000.
Le mode de lancement du véhicule devait être similaire à celui d'un avion traditionnel, c'est-à-dire rouler sur une piste avant de décoller. Sa conception lui aurait permis d'accélérer efficacement dans l'atmosphère, en s'appuyant sur une propulsion aérobie à basse altitude. Une fois dans l'air plus raréfié, Skylon devait passer en mode fusée pure, en maintenant sa poussée sans transporter d'oxydant excessif pour la montée initiale.
1: Skylon
Au cœur du Skylon se trouvait le moteur SABRE, un système hybride à propulsion aérobie qui aurait aspiré l'oxygène atmosphérique pendant la première partie de l'ascension, le mélangeant avec l'hydrogène embarqué. Une fois au-dessus de l'atmosphère, il serait passé à un oxydant interne, fonctionnant comme une fusée conventionnelle. Cette double capacité promettait une efficacité et une capacité de charge utile améliorées.
La gestion thermique était essentielle à la conception, avec des prérefroidisseurs destinés à refroidir l'air entrant et à empêcher la surchauffe du moteur à grande vitesse. Des matériaux composites légers et une protection thermique avancée devaient permettre un vol hypersonique soutenu. Le concept de Skylon promettait un retour rapide, une réutilisabilité et un impact environnemental réduit, ce qui aurait pu transformer les missions spatiales commerciales et scientifiques pour le Royaume-Uni et au-delà. Cependant, les progrès sont restés limités à des démonstrations de la technologie des moteurs.
Reaction Engines a testé avec succès la technologie de prérefroidisseur de SABRE, mais n'a jamais construit de moteur ou de véhicule complet. En octobre 2024, la société a été mise en liquidation judiciaire, mettant fin au développement actif. Avec la disparition de Reaction Engines, Skylon reste une vision ambitieuse mais non réalisée du retour de la Grande-Bretagne dans l'espace.
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