Quel avenir pour le Space Launch System ?
Avec une grande jubilation, le système de lancement spatial de la NASA a effectué un premier vol d’essai spectaculairement réussi à partir du 16 novembre 2022. Près d’un mois plus tard, après plusieurs orbites lointaines de la lune terrestre, la capsule Orion est revenue le 11 décembre pour une immersion et une récupération en toute sécurité.
Un premier vol réussi signifie-t-il enfin que SLS ramènera les astronautes sur la Lune terrestre plus de 50 ans après la dernière visite des astronautes ? Gagne-t-il un avenir au SLS parmi la flotte américaine de lanceurs ?
Spoiler : la réponse aux deux questions est probablement oui, ce qui a de profondes conséquences pour l’avenir des vols spatiaux américains.
SLS est une fusée de classe Saturn 5, conçue pour ramener l’humanité sur la lune terrestre avec une architecture de lancement qui comprend un minimum d’assemblage ou de ravitaillement en orbite. Il évite soigneusement toute l’expérience et les leçons apprises lors de la construction, du ravitaillement et de la maintenance de la Station spatiale internationale en orbite. Appelée Artemis et vaguement calquée sur le projet Apollo des années 1960 qui a battu l’Union soviétique de l’époque sur la surface lunaire, l’architecture utilise le matériel et le personnel de la navette spatiale dans la mesure du possible. Un deuxième test avec des astronautes, Artemis 2, est désormais prévu au plus tôt en 2024. Sur la base de l’historique des programmes à ce jour, personne ne devrait s’attendre à ce que cette date soit atteinte.
Le test réussi d’Artemis 1 fait suite à des problèmes de fiabilité persistants qui ont retardé le premier vol pendant des mois. Les retards opérationnels, en grande partie dus à de graves limitations du matériel patrimonial à partir duquel SLS est assemblé, ont encore retardé le vol en réduisant les fenêtres de lancement et le temps passé sur le pad. Tout cela après une histoire de développement extraordinairement troublée malgré le projet conçu autour de la technologie et des composants existants.
Cette histoire ne doit pas occulter deux faits clés : Lorsque SLS a finalement volé, il a très bien fonctionné. Pour l’instant, et dans un avenir immédiat, aucune autre nation ne pourrait réaliser une mission cis-lunaire avec du matériel lié à l’homme comme Artemis 1.
Avec Artemis 1 mis au lit en toute sécurité, la NASA peut sérieusement planifier que les premiers astronautes américains visitent la lune terrestre depuis Apollo 17 en 1972, mais pas de si tôt. La mission Artemis 3 sur la surface lunaire dépend d’une variante du lanceur SpaceXs Starship adaptée à l’atterrissage. Au moment d’écrire ces lignes, Starship n’a pas encore volé même en orbite. Une première tentative orbitale est peut-être imminente, mais même ainsi, 2025 est actuellement la première opportunité pour Artemis 3, et 2027 ou au-delà est plus probable. La NASA a été forcée de choisir Starship comme premier véhicule d’atterrissage d’Artemis lorsque le Congrès a refusé suffisamment d’argent pour développer plus d’un design et, contrairement aux autres soumissionnaires, SpaceX a déclaré qu’il couvrirait une partie importante du coût (Blue Origin a offert de l’argent, mais seulement après perdre contre SpaceX). Depuis lors, la NASA a demandé des offres pour des atterrisseurs supplémentaires.
Naturellement, Artemis 1 a suscité beaucoup d’enthousiasme au sein de la communauté spatiale. Néanmoins, cela vaut la peine de se demander : ce projet doit-il continuer même s’il finit par faire partie d’un atterrissage réussi ?
Il est peu probable que le coût annuel de plus de 4 milliards de dollars pour maintenir SLS, la capsule Orion et leur infrastructure diminue beaucoup lorsque la fusée deviendra opérationnelle. Cette infrastructure est capable de deux à trois lancements par an, mais attendez-vous à beaucoup moins au début. Les premières versions ne sont pas beaucoup plus puissantes que les fusées existantes, malgré des coûts estimés par vol de l’ordre de 700 millions de dollars à 4 milliards de dollars ou plus, selon le coût d’infrastructure et de développement inclus.
Le bloc 1 SLS peut soulever 95 000 kilogrammes vers l’orbite terrestre basse (LEO), tandis que le futur bloc 2 devrait soulever 130 000 kilogrammes vers la même orbite. Les chiffres comparables pour le Delta 4 Heavy et le Falcon Heavy sont respectivement d’un peu moins de 26 000 kilogrammes et de plus de 63 000 kilogrammes. Falcon Heavy coûte bien moins de 200 millions de dollars par lancement, un prix qui comprend les coûts amortis de développement et d’infrastructure. Bien que le chiffre exact ne puisse pas être calculé efficacement, le coût probable par kilogramme de charge utile livrée en orbite par SLS est littéralement astronomique par rapport à ce qui est disponible sur le marché commercial.
Les partisans parlent de trouver d’autres marchés pour le SLS. Cependant, SLS n’a actuellement aucun marché en dehors de la NASA, et à ces prix, il est peu probable. L’administrateur adjoint de la NASA sous le président Obama, Lori Garver, a combattu le développement du SLS comme une distraction inabordable du fret commercial et de l’équipage, où elle sentait que l’avenir se trouvait. Elle rapporte dans son livre Escaping Gravity qu’elle a demandé au département de la défense et aux agences de renseignement s’ils avaient besoin ou s’ils voulaient le SLS. On lui a dit non sans équivoque.
Même au sein de la NASA, les charges utiles qui n’ont pas été explicitement conçues pour exiger le SLS, ou qui ne sont pas politiquement tenues d’utiliser la fusée, évitent le programme. Cela inclut la station spatiale orbitale Gateway en orbite lunaire et même l’atterrisseur lunaire, reléguant SLS au lancement de l’équipage en orbite lunaire. C’est un travail que n’importe quel nombre de fusées beaucoup moins chères pourrait gérer si Orion était lancée séparément de l’étage supérieur et du carburant, puis amarrée en orbite. Une procédure similaire a été démontrée dès Apollo lorsque les modules de commande et de service se sont déverrouillés de l’étage S-IVB de Saturn 5s, ont pivoté de 180 degrés, se sont amarrés au module d’excursion lunaire et l’ont éloigné de l’étage supérieur usé. Tout cela a été fait au plus profond de l’espace trans-lunaire, après avoir quitté l’orbite terrestre.
Même si les premiers vols SLS se déroulent sans accroc, les partisans risquent d’être déçus à moins que le programme ne puisse réduire suffisamment les prix pour attirer des clients non-NASA. Il est peu probable que le Congrès accepte de réduire considérablement les effectifs. Le programme augmente ses coûts à long terme en construisant des infrastructures terrestres supplémentaires qui devront être entretenues. Selon la NASA, l’agence se concentre sur la mise en place de la transition des SLS de la conception et du développement vers un système exploité en continu destiné à durer jusqu’en 2050 et au-delà.
Que pourraient faire les États-Unis avec les 3 à 4 milliards de dollars SLS et qu’Orion continuera à consommer pour deux à trois vols par an au mieux ? En termes financiers, quels sont les coûts d’opportunité perdus de continuer à financer SLS ?
Pour commencer, la NASA pourrait faire voler les deux tiers d’une charge utile SLS sur un Falcon Heavy pour bien moins de 200 millions de dollars, et le faire avec un rythme régulier et fréquent. Même si un vol SLS ne coûte que 700 millions de dollars, la NASA pourrait lancer trois Falcon Heavies et soulever plus de deux fois plus qu’un seul SLS. J’ai grossièrement sous-estimé le coût réel probable d’un lancement SLS, et surestimé le coût d’un Falcon Heavy, pour être aussi généreux que possible envers SLS.
UNE VOIE MOYENNE
Il existe d’autres fusées de classe moyenne en cours de développement et d’exploitation, sans frais pour la NASA, qui pourraient gérer des missions lunaires. Dans une architecture distribuée, les charges utiles modulaires seraient lancées en orbite puis assemblées dans des engins spatiaux finis de toutes tailles et masses, où elles pourraient être alimentées et alimentées à l’aide de techniques démontrées de construction et d’entretien de la Station spatiale internationale. Une partie de l’ISS a été lancée et assemblée à l’aide de fusées russes de classe moyenne Proton. Il est alimenté par des cargos lancés sur des fusées Soyouz relativement peu coûteuses comparables aux fusées SpaceX Falcon 9 et United Launch Alliance Atlas 5. L’ISS est alimentée par des fusées Northrop Grumman Antares et Falcon 9. Il n’y a aucune raison pour que les grands engins spatiaux lunaires et planétaires ne puissent pas être construits de la même manière.
Un avantage clé d’une architecture distribuée utilisant plusieurs fusées avec plusieurs utilisateurs est qu’elle a des clients autres que la NASA. Les coûts fixes d’infrastructure et de maintenance des lanceurs peuvent être répartis sur l’ensemble de l’industrie spatiale. La NASA n’a pas à payer la totalité de la facture.
Qu’en est-il de la main-d’œuvre? La plupart des observateurs extérieurs considèrent les emplois comme la véritable raison du soutien politique autrement inexplicablement fort des SLS.
Si le programme d’exploration lunaire de la NASA utilisait des fusées de classe moyenne, des taux de lancement accrus réduiraient leurs coûts grâce à des économies d’échelle. Des lancements fréquents augmenteraient également la fiabilité. La réduction des coûts de lancement pourrait stimuler davantage d’industries spatiales commerciales et donc de plus grandes entreprises de lancement. Plus directement, l’argent et les ingénieurs libérés du développement et des opérations du SLS pourraient être déployés pour concevoir et construire des infrastructures lunaires, des véhicules d’exploration de l’espace lointain et une nouvelle technologie de propulsion à haute énergie. Ce sont des choses dans lesquelles la NASA ne peut pas se permettre d’investir alors que SLS consomme environ un tiers du budget des vols spatiaux habités de la NASA.
Quelqu’un aurait besoin de construire toutes ces fusées de classe moyenne.
Les contrats de la NASA pour livrer l’équipage commercial et le fret à l’ISS ont montré que dans un environnement concurrentiel et payant, il y a de la place pour plusieurs fournisseurs, même dans un marché relativement petit. Cela permet d’économiser de l’argent et fournit une sauvegarde. Plus important encore, il offre de la diversité. Plusieurs fournisseurs avec différents véhicules fournissent des services plus nombreux et plus étendus qu’une seule conception ne pourrait jamais le faire.
La bonne nouvelle est que, alors que la NASA utilise la fiction politiquement requise mais de plus en plus évidente selon laquelle SLS est nécessaire pour entrer dans le chemin critique d’Artemis, la NASA va de plus en plus au-delà du modèle Apollo. L’agence a utilisé une forme d’appel d’offres ou de financement commercial pour la plupart des composants majeurs supplémentaires d’Artemis.
La réalité politique aux États-Unis ne semble pas trop préoccupée par les choix financiers difficiles. Avec SLS, les États-Unis ont choisi l’option la plus coûteuse, la moins performante et la moins flexible sur le plan opérationnel imaginable, largement basée sur les technologies et les architectures du passé. Le projet et ses entrepreneurs prétendent que nous n’avons rien appris d’utile en construisant la station spatiale, et que les réalités géopolitiques, financières et économiques d’aujourd’hui n’existent pas. SLS est la fusée d’hier pour le monde d’hier.
Il est peu probable que le SLS et ses énormes coûts d’opportunité perdus disparaissent de sitôt. Il est politiquement trop important de maintenir les emplois traditionnels dans des quartiers qui autrement seraient en difficulté.
Dans un miracle américain moderne, il semble y avoir un réel soutien bipartite pour un financement suffisant pour maintenir à la fois Artemis et l’ISS. Dans le même temps, il peut en rester suffisamment pour faire évoluer le fret commercial, l’équipage et d’autres programmes vers des flottes d’engins spatiaux plus diversifiées et plus efficaces sur le plan financier. Des constellations de modules spécialisés assemblés dans des engins spatiaux lointains de différentes conceptions et destinations peuvent encore permettre une expansion dynamique et passionnante dans le système solaire intérieur.
Ce soutien financier peut changer à tout moment. Les sages défenseurs de l’espace développeront des plans de secours pour revenir sur la Lune terrestre par des voies plus modernes et abordables.
Cet article a été initialement publié dans le numéro de janvier 2023 du magazine SpaceNews.