Enfin, l’avenir glorieux qui nous avait été promis dans l’espace est en route Ars Technica

Vendredi dernier, la NASA a attribué un contrat de 3,4 milliards de dollars à une équipe dirigée par Blue Origin pour la conception et la construction d’un deuxième système d’atterrissage humain pour transporter des astronautes vers la Lune.

L’annonce a couronné une furieuse campagne de lobbying de deux ans menée par le propriétaire de Blue Origin, Jeff Bezos, pour obtenir une partie convoitée du programme Artemis de la NASA. La NASA a également décroché une grande victoire, remportant la concurrence avec SpaceX qu’elle recherchait pour les services d’atterrissage. Mais il y a une conclusion plus profonde à cela.

Après avoir perdu le contrat initial de l’atterrisseur avec SpaceX il y a deux ans, Blue Origin n’a pas simplement offert un prix inférieur cette fois-ci. Au lieu de cela, il a radicalement transformé les moyens par lesquels il mettrait les humains sur la Lune. L’atterrisseur Blue Moon est désormais entièrement réutilisable ; il restera en orbite lunaire, montant et descendant à la surface. Il sera desservi par un véhicule de transport qui sera ravitaillé en orbite terrestre basse puis acheminera du propulseur vers la Lune. Ce transporteur, à son tour, sera réapprovisionné par plusieurs lancements de la fusée réutilisable New Glenn.

Pour être sûr, c’est beaucoup de matériel qui n’a pas encore été construit et testé. Mais quand on prend du recul, il y a un fait incontournable. Avec le Starship entièrement réutilisable de SpaceX, et maintenant Blue Moon, la NASA a sélectionné deux véhicules basés sur le concept de nombreux lancements et la capacité de stocker et de transférer du propulseur dans l’espace.

Il s’agit d’une transformation remarquable dans la façon dont les humains exploreront l’espace extra-atmosphérique, potentiellement le plus grand changement dans les vols spatiaux depuis que l’Union soviétique a lancé le satellite Spoutnik en 1957. Cela a mis longtemps à venir.

« Nous savions que c’étaient les bonnes idées il y a des décennies », a déclaré George Sowers, professeur de génie mécanique à la Colorado School of Mines. « C’est gratifiant de voir des gens venir. »

Quel est le problème ?

Pendant presque toute l’histoire des vols spatiaux, les humains ont essayé de forcer brutalement les choses. Il a fallu une fusée pour envoyer un petit satellite dans l’espace. Il a fallu une plus grosse fusée pour lancer des humains. Et il a fallu l’énorme lanceur Saturn V pour finalement mettre deux humains à la surface de la Lune. Le plan était toujours d’emballer tout le nécessaire pour une mission, y compris le propulseur sur une seule fusée.

Mais cela s’avère être une façon vraiment, vraiment inefficace de faire les choses. Imaginez que vous vouliez conduire de Miami à l’Alaska sans vous arrêter à une station-service. Même avec une automobile efficace, il faudrait environ 150 gallons d’essence. Eh bien, un réservoir aussi gros ne rentrera pas dans votre coffre. Pas de problème, vous conduirez une camionnette pleine grandeur et mettrez un réservoir de 250 gallons dans le lit. Ça rentre, à peine. Mais il y a un problème. Vous avez ajouté une tonne supplémentaire à votre camion et votre consommation de carburant diminue. Alors maintenant, vous devez tirer une grande remorque avec un réservoir d’essence encore plus grand. C’est la tyrannie de l’équation fusée.

« Plus vous voulez aller loin dans l’espace, plus la masse du propulseur augmente de façon exponentielle », a déclaré Sowers.

Les grosses fusées peuvent aussi être incroyablement chères. Par exemple, la fusée Space Launch System de la NASA coûte à elle seule plus de 2,75 milliards de dollars par lancement, et cela n’inclut pas le prix d’une charge utile.

La solution à ce problème passe par plusieurs étapes. Le premier est le lancement distribué. Deux fusées Falcon Heavy, ou quatre fusées Falcon 9, peuvent lancer autant de masse que la fusée Space Launch System de la NASA. Le prix de l’une ou l’autre option serait nettement inférieur à 275 millions de dollars, soit un dixième du coût d’un seul lancement de la NASA. Cela existe aujourd’hui, et des fusées plus partiellement réutilisables sont en route.

La deuxième technologie consiste à stocker et à transférer du carburant dans l’espace, appelés dépôts de propulseurs. SpaceX et Blue Origin ont besoin d’oxygène liquide pour servir de comburant pour leurs moteurs, mais chacun utilise un carburant différent : du méthane pour Starship et de l’hydrogène pour Blue Moon. Les deux sociétés ont du travail à faire pour prouver la technologie permettant de stocker et de transférer ces propulseurs, mais les deux ont déjà établi un partenariat avec la NASA. Semeurs pense que c’est un problème résoluble.

La troisième percée, qui libère le potentiel de ce nouveau paradigme de vol spatial, consiste à récolter des ressources dans l’espace. Cela signifie puiser dans la glace d’eau dont on pense qu’elle existe en abondance aux pôles lunaires et dans les ingrédients suffisants pour le méthane dans l’atmosphère martienne. Le travail est déjà en cours ici. Blue Origin a remporté plusieurs subventions « Tipping Point » de la NASA pour démontrer la production d’hydrogène liquide et d’oxygène sur la Lune, et avec son expérience MOXIE, la NASA a déjà produit de l’oxygène sur Mars.

Aujourd’hui, la communauté des satellites s’intéresse beaucoup au potentiel de ravitaillement dans l’espace. Lockheed, Maxar et Northrop Grumman construisent tous des capacités de ravitaillement dans leurs nouveaux satellites. Et des entreprises comme Orbit Fab et Astroscale développent des technologies pour monter et livrer du propulseur. L’économie a du sens. S’il en coûte 10 millions de dollars pour ravitailler un gros satellite pendant trois ans et que ce satellite livre 100 millions de dollars par an, la décision est une évidence.

Avec son choix de Starship et de l’atterrisseur Blue Moon remanié, la NASA étend considérablement le concept de ravitaillement en carburant à l’exploration spatiale.

Pourquoi maintenant?

Si le lancement distribué, les dépôts de propulseurs et la récolte de ressources sur d’autres mondes ont tellement de sens, pourquoi la NASA n’a-t-elle pas poussé pour cette activité avant maintenant ? La réponse est en grande partie politique.

Pendant deux décennies après le programme Apollo, la NASA s’est contentée de faire voler la navette spatiale en orbite terrestre basse. Mais après un deuxième accident mortel de Colombie en 2003, l’agence spatiale et les décideurs ont commencé à parler sérieusement de ce qui allait suivre.

Certains ingénieurs, comme Sowers, ont commencé à réfléchir sérieusement aux dépôts de propulseurs à cette époque. Sowers a travaillé chez Lockheed Martin au début des années 2000, en tant qu’ingénieur système en chef pendant le développement de la fusée Atlas V. Il a également participé à la planification de l’entreprise pour ce qui allait devenir le vaisseau spatial Orion. Une première version d’Orion, a-t-il dit, était propulsée par un module de propulsion à hydrogène qui pouvait être ravitaillé dans l’espace.

Dans ce cadre, lui et d’autres chez Lockheed ont commencé à rechercher des concepts de lancement distribué et à appliquer une rigueur technique aux dépôts de propulseurs. Ils ont présenté des articles lors de conférences spatiales organisées par l’American Institute of Aeronautics and Astronautics, et l’idée a commencé à gagner du crédit dans l’industrie spatiale.

« C’était la première fois que j’avais des ennuis », a déclaré Sowers.

Le problème est venu de l’administrateur de la NASA, Mike Griffin, qui élaborait un plan, appelé Constellation, pour retourner sur la Lune. Il était basé sur le lancement d’une seule et massive fusée Ares V, et il l’appelait « Apollo sous stéroïdes ». L’idée du dépôt a été abandonnée pendant quelques années jusqu’à ce que le président Obama nomme Lori Garver au poste d’administrateur adjoint de la NASA. Elle était en faveur des dépôts, et Sowers et d’autres ont présenté le concept à la Commission Augustine qui a examiné les plans de vols spatiaux habités de la NASA.

En fin de compte, cependant, le Congrès et les grands entrepreneurs spatiaux traditionnels ont repoussé le concept et l’ont tué avec l’introduction du grand système de lancement spatial en 2010.

À cette époque, Sowers travaillait avec Bernard Kutter dans le groupe des programmes avancés de United Launch Alliance. La société poursuivait des idées innovantes impliquant des dépôts et un étage supérieur de fusée réutilisable appelé ACES, alimenté à l’hydrogène. Cependant, United Launch Alliance est détenue conjointement par Boeing et Lockheed, et Boeing était le maître d’œuvre de la fusée Space Launch System.

Lorsque Sowers et son équipe ont publié une série d’articles montrant comment une architecture avec ravitaillement en carburant et dépôts permettrait un programme d’exploration humaine utilisant des fusées commerciales existantes, les responsables de Boeing sont devenus furieux et ont tenté de le faire virer. Alors que Sowers était protégé par la direction de son entreprise, il lui était interdit de prononcer le mot «dépôt».

Au même moment, un puissant sénateur américain, Richard Shelby de l’Alabama, ajoutait des milliards de dollars au budget de la NASA pour le système de lancement spatial. Ce véhicule était conçu et géré au Marshall Space Flight Center dans son pays d’origine. Lui aussi a dit aux responsables de la NASA d’arrêter de parler de dépôts. Avant cela, la NASA avait envisagé de financer des expériences avec United Launch Alliance sur le stockage de propulseur dans l’espace.

Mise à niveau

Shelby a pris sa retraite fin 2022. Un défenseur de longue date des dépôts de propulseurs, Jonathan Goff, ne pense pas que cela soit une coïncidence avec le regain d’intérêt de l’agence spatiale pour les dépôts.

Le physicien allemand Max Planck est crédité de l’idée que la science ne progresse que lorsque les praticiens plus âgés meurent, laissant place à de nouvelles idées. Le philosophe des sciences Thomas Kuhn a résumé plus vigoureusement le sentiment en écrivant : « La science avance un enterrement à la fois ».

Goff a proposé une variante de cette idée de vol spatial : « La politique spatiale semble progresser une retraite du Congrès à la fois », a-t-il déclaré.

Comme Sowers, il a salué l’entrée de la NASA dans une ère de vols spatiaux réutilisables. Mais Goff a noté que cela ne se produit vraiment que parce que deux milliardaires, Elon Musk et Jeff Bezos, font avancer l’idée de manière agressive.

La NASA a dépensé tellement au cours de la dernière décennie pour le développement de la fusée SLS au nord de 40 milliards de dollars, y compris les systèmes au sol, qu’il reste peu d’argent pour que les charges utiles d’exploration volent dessus. Par conséquent, au moment de financer les atterrisseurs lunaires, la NASA a dû opter pour les options les moins chères. Starship et Blue Moon sont, en gros, des programmes de développement d’au moins 10 milliards de dollars. Mais parce qu’elle peut les acheter avec des contrats à prix fixe, la NASA ne paie qu’environ un tiers du coût total pour les deux, soit 6,3 milliards de dollars.

« La seule façon dont la NASA pouvait vraiment se permettre de faire cela était de ne pas faire comme si de rien n’était », a déclaré Goff.

Bien que le développement de Starship, Blue Moon et de leurs capacités de ravitaillement soit un défi, Goff a déclaré qu’il s’agissait de projets d’ingénierie et non de science fondamentale. En d’autres termes, nous savons que cela fonctionnera. Les humains ont déjà construit de nombreuses fusées, et avec le Falcon 9, nous savons qu’une réutilisation rapide est possible. La physique et l’ingénierie du stockage et du transfert du propulseur sont solides ; il faut juste le faire.

« Je pense que nous aurions pu faire beaucoup de choses dans les années 1960 si nous y avions mis notre esprit », a-t-il déclaré. « La seule raison pour laquelle nous ne l’avons pas encore fait est qu’il est difficile d’obtenir l’argent pour le faire. Jusqu’à présent, la plupart des gens supposaient qu’une grosse fusée, comme avec Apollo, était le seul moyen. »

Mais ce n’est pas. Si l’humanité veut devenir une espèce spatiale, c’est la voie à suivre.

Enfin, nous le promenons.