Flotter dans l’espace et autres moyens de s’y rendre (2/2)
Comment se rendre dans l’espace proche, l’orbite ou l’espace lointain sans brûler ou polluer l’atmosphère en cette période d’urgence climatique sur Terre ? Écrit par des scientifiques, des ingénieurs, des artistes, des curateurs et des spécialistes culturels de l’exploration spatiale, le livre « Space Without Rockets » (UV Editions – 2022) aborde les moyens par lesquels nous pourrions quitter notre vaisseau spatial Terre et voyager vers la Lune, les planètes, les étoiles et au-delà, de manière durable. Makery publie trois des textes complets de cette lecture essentielle. Premier texte (seconde partie) par Rob La Frenais.
Rockoons et autres options stratosphériques
La technologie rockoon (rocket plus balloon – fusée plus ballon NDT) a une histoire relativement longue dans la chronologie des vols spatiaux, le premier tir a eu lieu lors de la campagne Aerobee de l’U.S.S. Norton Sound en mars 1949. « L’idée de base était de soulever une petite fusée-sonde au-dessus de l’atmosphère dense à l’aide d’un grand ballon de la classe Skyhook. Une fois l’altitude suffisante atteinte, la fusée est tirée par signal radio directement à travers le ballon. » Puis, dans les années 50, James Van Allen a découvert des radiations dans ce qui allait devenir la ceinture de Van Allen, en utilisant une fusée. « James A. Van Allen a mis en pratique pour la première fois les rockoons lorsque lui et son groupe de l’Université de l’Iowa en ont tiré plusieurs depuis le Cutter East Wind de la Garde côtière lors de sa croisière au large du Groenland en août et septembre 1952. Van Allen recherchait des radiations en haute altitude près des pôles magnétiques et avait besoin d’un véhicule pouvant atteindre plus de 80 km avec une charge utile de 11 kg, tout en pouvant être lancé facilement depuis un petit navire. La fusée était la solution. Avec ses fusées, Van Allen a détecté un rayonnement faible considérable à haute altitude – bien plus que ce que les scientifiques attendaient. C’était l’un des premiers indices que le rayonnement pouvait être piégé par le champ magnétique de la Terre. L’un des inconvénients de la fusée était qu’elle devait être tirée avant que les vents de haute altitude ne la mettent hors de portée radio. » (‘NASA Sounding Rockets 1958-68, A Historical Summary’, William R. Corliss.)
Le rockoon a connu une petite renaissance ces dernières années, et l’Agence spatiale européenne a financé et encouragé plusieurs petites entreprises réalisant des lancements stratosphériques. L’une d’entre elles est basée au Pays de Galles, B2Space, et elle a déjà effectué un vol d’essai en 2020, sur les installations du nouveau Spaceport Snowdonia, dans le nord du Pays de Galles, qui a atteint des altitudes supérieures à 30 km et des températures inférieures à -50 degrés Celsius. Le vol a transporté la charge utile nécessaire au lancement d’une fusée, mais n’a pas pu être mise en orbite.
J’ai demandé au cofondateur de B2Space, Valentin Canales, où en était le lancement de leur première fusée. « Nous avons testé (au sol et en vol stratosphérique) tous les éléments de la technologie rockoon jusqu’à présent, y compris le grand ballon à pression nulle et tous les systèmes de navigation et de sécurité associés, le bras de la fusée et le système d’allumage à distance, la plate-forme de pointage, de positionnement et de stabilisation du lanceur de fusée. Une démonstration finale de tous les éléments sera effectuée fin septembre ou début octobre 2022. » Je lui ai demandé dans quelle mesure les rockoons sont plus durables en termes d’utilisation de propergol pour les lancements en orbite terrestre basse. « En sautant la partie la plus dense de l’atmosphère, B2Space réduit les pertes de Delta V jusqu’à 2km/s, ce qui se traduit par une économie de propergol de plus de 70% pour un lanceur équivalent. Cette réduction, associée au fait que B2Space travaille sur son propre bio-propulseur, fera de B2Space l’une des sociétés de lancement les plus respectueuses de l’environnement dans le monde ». Une autre société, Zero2 Infinity, basée en Espagne, s’enorgueillit de la publicité suivante : « Du public aux gourous de l’aérospatiale, la plupart des gens pensent que l’espace restera le domaine de quelques superpuissances, de grands entrepreneurs de la défense et de quelques milliardaires… mais nous ne nous contenterons pas de cela. Chez Zero2 Infinity, nous choisissons de prouver qu’il existe une meilleure solution, une solution qui vous permet de réaliser vos rêves dans l’espace ». Ils promettent principalement des lancements stratosphériques pour tester les satellites en orbite basse, mais ils ont également l’intention « de faire voler une fusée efficace comme fusée-sonde réutilisable pour la microgravité, la science, la certification des composants, etc ». Il est intéressant de noter qu’ils souhaitent utiliser des lancements maritimes aussi bien que des lancements terrestres, car « les lancements maritimes réduisent les restrictions administratives et les zones à éviter : autoroutes, zones peuplées ou terrains militaires » et que « les charges utiles sensibles ou confidentielles sont mieux protégées en mer que sur terre ». Dans la recherche de ces technologies de ballons, la main froide des militaires ou des forces frontalières n’est jamais loin. Cette société a également une activité secondaire dans le tourisme spatial, proposant des vols de 30 km « au-dessus de 99% de l’atmosphère ».
Une autre société, SpaceRyde au Canada, est littéralement une start-up créée par un couple d’Iraniens dans un garage, Saharnaz Safari et Sohrab Haghighat, avec le soutien de l’Agence spatiale canadienne, qui dit vouloir être le « Uber de l’espace ». Leur objectif est de lancer ce qu’ils appellent une « fusée intelligente » à partir d’un ballon situé à 30 km d’altitude, pour un coût de 250 000 dollars par 150 kg, et d’envisager un « réseau de fusées pour mettre en orbite de petits satellites ». Ils prévoient leur premier lancement l’année prochaine. Comment les progrès de ces entreprises concurrentes se comparent-ils à ceux de B2Space ? Valentin Canales : « En ce qui concerne les concurrents (Zero2 Infinity ou Space Ryde), B2Space est beaucoup plus avancée en termes de capacités de vol stratosphérique, ayant effectué des dizaines de vols. Cela nous place dans une position idéale pour commencer la mise à l’échelle de notre lanceur et commencer à servir nos clients à partir de 2024. »
Une autre entreprise spécialisée dans les vols en ballon stratosphérique, basée non loin de l’endroit où j’écris ces lignes, est Zephalto, fondée par le pilote d’essai Vincent Farret d’Astiès, qui propose de « voyager vers les étoiles sans polluer, en harmonie avec la nature ». Fait inhabituel, utilisant l’énergie solaire comme Aerocene de l’artiste Tomas Saraceno, ils ont conclu un partenariat avec le CNES en France. « Depuis 2016, au cœur de l’Hérault, en Occitanie, Zephalto développe avec le CNES un savoir-faire unique et hautement technologique : Céleste, un ballon capable d’emmener des voyageurs dans la stratosphère pour un temps de vol illimité et une expérience inoubliable dans des conditions de confort et de sécurité inédites. Ce savoir-faire repose sur deux innovations technologiques majeures dans le monde des ballons : le régulateur d’altitude et l’enveloppe réutilisable. Grâce à ces avancées technologiques, Céleste est entièrement écologique, fonctionne à l’énergie solaire, et peut être réutilisé indéfiniment… L’énergie solaire permet également de décoller et d’atterrir sans avoir besoin de beaucoup d’infrastructures et offre une grande liberté de mouvement en suivant le vent. » Cependant il n’y a aucun projet de lancement hybride en orbite à ce que je sache.
Le tourisme spatial sécurisé par ballon, pour pouvoir voir le bord du noir de l’espace et la courbure de la terre sans brûler de propellants, n’est en aucun cas garanti. En 2017, un ballon d’essai rempli d’hydrogène au siège de Tucson d’une société américaine appelée World View a explosé, ce qui les a poussés à passer à l’hélium (dont on manque sur Terre). Une nouvelle entreprise américaine, Space Perspective, continue avec l’hydrogène, en insistant sur le fait qu’avec l’ingénierie et la méthode de construction modernes, c’est sûr, et que l’hélium est nécessaire dans les hôpitaux et les technologies satellitaires. Une autre start-up espagnole, EOX-Space, propose également du tourisme spatial à 40 km de hauteur, mais utilise également de l’hélium rare.
C’est bien de réduire les coûts du tourisme spatial de cette manière mais, si les vols en ballon stratosphérique à haute altitude peuvent réduire la demande de billets d’avion coûteux, polluants et générateurs de déchets comme ceux de Virgin, Spacex et Blue Origin, pour autant que je sache, à moins que JP Aerospace ne puisse développer son ascenseur orbital ou que les rockoons puissent réduire la quantité de propergol utilisée, aucune de ces entreprises ne nous rapproche d’un voyage durable dans l’espace.
Ascenseurs spatiaux et tours : sont-ils vraiment à venir ?
Qu’est-ce qu’un ascenseur spatial, en fait ? Un ascenseur spatial est un véhicule électrique appelé « grimpeur » qui monte et descend le long d’un filin fin entre le sol et un satellite en orbite stationnaire, en utilisant un autre filin extérieur pour s’équilibrer avec la force centrifuge. La longueur totale du filin devrait atteindre 100 000 kilomètres. Il s’agirait d’un portail permanent vers l’espace, mais le filin est le principal problème. Bien que, dans un autre texte de ce livre, la possibilité des ascenseurs spatiaux aient été exclue de tout avenir proche, certaines sociétés ont investi des sommes importantes dans la recherche et le développement. L’une d’entre elles est Liftport, fondée en 2003, à Washington DC, qui a fait des recherches sur un ascenseur terrestre, mais a découvert que la construction de la longe permettant de soulever les « grimpeurs » dans l’espace « est la partie de l’ascenseur qui nous empêche d’en construire un ici sur Terre aujourd’hui. « Les forces combinées de la gravité et de l’accélération centripète sur tout matériau connu ayant la forme dont nous avons besoin le briseraient. Nous avons donc besoin d’un matériau extrêmement résistant à la traction, mais aussi très léger. Techniquement, nous pourrions construire un ascenseur terrestre aujourd’hui avec les matériaux existants, mais il devrait être si grand pour résister aux forces qui s’exercent sur lui qu’il ne serait pas du tout pratique à construire ». Ils ont donc mis ce projet en attente au profit de ce qu’ils considèrent comme plus réalisable, un ascenseur lunaire « pour créer un système permanent sur la Lune qui soit réutilisable, remplaçable et extensible, afin d’ouvrir les ressources présentes sur la Lune, d’étendre notre présence dans l’espace et d’améliorer la vie ici sur Terre ». L’idée est de construire une « ligne spatiale » depuis la Lune jusqu’à proximité de la Terre, développée par les astrophysiciens Zephyr Penoryre et Emily Sandford, qui tournerait autour de la Terre une fois par mois. Mais il faudrait ensuite acheminer tous les composants vers la Lune, ce qui signifie plus de fusées.
Thoth Technology au Canada a breveté un concept d’ascenseur spatial terrestre inventé par son fondateur Brendan Quine, en commençant par des tours pneumatiques. Toutefois, il ne s’agirait techniquement que d’une tour d’ascenseur ne pouvant atteindre que 15 km de haut, d’après ce que je peux voir, fournissant une plate-forme pour lancer des avions spatiaux plus près de l’orbite terrestre. Caroline Roberts, PDG de Thoth, décrit ici les avantages de cette nouvelle technologie : « L’accès à l’espace proche est appelé à révolutionner la façon dont nous faisons des affaires sur Terre. Les avantages pour la production d’énergie, les communications et le tourisme spatial sont immenses. Thoth prévoit de construire des tours pneumatiques ThothX pour accéder d’abord à 1,5 km puis à 15 km au-dessus de la Terre d’ici une décennie. » Il s’agit donc d’un projet plus proche de la tour spatiale de Konstantin Tsiolkovsky.
Au Japon, l’Obayashi Corporation, une énorme entreprise de travaux publics qui construit notamment des ponts et des autoroutes, a annoncé son intention de mettre en place un ascenseur spatial fonctionnel d’ici 2050. Selon l’entreprise, une simulation informatique montre qu’elle aura la capacité de construire le ruban ou le câble, en utilisant des nanotubes de carbone, à partir de 2031 environ. « Le processus de construction consiste à déployer le câble et à construire les installations. Il est nécessaire d’analyser la dynamique du câble afin d’estimer les caractéristiques du contrepoids, des installations et des grimpeurs, et afin de déterminer les procédures de construction. Les paramètres de la dynamique du câble comprennent la tension, le déplacement et l’allongement du câble dus aux grimpeurs, les masses du contrepoids et du câble, le vent et les charges fixes des installations. À l’aide d’une simulation informatique des équations du mouvement, nous avons conçu le système et déterminé le processus de construction… »
Il faudra environ 20 ans pour construire le câble, les impacts du vent ou de la force de Coriolis sur le déplacement du câble sont faibles, et il est essentiel de fixer une extrémité du câble à la surface de la terre, en appliquant toujours une pré-tension à l’extrémité terrestre. Selon le plan, un câble de 20 tonnes est déployé au départ, puis renforcé 510 fois par des alpinistes jusqu’à 7 000 tonnes, qui montent successivement pendant environ 18 ans. Les installations sont ensuite transportées et construites en un an. » (‘The Space Elevator Construction Concept’, November 4 2014)
Cependant, ils affirment également que « les niveaux technologiques actuels ne sont pas encore suffisants pour réaliser le concept, mais notre plan est réaliste et constitue un tremplin vers la construction de l’ascenseur spatial. » La simulation a été élaborée par les ingénieurs qui ont construit la plus haute tour autoportante du monde, la Tokyo Skytree, en 2012. Dans un article récent de Redshift/Autodesk sur l’ascenseur spatial d’Obayashi Corporation, le professeur Yoshio Aoki, du département d’ingénierie des machines de précision de l’université de Nihon, présente un autre aspect, mais adopte une note plus optimiste : « Nous n’avons toujours pas de mesures permettant d’aborder suffisamment les questions juridiques et de sécurité sur la manière de faire face à des menaces telles que le terrorisme. Il faudra aller de l’avant en gérant ces aspects difficiles. Mais si nous parvenons à surmonter ces problèmes et si davantage de sociétés nous soutiennent, je pense qu’un ascenseur spatial de transport de cargaison opérationnel est tout à fait possible dans les années 2030. » Le Consortium international de l’ascenseur spatial, conseillé par l’artiste Arthur Woods et David Raitt, ancien de l’ESA, est davantage un groupe de réflexion, mais il présente également des propositions concrètes. Ils annoncent sur leur site web. « L’ascenseur spatial moderne est plus proche que vous ne le pensez ! »
Il est bon d’entendre un tel optimisme dans une industrie qui est si attachée aux solutions à court terme. Le titre de ce livre, « Space Without Rockets (L’espace sans fusées – NDT) », évoque un rêve qui est encore loin d’être réalisable, mais qui n’en constitue pas moins un appel urgent à l’industrie spatiale pour qu’elle commence à investir sérieusement dans la recherche d’alternatives durables à la mise en orbite.
Note: Au moment où j’écrivais cet article, on m’a parlé d’une nouvelle technologie développée à SpacePort America, SpinLaunch, mentionnée par Ewen Chardronnet dans son introduction à cet ouvrage. Cette entreprise, qui a levé 110 millions de dollars de fonds, développe un accélérateur orbital qui envoie littéralement des véhicules dans l’espace. D’après leur site web : « SpinLaunch est une entreprise innovante de nouvelle technologie spatiale qui a créé une méthode alternative pour mettre en orbite basse des satellites de classe 200 kilogrammes. Contrairement aux fusées traditionnelles à base de carburant, SpinLaunch utilise un système de lancement cinétique basé au sol et alimenté par l’électricité, qui offre une approche nettement moins coûteuse et écologiquement durable de l’accès à l’espace ». Son premier lanceur d’essai de 33 mètres a lancé 4 coques en fibre de carbone à des vitesses supersoniques fin 2021 pour un coût de 7 millions de dollars. L’entreprise propose de construire un lanceur de 100 mètres capable d’atteindre une orbite d’ici 2025. Bien que SpinLaunch permette de faire sortir les coques de l’atmosphère pour les amener dans l’espace suborbital, il faudra toujours une petite fusée pour atteindre la vitesse de 28 000 km/h nécessaire pour entrer en orbite. L’espace sans fusée n’est donc pas encore tout à fait une réalité.
Acheter le livre Space Without Rockets sur le site UV Editions