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    Les navettes spatiales  
    noAuteur - noSource - 1971-05-13      
    La NASA traverse actuellement, on le sait,
une douloureuse crise de conscience
 
    A court d'argent - son budget ne vaut plus que la moitié de ce qu'il était en 1966 - en butte aux critiques les plus sévères de la part de la communauté scientifique américaine, bloquée enfin dans le ghetto des techniques Apollo qu'il faut à tout prix utiliser, l'administration spatiale américaine est en proie au dilemme le plus cruel.  
    Faut-il abandonner carrément les vols habités, au risque de se couper définitivement les grands ponts qui mènent à l'espace ?
Faut-il plutôt mettre l'accent sur les missions scientifiques, au risque de ne guère intéresser le grand public et de voit ainsi les crédits diminuer encore ?
Ou faut-il mener à terme le programme Apollo, tant bien que mal, en préparant l'avenir avec les moyens du bord ?
 
    Choix d'autant plus pénible que la NASA le voit se profiler à l'horizon depuis de nombreuses années, sans pouvoir faire quoi que ce soit.
Lancée en effet dans le course à la Lune en 1961, elle a été presque obligée de développer un matériel coûteux, difficilement adaptable à d'autres missions et très peu rentable.
Le souci de l'époque était plus de coiffer les Soviétiques au poteau que de placer d'utiles jalons sur la future route de l'espace…
 
    Aujourd'hui, le prix à payer est terriblement lourd : le quart du budget annuel est englouti dans les missions Apollo, dont les maigres résultats irritent de plus en plus la communauté scientifique; à l'exception de la mise en orbite du laboratoire du ciel, en 1973, la fusée Saturne ne souffre aucun reclassement, et c'est pour elle "la Lune ou rien"; enfin, chaque fois qu'un homme est lancé dans l'espace, ce sont 20'000 personnes qui doivent être sur les dents pour s'en occuper sans relâche.  
    Or il faut ajouter à cela que les Américains se livrent dans l'espace au gaspillage le plus inconvenant qui soit pour une nation où la rentabilité est passée au rang de divinité.
Il suffit de songer à ce qu'il advient d'une fusée Saturne V lors d'une expérience Apollo.
 
    Le premier et le deuxième étage - 800 millions de francs - sont largués plus ou moins vite dans l'océan Atlantique; le troisième étage, après avoir catapulté les astronautes sur leur orbite translunaire, va s'écraser sur la Lune; le module lunaire, la partie inférieure ne quitte plus le lieu d'alunissage et l'autre moitié, après avoir ramené les deux cosmonautes près de leur camarade, retourne s'écraser sur le sol lunaire; quand au module de service enfin, on sait qu'il est abandonné avant la rentrée dans l'atmosphère terrestre.
En définitive, des 2800 tonnes au décollage et des 1'200 millions de francs que totalisent la fusée Saturne et ses modules, seule la minuscule capsule Apollo - 5 tonnes et demi et 80 millions de francs - retourne aux mains des ingénieurs.
Et encore n'est-elle pas récupérable et récupérée que parce que les trois hommes s'y trouvent et non parce qu'il est prévu de la relancer dans l'espace.
 
Un douloureux virage   Gaspillage indécent, s'il en est, surtout à l'heure où la NASA en est réduite à compter ses dollars un à un.
Un revirement en profondeur du programme spatial américain devenait donc absolument nécessaire, et l'on y songe déjà depuis quelques années.
Or on ne change pas d'optique, en matière de recherche spatiale, comme on change de voiture; les investissement consentis depuis dix ans, les techniques développées à grands frais, les hommes en place, tout cela plaide sinon pour la continuité absolue, mais au moins pour une reconversion en douceur.
Et c'est ce "revirement en continu", ce douloureux virage, que les États-Unis espèrent réussir grâce à la navette spatiale.
 
    Du million de dollars que coûtait la satellisation d'un seul kilogramme à l'époque héroïque des premiers satellites Explorer, ils souhaitent descendre à 100 dollar seulement, soit dix fois moins que ce qu'autorisent actuellement les plus grosses fusées américaines.
Des 20'000 personnes mises en action pour répondre aux besoins énormes de logistique que réclament les missions habitées - cette logistique absorbe les 70% du coût d'une expérience - la NASA espère pouvoir en supprimer la moitié, en faisant appel aux techniques automatiques.
 
    Enfin, plutôt que d'assigner à chaque catégorie de fusée un type de mission très spécifique - donc hautement restrictif - on veut désormais disposer d'un véhicule infiniment plus souple d'emploi, susceptible de mener à bien n'importe quel genre d'expérience.
L'ancien administrateur de la NASA Thomas Paine disait de la navette spatiale qu'elle devait constituer "la pierre angulaire des prochains programmes spatiaux des États-Unis".
Sans déformer sa pensée, on peut aller au-delà et prétendre même qu'elle deviendra la "bonne à tout faire" de la recherche spatiale américaine, tant seront nombreuses ses possibilités et économique sa mise en service.
 
    Pour cela, un certain nombre de choix s'imposent. Le plus élémentaire est naturellement de développer un type de véhicule intégralement récupérable, afin de mettre un terme au gaspillage commis actuellement au niveau des lanceurs.
Un véhicule qui ferait effectivement la navette entre la Terre et diverses orbites. Une centaine de fois.
Avec, pour seules opérations techniques entre deux vols, un rapide "check" à l'image de ce que subissent les avions, et… le plein de carburant.
 
    Économie substantielle, s'il en est, face aux techniques actuelles. Or l'économie est ici de beaucoup plus vaste portée qu'on ne l'imagine au premier abord, et elle risque bien d'imposer à la recherche spatiale une nouvelle révolution : la révolution de la simplicité.
En effet, alors qu'il est nécessaire aujourd'hui de doter les satellites d'innombrables sécurités, de doubler leurs circuits les plus importants, et de rendre leurs mécanismes hautement redondants, l'avènement de la navette spatiale devrait permettre, à l'extrême, d'envoyer dans l'espace n'importe quel instrument de série. Devrait-il tomber en panne là-haut qu'il ne serait pas perdu comme actuellement, mais que l'on pourrait "monter" le réparer, à l'aide de la navette, ou de le ramener au constructeur.
Image toute théorique, bien sûr, puisque l'utilisation d'une navette, tout en étant relativement bon marché, n'en sera pas gratuite pour autant…
 
La démocratisation
de l'espace
  Tous les aspects de ce véhicule révolutionnaire n'ont pas encore été définitivement arrêtés par la NASA.
C'est même dans les prochaines semaines qu'elle doit effectuer un nouveau choix : à partir des quatre conceptions que viennent de lui proposer McDonnell Douglas et North American Rockwell, au terme des onze mois qu'a duré la deuxième phase de recherche, dite "de définition", les spécialistes de la NASA vont devoir sélectionner deux engins.
Et c'est à partir de ces deux véhicules - qui ne seront pas forcément deux des propositions issues de l'industrie, mais peut-être le fruit d'une savante combinaison - que l'on procédera à la construction de prototypes, puis au développement final d'un seul engin.
Cependant le peu qu'il nous a été permis d'entrevoir par-delà les essais en souffleries, ou sur certaines planches à dessins, est déjà suffisamment révolutionnaire pour emporter l'enthousiasme.
 
    Selon les termes du contrat de 35 millions de francs suisses que la NASA a passé avec chacun des deux constructeurs, la future navette spatiale devrait être capable tout d'abord de placer 11 tonnes sur une orbite d'environ 200 km 'altitude, inclinée à 55 degrés sur le plan équatorial (pour assurer la meilleure couverture des terres habitées).
Elle devrait permettre en outre de mener à bien une mission d'une semaine et de ne nécessiter qu'un laps de temps égal pour être préparée à un nouveau lancement : une cadence d'un départ tous les quinze jours serait ainsi possible, pour un prix unitaire que l'on estime à quelques dix millions de francs suisses.
 
    La NASA tient par ailleurs à ce que la navette spatiale puisse être utilisée par tout un chacun et que la porte de l'espace soit beaucoup plus largement ouverte qu'elle ne l'a été jusqu'à présent.
Il faut, par exemple, que les savants les plus éminents - qui ne sont pas forcément les plus sportifs… - puissent gagner sans difficulté, lorsqu'elles existeront, les station spatiales scientifiques.
Aussi la NASA a-t-elle souhaité que les navettes qui lui seraient proposées n'entraînent pas pour ses occupants une accélération supérieure à 3 g, soit trois fois celle que nous subissons quotidiennement sur Terre.
Enfin, l'administration spatiale américaine désire que le véhicule préposé soit automatisé et électronisé au maximum, afin de réduire sensiblement - comme nous l'avons dit précédemment - la charge financière de la logistique.
 
    La marge de manoeuvre, on le voit, n'était plus bien grande pour les deux industries chargées de résoudre ce casse-tête…
Peu surprenant en conséquence que les diverses propositions déposées récemment sur le bureau de la NASA soient finalement très peu différentes sur le fond.
Chacun a retenu ainsi un ensemble de deux étages récupérables, répondant en cela d'ailleurs à un voeu officiel de la NASA : elle a délibérément confié à d'autres grands industriels (Lockheed et Grumman notamment) l'étude de solutions parallèles, au nombre desquelles des navettes à "un étage et demi" ou semi-récupérables…
 
    Ces deux étages, bien entendu, seraient lancés comme le sont lancées les fusées actuelles, verticalement et devraient assurer respectivement les deux phases principales du vol, le transport à haute altitude, puis la mise sur orbite proprement dite.
Ce qui est moins commun cependant est la façon dont ils sont accrochés l'un à l'autre. Au lieu d'être placé à la suite du premier étage, en effet, le second véhicule est tout simplement fixé… sur son dos.
Ainsi, arrivés tous deux à 65 km d'altitude, ils peuvent se séparer en douceur, le propulseur principal - premier étage - redescendant vers la Terre, alors que l'étage orbital peut prendre le relais de la propulsion et gagner l'orbite qui lui a été assignée.
 
    Or ces véhicules, pour mériter leur appellation, doivent être capable de regagner la Terre sans dommage afin d'être réutilisés et d'effectuer véritablement la navette.
C'est alors que, quittant l'aspect de fusées qu'ils avaient revêtu pour le départ, ils se métamorphosent en avions.
Sans grands changements pour certains conceptions où la géométrie ne varie pas, ou au prix d'une très petite manoeuvre - le déploiement d'ailes rétractables - pour les autres solutions techniques retenues.
Dans les deux cas, le véhicule se laissera retomber librement sur le ventre - de 65 ou 200 km d'altitude - en comptant sur l'atmosphère pour effectuer le freinage.
Et ce n'est que dans cette phase ultime, dès 15 km d'altitude environ, que les moteurs se remettront en marche, autorisant l'engin à se poser tel un avion conventionnel, à quelques 300 km à l'heure, et sur l'aéroport de son choix.
 
1500 degrés durant
quarante-cinq minutes
  De son choix, ou presque… Ce fut là d'ailleurs une controverse qui est désormais apaisée, mais ont les séquelles techniques se feront fortement sentir : le 18 février 1970, la NASA passait un accord de collaboration avec l'armée de l'air américaine pour la mise au point de la navette; or si les deux institutions s'entendaient sur l'essentiel des caractéristiques à retenir pour cet engin révolutionnaire, elles n'étaient pas d'accord en revanche quand à la liberté de manoeuvre qu'il fallait lui accorder pour sa rentrée sur Terre.  
    La NASA se serait contentée d'un couloir de rentrée d'environ 500 km de large, alors que l'US Air Force exigeait, pour des raisons stratégique, 2800 km de déport latéral.
Il y a quelques mois, la force des militaires - et de leur budget, détail non négligeable - a tranché : la future navette spatiale rentrera dans un couloir de 2800 km de large, auquel sa manoeuvrabilité devra être adaptée.
C'est là que l'on butte alors sur la première grande difficulté qu'ont dû résoudre les industriels : car en choisissant de passer sous les Fourches Caudines de l'armée de l'air, la NASA a opté pour une véhicule qui devra subir l'enfer de la rentrée - jusqu'à 1500 degrés à certains endroits - durant quarante-cinq minutes. Contre un quart d'heure à peine dans l'autre cas.
Au niveau de la quantité de chaleur résultant de cet échauffement prolongé, une augmentation de 400%.
Gageure technique que de vouloir survivre - cent fois - à un tel enfer.
D'autant qu'il n'est plus possible de retenir les solutions éprouvées lors des expériences Apollo; le module de commande est protégé par des matériaux ablatifs, dont la décomposition prend en charge l'intense échauffement, mais que l'on ne peut guère retenir dans l'optique d'une réutilisation systématique.
Les deux industriels ont dû faire appel alors à une myriade de matériaux hautement exotiques; certains entièrement nouveaux, d'autres expérimentés durant quelques minutes seulement sur des avions militaires, mais tous de fabrication et de traitement extrêmement délicats.
 
    Pour l'ensemble des solutions déposées il y a quelques jours à la NASA, une dizaine de matériaux spéciaux ont été suggérés, qui devraient couvrir des domaines de température s'échelonnant de 150 à 1'400° C.
Une dernière idée sera donnée de l'ampleur de ce problème lorsqu'on aura dit que 145 millions de francs ont déjà été consacrés aux seules études préliminaires.
 
    L'échauffement lors de la rentrée dans l'atmosphère n'est cependant pas le seul noeud gordien que les constructeurs aérospatiaux ont dû s'efforcer de trancher.
Il est en effet rattaché lui-même au chois délicat de la géométrie; la navette sera-t-elle plutôt un avion lancé verticalement, ou une fusée atterrissant verticalement ?
Dilemme, puis compromis à nouveau, comme c'est fréquemment le cas en matière de recherche spatiale.
 
    Pour le propulseur principal, chaque constructeur a porté son choix sur une géométrie différente; alors que North American Rockwell a conservé de l'avion classique un souvenir - deux petites ailes et un aileron en V - McDonnell Douglas a préféré ce que l'on pourrait nommer la "fusée aplatie", géométrie se rapprochant sensiblement de l'aile delta de certains avions militaires rapides.
C'est sur cette sorte de géométrie que les deux constructeurs ont également porté leur choix, unanime cette fois, pour l'étage orbital à large couloir de rentrée.
 
    suite…  
       
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