Analyse des perspectives futures de l’industrie spatiale des lancements: technologies et économie

 

Cet article est consacré à l'analyse des perspectives et des orientations possibles pour le développement de l'industrie spatiale. Les auteurs sont des employés de Roscosmos et de l’Organization Agat.

• Dmitry Petrovich Smirnov, Unité d'étude de faisabilité pour les lanceurs et les infrastructures spatiales au sol, Agat Organization JSC ;
• Sergei Viktorovich Troshchenkov - Doctorat en physique et mathématiques, Département pour la mise en œuvre de programmes pour la création d'un complexe spatial STK de la société d'État "Roscosmos";
• Igor Viktorovich Pshenichnikov, Département des programmes prospectifs et du projet Sphère, Roscosmos State Corporation.

Avec le début de l'exploration spatiale, la bataille principale dans la course qui se déroulait était entre l'URSS et les États-Unis.

A cette époque, dans les meilleures années, le volume global de lancements a atteint 140 lancements par an.

Depuis la seconde moitié des années 1980, leur nombre total a diminué, en grande partie en raison de l'augmentation de la durée de vie active des engins spatiaux, de l'expansion de leurs fonctionnalités, ainsi que de l'arrêt des efforts pour réduire le coût des lancements.

En Russie, une nette tendance à la baisse, exacerbée par l'effondrement de l'URSS et une réduction du financement de l'industrie spatiale nationale, s'est poursuivie tout au long des années 1990.

Regain d’intérêt pour l’espace

La nouvelle vague d'intérêt pour l'exploration spatiale est venue avec l'explosion des technologies de l'information. Le développement rapide de la navigation, des communications, d'Internet, de la télévision par satellite a conduit à la création de constellations entières d'engins spatiaux d'un nouveau type.

Les systèmes terrestres de combat stratégiques et tactiques ont été immédiatement « liés » à ces groupements. Après tout, seuls ceux qui ont des technologies de ce niveau sont en mesure d'assurer la parité militaire, et donc leur propre sécurité.

Tout cela a obligé de nombreux pays européens, la Chine, l'Inde, le Japon et, bien sûr, la Russie et les États-Unis à rejoindre la course à l'espace avec une vigueur renouvelée et à développer intensivement leurs propres systèmes de transport spatial et constellations de satellites à des fins diverses.

Un marché limité

A ce jour, il existe une vingtaine de sociétés de développement de missiles dans le monde et une trentaine de lanceurs opérationnels (sans compter les versions).

Chaque pays disposant d'une charge utile en orbite réalise et réalisera des lancements nationaux avec ses propres systèmes, quel que soit leur coût. La logique est facile à suivre. Le maintien de notre industrie spatiale est une question d'importance nationale, où l'économie est un facteur important, mais loin d'être toujours exhaustif.

À cet égard, l'industrie des fusées et de l'espace est similaire aux industries de l'automobile et de l'aviation. Un pays qui défend sa souveraineté et son indépendance est simplement obligé de disposer d'une infrastructure de transport développée, tant terrestre qu'aérienne, et le marché commercial est déjà une conséquence des intérêts de l'État.

Une fois que les militaires ont satisfait leurs besoins en engins spatiaux bourrés d’électronique moderne et que les technologies sont passées au secteur civil, les hommes d'affaires (télévision, Internet, communications, etc.) ont afflué dans l'espace.

Il convient de garder à l'esprit que tous les lancements ne peuvent pas être qualifiés de commerciaux. En fait, de tels lancements (plus précisément disponibles dans le commerce) ne peuvent inclure que ceux dont les clients sont des pays qui ne disposent pas de leurs propres missiles, ce qui signifie que leur part est faible.

De toute évidence, par exemple, les satellites StarLink ne seront envoyés en orbite par aucun autre moyen de lancement que des fusées de la société mère SpaceX.

Billet trop cher

Pendant tout le développement des systèmes de transport spatial, l'économie de ces projets n’a pas été le plus souvent considérée.

Lorsque les fusées spatiales ont franchi la barre des 10 tonnes de charge utile en orbite basse, les gouvernements ont commencé à ressentir un léger inconfort face au coût du lancement.

Mais ensuite, le niveau de 20 tonnes a été conquis à la même altitude - et le prix de lancement a commencé non seulement à déranger, mais à entrer dans la tristesse et la mélancolie.

Le vrai choc s'est produit lorsqu'ils ont calculé combien il en coûterait pour livrer en série 100 tonnes en orbite terrestre basse, par exemple, avec une fusée SLS.

Même le gouvernement américain a frémi, c'est pourquoi le président révise déjà le programme lunaire national dans le but de réduire les coûts d'une manière ou d'une autre.

Dans le même temps, au stade du développement des missiles, tous les constructeurs clament haut et fort la nécessité d'un coût de lancement optimal et introduisent l'idée qu'ils seront certainement les plus économiques. C'est vrai que ça ne marche pas très bien.

Il n'est pas surprenant qu'il y ait un fort biais dans le rapport entre le coût des prestations du transporteur et l'appréciation globale de la mission.

En moyenne, le prix de lancement est de 50 à 100 % du coût de la charge utile lancée.

Dans les industries traditionnelles (automobile, ferroviaire, aéronautique), cette valeur est à moins de 10 % de la valeur de la marchandise transportée, compte tenu des frais de stockage, de gestion, etc.

La croissance des lancements n'est pas attendue

Si la création d'un certain nombre de constellations de satellites (par exemple, la navigation - positionnement) est généralement achevée, d'autres constellations orbitales continuent de se former. Il y a aussi des projets pour demain, notamment le programme russe Sphère. Lorsqu'elles sont évaluées globalement, un certain nombre de prédictions peuvent être faites.

• La demande de vols vers des orbites hautes (par exemple, GSO) est stable en raison de la nécessité de mettre à jour la flotte de véhicules, et les possibilités seront fortement limitées par la disponibilité des positions orbitales.
• On observe encore un regain d'intérêt pour les lancements en orbite basse. Mais se lancer sur de telles orbites n’est économiquement faisable qu’en grappes entières à la fois (y compris en raison de la faible zone de couverture d'un véhicule), mais aussi en lien avec le fait que ce marché va bientôt devenir saturé.
• Aucune percée majeure dans d'autres secteurs de l'économie qui nécessite un grand nombre de vols spatiaux n'est encore perceptible. Par conséquent, il est probable que dans un avenir proche, l'industrie spatiale mondiale se concentrera principalement sur le maintien des constellations existantes et la réalisation d'expériences visant à réduire le coût des services de communication par satellite et d'Internet pour les consommateurs.
• Une augmentation sérieuse des lancements n'est pas attendue au cours de la prochaine décennie, à moins que des ruptures technologiques ne se produisent dans des domaines connexes et/ou que la course aux armements ne s'accélère.
• L'industrie mondiale des systèmes de transport spatial est représentée par une large gamme de fusées, ce qui « mettra la pression » sur le coût des lancements (notamment commerciaux), en le diminuant progressivement.
• Tous les pays possédant leurs propres missiles défendront agressivement leurs marchés intérieurs (lancer leurs satellites nationaux et leurs satellites « commerciaux » avec leurs propres missiles, imposer des sanctions, etc.).

En fait, ces prévisions indiquent que l'industrie spatiale approche de la limite de l'amélioration des technologies utilisées. À une époque, presque toutes les industries mondiales assurant le transport se sont retrouvées dans une situation similaire : aviation, automobile, chemin de fer, etc. Avant de faire une percée, elles ont également atteint la limite technologique (ou plutôt la limite des principes de conception). Presque toujours, le bond de développement a été causé par une forte demande pour les services de l'industrie (souvent de la part des militaires). Et pendant la période de calme et de stagnation, il y a eu un développement tranquille en "absorbant" des technologies de domaines connexes à forte intensité scientifique (électronique, chimie, science des matériaux, etc.).

À cet égard, l'industrie spatiale mondiale n'est pas différente des autres. En termes de développement des systèmes de transport, il s'inscrit dans une tendance générale : il « absorbe lentement » les technologies d'autres domaines [l’exemple de l’automobile est particulièrement criant: il n’y a quasiment plus de progrès dans la technique automobile qui absorbe doucement les technologies numériques et de communication - NDLR KN]. Et une question naturelle se pose : et ensuite ? Où chercher des points de croissance ?

En regardant autour

Si vous examinez de près les tendances de l'économie mondiale, vous pouvez identifier plusieurs industries qui génèrent elles-mêmes une demande et ne nécessitent pas de fortes stimulations externes. L'informatique et la pharmacie/biotechnologie répondent clairement à ces critères. Leurs caractéristiques sont :

• Impact énorme sur de nombreux secteurs de l'économie;
• faible barrière à l'entrée sur le marché, investissements importants en R&D (pour les technologies de l'information) ;
• d'énormes investissements ciblés en R&D (15-25% du CA), notamment en pharmacie/biotechnologies.

Sur la base de ces observations, il est possible de formuler les étapes nécessaires pour promouvoir le développement des systèmes de transport spatial :

• « attirer » le plus de branches de l'économie possible dans l'espace, en réduisant le prix du « ticket d'entrée » (le coût d'aller dans l'espace). Ceci, à son tour, conduira à une réduction des coûts de création, d'exploitation et de maintenance des infrastructures orbitales spatiales et lancera de nouvelles vagues d'intérêt pour les activités dans l'espace, ce qui entraînera à nouveau une augmentation du flux de ceux qui le souhaitent et un augmentation du chiffre d'affaires financier.
• Fournir, selon les besoins des clients, des services spécialisés de transport et de service.

Vers la réutilisabilité

Pour abaisser la barrière, la première chose qui s'impose est la transition vers des systèmes de transport réutilisables. L'humanité a toujours créé des "choses" complexes et coûteuses précisément dans une conception réutilisable, et des produits très simples et ordinaires sont devenus jetables. La réutilisation est inhérente à la nature humaine elle-même.

Si vous regardez les modèles les plus avancés de fusées de classe lourde - Atlas V, Navette spatiale, Ariane 5, Delta IV - créés dans les années 1980 et 2000, le coût de leur lancement dépasse la barre des 150 millions de dollars, et la navette spatiale celui de 400 millions de dollars

Le lancement du lanceur SLS est désormais estimé à environ 1 milliard de dollars.

A titre de comparaison : le coût du nouvel Airbus A320 est d'environ 110 millions de dollars, et celui de l'Airbus A380 long-courrier 450 millions de dollars.

Des innovations annoncées dans cette catégorie de poids sont Vulcan, Centaur, Ariane 6  et dépassent également audacieusement la barre des 100 millions de dollars pour le lancement.

Si vous regardez les missiles russes, alors un seul lancement de la fusée Proton est comparable au coût du nouvel Il-76, qui, compte tenu de la parité de pouvoir d'achat, est proche de ses homologues étrangers.

En termes de complexité de conception et de fabrication (par exemple, si l'on évalue le nombre de pièces et d'unités d'assemblage), un avion de ligne commercial moderne est comparable à une fusée spatiale. Mais en même temps, ils ne se prêtent pas à la comparaison en termes de temps de fonctionnement. Les avions de ligne servent pendant 30 à 40 ans avec un temps de vol de 50 000 à 80 000 heures pour toute la durée de fonctionnement, alors que les fusées décollent une fois avec une durée de vie d'environ 10 minutes de vol.

Il est clair que les solutions de conception sont déterminées par le niveau actuel de développement de la science et de l'industrie. Cependant, ils dépendent encore plus de la tâche spécifique à accomplir. L'industrie spatiale est apparue, tout d'abord, pour atteindre des objectifs militaires pour la livraison de "produits jetables" en territoire ennemi. En termes simples, à l'époque, la tâche était formulée comme suit : fournir la plus grande charge utile possible. Combien ça coûtera? Peu importe, l'économie n'est pas le facteur le plus important.

Pour cette raison, les concepteurs ont été contraints de créer des missiles à usage unique avec des pièces jetables. Des écoles d'ingénieurs entières ont grandi, résolvant le problème dans un tel cadre, façonnant le vecteur de développement des systèmes de transport spatial pour les décennies à venir et inscrivant cette approche dans la mentalité des concepteurs modernes.

Alors peut-être qu'il est temps de changer de tâche ?

Dans une nouvelle formulation, cela pourrait ressembler à ceci : livrer une cargaison en orbite pour un coût minimal.

Et combien de tonnes allons-nous livrer en orbite? Peu importe, la capacité de charge n'est pas le facteur le plus important.

Considérant un large éventail de charges commerciales, toutes les fusées réutilisables trouveront leur niche et leurs clients. Et à l'avenir, peut-être, de tels missiles remplaceront leurs "frères" jetables du piédestal.

Traduction libre par Kosmosnews.fr. Les intertitres sont de la rédaction.

Source: Roussky Kosmos/Roscosmos