RD-180, le moteur le meilleur de sa classe: petit historique de son développement et de son exploitation

Le moteur RD-180 sur la fusée américaine Atlas.

Le moteur RD-180 sur la fusée américaine Atlas 3.

Il y a plus d'un quart de siècle, les Américains ont choisi le moteur russe RD-180 pour leurs lanceurs Atlas 5, qui sont l'épine dorsale des programmes spatiaux nationaux américains.

Le moteur a contourné tous les concurrents, étant inaccessible en termes d'efficacité et de coût. Ses caractéristiques n'ont pas encore été dépassées et les technologies de production se sont révélées trop dures pour l'industrie américaine.

Cette histoire a commencé en 1994, lorsque la société américaine Lockheed Martin a annoncé un concours pour un nouveau système de propulsion pour le lanceur Atlas 3. L'appel d'offres a réuni: Rocketdyne (USA) et deux entreprises russes - NPO Trud (maintenant - UEC-Kouznetsov , qui fait partie de United Engine Corporation) avec le moteur NK-33 et NPO Energomash (qui fait partie Roscosmos) avec le projet RD-180.

Après une analyse de deux ans des propositions, NPO Energomash a été déclaré vainqueur du concours au début de 1996. La décision a été prise, notamment en tenant compte du fait que l'unité de puissance proposée a été créée sur la base du moteur à propergol liquide RD-170 le plus puissant au monde, testé à plusieurs reprises en vol sur des fusées soviétiques Energia et Zenit.

Malgré le fait que le RD-180 à deux chambres a été créé sur la base du RD-170 à quatre chambres, étant en fait sa "moitié", la turbopompe et un certain nombre d'unités d'automatisation ont dû être refaites pour le nouveau moteur. Au départ, l'unification était de 70 à 75%, mais lors du développement du RD-180, les spécialistes de NPO Energomash ont trouvé des solutions de conception et technologiques plus avancées. Le degré d'unification a diminué, mais presque tous les paramètres du nouveau moteur ont changé dans le sens de l'amélioration de la qualité et de la fiabilité.

La rapidité du projet est incroyable. Le contrat de création a été signé en juin 1996 et déjà le 15 novembre de la même année, NPO Energomash a effectué le premier essai au feu du prototype. Le contrat de fourniture a été conclu en 1997, lorsque Lockheed Martin Corporation a annoncé son intention d'acheter 101 moteurs RD-180 pour 1 milliard de dollars.

Puisqu'il était prévu d'équiper les lanceurs américains d'un moteur russe, lançant, entre autres, des engins spatiaux gouvernementaux, le projet avait un partenaire en la personne de Pratt & Whitney pour faciliter le passage de toutes les procédures formelles. Les rôles étaient répartis comme suit. Toute la production de moteurs était entièrement en Russie, et le marketing et les ventes étaient assurés par la coentreprise RD-Amros créée par Pratt & Whitney et Energomash.

Les moteurs RD-170 / RD-171 , créés au bureau de conception d'Energomash en 1976–1985 pour les transporteurs Energia et Zenit, surpassent tous les moteurs de fusée étrangers à oxygène-kérosène en termes de poussée et d'impulsion spécifique.

Découverte de l'Amérique

Les livraisons aux États-Unis ont commencé à l'automne 2000, parallèlement à la certification. Un rythme aussi rapide s'explique non seulement par la relation avec le RD-170/171, mais aussi par le fait que le développement du RD-180 a commencé en 1993-1994. Le client et le fournisseur étaient si confiants dans l'efficacité du RD-180 que la quatrième instance a été choisie pour des essais en vol, ce qui est un événement sans précédent selon les normes de construction de moteurs.

Une caractéristique des termes de référence était la nécessité d'utiliser le RD-180 dans le cadre des transporteurs de classe moyen (Atlas 3) et lourd (Atlas 5). Le résultat a été la création d'un moteur universel RD-180, pouvant être installé sur n'importe quelle version de la fusée.

L'apparition du RD-180 pendant la période de crise des années 1990 a confirmé que la Russie n'avait pas perdu son statut de leader dans le domaine de la technologie des moteurs puissants à oxygène-kérosène. En outre, les capacités uniques de NPO Energomash à créer des unités de puissance de presque toutes les dimensions dans les plus brefs délais (3 à 3,5 ans) avec un petit nombre (10 à 15) d'exemplaires ont été soulignées.

Deux décennies d'exploitation

Le premier vol dans le cadre du lanceur Atlas 3 a eu lieu le 24 mai 2000 et la certification du RD-180 pour la fusée universelle Atlas 5 (avec le lanceur Delta IV, il a formé la base de la flotte américaine de lanceurs) a eu lieu le 11 août 2001. Le premier Atlas 5 lancé le 21 août 2002 Depuis lors, le moteur russe a été utilisé dans tous les programmes spatiaux américains importants utilisant les lanceurs Atlas 5.

Pour le travail dans le cadre du programme RD-180 les employés de NPO Energomash B. I. Katorguine, V. K. Chvanov, F. Yu. Chelkis, S. S. Golovchenko, V. N. Khoudyakov et V. I. Semyonov, en décembre 2003, ont reçu le prix d'État de la Fédération de Russie pour la science et la technologie.

À ce jour, le RD-180 a effectué 98 vols : six dans le cadre du lanceur Atlas 3 et 92 dans le cadre de l'Atlas 5. Le succès de toutes les missions a confirmé la plus grande fiabilité du développement national. Le contrat a pris fin en 2021, avec un total de 122 moteurs livrés en Amérique. Energomash a pleinement rempli ses obligations.

« Permettez-moi de vous rappeler que depuis le milieu des années 1990, ces livraisons sont assez actives. Tout d'abord, il s'agit du moteur RD-180, que la fusée Atlas 5 utilise comme soutien, et du moteur RD-181, qui est utilisé dans le premier étage de la fusée Antares. Pour le moment, nous avons un contrat, en 2022-2024, il était prévu de fournir en plus 12 moteurs RD-181 supplémentaires. Des négociations étaient également en cours avec les États-Unis sur la fourniture de moteurs RD-181M aux performances améliorées. Nous pensons que dans cette situation, nous ne pouvons pas continuer à fournir aux États-Unis nos meilleurs moteurs de fusée au monde, laissons-les voler sur autre chose - sur leurs balais. À tout le moins, nous gelons ces livraisons », a souligné Dmitry Olegovich dans une interview à la chaîne de télévision Rossiya 24.

Problèmes réels et imaginaires

Pendant le temps qui s'est écoulé depuis la première utilisation du RD-180 (plus de 20 ans) sur un transporteur américain, aucun problème sérieux n'a jamais surgi avec la fourniture de moteurs, malgré le fait que les relations russo-américaines ne se sont pas développées harmonieusement depuis la fin de la guerre froide.

En 2014, dans le cadre des événements en Ukraine, le Sénat américain a soulevé la question du remplacement des moteurs russes par des moteurs américains. Sous couvert de « renonciation à la dépendance russe », le complexe militaro-industriel américain a commencé à travailler dans trois directions. Premièrement, la possibilité d'augmenter et d'accélérer l'achat de RD-180 "à l'entrepôt" a été évaluée afin de créer un stock d'assurance de moteurs.

Deuxièmement, la possibilité de produire le RD-180 aux États-Unis était à l'étude. Le fait est que, conformément à la législation nationale, en plus des moteurs fournis par la Russie, les Américains ont reçu un ensemble complet de documentation de conception, technologique et de test. Mais même dans de telles circonstances, les tentatives répétées de démarrer la production du RD-180 aux États-Unis sous une licence russe n'ont abouti à rien. Les solutions de circuits et les technologies de fabrication, atypiques pour l'industrie américaine, auraient nécessité des dépenses importantes, plusieurs fois supérieures au coût d'achat en Russie.

La troisième direction concernait le développement d'une alternative pour remplacer le RD-180. Les toutes premières estimations montraient que cela nécessiterait au moins cinq à sept ans et plusieurs milliards de dollars. Les prédictions ont été plus que confirmées. Depuis 2014, l'oxy-méthane BE-4 de Blue Origin et l'oxy-kérosène AR-1 de Rocketdyne Aerojet sont considérés comme des prétendants. On pensait qu'avec une décision immédiate, l'un d'entre eux serait prêt pour les essais en vol en 2019-2020, mais ce n'était pas le cas ! Malgré les assurances concernant le "taux de développement élevé" du BE-4, il n'était pas prêt pour les essais en vol dans les délais spécifiés. De plus, l'étage de la fusée a dû être repensé et l'Atlas au kérosène s'est transformé en un Vulcan au méthane...

En général, le remplacement du RD-180 a déjà coûté un joli pactole aux Américains, et on ne sait pas encore s'il réussira. "Il est probable que les indicateurs de performance et de fiabilité élevés obtenus à l'aide du RD-180 pourront être reproduits bien au-delà de 2030", a déclaré l'un des rapports d'experts publiés aux États-Unis en 2019.

Selon Igor Arbouzov, directeur général de NPO Energomash:

"il est extrêmement irrationnel de consacrer beaucoup de temps, d'efforts et d'argent à créer quelque chose qui existe en Russie depuis plusieurs décennies, au lieu de travailler sur quelque chose de fondamentalement nouveau".

Les Américains estiment que le stock existant de RD-180 devrait leur suffire pendant cinq ou six ans. Mais le problème est que le moteur devra être préparé pour le vol sans l'aide des spécialistes russes. C'était la réponse de la partie russe aux sanctions imposées contre la Russie dans le cadre de la conduite d'une opération militaire spéciale en Ukraine.

Futur

La fin de l'épopée américaine du RD-180 ne signifie pas la fin de la carrière de cet exemple exceptionnel d'ingénierie, qui est toujours l'un des moteurs les plus avancés, combinant la plus grande fiabilité, une poussée élevée et la plus grande efficacité dans l'oxygène-kérosène classe. La combinaison de ces qualités rend le RD-180 extrêmement attrayant pour une utilisation dans les lanceurs des classes moyenne, lourde et super-lourde.

Igor Cherny

Source: Roussky Kosmos, Traduction: kosmosnews.fr

Le moteur RD-180 sur la fusée américaine Atlas.

Le moteur RD-180 sur la fusée américaine Atlas.

Le moteur RD-180 sur la fusée américaine Antares.

Le moteur RD-180 sur la fusée américaine Antares.

Le moteur RD-170 sur la fusée soviétique Zenit-M.

Le moteur RD-170 sur la fusée soviétique Zenit-M. Ce moteur est à l'origine du moteur RD-180.