Pourquoi un étage d’injection est-il nécessaire ?…et les limites de Starship

Pourquoi un étage d'injection est-il nécessaire pour lancer des sondes lunaires ou interplanétaires ?

Il y a exactement 55 ans, Luna-16 revenait sur Terre avec ses cent premiers grammes de sol lunaire.

L'étage supérieur, le Bloc D, l'avait lancé sur une trajectoire en direction du satellite de la Terre.

Cet étage supérieur a d'abord été conçu lors de la course à la Lune comme quatrième étage (d'où sont nom "D") de la fusée lunaire N-1.

Ensuite il a été utilisé sur le lanceur Proton et Zenit et a donné toute une génération de quatrièmes étages pour lanceurs lourds. Sans eux, l'exploration de la Lune, de Mars et de Vénus, et d'ailleurs le lancement de satellites de communication en orbite géostationnaire, n'auraient peut-être jamais eu lieu.

Pour rappel, la fonction principale de l'étage supérieur est d'obtenir une vitesse suffisante et d'effectuer de multiples activations en orbite terrestre, dans le vide spatial et en apesanteur.

Il est similaire à l'étage supérieur d'un lanceur, mais en plus complexe.

Aujourd'hui, les étages supérieurs sont le plus souvent utilisés pour lancer des satellites en orbite géostationnaire (35 700 Km).

Y amener un vaisseau spatial nécessite une quantité importante de carburant, sans parler des trajectoires de décollage vers d'autres planètes. En allumant le moteur plusieurs fois, l'altitude, l'inclinaison et d'autres paramètres orbitaux peuvent être ajustés.

Le moteur du Bloc D a notamment été conçus pour sept allumages.

En avril dernier, le premier lancement depuis Vostochny du lanceur Angara-A5 a eu lieu avec, comme quatrième étage, le bloc DM-03. Comme l'a rapporté Roscosmos, cette dernière version du bloc D, et son lanceur attendent actuellement leur tour à Baïkonour [sur le nouveau lanceur Soyouz-5].

La tendance actuelle dans le secteur spatial est de concevoir, pour l'orbite basse terrestre, des lanceurs à seulement deux étages (et non pas trois) et éventuellement de rajouter un étage d'injection. Le lanceur Soyouz-5 en sera un exemple russe mais ils sont nombreux ces lanceurs dans le monde à adopter ce principe.

Il est à noter que cela est possible au prix d'une perte d'efficacité compensée par une simplification technologique.

Rappelons en effet que le principe des fusées à étages est de s'affranchir, à chaque étape, de la masse des contenants en ergols utilisés, contenants devenus inutiles. 

Réduction du coût de lancement oblige, la simplification de la fabrication et du fonctionnement de deux étages seulement et les systèmes de séparation durant le lancement s'imposent. L'autre tendance est à récupérer et à réutiliser le premier étage, ce qui cependant rajoute de la complexité mais économise du matériel.

SpaceX avec le complexe Starship va plus loin: non seulement il réduit le nombre d'élément à deux également, compte récupérer le premier étage mais donne au second étage également la fonction de vaisseau spatial ou charge utile (livraison de satellites)...en orbite terrestre basse.

Les derniers mots de la phrase précédente sont importants: Starship n'est pas en mesure actuellement de rallier l'orbite lunaire ou encore marsienne. Pour cela il faudra ravitailler Starship en carburant, et ce, avec plusieurs Starship "citernes".

Les limites du concept de Starship sont là: à force de sous-estimer les lois de physique astronautique (ou de les masquer) en privilégiant le look de son matériel par rapport à l'efficacité énergétique, SpaceX ne va-t-il pas se trouver dans une impasse? Réussira-t-il à dépasser l'orbite terrestre ? Et à quel coût pour la Planète ? Il dispose de milliards, mais ces milliards, ne l'oublions pas ont été obtenus sur le dos de la Planète et de ses occupants, et l'activité spatiale n'apparaît-elle pas dans ce cas comme comme dispendieuse ?

Source: Energuya/Roscosmos et kosmosnews.fr; Crédits photographiques: Energuya/Roscosmos