SpaceShipTwo

Le SpaceShipTwo (ou « Vaisseau Spatial 2 ») est un prototype d'avion spatial suborbital créé par Virgin Galactic, une coentreprise entre le constructeur aéronautique américain Scaled Composites et le conglomérat anglais Virgin Group. Il prend la suite d'un autre prototype, le SpaceShipOne dont il reprend les principales caractéristiques : ailes en cantilever et moteur-fusée à propulsion hybride lancé en altitude par un avion porteur.

Six véhicules de ce type doivent être construits^[1] pour transporter des passagers fortunés (prix de la place est de 200 000 $) dans un bref vol suborbital (deux heures). L'avion spatial peut amener six passagers et deux pilotes à une altitude de 110 kilomètres environ^[1]. Les touristes spatiaux passeront 5 minutes en impesanteur^[1]. En comparaison, le SpaceShipOne du concours Ansari X-Prize ne pouvait emporter que 2 passagers, en plus du pilote.

WhiteKnightTwo et SpaceShipTwo lors d'un défilé aérien en octobre 2010

Le vol se subdivise en plusieurs phases : un avion porteur, le WhiteKnightTwo transporte l'avion-fusée à haute altitude, celui-ci est largué puis entame une montée à la verticale d'abord propulsé par son moteur-fusée puis sur l'inertie. Parvenu à une altitude d'environ 110 km, sa vitesse devient nulle et il commence à retomber. Sa chute, en quasi absence d'atmosphère et faible vitesse n'est pas freinée et les passagers se trouvent en situation d'impesanteur. Lorsque la densité de l'atmosphère ainsi que la vitesse de l'avion augmentent la forme de ses ailes qui ont été en partie basculées lui permet de descendre en restant à l'horizontale comme une feuille morte. Lorsqu'il arrive à une altitude où la densité de l'atmosphère est suffisante, ses ailes sont remises en position normale et l'avion spatial achève son vol à la manière d'un planeur. L'avion spatial n'est pas un vaisseau spatial : il atteint bien l'altitude des vaisseaux spatiaux, mais sa vitesse nulle ne peut pas lui permettre de se maintenir en orbite. Il faudrait pour cela que sa vitesse horizontale soit d'environ 7,7 km/s (soit 27'720 km/h).

Les essais en vol de l'avion porteur ont débuté en 2008. SpaceShipTwo a été présenté en décembre 2009 et a effectué son premier vol en mars 2010. Il est prévu que les premiers touristes spatiaux volent en 2011. La société Virgin Galactic annonce avoir déjà recueilli 300 réservations et 40 millions de dollars d'avances^[2].

Historique

L'avion porteur WhiteKnight 2 en vol sans l'avion spatial (2009)

SpaceShipTwo est le successeur du SpaceShipOne, qui était le premier avion spatial financé par des capitaux privés à avoir réussi un vol suborbital. A l'époque le fabricant de l'engin spatial concourrait au prix Ansari X-Prize. La conception et la construction du SpaceShipTwo sont assurées comme son prédécesseur par Burt Rutan et sa société spécialisée dans les prototypes d'avions et de fusées Scaled Composites. Le projet est financé par Virgin Galactic qui commercialise les futures excursions orbitales.

• Lors d’un test de moteur, le 26 juillet 2007, le réservoir de la fusée a explosé, tuant trois employés du fabricant.
• Les premiers vols d’essais du vaisseau White Knight Two, qui devra transporter le SpaceShipTwo jusqu’à une altitude de 15 kilomètres, ont commencé en décembre 2008^[3].
• Les premiers tests d’allumage des moteurs de l'avion spatial ont eu lieu en mai 2009^[4].
• Le véhicule spatial est présenté officiellement à la presse le 7 décembre 2009, en compagnie de Richard Branson^[5].
• Le premier vol d'essai a lieu le 22 mars 2010, au-dessus du désert de Mojave. Ce premier vol était captif (SpaceShipTwo est resté solidaire de l'avion porteur WhiteKnightTwo)^[6].

La mise en service

Les vols d'essais, qui doivent durer de 18 à 24 mois, ont commencé en mars 2010. L'objectif de la socité Virgin est de faire voler 500 personnes la première année et 50 000 en dix ans^[2]. Il est prévu que les premiers touristes spatiaux embarquent dans le SpaceShipTwo en 2011. Les premiers vols devraient partir du Spaceport America dans l'État du Nouveau-Mexique aux États-Unis^[7].

Caractéristiques techniques

Schéma d'un moteur-fusée hybride

L'avion spatial SpaceShip 2 présente plusieurs spécificités qui le distinguent d'un avion normal car il doit se déplacer à une altitude ou l'atmosphère est très ténue et ne peut pas fournir le comburant à un moteur et assurer la portance d'une aile normale.

Propulsion hybride

L'avion spatial monte jusqu'à une altitude de 110 km (environ 60 km en phase propulsée) ce qui nécessite de traverser une zone où l'atmosphère n'est pas suffisamment dense pour alimenter un moteur à réaction. Pour contourner cette contrainte l'avion spatial utilise un moteur-fusée hybride qui brule du protoxyde d'azote (liquide) et un dérivé du Polybutadiène hydroxytéléchélique (solide). Ce type de motorisation présente l'avantage de pouvoir fonctionner en l'absence d'atmosphère puisque le carburant et le comburant sont embarqués. C'est un compromis entre un moteur-fusée à ergols liquides et un propulseur à propergol solide. Par rapport à un moteur-fusée à ergols liquides, il est de conception plus simple et donc moins fragile et brûle des ergols moins dangereux, qui ne sont pas susceptibles d'exploser. Contrairement à un propulseur à propergol solide, la poussée du moteur peut être à tout moment modulée ou interrompue^[8].

Aile pivotante

Lorsque l'avion spatial redescend vers le sol, la première phase de sa chute se déroule dans une zone où les ailes n'ont pas une portance suffisante pour contrôler la trajectoire. Pour stabiliser l'avion en toute sécurité, Burt Rutan, le concepteur de l'avion, s'est inspiré de la forme du volant de badminton : une partie des ailes de l'avion spatial bascule à 65°. Durant cette phase du vol l'avion descend en feuille morte freiné par des plans perpendiculaires à la surface de l'aile: dans cette configuration, l'avion est stable, maintenu à l'horizontale et permet au pilote de manœuvrer. L'avion fusée dans cette position se déplace en opposant une surface maximum à sa progression notamment le dessous du fuselage et la partie des ailes se trouvant à l'horizontale : la trainée aérodynamique importante générée et la légèreté de l'avion construit entièrement en composite à base de fibre de carbone limitent sa vitesse et évite un échauffement excessif qui auraient nécessité une protection thermique couteuse et lourde des parties les plus exposées des ailes et du fuselage^[8].

Structure en composite à base de fibre de carbone

L'avion spatial comme son avion porteur WhiteKnightTwo sont entièrement construits en composite carbone, dont l'utilisation est la spécialité de Scaled Composites. Ce matériau permet d'abaisser le devis de poids et par conséquent de diminuer la quantité de carburant emporté, la puissance des moteurs et la taille des deux avions^[8].

Contrôle d'attitude

Dans les parties hautes de l'atmosphère l'avion spatial ne peut plus utiliser ses ailerons pour manœuvrer. Il dispose de petits moteurs-fusée qui permettent d'orienter l'avion pour suivre sa trajectoire ou donner un autre point de vue aux passagers^[9].

Dimensions

L'avion spatial est deux fois plus grand que SpaceShipOne (18 mètres de long, 12,8 mètres d'envergure^[10]) et peut emporter six passagers et deux pilotes. La cabine longue de 3,66 mètres et d'un diamètre de 2,29 mètres a la dimension de celle d'un avion d'affaires Falcon 900. Le fuselage est dépourvu de plancher pour fournir le plus grand volume possible en apesanteur. Chaque passager dispose de deux grands hublots, l'un sur le côté de la cabine, l'autre au-dessus de sa tête^[9].

L'avion porteur WhiteKnight 2

L'avion fusée de la génération précédente SpaceShipOne était transporté par son avion porteur sous le fuselage de celui-ci. Cette conception a été abandonnée pour l'avion fusée SpaceShipTwo car le fuselage de ce dernier, nettement plus volumineux, aurait nécessité que la garde au sol de l'avion porteur soit considérablement augmentée imposant un train d'atterrissage de grande taille. En conséquence l'avion spatial est accroché sous l'aile entre les deux fuselages de l'avion porteur. WhiteKnight 2 est capable de transporter une charge utile externe de 16 tonnes jusqu'à une altitude d'environ 15 km ce qui permet d'envisager sa réutilisation pour le lancement de satellite artificiel. Malgré son envergure (42,7 mètres) il peut effectuer des manœuvres avec un fort facteur de charge ou simuler des périodes d'apesanteur^[9].

Trajectoire

Les différences phases de vol de SpaceShip Two selon les documents fournis à la FAA

L'avion spatial effectue un vol en cloche qui lui permet à son apogée d'atteindre 110 km d'altitude. Le vol, qui dure en totalité deux heures, se décompose en plusieurs phases^[11] :

Montée jusqu'à l'altitude de largage

L'avion spatial est transporté par son avion porteur, WhiteKnightTwo jusqu'à l'altitude maximum de vol de celui-ci (environ 15 km). Il est alors largué.

Phase propulsée

L'avion fusée après une courte chute libre met à feu le moteur-fusée et entame une montée à la verticale. qui lui permet d'atteindre une vitesse maximum de 4 200 km/h. Les passagers subissent une accélération de 3,8 g ^[2],[12]. Parvenu à une altitude d'environ 60 km, le moteur-fusée, qui est arrivé au bout de son carburant (point d'inflexion), s'éteint et l'avion continue à monter sur son inertie, c'est le début de la chute libre, les passagers sont en situation d’apesanteur.

Ascension non propulsée et chute en apesanteur

Parvenu à 110 km d'altitude (plus si le nombre de passagers est réduit), la vitesse ascensionnelle de l'avion devient nulle. Celui-ci commence à chuter. Au début de la phase de descente, compte tenu de la vitesse relativement faible et de la densité très ténue de l'atmosphère, l'avion ne subit aucun freinage.

La chute en feuille morte

Avec l'accroissement de la vitesse et la densification de l'atmosphère, l'avion commence à subir un freinage atmosphérique. La partie des ailes qui pivote a été basculée à 65° alors que l'avion se situait au sommet de sa trajectoire, ce qui permet à l'avion de descendre selon une trajectoire contrôlée en spirale à la manière d'une feuille morte. Durant cette phase les passagers subissent brièvement une décélération de 6 g^[2].

La phase planée

Arrivé à une altitude supérieure à 12 km les ailes sont remises en position normale et l'avion entame un vol plané qui le ramène après quelques boucles à l'aéroport d'où avait décollé l'avion porteur.

L'avion spatial n'est pas un vaisseau spatial : il atteint bien l'altitude des vaisseaux spatiaux, mais sa vitesse nulle ne peut pas lui permettre de se maintenir en orbite. Il faudrait pour cela que sa vitesse horizontale soit d'environ 7,7 km/s (soit 27'720 km/h).

Développement

Une fois tous les tests effectués sur le SpaceShipTwo, six véhicules spatiaux devraient être construits, pour un montant de 450 millions de dollars^[1].

Le premier des cinq avions produits sera nommé VSS (Virgin Space Ship) Enterprise en l’honneur du célèbre vaisseau de Star Trek. Le second devrait être nommé VSS Voyager.

Deux avions-porteur White Knight Two seront construits. Le premier, baptisé Eve (d’après le prénom de la mère de Richard Branson), a été présenté à Mojave, Californie, le 28 juillet 2008. Son envergure est de 43 mètres et il peut voler à une altitude de 50 000 pieds (15,2 km). Il a effectué son premier vol en octobre 2008 et a volé avec le SpaceShipTwo en 2010.

Notes et références

1. ↑ ^{a, b, c et d} Le premier vaisseau pour « touristes » présenté au public - Le Monde, 9 Décembre 2009
2. ↑ ^{a, b, c et d} (en) SpaceShipTwo and WhiteKnightTwo Specs and Flight Profile - Parabolic Arc, 7 décembre 2009
3. ↑ (en) Virgin Galactic 'mothership' to take first flight - New Scientist, 12 décembre 2008
4. ↑ (en) SpaceShipTwo’s rocket motor test-fired for first time - New Scientist, 29 mai 2009
5. ↑ Virgin Galactic : Richard Branson dévoile la navette qui enverra des « touristes » dans l’espace - LaDépêche.fr / AFP, 7 décembre 2009
6. ↑ Article sur aerobuzz.fr
7. ↑ (en) Virgin Galactic : Spaceport America
8. ↑ ^{a, b et c} (en) Virgin Galactic : Safety
9. ↑ ^{a, b et c} (en) Virgin Galactic : Spaceships
10. ↑ (en) Virgin Galactic unveils Dyna-Soar style SpaceShipTwo design and twin-fuselage White Knight II configuration - Flight Global, 23 janvier 2008
11. ↑ (en) FAA : Semi- Annual Launch Report Second Half of 2009 - p.20 [PDF]
12. ↑ (en) The future SpaceShipTwo project details - Avionews.com [PDF]

Voir aussi

Sur les autres projets Wikimedia :

• « SpaceShipTwo », sur Wikimedia Commons (ressources multimédia)

Articles connexes

• White Knight Two, l’avion transportant le SpaceShipTwo
• Virgin Galactic, la société ayant créé le véhicule spatial

Liens externes

• (en) Site du voyagiste Virgin Galactic (détails techniques)
• (en) Site du constructeur Scaled Composites