Electron (fusée)

Electron est un micro lanceur conçu pour placer en orbite de petits satellites et développé par la société Rocket Lab en Nouvelle-Zélande. Son premier vol a eu lieu en 2017. Ce lanceur présente plusieurs particularités originales comme l'utilisation de moteurs électriques pour faire tourner les turbopompes, une structure réalisée majoritairement en matériau composite à base de fibre de carbone pour alléger sa masse et le recours systématique à l'impression 3D pour la fabrication des composants de ses moteurs-fusées. Electron est un lanceur bi-étages de 18 mètres de haut, de 1,2 mètre de diamètre et d'une masse de 12,5 tonnes. La propulsion est assurée par des moteurs-fusées développés par le constructeur brûlant un mélange de kérosène et d'oxygène liquide. Le lanceur est conçu pour placer une charge utile de plus de 150 kilogrammes sur une orbite héliosynchrone (environ 500 km). Le vol est commercialisé au prix de cinq millions de dollars américains.

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Electron
Microlanceur spatial

Lancement d'une fusée Electron en 2020
Données générales
Pays d’origine Nouvelle-Zélande
États-Unis
Constructeur Rocket Lab
Premier vol
Période développement 2014-2018
Statut Opérationnel
Lancements (échecs) 20 (3 échecs)
Hauteur 18 mètres
Diamètre 1,2 mètre
Masse au décollage 12 500 kg
Étage(s) 2
Base(s) de lancement Mahia, Nouvelle Zélande
Charge utile
Orbite basse 225 kg
Orbite héliosynchrone 150 kg
Motorisation
Ergols LOX + RP-1
1er étage 9 x Rutherford
Poussée : 162 knewtons
2e étage 1 x Rutherford optimisé pour le vide
Poussée : 22 kN
Missions
Mettre sur orbite des nanosatellites

Le constructeur du lanceur Electron, la société Rocket Lab, est créée en 2006 par l'ingénieur Peter Beck dans le but de fabriquer et commercialiser des fusées-sondes. La décision de développer le lanceur Electron découle d'une étude réalisée au début de la décennie 2010 pour le compte du département de la Défense des États-Unis. Rocket Lab décide de se positionner sur le marché du lancement des nanosatellites (satellites d'une masse maximale de quelques dizaines de kilogrammes), en tablant sur une forte croissance de ce segment. La société développe l'Electron à l'aide de fonds privés fournis par des sociétés américaines et néo-zélandaises. En 2015, la NASA passe commande d'un vol d'essai avec l'objectif d'évaluer l'utilisation du lanceur Electron pour la mise en orbite de ses nanosatellites. Après un premier vol infructueux en 2017, le lanceur, lancé depuis un site aménagé par la société dans la péninsule de Mahia (Île du Nord en Nouvelle-Zélande), réussit à placer sa charge utile en orbite le 21 janvier 2018.

Historique

Rocket Lab constructeur de fusées-sondes

Le lanceur Electron est développé par la société aérospatiale Rocket Lab créée en juin 2006[1] en Nouvelle-Zélande par l'ingénieur aérospatial Peter Beck. La société a fait ses débuts en développant la fusée-sonde Ātea-1 lancée pour la première fois avec succès en novembre 2009.

Développement du lanceur Electron

En décembre 2010, le constructeur néo-zélandais obtient un contrat auprès de l'Operationally Responsive Space Office (ORS), un service du département de la Défense des États-Unis chargé de mettre à disposition des solutions de lancement de petits satellites souples et économiques. Celui-ci lui demande d'étudier la conception d'un lanceur léger à faible coût spécialisé dans le lancement de nanosatellites (satellites d'une masse maximale de quelques dizaines de kilogrammes comprenant les CubeSats). Le développement du lanceur Electron est décidé en reprenant l'objectif d'abaissement des coûts de lancement des nanosatellites, dont le marché est en pleine expansion. Ces petits satellites sont jusque-là placés en orbite en tant que charge utile secondaire par des lanceurs traditionnels[2]. Electron vise à fournir une solution plus souple que celle de ces lanceurs. De par sa conception, le lanceur est optimisé pour une fréquence de tirs élevée et pour la desserte de l'orbite héliosynchrone. Rocket Lab table à l'époque sur une croissance de 60 % de ce marché au cours des cinq années à venir. L'Electron est commercialisé avec un coût de lancement de cinq millions de dollars américain. Il peut placer une charge utile totale de 150 kg sur une orbite héliosynchrone (environ 500 km) et de 225 kg sur une orbite terrestre basse. Le financement du développement du nouveau lanceur, évalué à 100 millions de dollars américains, est fourni par plusieurs sociétés de capital risque américaines et néo-zélandaises[3].

Durant l'année 2015, Rocket Lab a effectué 87 tirs de fusées-sondes qui lui permettent d'accumuler une grande expérience. À cette date, les moteurs-fusées Rutherford, qui doivent propulser le nouveau lanceur, subissent avec succès de nombreuses mises à feu sur banc d'essais et un premier lancement de l'Electron est alors prévu fin 2015. En octobre 2015, la NASA annonce qu'elle décide de financer le développement du lanceur néo-zélandais ainsi que celui de deux autres mini-lanceurs pour disposer d'un lanceur adapté à la mise en orbite des satellites CubeSats. Rocket Lab doit recevoir, de la NASA, 6,9 millions de dollars américains pour réaliser un vol orbital de démonstration d'ici avril 2018[4].

Implantation sur le territoire américain

Pour capter une clientèle majoritairement américaine (DARPA, Aerojet Rocketdyne et Lockheed Martin), la société installe officiellement son siège social à Los Angeles en 2013, le site de conception et de fabrication restant en Nouvelle-Zélande[2]. Un site de 14 000 m2 réunissant un atelier d'assemblage et le siège social est créé au 14520, Delta Lane au Huntington Beach en Californie à cette date[5]. En octobre 2019, la société emploie 500 personnes dont 400 en Nouvelle-Zélande[6].

Vol inaugural (25 mai 2017)

Le premier des trois tirs d'essai, baptisé « It's a Test », est effectué le [7],[8]. Le vol n'emporte aucun satellite mais seulement une masse inerte et des instruments de mesure destinés à évaluer le comportement du lanceur en vol. L'orbite visée est 300 x 500 km avec une inclinaison orbitale de 83°. Les différentes phases semblent se dérouler correctement. Les séparations des étages puis de la coiffe se déroulent comme prévu mais le lanceur ne parvient pas à placer en orbite sa charge utile[9].

L'analyse des télémesures transmises durant le vol permettent par la suite de déterminer l'origine de la défaillance. Le lanceur est monté jusqu'à une altitude de 224 kilomètres mais 4 minutes après le décollage, le sous-traitant chargé de la réception des télémesures perd le contact avec le lanceur. En application des procédures de sûreté standard, les opérateurs déclenchent les commandes de destruction du lanceur. Au moment de sa destruction, le lanceur suit la trajectoire prévue et son fonctionnement est normal. La perte des télémesures découle d'une erreur dans le paramétrage de la transmission. Le code correcteur (typiquement transmission de bits de parité), qui permet de corriger les erreurs de transmission, n'est pas activé. Le problème est apparu lorsque la distance s'est accrue réduisant le rapport signal sur bruit dans la transmission et introduisant des erreurs rendant illisible les données émises par les systèmes du lanceur. Selon le constructeur d'Electron, la correction de cette erreur est très simple[10].

Premier succès (21 janvier 2018)

Pour le vol suivant, Rocket Lab corrige le mouvement de rotation excessif du lanceur qui s'est manifesté durant le vol. Le premier vol hormis ce point s'est bien déroulé et la seule modification apportée au lanceur est l'allongement du réservoir du deuxième étage de 50 cm, ce qui permet de prolonger la durée de fonctionnement de 50 secondes. Ce deuxième vol, baptisé « Still Testing », est retardé 6 fois entre décembre 2017 et janvier 2018 en raison des conditions météorologiques, du trafic orbital, des lanceurs et des problèmes de sécurité de l'aire de répartition[10],[11]. Il a finalement lieu le 21 janvier 2018 et place avec succès sa charge utile sur une orbite héliosynchrone. Sa charge utile est constituée par trois satellites CubeSats : 2 Lemur conçus pour le suivi de navires et un Dove[12].

Développement d'une version réutilisable

Pour faire face à la cadence élevée des lancements (3 vols ont lieu en 2018 et 6 en 2019), Rocket Lab étudie la réutilisation du premier étage. L'objectif n'est pas de réduire les coûts. Il n'est pas prévu qu'à l'image de la Falcon 9, l'étage remette à feu ses moteurs pour ralentir. La version réutilisable aurait donc une charge utile à peu près similaire à la version actuelle (225 kg en orbite basse). Le scénario de récupération début août n'est pas complètement figé. Il repose sur l'utilisation d'un parachute et sans doute le recours à un hélicoptère pour récupérer l'étage et le déposer sur un navire positionné au large des côtes. La base de l'étage et les moteurs doivent être modifiés pour résister aux températures subies durant le retour sur Terre. Le premier vol de la version réutilisable pourrait avoir lieu en 2020[13].

Caractéristiques techniques


Electron est un lanceur bi-étages de 17 mètres de haut et de 1,2 mètre de diamètre dont la structure est réalisée majoritairement en matériau composite à base de fibre de carbone pour alléger sa masse. La masse totale au lancement est de 12,55 tonnes. Reprenant l'architecture du lanceur Falcon 9, les deux étages sont propulsés par le même modèle de moteur-fusée à ergols liquides brûlant un mélange de kérosène et d'oxygène liquide. Ces moteurs, mis au point par le constructeur de l'Electron et baptisés Rutherford, utilisent des turbopompes qui ne tournent pas grâce à des turbines à gaz mais sont entraînées par des moteurs électriques sans balais. Cette technique permet d'obtenir un rendement de 95% au lieu des 50% habituels d'un cycle générateur de gaz et simplifie de manière significative la construction des moteurs en limitant le nombre de pièces (vannes, tuyauterie) tout en réduisant les contraintes thermodynamiques. Les deux moteurs électriques associés à chaque moteur-fusée, de la taille d'une canette, tournent à 40 000 tours par minute en fournissant une puissance de 50 chevaux. Ils sont alimentés par des accumulateurs lithium-ion. La chambre de combustion du moteur est fabriquée en utilisant l'impression 3D[14]. Le moteur Rutherford mis en œuvre au niveau du premier étage a une poussée au sol de 18 kilonewtons (kN) et de 21 kN dans le vide avec une impulsion spécifique de 303 secondes. Chaque moteur consomme environ 7 kilogrammes d'ergols par seconde lorsque sa poussée est nominale[15],[3].

Le premier étage est haut de 12,1 mètres pour un diamètre de 1,2 mètre et une masse à vide 950 kg. Sa masse au lancement est de 9,25 tonnes. Le premier étage est propulsé par huit moteurs Rutherford disposés en cercle plus un moteur situé au milieu. La poussée totale au décollage est de 162 kilonewtons avec un pic de 192 kN lorsque l'atmosphère se raréfie. L'énergie est fournie par 13 accumulateurs lithium-ion installées à la périphérie de la jupe arrière de l'étage. Les accumulateurs fournissent 1 mégawatt durant la phase propulsée de l'étage qui dure environ 152 secondes. Les ergols sont injectés dans les turbopompes en étant mis sous pression par de l'hélium. Le contrôle d'attitude du lanceur est réalisé en agissant sur l'orientation de chacun des 9 moteurs. Après l'extinction des moteurs, l'étage est largué à l'aide d'un système pneumatique développé en interne[15]

Le second étage est long de 2,4 mètres pour un diamètre de 1,2 mètre et une masse à vide de 250 kg. Il emporte 2 150 kg d'ergols. Il est propulsé par un unique moteur Rutherford comportant une tuyère allongée et ayant une poussée de 22 kN avec une impulsion spécifique de 333 secondes. La phase propulsive dure environ 310 secondes. L'énergie est fournie aux turbopompes par 3 accumulateurs lithium-ion, dont deux sont largués en cours de vol après épuisement de leur charge pour réduire la masse à propulser. Le moteur est orientable pour le contrôle en lacet et roulis. Un propulseur à gaz froid est utilisé pour le contrôle du roulis durant la phase propulsée et pour le contrôle d'attitude dans les 3 axes durant les phases non propulsées. La coiffe réalisée en matériau composite a un diamètre de 1,2 mètre pour une hauteur de 2,5 mètres et une masse de 50 kg. Son largage est réalisée par un système pneumatique qui la sépare en deux demi-coques. Le volume disponible sous la coiffe permet d'accueillir les satellites de la classe prise en charge par le lanceur. Le lanceur est conçu pour que le client puisse réaliser dans ses propres installations l'intégration de la charge utile dans la coiffe. Le composite résultant est alors envoyé dans un conteneur climatisé à Rocket Lab qui peut le placer au sommet du lanceur en quelques heures. Cette offre permet également de répondre aux contraintes de confidentialité des charges utiles du gouvernement américain[3].

Le lanceur Electron et les autres lanceurs de nanosatellites en cours de développement (mise à jour : 14 avril 2019)
Lanceur : Electron LauncherOne Vector-R SPARK SS-520
ConstructeurRocket LabVirgin OrbitVector Space SystemsUniversité d'Hawaï
Laboratoires Sandia		JAXA
Pays Nouvelle-Zélande¹ États-Unis Japon
Charge utileOrbite terrestre basse : 225 kg
Orbite héliosynchrone : 150 kg		Orbite terrestre basse : 500 kg
Orbite héliosynchrone : 300 kg		Orbite héliosynchrone : 50 kgOrbite héliosynchrone : 275 kgOrbite terrestre basse : 4 kg
StatutOpérationnelTests en volEn développementTests en volTests en vol
Premier vol20172020Prévu en 201920152017
Vols / Échecs13/22/101/12/1
Masse12,5 tonnes~30 tonnes5-6 tonnes25 tonnes2,6 tonnes
DimensionHauteur :14 m, Diamètre : 1,2 mH : ~21 m, D : 1,8 mH : 12 m, D : 1,2 mH : 18 m, D : 1,32 mH : 9,54 m, D : 0,52 m
Autres caractéristiques techniquesTurbopompes électriquesLanceur aéroportéDérivé de la fusée-sonde StrypiDérivé d'une fusée-sonde
Cout d'un lancement5 millions de dollars américainsvisé : 12 million de dollars américains 1,5 million de dollars américains
¹Société américaine d'un point de vue juridique

Installations de lancement
Le Rocket Lab Launch Complex 1, le 3 septembre 2016.

Rocket Lab construit en 2016 une base de lancement en Nouvelle-Zélande dans la péninsule de Mahia sur l'île du Nord sur la côte de l'océan Pacifique qui est inaugurée le 26 septembre 2016. Le Rocket Lab Launch Complex 1 (en) permet d'effectuer des tirs permettant d'atteindre toutes les orbites pertinentes pour la clientèle visée en particulier l'orbite héliosynchrone utilisée par les satellites d'observation de la Terre. Le site de lancement comprend une station de poursuite, un hangar permettant l'assemblage du lanceur et une aire de lancement. Le lanceur est transporté depuis le bâtiment d'assemblage à l'horizontale suspendu à un véhicule combinant le mât érecteur et la plate-forme de tir puis redressé à la verticale une fois le pas de tir atteint. Le centre de contrôle de mission se trouve dans la capitale néo-zélandaise Auckland, à environ 500 km de la base de lancement. Rocket Lab prévoit de créer une ligne de fabrication et des installations de lancement également aux États-Unis au centre spatial Kennedy et en Alaska. Elle prévoit d'augmenter sa capacité de production pour permettre si nécessaire d'effectuer 2 vols par semaine[9].

Déroulement d'un lancement
Déroulement d'un lancement (2e vol)[16].
Heure (T : heure décollage) Événement
T-180 secondesDébut de la séquence automatique du compte à rebours
T-2 sMise à feu des moteurs du premier étage
TDécollage
T+150 sExtinction des moteurs du premier étage
T+154 sLargage du premier étage qui tombe dans l'océan Pacifique
T+156 sMise à feu du moteur du second étage
T+184 sLargage de la coiffe
T+494 sExtinction du second étage
T+511 sLargage des nanosatellites

Historique des vols


1
2
3
4
5
6
7
8
9
  •   Échecs
  •   Succès
  •   Prévus
Vol n° Nom Date Pas de tir Charge utile Orbite Résultat
1 It's a test [17] Mahia, LC-1A Aucune Orbite polaire Échec
Perte de télémétrie 4 min après le lancement, la fusée est détruite par mesure de sécurité
2 Still testing [18] Mahia, LC-1A Lemur-2 72 et 73 ( Spire Global)
Dove Pioneer ( Planet Labs)
Humanity Star		 Orbite polaire Succès
3 It's business time [19] Mahia, LC-1A Lemur-2 82 et 83 ( Spire Global)
Irvine 01 ( ICSP)
CICERO 10 ( GeoOptics)
NABEO 1 ( HPS)
Proxima 1 et 2 ( Fleet Space)		 Orbite polaire Succès
4 This one's for Pickering [20] Mahia, LC-1A 13 satellites ( NASA) Orbite basse Succès
5 Two thumbs up [21] Mahia, LC-1A R3D2 ( DARPA) Orbite basse Succès
6 That's a funny looking cactus [22] Mahia, LC-1A SPARC-1 ( USAF)
Falcon ODE ( USAF)
Harbinger ( USAF)		 Orbite basse Succès
7 Make it rain [23] Mahia, LC-1A 7 satellites ( Spaceflight Industries) Orbite basse Succès
8 Look Ma, no hands [24] Mahia, LC-1A Bro-One ( Unseenlabs)
Global-4 ( BlackSky)
Pearl White 1 et 2 ( USAF)		 Orbite basse Succès
9 As the crow flies [25] Mahia, LC-1A Palisade ( Astro Digitals) Orbite basse Succès
10 Running out of fingers [26] Mahia, LC-1A ALE-2 ( Astro Live Experiences)
6 Cubesats		 Orbite basse Succès
Premier test de réentrée atmosphérique du premier étage
11 Birds of a feather [27] Mahia, LC-1A NROL-151 ( NRO) Orbite basse Succès
12 Don't stop me now [28] Mahia, LC-1A 3 satellites ( NRO)
M2 Pathfinder ( UNSW)
ANDESITE ( NASA)		 Orbite basse Succès
13 Pics or it didn't happen [29] Mahia, LC-1A CE-SAT-1B ( Canon Electronics)
SuperDove × 5 ( Planet Labs)
Faraday-1 ( In-Space Missions)		 Orbite héliosynchrone Échec
Extinction prématurée du deuxième étage
14 I can't believe it's not optical [30] Mahia, LC-1A Sequoia ( Capella Space)
First Light ( Rocket Lab)		 Orbite basse Succès
Premier lancement utilisant la plateforme Photon
15 In focus [31] Mahia, LC-1A CE-SAT-2B ( Canon Electronics)
SuperDove × 9 ( Planet Labs)		 Orbite héliosynchrone Succès
16 Return to sender [32] Mahia, LC-1A Dragracer ( TriSept)
Bro-2 et 3 ( Unseenlabs)
APSS-1 ( Université d'Auckland)
SpaceBEE × 24 ( Swarm Technologies)		 Orbite héliosynchrone Succès
Le premier étage de la fusée est récupéré pour la première fois
17 The owl's night begins [33] Mahia, LC-1A StriX-α ( Synspective) Orbite basse Succès
18 Another one leaves the crust [34] Mahia, LC-1A 1 satellite ( OHB Group) Orbite basse Succès
19 They go up so fast [35] Mahia, LC-1A Pathstone ( Rocket Lab)
BlackSky 7 ( BlackSky)
Centauri 3 ( Fleet Space)
Myriota 7 ( Myriota)
Veery Hatchling ( Care Weather Technologies)
M2 ( UNSW)
Gunsmoke-J ( SMDC)		 Orbite basse Succès
20 Running out of toes [36] Mahia, LC-1A BlackSky 8 et 9 ( BlackSky) Orbite basse Échec
Deuxième test de récupération du premier étage

Second étage s'est allumé pendant quelques instants, suivi d'une extinction prématurée.

[37] MARS, LC-2 Monolith ( US Space Force) Orbite basse Prévu
Premier lancement depuis le pas de tir LC-2
[38] Mahia, LC-1A 1 satellite ( NRO) Prévu
[38] Mahia, LC-1B 1 satellite ( NRO) Prévu
2021[39] MARS, LC-2 CAPSTONE ( NASA) Orbite basse Prévu
Fin 2021[40] Argos-4 ( NOAA) Prévu

Notes et références

Notes

    Références
    1. (en) « Rocket Lab Celebrates Rich Ten-Year », sur https://www.rocketlabusa.com, (consulté le ).
    2. (en) « Rocket Lab: the Electron, the Rutherford, and why Peter Beck started it in the first place », spaceflightinsider.com, .
    3. (en) Patric Blau, « Electron The first “battery-powered” Rocket », sur spaceflight101 (consulté le )
    4. (en) Jason Davis, « NASA-sponsored SmallSats Get Dedicated Rides to Space », The Planetary Society, .
    5. (en) Hannah Madans, « Rocket Lab moves HQ to Huntington Beach, near Boeing complex, and is hiring », sur https://www.ocregister.com/, (consulté le ).
    6. (en) John Anthony, « 'Complex and diverse': New Zealand Space Agency reveals Rocket Lab customers' satellite plans », sur stuff.co.nz, .
    7. Futura, « Electron, le lanceur de Rocket Lab, va voler pour la première fois », Futura,‎ (lire en ligne, consulté le ).
    8. (en) « Rocket Lab successfully makes it to space », sur https://www.rocketlabusa.com/, (consulté le ).
    9. (en) Patric Blau, « Electron’s “It’s a Test” successfully reaches Space, falls short of Orbit », sur spaceflight101, .
    10. (en) Patric Blau, « Maiden Electron Launch Cut Short by Faulty Ground Equipment », sur spaceflight101, .
    11. Loren Grush, « Rocket Lab's rocket is launching again soon — and this time it'll carry satellites to space », The Verge,‎ (lire en ligne, consulté le )
    12. (en) Patric Blau, « “Still Testing” – Rocket Lab’s Electron Reaches Orbit on Second Test Flight », sur spaceflight101,
    13. (es) Daniel Marin, « Rocket Lab se sube al carro de la reutilización », sur Eureka, 7 aut 2019
    14. (en) Frank Morring et Guy Norris, « Rocket Lab Unveils Battery-Powered Turbomachinery », The Planetary Society, .
    15. (en) « Electron », Rocket Lab USA (consulté le )
    16. (en) Stephen Clark, « Rocket Lab pushes back second Electron launch to Sunday », sur spaceflightnow.com,
    17. (en) « It's a test », sur rocketlabusa.com (consulté le )
    18. (en) « Still testing », sur rocketlabusa.com (consulté le )
    19. (en) Tim Dodd, « Prelaunch Review : Electron | It's business time », sur everydayastronaut.com, (consulté le )
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    21. (en) « DARPA R3D2 », sur rocketlabusa.com (consulté le )
    22. (en) « STP-27 RD », sur rocketlabusa.com (consulté le )
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    28. (en) « Don't stop me now », sur rocketlabusa.com (consulté le )
    29. (en) Jeff Froust, « Rocket Lab Electron launch fails », sur spacenews.com, (consulté le )
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    31. (en) « In Focus », sur rocketlabusa.com (consulté le )
    32. (en) « Rocket Lab to Launch Most Diverse Mission Yet », sur rocketlabusa.com, (consulté le )
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    35. (en) « Rocket Lab’s Next Mission to Launch 100th Satellite and Deploy Next-Generation Photon Spacecraft in Preparation for Moon Mission », sur rocketlabusa.com, (consulté le )
    36. (en) « Running out of toes press kit », sur rocketlabusa.com
    37. (en) « Rocket Lab Completes Final Dress Rehearsal at Launch Complex 2 Ahead of First Electron Mission from U.S. Soil », sur Rocket Lab, (consulté le )
    38. (en) Jeff Foust, « Rocket Lab wins NRO contracts for back-to-back launches », sur spacenews.com, (consulté le )
    39. (en) « Mission to the Moon », sur rocketlabusa.com (consulté le )
    40. (en) « General Atomics Partners with Rocket Lab to Launch Argos-4 Advanced Data Collection System », sur ga.com, (consulté le )

    Voir aussi

    Articles connexes

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