Lanceur super lourd

Le lanceur Saturn V (Apollo 11).

Maquette à l'échelle 1 de la N1.

La navette Columbia de STS-107 sur son pas de tir.

La Falcon Heavy.

Le SLS Bloc 1 d'Artemis 1.

Starship.

Un lanceur super lourd est un lanceur spatial capable de placer une charge utile de masse supérieure à 50 tonnes en orbite terrestre basse^[1]. Si le lanceur peut placer une charge utile inférieure à 50 tonnes, on parle alors de lanceur lourd.

Historique des lanceurs super lourds

Les premiers lanceurs lourds ont été développés pendant la Course à la Lune, au cours de laquelle les États-Unis et l'Union soviétique se sont affrontés pour être les premiers à envoyer un Homme de leur nationalité sur la Lune. Pour transporter les astronautes dans des vaisseaux spatiaux — de taille relativement grande et massive par rapport aux sondes lunaires — de la Terre à la Lune, il était nécessaire de développer des fusées de dimensions impressionnantes et de grande puissance. Les États-Unis développent la fameuse « Saturn V » de Wernher von Braun, lanceur emblématique du Programme Apollo, capable de placer jusqu’à 140 tonnes en orbite basse (LEO). L’Union soviétique développe quant à elle dans le plus grand secret la rivale de la Saturn V, la « N-1 » de Sergueï Korolev, capable de placer 95 tonnes en LEO. Pour des raisons politiques et techniques, les lancements de N-1 de 1969 à 1972 furent tous des échecs, le tout couronné par le succès de la mission américaine Apollo 11 lancée sur une Saturn V, durant lequel deux astronautes, Armstrong et Aldrin, marchèrent sur la Lune.

D'autres lanceurs super lourds, encore plus grands et plus puissants, ont été envisagés : le lanceur Nova, qui aurait pu placer 450 tonnes en LEO, était une évolution plus puissante de Saturn V et un choix potentiel de lanceur pour le Programme Apollo dans le cadre d'un scénario « Lune direct », qui fut abandonné au profit du scénario « rendez-vous orbital lunaire » (LOR) qui ne nécessitait que la fusée moins puissante Saturn V. D'autres fusées de la famille Saturn ont été étudiées mais abandonnées. Robert Truax, ingénieur chez Aerojet, développa en 1962 le « Sea Dragon », un lanceur dépassant la taille et la puissance de tous ce qui a été étudié jusqu’à maintenant : il devait placer 550 tonnes en LEO. Du côté soviétique, l'UR-700 de Vladimir Tchelomeï était un candidat de lanceur pour le programme lunaire soviétique, mais c'est la N-1 qui fut retenue. Tchelomeï a également développé l'UR-900, destinée à une mission vers Mars. À partir de 1973, avec l’envoi de Skylab par une Saturn V INT-21, plus aucun lanceur super lourd n'était en service pendant 8 ans.

Le programme Apollo a pris fin pour laisser place à l'ère des navettes spatiales. La navette spatiale américaine avait pour particularité d'être réutilisable : la navette et les boosters pouvaient être réutilisés, sauf le réservoir externe. L'ensemble était capable de placer 133,5 t avec l'orbiteur, mais la charge utile réelle était de 24 t maximum en LEO. En réponse à la création de la navette spatiale, l'URSS a développé Energuia, un lanceur capable de placer 105 t en LEO. Il existe sous plusieurs configurations, dont celle avec la navette spatiale soviétique appelée Bourane, capable de placer seulement 30 t en LEO. C'est encore aujourd'hui le deuxième lanceur de l'histoire avec la plus grande capacité après la Saturn V, ainsi que celui développant la poussée la plus importante, après le N1. Energuia ne volera que 2 fois, les deux fois avec succès, dont l'un des vols avec Bourane. Energuia et Bourane ont été abandonnés, principalement à cause de la chute de l'URSS qui a bouleversé le pays. La navette spatiale américaine, quant à elle, a continué sa carrière, mais a été retirée du service en 2011, à cause des accidents de Challenger et Columbia, qui ont remis en cause sa fiabilité.

La société SpaceX est fondée en 2002 par Elon Musk, devenu multimillionnaire en revendant l'entreprise PayPal. L'objectif d'Elon Musk est de concevoir des lanceurs capables de diminuer fortement le coût de mise en orbite et ainsi de permettre l'essor du spatial civil. Leur premier lanceur léger, Falcon 1, enchaine les échecs mais parvint néanmoins à s'en sortir avec 2 lancements réussis sur les 5. La société développe par la suite la Falcon 9, un lanceur partiellement réutilisable. Il sert notamment à l'envoi de satellites et à la mise en orbite de Crew Dragon à destination de la Station spatiale internationale. Le 6 février 2018, SpaceX réussit le lancement de son premier lanceur super-lourd Falcon Heavy, capable de placer 63 t en version consommable.

Pour le retour de l'Homme sur la Lune, la NASA met en place le programme Constellation, comprenant l'Ares I, IV et V, ces deux derniers étant des lanceurs super-lourds. Ils sont capables de placer respectivement 122 t et 188 t en LEO. Leur conception repose sur la réutilisation de développements existants, en particulier des propulseurs d'appoint à poudre de la navette spatiale américaine. Début 2011, le programme Constellation prend fin. Le programme Artemis renaît des cendres de Constellation, avec notamment le développement du Space Launch System (SLS) qui a les mêmes bases de développement que celles des Ares. Le SLS se décline en plusieurs versions, dont la plus faible (Bloc 1) est capable de placer 70 tonnes en LEO et la plus puissante (Bloc 2) est capable de placer 130 t en LEO.

En 2011, la Chine qui prend de plus en plus de place dans le secteur spatial, annonce le développement de la Longue Marche 9, capable de placer 150 tonnes en LEO. Également, une version plus légère (Longue Marche 10) est envisagée, capable de placer 70 tonnes en orbite basse, similaire au Bloc 1 du lanceur américain Space Launch System. Côté Russie, un nouveau lanceur spatial super-lourd prend naissance, appelé Yenisei. Il est capable de placer 103 tonnes en LEO. Le développement de Yenisei est toutefois interrompu en 2021 au profit du lanceur moins puissant Angara.

SpaceX développe à partir de 2017 le Starship, le lanceur super-lourd qui devient, lors de son premier vol le 20 avril 2023, la fusée la plus grande et la plus puissante à jamais avoir décollé et la première entièrement réutilisable. Le Starship est basé sur des travaux plus anciens de SpaceX sur un lanceur super-lourd.

Comparaison de quelques lanceurs super lourds

Les masses indiquées dans les tableaux ci-dessous sont mesurées sur trois types d'orbites :

• LEO : orbite terrestre basse (Low Earth Orbit) ;
• GTO : orbite de transfert géostationnaire (Geostationary Transfer Orbit);
• TLI : injection trans-lunaire (Trans-Lunar Injection).

Lanceurs opérationnels

Lanceur	Configuration	Pays ou Agence multinationale	Constructeur	Masse sur LEO (t)	Masse sur GTO (t)	Masse sur TLI (t)	Coût (millions US$)	Coût/kg (LEO)	Coût/kg (GTO)	Vols réussis/Nbre de vols total	Statut
Falcon Heavy	Consommable	États-Unis	SpaceX	63,8[2],[3]	26,7[2],[3]		150[4],[5]			5/5	Opérationnel
	Semi-réutilisable			57	16[6]		95[7]
SLS	Bloc 1	États-Unis	NASA	95[8]		>27				1/1	Opérationnel
Starship	Consommable	États-Unis	SpaceX	250[9]						0/0 (orbital) 4/6 (quasi-orbital)	En cours de qualification
	Réutilisable			100 à 150[9]	21[9]
	avec ravitaillement				100 à 150	100

Lanceurs en développement

Lanceur	Configuration	Pays ou Agence multinationale	Constructeur	Masse sur LEO (t)	Masse sur GTO (t)	Masse sur TLI (t)	Vol inaugural planifié	Nbre de vols d'essais	Statut
Starship	sans ravitaillement	États-Unis	SpaceX	100 à 250	21		2023	6 (quasi-orbital) 7 (suborbital)	En cours de qualification
	avec ravitaillement				100 à 150	100
SLS	Bloc 1B	États-Unis	NASA	105		42	2027	0	Développement
	Bloc 2			130		>46	2030	0	À l'étude
Longue Marche 10		Chine	Académie chinoise de technologie des lanceurs (CALT)	70[10]		27	2027	0	Développement
Longue Marche 9	Consommable	Chine	Académie chinoise de technologie des lanceurs (CALT)	130 à 140[10]			2028 à 2030	0	Développement
	Semi-réutilisable			150[11]		50 à 53[11]	2028 à 2030		À l'étude
Ienisseï (en)		Russie	RKK Energuia	103			2028	0	Développement reporté
Energia-3K[12]		Russie	RKK Energuia	50			2027	0	Développement
Energia-6K[12]				88			2028	0
Energia-6KV[12]				108			2033	0

Comparaison des capacités des principaux lanceurs lourds avec le SLS pour des missions d'exploration du système solaire.

Lanceurs retirés du service

Lanceur	Pays ou Agence multinationale	Constructeur	Masse sur LEO (t)	Masse sur GTO (t)	Masse sur TLI (t)	Coût (millions US$)	Coût/kg (LEO)	Coût/kg (GTO)	Vols réussis/Nbre de vols total	Statut
Saturn V	États-Unis	Boeing (S-IC) North American (S-II) Douglas (S-IVB)	118 à 140[13],[14]		45[13]				12/12	Retiré
Navette spatiale américaine	États-Unis	Thiokol (SRBs) Martin Marietta (ET) Rockwell International (Orbiter)	24,5 (133,5 avec orbiteur)	3,8		300[15]	10 416[15]	50 874[15]	132/135[16]	Retiré
Saturn INT-21	États-Unis	Boeing (S-IC) North American (S-II)	115,9[17],[18]						1/1	Retiré
Energuia	Union soviétique	RKK Energia	105[19]	27	29				2/2[20],[21]	Retiré
N1	Union soviétique		95		23,5				0/4	Retiré
N1F	Union soviétique		105						0/0	Annulé

Projets abandonnés

Lanceur	Pays ou Agence multinationale	Constructeur	Masse sur LEO (t)	Masse sur GTO (t)	Masse sur TLI (t)	Coût (millions US$)	Coût/t (LEO)	Coût/t (GTO)	Vols réussis/Nbre de vols total	Statut
UR-700M[22]	Union soviétique	URSS	750						0/0	Projet abandonné
Sea Dragon	États-Unis	Aerojet	550						0/0	Projet abandonné
Nova[23]	États-Unis	NASA	450		150				0/0	Projet abandonné
UR-900[24]	Union soviétique	URSS	240		80				0/0	Projet abandonné
Saturn C-8[25]	États-Unis	NASA	210		70				0/0	Projet abandonné
Vulkan[26]	Union soviétique	RKK Energuia	200						0/0	Projet abandonné
Ares V	États-Unis	Alliant Techsystems TBD	188		71				0/0	Projet abandonné
UR-700[27]	Union soviétique	URSS	151		50				0/0	Projet abandonné

Articles connexes

• Lanceur lourd
• Comparaison de lanceurs commerciaux
• Liste des systèmes de lancement orbitaux

Notes et références

1. (en) NASA, « Draft Launch Propulsion Systems Roadmap: Technology Area 01 » [PDF], sur nasa.gov, novembre 2010 (consulté le 16 janvier 2021).
2. Rémy Decourt, « SpaceX va faire décoller le Falcon Heavy, le lanceur le plus puissant au monde », Futura-sciences,‎ 30 janvier 2018 (lire en ligne, consulté le 1^er février 2018).
3. Version consommable : sans récupération des propulseurs d'appoint et des étages.
4. « Falcon 9 Heavy Overview », SpaceX (consulté le 14 février 2018).
5. Version réutilisable : avec récupération des propulseurs d'appoint et du premier étage par rétrofusées.
6. Version semi-réutilisable : avec la récupération uniquement des propulseurs d'appoint latéraux par rétrofusées et sans récupération des étages.
7. (en) Elon Musk, « Side boosters landing on droneships & center expended is only ~10% performance penalty vs fully expended. Cost is only slightly higher than an expended F9, so around $95M. », sur Twitter, 12 février 2018
8. (en-US) Philip Sloss, « Ten month schedule to ready SLS for Artemis 1 launch after Core Stage arrives at KSC », sur NASASpaceFlight.com, 3 mai 2021 (consulté le 23 août 2022)
9. (en-US) Chris Bergin, « Starship conducts maiden launch - clears launch site and first stage flight », sur NASASpaceFlight.com, 20 avril 2023 (consulté le 20 avril 2023)
10. (en-US) Andrew Jones, « China could shift to fully reusable super heavy-launcher in wake of Starship », sur SpaceNews, 21 juillet 2022 (consulté le 23 août 2022) : « While various figures have been published, the original, expendable Long March 9 is expected to be around 103 meters long, feature a 10-meter-diameter core and have a mass at liftoff of 4,140 metric tons, and be capable of lifting 140 tons to Low Earth orbit or 50 tons to trans-lunar injection. »
11. (en-US) Andrew Jones, « China’s super heavy rocket to construct space-based solar power station », sur SpaceNews, 28 juin 2021 (consulté le 23 août 2022) : « Payload capacity would increase from 140 metric tons to Low Earth orbit (LEO) to 150 tons, from 50 tons to trans-lunar injection (TLI) to 53 tons »
12. « Russia charts new roadmap to super-heavy rocket », sur russianspaceweb.com (consulté le 24 avril 2022).
13. « Saturn V - Comparaisons avec d’autres fusées », sur Techno-Science.net (consulté le 9 avril 2021).
14. (en) « Alternatives for Future U.S. Space-Launch Capabilities », sur Congressional Budget Office (consulté le 28 décembre 2021).
15. « Space Transportation Costs: Trends in Price Per Pound to Orbit 1990-2000 », Futron (consulté le 22 décembre 2007).
16. Space Launch Report - Active Launch Vehicle Reliability Statistics
17. (en) « Saturn-5 (2 stage) (Saturn-V) », sur Gunter's Space Page (consulté le 13 mars 2021).
18. « Saturn INT-21 », sur astronautix.com (consulté le 13 mars 2021).
19. « S.P.Korolev RSC Energia - Launchers », Energia.
20. (en) Vassili Petrovitch, « Polyus Description ».
21. (en) « Encyclopedia Astronautica - Energia », sur astronautix.com (consulté le 4 septembre 2017).
22. « UR-700M », sur astronautix.com (consulté le 9 avril 2021).
23. « Nova », sur astronautix.com (consulté le 9 avril 2021).
24. « UR-900 », sur astronautix.com (consulté le 14 mars 2021).
25. « Saturn C-8 », sur astronautix.com (consulté le 14 mars 2021).
26. « Vulcain Description », sur buran.fr (consulté le 14 mars 2021).
27. « UR-700 », sur astronautix.com (consulté le 9 avril 2021).

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