Un « kick-stage » Astris pour élargir les possibilités d’Ariane 6

Afin de donner encore plus de flexibilité à son futur lanceur Ariane 6, l’Agence spatiale européenne (ESA) lui ajoutera dès 2024 un « véritable étage additionnel » baptisé Astris avec un moteur réallumable Berta. Il permettra de placer des satellites sur différentes orbites, de les « pousser » dans la bonne direction, etc. 

Le premier vol d’Ariane 6 ne devrait pas avoir lieu avant le second trimestre 2022, soit encore un peu moins d’un an à attendre pour que l’Europe dispose de sa nouvelle fusée. Pour rappel, celle-ci n’est pas réutilisable, mais permet de diminuer de manière significative les couts de lancements. 

• Ariane 6 : vers l’infini et au-delà ?

ArianeGroup défend d’ailleurs son lanceur, qu’il présente comme « le couteau suisse qu'il nous faut ». Un outil visiblement pas suffisamment multifonction puisque l'ESA prépare déjà un nouveau module optionnel pour la fusée. Baptisé Astris, il s’interfacera directement avec la charge utile. « Cela permettra à Ariane 6 d'offrir une gamme de nouveaux services de transport spatial en permettant des transferts orbitaux complexes », explique l’Agence.

Jusqu’à quatre étages pour Ariane 6

Il est présenté comme un « étage complémentaire » ou « kick-stage ». La fusée dispose pour rappel de trois étages : les deux ou quatre boosters latéraux (Ariane 62 ou 64 respectivement), l’étage principal et l’étage supérieur dans lequel se trouvent les charges utiles.

Le développement d’Astris a été validé lors de la Conférence ministérielle de l’ESA en novembre 2019, avec un budget de 90 millions d’euros. ArianeGroup fera appel à PTS pour le système électronique, RST pour tous des équipements mécaniques (deux sociétés basées en Allemagne) et à FACC (Autriche) pour la structure primaire.

Simplifier la vie des fabricants de satellites

Le but d'Astris est de simplifier les missions des partenaires de l’Agence spatiale européenne. Il disposera de capacités de propulsion afin de déplacer les charges utiles pour les aider à rejoindre leur position finale en orbite.

Il sera placé « entre le système de lancement double Ariane (Dual Launch System et la charge utile (un ou plusieurs satellites), ce qui permettra de réduire la quantité de carburant nécessaire à son injection en orbite ». « Cela réduira la charge pour les fabricants » car ils ne doivent plus en tenir compte dans la conception de leurs satellites.

Il faudra par contre qu’ils fassent confiance à ArianeGroup pour le placement en orbite, en plus de la confiance accordée pour l’envoi dans l’espace. Le module Astris est évidemment conçu de manière à le rendre le plus polyvalent possible en fonction des différents types de missions et des charges utiles à placer en orbite.

Du « sur mesure », à en croire l’ESA. Une des principales cibles sont les satellites de télécommunication et les sondes d’exploration.

Défense planétaire : la mission Hera profitera d'Astris

Ces dernières peuvent par exemple être directement placées sur leur trajectoire, économisant ainsi du carburant sur les engins, permettant alors d’utiliser la place pour d’autres choses.  

Astris « rendra les objets du système solaire plus accessibles à un plus large éventail de charges utiles », affirme l’ESA. La mission Hera de l’Agence devrait être la première à en profiter. Il s’agit pour rappel de la première ayant comme but la « défense planétaire ». Hera est la contribution européenne au projet international AIDA (Asteroid Impact & Deflection Assessment) qui rendra visite à un système de deux astéroïdes :

« Le véhicule spatial DART (Double Asteroid Redirect Test) de la NASA, qui doit décoller en juillet 2021, effectuera un impact cinétique sur le plus petit des deux corps. Hera prendra la suite en effectuant une étude détaillée post-impact afin de transformer cette expérience à grande échelle en une technique de déflexion d’astéroïde maîtrisée et reproductible. »

Astris pourra aider plusieurs types de missions

Sur des orbites basses, Astris permettra à Ariane 6 de déployer des constellations de satellites à des altitudes et inclinaisons différentes. Le moteur Vinci de l’étage supérieur est pour rappel capable de se rallumer plusieurs fois, mais les possibilités d’insertion dans des orbites multiples seront encore plus nombreuses avec Astris. 

• Fusée Vega : l’Europe valide (enfin) SSMS, son service de lancement partagé pour petits satellites

Pour rappel, l’ESA dispose déjà de son système SSMS pour les lancements partagés de petits satellites. D’autres idées sont évoquées par Pierre Godart, CEO d’ArianeGroup en Allemagne : « Il permet, par exemple, des lancements doubles avec une première charge utile à placer en orbite de transfert géostationnaire (GTO) et puis d’injecter directement la seconde en orbite géostationnaire (GEO) ».

ArianeGroup enchaine avec le cas des satellites à propulsion électrique : « une fois placés sur leur orbite de transfert, ces satellites peuvent mettre plusieurs mois pour rejoindre leur position finale. Grâce au kick-stage, cette étape peut être réduite à quelques heures, ce qui représente un atout considérable pour les opérateurs qui choisiront cette option ».

Moteur BERTA, au rapport

Astris sera propulsé par un unique moteur BERTA (Bi-Ergoler RaumtransporTAntrieb). Il s’agit d’un système de propulsion de « taille moyenne » à propergols stockables à température ambiante. Il entre dans la classe des moteurs de « 4 à 5 kilo-newtons » et il peut être rallumé plusieurs fois (mais on ne sait pas combien exactement).

Il est en cours de développement et de qualification chez ArianeGroup à Ottobrunn en Allemagne (près de Munich), tandis que les travaux pour le reste du « kick-stage » se déroulent sur le site de Brême, spécialisé dans les étages supérieurs de lanceurs. ArianeGroup annonce avoir déjà testé « avec succès un prototype de ce moteur sur le banc d’essai du Centre aérospatial allemand (DLR) à Lampoldshausen ».

Ces travaux sur Astris sont menés dans le cadre du Future Launchers Preparatory Programme (FLPP).

Programme d'amélioration de la compétitivité d’Ariane 6

« Dès le début du programme Ariane 6, le lanceur a été conçu pour être évolutif et intégrer des innovations tout au long de son cycle d'exploitation », ajoute Pierre Godart. La société ne pouvait pas rester les bras croisés quand les acteurs du New Space (SpaceX, Blue Origin, Virgin Galactic, etc.) multiplient les succès, chacun à leur échelle.

Astris s’inscrit dans le cadre du Competitiveness Improvement Programme d’Ariane 6. Son but est « d’anticiper les besoins futurs en matière de transport spatial et de travailler avec l'industrie pour créer des solutions permettant à l'Europe de rester compétitive sur le marché mondial ». 

Pour certains cela ne passera pas par Ariane 6, mais par un lanceur réutilisable à la manière de SpaceX. Après Falcon 9, la société d’Elon Musk avance déjà sur la version 2.0 de son système avec Starship. De son côté, l’Europe s’est déjà mise au travail sur le réutilisable, mais ce n’est pas pour tout de suite : le premier essai sur un prototype est prévu pour 2022 (avec un simple « hop test ») puis le premier test complet en 2025.

• L’Europe avance sur son lanceur réutilisable Themis, premier vol prévu en 2022
• Starship : SpaceX détaille le plan de son futur vol orbital avec le Super Heavy booster