De 2002 à, 90 lancements ont eu lieu, dont un échec partiel. Une version lourde dite HLV, capable de placer 29 tonnes en orbite basse, a été étudiée mais n'a finalement pas été développée. Par contre le lanceur est retenu dans une version fiabilisée dans le cadre du programmeCCDeV pour le lancement d'équipage à destination de la Station spatiale internationale : cette version effectue son premier vol le, elle est en 2025 l'un des deux lanceurs américains homologués pour le transport d'équipage. Le lanceur est confronté au cours des années 2010 à la concurrence du lanceurFalcon 9, moins coûteux et aux critiques du corps politique américain, qui dans un climat de tension avec la Russie, à cause notamment de lacrise ukrainienne, remet en question la dépendance du constructeur vis-à-vis de son fournisseur russe. Dans ce contexte, ULA décide de remplacer l'AtlasV au cours de la décennie 2020 par le lanceurVulcan.
En 1993, l'Armée de l'air américaine, qui est un des principaux utilisateurs des lanceurs américains avec laNASA, définit le cahier des charges d'une nouvelle fusée, l'Evolved Expendable Launch Vehicle (EELV), qui se veut modulaire et qui doit permettre d'abaisser les coûts de lancement. L'objectif est de revenir sur le marché des satellites commerciaux monopolisé à l'époque par le lanceur européenAriane 4. Après plusieurs tentatives avortées, l'Armée de l'air américaine décide en 1993 de développer de nouveaux lanceurs qui doivent remplacer à la fois les lanceurs moyens et lourds —Delta,Atlas etTitanIV — utilisés par leDoD et les autres agences gouvernementales américaines (dont laNASA). L'objectif est de disposer d'un lanceur moins coûteux, couvrant bien les besoins et offrant des interfaces standardisées pour l'intégration des satellites. La solution doit s'appuyer sur des solutions techniques à la fois avancées et éprouvées. Le futur lanceur, désigné sous le sigleEvolved Expendable Launch Vehicle (EELV), doit permettre d'abaisser les coûts en partie grâce à la reconquête du marché des satellites commerciaux. Mais le cahier des charges rend cet objectif difficilement tenable car les performances attendues ne permettent de toucher que 42 % du marché commercial[1].
L'appel d'offres est lancé en1995 et quatre sociétés y répondent :Alliant,Boeing,McDonnell Douglas constructeur des lanceursDelta ainsi queLockheed Martin constructeur des lanceursAtlas etTitan. Une première sélection désigne, en 1996, comme finalistes Lockheed Martin et McDonnell Douglas. Les deux concurrents disposent de18 mois pour le deuxième tour. Boeing, qui propose un lanceur utilisantle moteur principal de la navette spatiale et n'a pas été retenu, rachète McDonnell Douglas en 1997 et se retrouve donc finaliste. Boeing propose une version complètement refondue du lanceur Delta, laDeltaIV.Lockheed Martin propose une nouvelle version de son lanceurAtlas : l'AtlasV. La technologie du réservoir-ballon utilisée sur la génération précédente qui limitait l'accroissement de la charge utile est abandonnée pour le premier étage : le diamètre de celui-ci peut ainsi être porté à3,81 mètres et des propulseurs d'appoint peuvent lui être ajoutés ce qui n'était pas possible sur les versions précédentes du lanceur. Ce premier étage baptiséCommon Core Booster (CCB) pèse désormais 305 tonnes soit 50 % de plus que celui du lanceurAtlasIII. Il est propulsé par lemoteur-fusée très performantrusseRD-180 brûlant un mélange dekérosène et d'oxygène liquide[2]. En 1997, l'Armée de l'Air décide de retenir les deux finalistes pour ne pas se retrouver face à un fournisseur unique. En1998, la première tranche de lanceurs est attribuée :19 lancements sont accordés à Boeing et9 lancements à Lockheed Martin pour une somme totale de2 milliards de dollars américains. Mais en2003, une enquête révèle que Boeing a dérobé des documents confidentiels de son concurrent susceptibles d'avoir faussé la compétition et le nombre de lanceurs commandé à Boeing est réduit à 12 (entre autres mesures) le solde devant être construit par son concurrent[1].
Développement d'une version pour mission avec équipage
Dès 2006, le constructeur de l'AtlasV étudie la conception d'une version permettant le lancement d'un vaisseau embarquant un équipage[Note 1] dans le cadre d'un accord passé avecBigelow Aerospace. Cette société veut développer letourisme spatial en emmenant des passagers payants pour de brefs séjours enorbite basse[3].
En 2010, la NASA, qui a décidé de sous-traiter complètement au secteur privé la relève des équipages de laStation spatiale internationale, lance dans ce but le programmeCommercial Crew Program (CCP). Dans le cadre de la première phase plutôt prospective de ce programme, le constructeur de l'AtlasV,Lockheed Martin, est choisi pour étudier le système de détection des situations d'urgence[4]. En 2011,Sierra Nevada Corporation qui fait partie des sociétés répondant au programme CCP, sélectionne l'AtlasV pour le lancement de sa mini-navette spatialeDream Chaser[5]. La même année un autre concurrent du programme CCP,Boeing, sélectionne également l'AtlasV pour le lancement de son vaisseau spatialCST-100[6]. En 2014, le CST-100 fait partie des deux propositions retenues par la NASA pour la relève de ses équipages[7]. LeDream Chaser n'a pas été sélectionné mais son constructeur choisit de développer une version cargo qui sera lancée par l'AtlasV. La configuration de l'AtlasV utilisée pour le lancement des équipages, baptisée N22, présente peu de différences par rapport aux versions existantes hormis un dispositif de détection des anomalies connecté au vaisseau spatial qui doit permettre le déclenchement de l'éjection du vaisseau en cas de défaillance du lanceur[8].
Trois vols sont prévus pour certifier l'ensemble formé par le lanceur et le vaisseau spatial CST-100. Dans le cadre du premier vol,Boe-OFT, qui a lieu en décembre 2019, le vaisseau spatial qui n'emporte aucun équipage est victime de défaillances qui l'empêchent de s'amarrer à la Station spatiale internationale comme prévu[9]. Le deuxième test toujours sans équipage,Boe-OFT 2, qui a lieu en mai 2022, se déroule par contre de manière nominale[10]. La première mission avec équipage et dernier test permettant la certification, nomméBoe-CFT, est lancé après retard le[11]. Outre ce dernier vol, la NASA a passé commande de six lancements du CST-100 par l'AtlasV[7].
Le refroidissement des relations avec laRussie à la suite de l'annexion de la Crimée par ce pays met en évidence la dépendance du constructeur vis-à-vis du constructeur russe qui lui fournit le moteur-fuséeRD-180 propulsant le premier étage. Dans ce contexte,ULA décide de remplacer l'AtlasV au cours de la décennie 2020 par le lanceurVulcan qui doit effectuer son premier vol en 2023. L'invasion de l'Ukraine par la Russie fin février 2022 qui s'accompagne d'une rupture des relations commerciales entre la Russie et les pays occidentaux ne constitue cependant pas une menace pour le lanceur, ULA disposant depuis de la totalité des moteurs-fusées nécessaires pour les lancements restants avant son remplacement par la fusée Vulcan[12]. Le constructeur affirme également qu'il dispose en interne de l'expertise et des pièces détachées nécessaires pour mener à bien ces lancements[13],[14].
Les propulseurs d'appointAJ-60A furent remplacés par desGEM-63 deNorthrop Grumman à partir des vols de pour baisser les coûts de production et améliorer les performances.
Bien que le lanceurAtlasV soit techniquement une réussite, son avenir semble au début des années 2010 compromis[15] :
L'apparition d'un concurrentSpaceX qui propose à des prix attractifs le lanceur moyenFalcon 9 et développe un lanceur lourdFalcon Heavy qu'il annonce vouloir commercialiser à un tarif qu'ULA ne peut égaler.
Le lanceurAtlasV utilise pour son premier étage un moteurRD-180 très performant mais fourni par un constructeur russe. Le regain de tension entre les États-Unis et la Russie lié au conflit en Ukraine en 2014 s'est traduit par un embargo économique partiel. Dans ce contexte, leCongrès américain porte une appréciation négative sur le fait que le lancement de satellites jouant un rôle important dans la sécurité de la nation dépende d'un fournisseur russe.
ULA réagit à ces événements en lançant début 2015 le développement du nouveau lanceurVulcan dont l'objectif est de rétablir sa compétitivité vis-à-vis de ses concurrents et de mettre fin à sa dépendance vis-à-vis de son fournisseur russe. Ce nouveau lanceur devrait remplacer à la fois l'AtlasV et le lanceurDeltaIV[16]. Le premier vol du lanceur Vulcan a lieu le et emporte la mission lunairePeregrine Mission One[17].
En août 2021, le constructeur annonce qu'il ne commercialisera plus sa fuséeAtlasV. Il reste à cette date29 charges utiles à lancer. Les derniers moteurs-fuséesRD-180 sont livrés par le constructeur russe en. Le dernier lancement devrait intervenir au milieu de la décennie 2020[18]. En, il restait17 tirs à effectuer dont huit lancements de satellitesKuipersat et sept lancements du vaisseau spatialStarliner.
Le lanceurAtlasV est unlanceur non réutilisable conçu pour emporter unecharge utile moyenne à lourde. Il est commercialisé dans plusieurs versions qui se distinguent par le nombre de propulseurs d'appoint (de 0 à 5), le nombre de moteurs du second étage (1 à 2) et la taille de lacoiffe. Le lanceur a une hauteur de 58,3 (version 401) à62,2 mètres (version 551 avec coiffe longue) et sa masse est comprise entre 334,5 et 587 tonnes. Son diamètre à la base est de3,81 mètres hors propulseurs d'appoint. Selon sa configuration, le lanceur peut placer de 9,8 à 20 tonnes enorbite terrestre basse (LEO, enanglais :Low-Earth Orbit) et de 4,75 à 8,9 tonnes enorbite de transfert géostationnaire (GTO)[2].
Schéma d'une fuséeAtlasV 541 :1 Premier étage -2 Partie arrière de lacoiffe -3 MoteurRL-10 unique -4 Deuxième étage Centaur -5Charge utile -6 Adaptateur de lacharge utile -7 Plancher du compartiment de la charge utile -8Coiffe de 5,4 mètres de diamètre -9 Adaptateur arrière étageCentaur -10 Jupe de liaison inter-étages -11 Adaptateur premier étage -12Propulseur d'appoint -13 Jupe arrière/bouclier thermique -14 MoteurRD-180.
Le RD-180 vue du dessous fixé au premier étage du lanceurAtlasV.
Le premier étage CCB (Common Core Booster(en)), identique pour toutes les versions du lanceur, est haut de34,26 mètres pour un diamètre de3,81 mètres. Sa masse à vide est de21,054 tonnes et il emporte284,1 tonnes d'oxygène liquide et deRP-1. La structure de l'étage est réalisée en aluminium et comprend de la base au sommet le compartiment moteur, le réservoir de kérosène, une jupe inter-réservoirs (la cloison de séparation entre les deux réservoirs n'est pas commune), le réservoir d'oxygène et une jupe de liaison inter-étages qui englobe la tuyère du moteur du second étage. L'électronique de l'étage est répartie dans une gaine qui court à l'extérieur tout au long de l'étage. L'oxygène liquide est amené jusqu'au moteur par une conduite qui passe par l'extérieur. L'étage est propulsé par un uniquemoteur-fuséeRD-180 du constructeur russeNPO Energomach[20].
Dans les deux réservoirs, les ergols sont maintenus sous pression par de l'hélium qui est stocké dans des réservoirs logés à l'intérieur du réservoir d'oxygène. L'hélium est réchauffé dans un échangeur de chaleur par les gaz en sortie de la turbine entraînant la turbopompe avant d'être injectés dans les réservoirs d'oxygène et de kérosène. La mise à feu du moteur repose sur un igniteur constitué par des ampoules detriéthylaluminium (TEA) qui présente la particularité de s'enflammer de manière spontanée en présence d'oxygène liquide. En cas de démarrage avorté du moteur, il est nécessaire de remplacer ces ampoules et les membranes qui les isolent des circuits dans lesquels circulent les ergols[20].
Selon la version du lanceur, celui-ci peut comporter de zéro à cinqpropulseurs d'appoint àpropergol solide de typeAJ-60A qui apportent chacun une poussée supplémentaire de 1 668,4 kN (167 tonnes) durant les94 premières secondes du vol. L'impulsion spécifique est de279 secondes. La tuyère est inclinée de 3° vers l'extérieur. Chaque propulseur d'appoint est long de17 mètres pour un diamètre de1,58 mètre. Il a une masse à vide de5,74 tonnes et une masse au lancement de46,697 tonnes. Les AJ-60A sont fournis par la sociétéAerojet[20].
Lacoiffe est disponible dans deux diamètres : 4,2 et5,4 mètres. Elle englobe lacharge utile mais également le second étage sauf la tuyère qui s'insère dans la jupe de liaison inter-étages. Elle est disponible dans plusieurs longueurs pour s'adapter au volume des engins placés sur orbite. Lorsque le diamètre est de4,2 mètres les longueurs suivantes sont disponibles : 12, 12,9 et13,8 mètres. Lorsque le diamètre est de5,4 mètres les longueurs disponibles sont 20,7, 23,4 et26,5 mètres. Sa masse est comprise selon les modèles entre 2,1 et 4,4 tonnes. Elle est constituée de deux demi-coques de forme cylindrique qui sont largués en altitude après séparation par l'intermédiaire d'un système pyrotechnique associé à des vérins pneumatiques. Elle est réalisée avec des panneaux en matériaux composites posés sur une structure en nid d'abeilles enaluminium. La coiffe est fabriquée par le constructeur suisseRUAG Space qui est également le fournisseur de la famille des lanceurs européensAriane etVega[20].
Chaque modèle est identifié par un numéro à trois chiffres :
le premier chiffre, qui prend la valeur 4 ou 5, désigne le diamètre de la coiffe en m.
le deuxième (de 0 à 5) le nombre de propulseurs d'appoint SRB.
le troisième (1 ou 2) le nombre de moteurs de l'étage Centaur.
Deux variantes n'ont jamais volé :
toutes les versions sont proposées en option avec un étage Centaur à deux moteurs. Cette option n'a jamais été retenue, excepté laversion N22 qui, pour des raisons de sûreté s'est vue doté de ces deux moteurs.
la version Heavy, capable de placer25 tonnes en orbite basse, dont le premier étage comprend trois CCB accolés est, comme laDeltaIV Heavy, proposée pour les satellites les plus lourds de laUSAF américaine. Mais pour des raisons de coût laDeltaIV Heavy a toujours été retenue.
La version du lanceur utilisée pour le lancement des équipages, baptisée N22, présente peu de différences par rapport aux versions existantes. Le premier étage qui est assisté par deuxpropulseurs d'appoint est standard. Le deuxième étageCentaur est dans une configuration bimoteurs déjà mise en œuvre sur les fuséesAtlas mais qui n'avait jusque là jamais été utilisée sur uneAtlasV. La principale spécificité de cette version est un dispositif de détection des anomalies connecté au vaisseau spatial qui doit permettre le déclenchement de l'éjection du vaisseau en cas de défaillance du lanceur. Enfin, le déroulement de la phase propulsée a été aménagée pour réduire l'accélération subie par lesastronautes[8].
Remarque : la version N22 (figurant dans le tableau ci-dessous) n'est pas équipée d'une coiffe, la lettre « N » signifiant « None » (sans).
Pour les vols commerciauxLockheed Martin commercialise à la fois le lanceur russeProton et l'AtlasV. Le lanceurProton, moins coûteux est systématiquement sélectionné, sauf lorsque la masse du satellite nécessite le recours à l'AtlasV. Le lanceurAtlasV a été retiré du marché commercial et ne lance plus désormais que des satellites militaires américains pour lesquels les lanceurs américains disposent d'un monopole.Boeing qui commercialise le lanceur concurrentDeltaIV faisant face aux mêmes difficultés de commercialisation a également retiré son lanceur du marché commercial. Les deux constructeurs se sont associés depuis 2006 au sein de lacoentrepriseUnited Launch Alliance pour mutualiser leurs moyens de production : la production de l'AtlasV a été transférée de Littleton chez Lockheed Martin àDecatur enAlabama[2]. La sociétéAerojet développe et fabrique lesboosters.
Suivie d'une colonne de feu, Atlas V(401) s'élance en transportant les charges utiles de la NASA LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) et LCROSS (Lunar Crater Observation and Sensing Satellite)
Pour le lancement de l'AtlasV, ULA dispose de deux sites de lancement. Le premier est lecomplexe delancement 41 de labase de lancement de Cape Canaveral qui a été reconstruit en reprenant les principes utilisés pour l'assemblage et le lancement des fusées européennesAriane 5 : le lanceur est complètement préparé et testé dans un bâtiment d'assemblage avant d'être convoyé sur le site de lancement, ce qui permet de travailler sur deux lanceurs en parallèle. L'objectif était de pouvoir lancer15 fusées par an[2]. Le deuxième complexe de lancement est situé sur labase de Vandenberg. L'assemblage est réalisé de manière traditionnelle à l'aide d'une tour d'assemblage mobile qui s'écarte avant le décollage.
Fin 2023, la moitié des lancements (49) avaient été pris en charge par la version la moins puissante de l'AtlasV (401 et 501 sans propulseur d'appoint). Les versions les plus puissantes (541 et 551 avec respectivement quatre et cinq propulseurs d'appoint) ont été utilisés en tout22 fois par les militaires (15 tirs) et la NASA (7 tirs)[31].
Nombre de lancements par année et version du lanceur entre 2002 et 2023[32]
Nombre de lancements de l'AtlasV et de ses principaux concurrents dont les satellites commerciaux¹ entre 2006 et 2023[31],[33],[34],[35],[36],[37],[38]
¹Les satellites commerciaux par opposition aux satellites institutionnels (satellites militaires ou d'agences nationales comme laNASA) Remarque : Les satellites institutionnels placés en orbite par un lanceur non national sont décomptés comme des lancements commerciaux ²Falcon 9 et Falcon Heavy ³Compte tenu du nombre de lancement élevé et du fait que le constructeur du satellite est également celui du lanceur, les satellitesStarlink sont décomptés séparément.
Premier lancement de démonstration du vaisseauCST-100 Starliner sans équipage vers l'ISS. Le vaisseau subit une anomalie et se place sur une mauvaise orbite mais le lanceur n'est pas en cause.
↑Les contraintes imposées par la NASA comprennent principalement la présence d'un système très réactif de détection de défaillance du lanceur connecté à un équipement permettant l'éjection du vaisseau à distance de sécurité dans n'importe quel cas de figure (y compris en cas d'explosion au sol du lanceur) et la limitation du nombre deg (accélération) durant la phase propulsée
La première date est celle du lancement du lancement (du premier lancement s'il y a plusieurs exemplaires). Lorsqu'elle existe la deuxième date indique la date de lancement du dernier exemplaire. Si d'autres exemplaires doivent lancés la deuxième date est remplacée par un -. Pour les engins spatiaux autres que les lanceurs les dates de fin de mission ne sont jamais fournies.