La famille de lanceurs Falcon : de gauche à droiteFalcon 1 ;Falcon 9 1.0 avec capsule Dragon ;Falcon 9 1.1 R (récupérable) avec capsule Dragon et avec un satellite,Falcon 9 1.1 ;Falcon 9 1.2 FT R (récupérable) avec capsule Dragon et avec un satellite,Falcon 9 1.2 FT ;Falcon 9 Block 5 R (récupérable) avec capsule Dragon et avec un satellite ;Falcon 9 Block 5 ; Falcon Heavy (récupérable) ; Falcon Heavy Block 5 (récupérable).
Falcon Heavy est unlanceur spatial super lourd développé par la sociétéSpaceX. Il a la capacité de placer unecharge utile de 63,8 tonnes enorbite basse ou de 26,7 tonnes enorbite de transfert géostationnaire et réutilise les deux étages de la fuséeFalcon 9 auxquels sont accolés deuxpropulseurs d'appoint constitués par les premiers étages de cette même fusée. Le lanceur est conçu de manière à permettre la récupération du premier étage et des deux propulseurs d'appoint toutefois au prix d'une forte réduction de la charge utile. Le développement de la Falcon Heavy a été annoncé en 2011 avec une date de premier vol en 2013. Celle-ci a été par la suite régulièrement repoussée du fait principalement d'une mise au point plus longue que prévu d'uneFalcon 9 suffisamment puissante et récupérable. Après un test d'allumage statique réalisé le, le vol inaugural a eu lieu le depuis le pas detir 39A ducentre spatial Kennedy.
Depuis sa mise en service Falcon Heavy a été intégré à l'offre de SpaceX pour le programme militaireNational Security Space Launch et s'est vu confier à ce titre plusieurs lancements de satellites pour le compte de l'United States Space Force. Au cours de la décennie 2020 la fusée se voit également attribué la plupart des missions de premier plan de laNASA, dont les sondes d'explorationPsyché,Europa Clipper, etDragonFly, le télescopeRoman, ainsi que le lancement des premiers modules de laLunar Gateway et du vaisseau de ravitaillement Dragon XL.
Au milieu des années 2000, la sociétéSpaceX, qui développe son lanceurFalcon 9 (premier vol en 2010), annonce qu'elle réalisera une version lourde de cette fusée en accolant deux premiers étages supplémentaires, reprenant l'architecture de laDelta IV Heavy. Cette version a pour vocation de venir concurrencer les lanceurs lourds de l'époque sur le marché des satellites de télécommunications à placer enorbite géostationnaire. La Falcon Heavy doit être opérationnelle deux ans après le premier vol de laFalcon 9. En 2006, SpaceX annonce que le lanceur pourra placer 24,75 tonnes en orbite basse pour un coût de 78 millions de dollars. La charge utile est réévaluée en 2007 (28 tonnes) et 2010 où elle atteint 32 tonnes pour un coût de 95 millions de dollars. Le développement de laFalcon 9 V1.1 finalisé en 2011 et beaucoup plus puissante a des répercussions directes sur les dimensions et les performances de la version Heavy qui s'accroissent encore. En 2013, SpaceX annonce un premier vol en 2013 à partir de la base de lancement de Vandenberg en Californie. À la suite de la reprise par SpaceX du complexe delancement 39A du centre spatial Kennedy (Floride), SpaceX annonce que son nouveau lanceur décollera depuis cette base. En 2015, les performances sont encore revues à la hausse avec une masse en orbite basse de 53 tonnes et en orbite géostationnaire de 21,2 tonnes. Ces performances sont encore revues en 2016 et en 2017: le constructeur affiche sur son site une masse en orbite basse de 63,8 tonnes, et en orbite géostationnaire de 26,7 tonnes[1].
La date du premier vol est reportée à plusieurs reprises, notamment à cause des difficultés techniques qui n'avaient pas été anticipées par les responsables du projet. Finalement, en 2016, un premier vol est annoncé courant 2017, puis repoussé fin 2017 à la suite de l'explosion de laFalcon 9 en. Les hypothèses de travail basées sur la fuséeFalcon 9 ont sous-estimé les changements dans l'aérodynamique et les charges imposées à la structure. Le passage àMax Q ne s'effectue plus au même moment. La transition du subsonique au transsonique est modifiée de manière importante par la présence de 27 moteurs-fusées exerçant simultanément une poussée. Ceux-ci triplent les vibrations et les répercussions acoustiques. Pour traiter ces problèmes il a fallu renforcer de manière importante l'étage central. Le développement du système de séparation des étages d'appoint a été particulièrement difficile. Enfin, la mise à feu initiale des 27 moteurs-fusées a nécessité la mise au point d'une procédure d'allumage spécifique : les moteurs-fusées seront allumés deux par deux avec un petit intervalle de temps pour permettre l'arrêt des opérations de lancement en cas de détection d'un problème sur la propulsion[2].
Le, le premier étage central renforcé fait l'objet d'un tir statique sur lebanc d'essais dont dispose SpaceX à McGregor au Texas. Il est transféré par la suite à Cape Canaveral où il est accouplé à deux étagesFalcon 9 récupéré après un premier vol. L'un de ces deux étages a placé en orbite le satelliteThaicom 9 le et a été testé en sur le banc d'essais après remise en condition opérationnelle[3]. Bien que crucial, aucun test d'un premier étage complet ne peut être réalisé sur les bancs d'essais existants, du fait des dimensions particulières du nouveau lanceur. SpaceX a décidé de faire ces tests sur lepas de tir SLC-39A utilisé pour le premier vol[2].
En février 2021, laNASA annonce avoir retenu la Falcon Heavy pour lancer les deux premiers modules de la station spatiale lunaire (LOPG) dont le lancement est prévu pour 2024[4]. En juillet 2021, la NASA attribue un contrat de 178 millions de dollars à SpaceX pour une mission vers Europe, l’une des lunes de Jupiter[5].
La date du premier vol est conditionnée par la fin des travaux de remise en état dupas de tir SLC-40 utilisé par SpaceX sur labase de lancement de Cape Canaveral rasé lors de l'explosion d'uneFalcon 9 le. Ces travaux, qui devaient s'achever fin doivent permettre de redémarrer les lancements depuis ce pas de tir et de libérer l'ensemble de lancement SLC-39A pour la première campagne de tir de la Falcon Heavy[3]. Après avoir été reporté plusieurs fois, le premier essai de mise à feu statique est planifié en, ce qui entraine le report du vol inaugural[6]. La mise à feu statique consiste à allumer tous les moteurs pendant plusieurs secondes, en retenant le lanceur au sol, afin de vérifier que ce dernier se comporte de manière normale. Le, la mise à feu statique a lieu avec succès. Pour ce vol inaugural, les deux propulseurs d'appoint utilisés sont deux anciens premiers étages de fuséeFalcon 9 ayant chacun été utilisé et récupéré une fois.
Le second étage du lanceur place la charge utile sur une orbite basse. Pour démontrer les capacités du lanceur à placer les satellites sur uneorbite géostationnaire par injection directe (c'est-à-dire sans que le satellite emporte demoteur d'apogée), le deuxième étage du lanceur est allumé à deux reprises entrecoupées par de longues phase devol balistique (n'utilisant pas la propulsion). Le second étage est rallumé une première fois20 minutes après son extinction et place la charge utile sur une nouvelle orbite dont l'apogée se situe à 7 000 km d'altitude. Quatre heures plus tard, vers2 h 30 TU, un troisième allumage place la charge utile sur uneorbite héliocentrique.
Pour ce vol de qualification, la charge utile est particulièrement légère (1,2 tonne) : c'est uneTesla Roadster, unevoiture électrique produite par une société dirigée par le PDG de SpaceX[8]. L'objectif assigné au lanceur était de placer la Tesla sur uneorbite héliocentrique dont l'aphélie se situait à 2Unités Astronomiques (U.A.) du Soleil (orbite de Mars). Le lanceur fait mieux puisque l'apogée se situe à 2,61 U.A. ce qui la place au niveau de la ceinture principale d'astéroïdes. Sur cette orbite la Tesla devrait repasser au niveau de l'orbite terrestre tous les 29 mois[9].
La mise en orbite du coupé Tesla est un habile coup publicitaire profitant à l'entreprise deElon Musk en difficulté financière à la date du lancement (quelques jours plus tard la sociétéTesla publie ses résultats annuels : 1,96 milliard de pertes en 2017 sont annoncés pour un chiffre d'affaires annuel de 11,8 milliards US$[10].). Durant la première phase du vol en orbite, trois caméras installées à bord de la Tesla retransmettent l'image d'un pilote-mannequin, baptiséStarman, vêtu d'une combinaison et d'un scaphandre blancs. Tandis que l'auto-radio joueLife On Mars, une chanson deDavid Bowie, Starman « conduit » le véhicule, une main sur le volant et un bras négligemment appuyé sur la portière[11],[12],[13],[Note 1],[8].
Le lanceur utilise28 moteursMerlin 1D.Le premier étage central et les deux propulseurs d'appoint utilisent chacun 9 moteurs disposés comme sur cet étage deFalcon 9 récupéré.
Le lanceur Falcon Heavy constitue un ensemble haut de 70 mètres, large de 11,6 mètres avec une masse au lancement de 1 421 tonnes. Le lanceur utilise des composants (moteurs et étages) déjà en production pour la fuséeFalcon 9 v1.1 FT avec quelques modifications. Il comporte un premier étage central encadré par deuxpropulseurs d'appoint, tous trois constitués par le corps du premier étage d'uneFalcon 9 v1.1 FT. Le deuxième étage a des caractéristiques proches de celui de laFalcon 9. Tous les étages utilisent desmoteurs-fuséesMerlin 1D+ brûlant un mélange d'oxygène liquide et deRP-1[14].
L'étage central est un premier étageFalcon 9 comportant une structure de poussée renforcée et des systèmes d'attache permettant de solidariser les deux propulseurs d'appoint au niveau du segment avant et arrière de l'étage. L'étage central est haut de 41,2 mètres et a un diamètre de 3,66 mètres. Sa masse à vide est environ de 25,6 tonnes et il emporte 123,57 tonnes de kérosène et 287,43 tonnes d'oxygène. Cette quantité d'ergols embarquée est obtenue en utilisant la technique de refroidissement appliquée sur laFalcon V1.1 FT. Celle-ci permet d’accroître la densité. Le réservoir d'oxygène liquide est unestructure monocoque (sans pièces externes pour assurer sa rigidité et résister aux efforts) tandis que le réservoir de kérosène comporte des longerons et des couples. L'étage est propulsé par neuf moteursMerlin 1D+ dont lapoussée est de 845 kN au niveau de la mer (914 kN dans le vide) et l'impulsion spécifique est de282 secondes au niveau de la mer (311 secondes dans le vide). La poussée des moteurs est modulable entre 55 et 100 % (la limite inférieure pourrait être de 40 %). La durée de combustion est de 230 secondes. L'étage fonctionne une minute de plus que les propulseurs d'appoint ce qui l'amène à une altitude et une vitesse beaucoup plus importante que le premier étage de laFalcon 9, rendant sa récupération plus complexe[1]. Malgré la difficulté, le 12 avril 2019, à la suite du second vol de Heavy pour Arabsat-6A, l'étage central arrive à se poser au centre de labarge autonome "Of Course I Still Love You", positionnée à 967 km de la côte, une distance record. Cependant, le booster central (B1055) glisse de la barge lors de son retour versPort Canaveral.
À l'image des lanceursDeltaIV etAngara, laFalcon Heavy utilise commepropulseurs d'appoint un premier étage deFalcon 9 similaire à l'étage central ce qui permet de réduire les coûts. Chaque propulseur d'appoint est long de 44,8 mètres et a un diamètre de 3,66 mètres avec une masse à vide de 22,5 tonnes. Il emporte 411 tonnes d'ergols (274,4 tonnes d'oxygène liquide et 123,6 tonnes de kérosène). Les propulseurs d'appoint se distinguent de l'étage central par la présence à leur extrémité supérieure d'une coiffe de forme conique en composite haute de 3,4 mètres qui donne un profil aérodynamique à cette extrémité.Il était initialement envisagé pour les charges utiles les plus lourdes (plus de 45 tonnes) d'utiliser un système d'alimentation croisé entre les propulseurs d'appoint et le premier étage qui aurait permis de transférer des ergols vers les réservoirs de l'étage central en cours de vol, allongeant ainsi la durée de fonctionnement de l'étage central après le largage des propulseurs d'appoint. Ce dispositif complexe a été abandonné à la suite de l'amélioration des performances des moteursMerlin 1D et de la capacité à réduire fortement (40 % officiellement, peut-être 30 %) la poussée des moteurs de l'étage central prolongeant ainsi sa durée de fonctionnement. Le système de fixation des propulseurs d'appoint à l'étage central repose sur des pinces de serrage qui s'ouvrent pour le largage et qui évitent d'utiliser des dispositifs de séparation pyrotechniques non réutilisables. Les propulseurs d'appoint fonctionnent durant195 secondes[1].
Équipements de récupération (étage central et propulseurs d'appoint)
Le second étage du lanceur est identique à celui du lanceurFalcon 9 FT. avec une longueur de 12,6 mètres et un diamètre de 3,6 mètres. Il a une masse à vide de 4 tonnes et emporte 107,5 tonnes d'ergols (75,2 tonnes d'oxygène liquide et de 32,3 tonnes de kérosène). L'étage est propulsé par un seul moteurMerlin-D+ dans une version optimisée pour le fonctionnement dans le vide : latuyère comporte une rallonge en alliage deniobium évacuant la chaleur parrayonnement qui porte le rapport de section à 165. Le moteur délivre une poussée dans le vide de 934 kN modulable avec uneimpulsion spécifique de 348 secondes. Le moteur est monté sur cardan pour orienter lapoussée enlacet ettangage. Un système reposant sur lespropulseurs à gaz froid est utilisé pour contrôler leroulis durant les phases propulsées et sur l'orientation dans les trois axes durant les phases de vol non propulsés. Le temps de fonctionnement est variable selon les missions et peut atteindre 420 secondes. Le moteur peut être rallumé plusieurs fois grâce à un système d'allumage TEA-TEB redondant[1].
La poussée des 27 moteurs est maximale au décollage et utilise la poussée à pleine puissance de l'ensemble des moteurs de l'étage central et des propulseurs d'appoint. Puis progressivement la poussée des moteurs de l'étage central est réduite pour permettre à celui-ci de fonctionner après le largage des propulseurs d'appoint. Les propulseurs d'appoint sont largués 195 secondes après le décollage. La poussée des moteurs de l'étage central est à nouveau augmentée lorsque les propulseurs d'appoint sont largués. L'extinction de l'étage central a lieu à une altitude et à une vitesse plus élevée que celles du lanceurFalcon 9 ce qui permet au second étage (aux capacités identiques pourFalcon 9 et laFalcon Heavy) de remplir sa tâche alors que la charge utile est jusqu'à trois fois plus lourde[1],[15].
Comme c'est déjà le cas avec son lanceurFalcon 9, SpaceX a conçu son lanceur de manière à pouvoir récupérer le premier étage et les deux propulseurs d'appoint de laFalcon Heavy. Les trois étages une fois largués sont ramenés sur Terre par une série de manœuvres propulsives, un vol guidé dans l'atmosphère avant un atterrissage final en douceur sur un train d'atterrissage comportant 4 pieds. La trajectoire de retour est conçue de manière que les propulseurs d'appoint reviennent sur le site d’où le lanceur a décollé pour réduire les coûts induits par le transport et les manutentions qu'impliquent un atterrissage sur un site éloigné dans le cas présent unebarge autonome. L'étage central, qui a une durée de fonctionnement beaucoup plus longue que les étages latéraux (230 secondes contre 162 secondes), est beaucoup plus loin de la base de lancement. Son retour sur ce site nécessiterait de disposer d'une quantité d'ergols qui pénaliserait trop les performances du lanceur. Aussi SpaceX fait atterrir l'étage central sur une barge qui est positionnée à plusieurs centaines de kilomètres de la côte[16].
Déroulement des phases de vol de laFalcon Heavy avec récupération des 3 premiers étages[17].
Sur le plan des performances, le constructeur du lanceurSpaceX affiche les capacités suivantes en pour la version dont les étages ne sont pas récupérés. Lacharge utile dépend de l'orbite visée[14] :
La récupération des premiers étages réduit fortement lacharge utile en particulier pour les orbites hautes du fait de la nécessité de conserver après extinction des étages une quantité de carburant suffisante pour le retour au sol (environ 90 tonnes d'ergols pour les 2 propulseurs d'appoint et 45 tonnes pour le premier étage) qu'il faut néanmoins hisser jusqu'à l'altitude atteinte à l'extinction de ces étages[17]) :
Version avec récupération des deux propulseurs d'appoint
Orbite basse > 57 tonnes
Orbite de transfert géostationnaire > 10 tonnes
Version avec récupération des deux propulseurs d'appoint et de l'étage central :
Deux projets originaux étaient associés au lanceurFalcon Heavy mais ont été abandonnés par SpaceX au cours de l'année qui a précédé le premier vol : le lancement de capsulesRed Dragon à la surface de Mars à des fins scientifiques pour le compte de la NASA et un vol circumlunaire d'une capsuleDragon V2 spécialement aménagée pour emporter destouristes spatiaux suffisamment fortunés pour en payer le coût. Les projets martiens sont désormais portés par le lanceur superlourdBFR que SpaceX compte développer au cours de la décennie 2020[30].
Comparaison des capacités de la Falcon Heavy avec les principaux lanceurs lourds dont le SLS pour des missions d'exploration du système solaire.
Avec un coût de la version non récupérable de 150 millions € et sa capacité à lancer 3,5 tonnes vers laplanète nainePluton et donc bien plus vers les planètes externes (Saturne, Jupiter…) sans recourir à l'assistance gravitationnelle des planètes internes ou externes, laFalcon Heavy ouvre des perspectives nouvelles pour des missions à destination des planètes les plus lointaines. Toutefois la NASA exige pour le lancement de ses missions d'exploration du système solaire les plus coûteuses (plusieurs milliards US$ :Mars Science Laboratory,Mars 2020,Cassini Huygens) que la fusée utilisée soit certifiée, un processus d'autant plus long que le lanceur ne devrait pas voler avec une fréquence élevée. Les exigences sont beaucoup moins élevées pour les missions relevant duprogramme Discovery (missions de 500 millions US$) où l'utilisation de laFalcon Heavy, du fait de son faible coût, devient envisageable. Le lanceur permettrait de placer sur une trajectoire directe, avec donc un transit de faible durée, ces engins spatiaux caractérisés par une masse réduite (moins d'une tonne)[31].
Le bâtiment d'assemblage desFalcon 9 etFalcon Heavy du LC-39A.
Pour lancer sa fusée lourde SpaceX loue, dans le cadre d'un bail qui court jusqu'en 2034, lecomplexe de lancement LC-39A ducentre spatial Kennedy utilisé autrefois par laNavette spatiale américaine. En 2015 et 2016, SpaceX réaménage lepas de tir et fait construire un bâtiment d'assemblage.La société lance régulièrement depuis ce site à la fois desFalcon Heavy et desFalcon 9.Le premier lancement d'uneFalcon Heavy a eu lieu depuis ce pas de tir le 6 février 2018[32]. Il est également prévu que le lanceur soit tiré depuis labase de lancement de Vandenberg[33]. Les travaux de construction du pas de tir à Vandenberg ont débuté à côté des installations existantes pour le lanceurFalcon 9.
Les propulseurs auxiliaires latéraux et l'étage central sont désormais constitués de Block 5[35]. Ils réussissent tous leur atterrissage mais l'étage central finit par basculer sur la barge océanique du fait d'une trop forte houle[36].
L'étage central n'a pas pu être récupéré et a été détruit lors de l'impact dans l'océan Atlantique. Pour la première fois une demi coiffe est récupérée dans un filet par un navire en haute mer.
↑À ce sujet, Elon Musk écrivait en décembre 2017, quelques semaines avant le lancement :« Les vols d'essai de nouvelles fusées contiennent généralement des simulateurs de masse sous la forme de blocs de béton ou d'acier. Cela semblait extrêmement ennuyeux. Bien sûr, tout ce qui est ennuyeux est terrible, en particulier les entreprises, alors nous avons décidé d'envoyer quelque chose d'inhabituel, quelque chose qui nous faisait vibrer. La charge utile sera uneTesla Roadster originale, jouantSpace Oddity, sur une orbite elliptique d'un milliard d'années. »
↑Observatoire de Paris-PSL- Centre de recherche en astronomie etastrophysique, « La mission Dragonfly confirmée par la NASA », surObservatoire de Paris - PSL - Centre de recherche en astronomie et astrophysique,(consulté le)
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.
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
