Falcon 9 - Définition

Les installations de lancement de Cape Canaveral

Vue aérienne des installations de lancement de Cape Canaveral.

SpaceX lance le Falcon 9 depuis le pas de tir 40 (SLC-40) de la base de Cape Canaveral en Floride utilisé autrefois par les fusées Titan III et IV et reconverti pour le lanceur. Les installations comportent un hangar dans lequel le lanceur est assemblé à l'horizontale avec sa charge utile. Il est ensuite installé sur un véhicule sur rail qui supporte un dispositif d'érection sur lequel s'articule une table de lancement massive composée de longerons massifs en acier : cette-dernière comporte quatre pattes auxquelles sont fixées le lanceur. L'ensemble est transporté jusqu'au pas de tir situé à faible distance où il est basculé en position verticale. La table de lancement est fixée au sol. Les conduits d'alimentation et les câbles électriques se connectent au lanceur en passant par le système d'érection qui est légèrement écarté du lanceur. Des réservoirs dispersés à une certaine distance du pas de tir et des tours supportant les paratonnerres complètent ces équipements.

SpaceX envisage également d'effectuer des lancements de Falcon 9 depuis le pas de tir 4E de la base de lancement de Vandenberg utilisé autrefois pour les tirs du lanceur Titan. Ce dernier site serait alors utilisé pour placer des satellites sur une orbite polaire.

Caractéristiques techniques

Le réservoir du premier étage en cours de fabrication dans l'usine de SpaceX

Le Falcon 9 est un lanceur de capacité moyenne suffisamment fiable, selon son constructeur, pour permettre le lancement d'un vaisseau avec équipage. La fusée avec sa charge utile est haute de 55 mètres, a un diamètre de 3,6 mètres (hors coiffe) et pèse 333 tonnes. Tous les composants (avionique, moteurs, étages, jupe inter étages, coiffe) ont été conçus spécifiquement par SpaceX alors que les sociétés œuvrant dans le secteur se contentent généralement d'assembler des composants existants.

Le lanceur comprend deux étages propulsés par des moteurs Merlin brûlant un mélange d'oxygène liquide et de RP-1 (une variante du kérosène). Ces deux ergols constituent le mélange le plus utilisé par les moteurs développés récemment. Moins performant que le mélange oxygène/hydrogène il est au final moins pénalisant pour un premier étage car il nécessite des réservoirs moins volumineux et il est plus facile à mettre en œuvre. Son choix pour un second étage est par contre sans doute moins optimal. Le premier étage de la fusée est propulsé par 9 moteurs Merlin 1C qui développent en tout 448,9 t de poussée non modulable. La poussée des moteurs du premier étage est orientée grâce à un système de vérins qui déplacent certains des moteurs montés sur cardan. L'énergie nécessaire est produite par le kérosène sous pression ce qui, selon le constructeur, simplifie l'architecture du lanceur en supprimant le système hydraulique utilisé traditionnellement. La baie de propulsion avec ses moteurs représentent une masse de 7,7 tonnes soit plus de la moitié de la masse à vide du premier étage.

Le second étage, qui est une version raccourcie du premier étage, est propulsée par un seul moteur Merlin-C dans une version optimisée pour le fonctionnement dans le vide : la tuyère comporte une rallonge en alliage de niobium évacuant la chaleur par rayonnement. Le moteur délivre une poussée dans le vide de 44,5 tonnes modulable de 60 à 100% pour une impulsion spécifique de 342s. Le moteur est monté sur cardan pour orienter la poussée en lacet et tangage tandis que le déplacement en roulis est réalisée par le biais de la sortie du générateur de gaz. Le temps de fonctionnement nominal sur le Falcon 9 est de 354 secondes.

Le deuxième étage du lanceur.

Les réservoirs des deux étages sont réalisés en alliage d'aluminium lithium. La jupe de liaison entre les deux étages, réalisée en matériau composite aluminium-carbone est longue de 8 mètres pour accueillir la tuyère très allongée du moteur du second étage. Sur sa paroi intérieure se trouve 4 conteneurs dans lesquels sont logés les parachutes qui doivent permettre la récupération du premier étage Les réservoirs des deux étages sont mis sous pression par de l'hélium réchauffé. La coiffe a un diamètre de 5,2 mètres et est haute de 13,9 mètres : son diamètre intérieur maximum de 4,6 mètres se maintient sur une hauteur de 6,6 mètres.

L'avionique est commune avec celle du lanceur Falcon 1 également développé par SpaceX. Elle bénéficie d'une triple redondance (ordinateurs de vol et systèmes inertiels) et fait appel à un récepteur GPS pour déterminer le positionnement de l'engin. Les données télémétriques et vidéo sont transmises en bande S par chaque étage individuellement. Le lanceur est, selon son constructeur, capable de remplir sa mission même après l'extinction d'un des neuf moteurs du premier étage. A cet effet des vannes permettent de couper l'alimentation de chaque moteur individuellement ; une cloison en kevlar et nextel protège chaque propulseur de l'explosion éventuelle d'un autre moteur. Selon son constructeur le Falcon 9 peut placer une charge utile de 10,45 tonnes en orbite basse (200 km) et de 4,5 tonnes en orbite de transfert géostationnaire.

La société SpaceX communique de manière souvent vague (masse à vide non communiquée) et éventuellement contradictoire (incohérence entre impulsion spécifique et performances) sur les caractéristiques de ses lanceurs ; par ailleurs celles-ci sont souvent modifiées au cours de développement contrairement à ce qui se fait traditionnellement dans cette industrie. Les premiers lancements de Falcon 9 utilisent la version Block 1 du lanceur dont les performances, non précisées, sont sensiblement inférieures à celles du modèle commercial. A compter de fin 2010/début 2011 les tirs doivent utiliser une deuxième version, dite Block 2, comportant des propulseurs améliorés et emportant plus d'ergols, qui doit atteindre les performances annoncées.