Falcon 9
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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 (Cliquez sur l'image pour une description) III et IV et reconverti pour le lanceur ( Lanceur, terme de l'astronautique Lanceur, terme du baseball ). Les installations comportent un hangar (Un hangar est un bâtiment souvent réduit à une couverture et servant à abriter des véhicules, des aéronefs, à stocker des récoltes, des matériaux ou des marchandises. Le mot hangar provient d'un dialecte...) dans lequel le lanceur est assemblé à l'horizontale avec sa charge utile (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non...). Il est ensuite installé sur un véhicule (Un véhicule est un engin mobile, qui permet de déplacer des personnes ou des charges d'un point à un autre.) sur rail (Un rail (ou lisse en québécois) est une barre d’acier profilée. Deux files parallèles de rails mis bout à bout forment une voie ferrée. Ils...) qui supporte un dispositif d'érection sur lequel s'articule une table de lancement massive (Le mot massif peut être employé comme :) composée de longerons massifs en acier : cette-dernière comporte quatre pattes auxquelles sont fixées le lanceur. L'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être...) est transporté jusqu'au pas de tir situé à faible distance où il est basculé en position verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le fil à plomb.). 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 (SpaceX (ou Space Exploration Technologies Corporation) est une entreprise américaine travaillant dans le domaine de l'astronautique fondée en...) envisage également d'effectuer des lancements de Falcon 9 (La fusée Falcon 9 est un lanceur réutilisable développé par la société américaine SpaceX. Le premier tir a eu lieu le 4 juin 2010 et le lanceur a atteint la plupart des objectifs en...) depuis le pas de tir 4E de la base de lancement (Une base de lancement ou un astroport, dans le domaine de l’astronautique, est un lieu où sont réunis un ou plusieurs ensembles de lancement, des...) de Vandenberg utilisé autrefois pour les tirs du lanceur Titan. Ce dernier site serait alors utilisé pour placer des satellites (Satellite peut faire référence à :) sur une orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) 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 (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur...) suffisamment fiable, selon son constructeur, pour permettre le lancement d'un vaisseau avec équipage. La fusée (Fusée peut faire référence à :) avec sa charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire pour...) utile est haute de 55 mètres, a un diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre est aussi la longueur de ce...) 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 (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une...) d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) 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 (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) 448,9 t de poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air brassé par un moteur, dans le sens inverse de l'avancement.) 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 (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) nécessaire est produite par le kérosène (Le kérosène est un mélange d'hydrocarbures contenant des alcanes (CnH2n+2) de formule chimique allant de C10H22 à C14H30. Issu du raffinage du pétrole, il résulte du soutirage pendant la...) sous pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) ce qui, selon le constructeur, simplifie l'architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) du lanceur en supprimant le système hydraulique (L'hydraulique désigne la branche de la physique qui étudie les liquides. En tant que telle, les champs d'investigation qu'elle propose regroupent plusieurs domaines :) utilisé traditionnellement. La baie de propulsion (La propulsion est le principe qui permet à un corps de se mouvoir dans son espace environnant. Elle fait appel à un propulseur qui transforme en force motrice l'énergie fournie par le milieu extérieur...) avec ses moteurs représentent une masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la...) de 7,7 tonnes soit plus de la moitié de la masse à vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.) du premier étage.

Le second étage, qui est une version raccourcie du premier étage, est propulsée par un seul moteur (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou...) Merlin-C dans une version optimisée pour le fonctionnement dans le vide : la tuyère (Une tuyère ou tuyère propulsive, dans le domaine de l'astronautique, est un conduit (appelé aussi divergent) de section conique (fusées de feu d'artifice) ou oblongue...) comporte une rallonge en alliage (Un alliage est une combinaison d'un métal avec un ou plusieurs autres éléments chimiques.) de niobium évacuant la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) par rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.). Le moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de la puissance. Il effectue ce travail à partir d'une énergie (éolienne,...) délivre une poussée dans le vide de 44,5 tonnes modulable de 60 à 100% pour une impulsion spécifique (L'impulsion spécifique (notée généralement Isp), dans le domaine de l'astronautique, est le quotient de deux grandeurs, dont l'une est la poussée d'un propulseur, et l'autre le produit du débit...) de 342s. Le moteur est monté sur cardan pour orienter la poussée en lacet et tangage tandis que le déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense...) en roulis est réalisée par le biais de la sortie du générateur de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de...). Le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) 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 (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13. C’est un élément important sur la Terre avec 1,5 % de la masse totale.) lithium (Le lithium est un élément chimique, de symbole Li et de numéro atomique 3.). La jupe de liaison entre les deux étages, réalisée en matériau composite (Le matériau composite est un assemblage d'au moins deux matériaux non miscibles (mais ayant une forte capacité d'adhésion). Le nouveau matériau ainsi constitué possède des propriétés que les éléments seuls ne...) 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 (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il ouvre la série des gaz nobles dans le tableau...) 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 (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) 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 (On peut définir le positionnement comme un choix stratégique qui cherche à donner à une offre (produit, marque ou enseigne) une position crédible, différente et attractive au sein d’un marché et dans l’esprit des clients...) de l'engin. Les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) télémétriques et vidéo (La vidéo regroupe l'ensemble des techniques, technologie, permettant l'enregistrement ainsi que la restitution d'images animées, accompagnées ou non de son, sur un support adapté à l'électronique et non de...) 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'une manière générale, le mot extinction désigne une action consistant à éteindre quelque chose. Plus particulièrement on retrouve ce terme dans plusieurs domaines :) 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 (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un volume plus grand, généralement sous forme de gaz. Plus cette transformation s'effectue rapidement, plus la...) éventuelle d'un autre moteur. Selon son constructeur le Falcon 9 peut placer une charge utile de 10,45 tonnes en orbite basse (L'orbite terrestre basse (Low Earth orbit, LEO, en anglais) est un type d'orbite terrestre situé entre 350 et 1 400 kilomètres d'altitude. On considère généralement que l'orbite basse est comprise entre l'atmosphère...) (200 km) et de 4,5 tonnes en orbite de transfert (Une orbite de transfert, dans le domaine de l'astronautique, est l'orbite sur laquelle est placé temporairement un véhicule spatial entre une orbite initiale, ou la trajectoire de lancement, et une orbite visée.) géostationnaire.

La société SpaceX communique de manière souvent vague (Une vague est un mouvement oscillatoire de la surface d'un océan, d'une mer ou d'un lac. Les vagues sont générées par le vent et ont une amplitude crête-à-crête allant de quelques centimètres à 34...) (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 (Un commercial (une commerciale) est une personne dont le métier est lié à la vente.). 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.

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