Lanceur orbital monoétage - Définition

Inconvénients du lanceur monoétage

Par rapport à un lanceur classique, un lanceur monoétage pour parvenir à une masse à vide faible, doit avoir recours à des matériaux et des procédés de construction beaucoup plus couteux.

Un lanceur monoétage, pour atteindre les performances exigées, doit être d'une grande sophistication, en particulier au niveau de sa motorisation, ce qui se traduit par un risque élevé de défaillance. On retombe sur le problème rencontré par la navette spatiale américaine : cout d'entretien, durée d'immobilisation, risque de défaillance important.

Le rapport de masse très faible laisse moins de marge qu'un lanceur classique face aux aléas de la conception  : un très faible excédent de masse suffit à annuler la capacité du lanceur à placer en orbite une charge utile.

Pour être récupérable (cf raisonnement sur les lanceurs classiques récupérables), le lanceur monoétage doit atterrir horizontalement donc être doté d'un empennage qui alourdit sa masse et rend l'atteinte du ratio encore plus difficile.

Lanceur monoétage aérobie

Le projet d'avion spatial Skylon aurait des moteurs aérobies

Certains modèles de lanceur monoétage utilisent des moteurs à réaction qui recueillent l'oxygène de l'atmosphère pour réduire le poids au décollage du véhicule.

Certains des problèmes avec cette approche sont:

• Aucun moteur aérobie capable de fonctionner à la vitesse orbitale dans l'atmosphère n'est connu (par exemple des superstatoréacteurs alimentés à l'hydrogène semblent avoir une vitesse maximale d'environ Mach 17). Cela signifie que les fusées doivent être utilisés pour l'insertion finale en orbite.
• La poussée requiert que la masse orbitale soit aussi faible que possible pour réduire le poids du propergol.
• Les réservoirs d'oxydant sont très légers quand ils sont vides, environ 1% de leur contenu, de sorte que la réduction du poids orbital par des véhicules aérobie est faible, alors que les moteurs aérobie ont un faible rapport poussée/poids qui tend à augmenter la masse orbitale.
• Des vitesses très élevées dans l'atmosphère nécessitent des systèmes de protection thermique très lourds, ce qui rend encore plus difficile l'atteinte l'orbite.
• Bien qu'à basse vitesse, les moteurs aérobie soient très efficaces, l'efficacité (Isp) et des niveaux de poussée des réacteurs aérobie réduit considérablement à grande vitesse (au-dessus de Mach 5 à 10 selon le moteur) et commencer à les approcher des moteurs de fusée ou pire.

Ainsi, avec l'exemple du X-43, les budgets de masse ne semblent pas près du lancement orbital.

Des problèmes similaires se produisent avec des véhicules mono-étages avec des moteurs à réaction classiques pour l'orbite — le poids des moteurs à réaction n'est pas compensé par la réduction de carburant suffisante.

D'autre part, d'autres modèles d'aérobie tels que l'avion spatial Skylon (et ATREX) qui passent en mode fusés plutôt à basse vitesse (Mach 5,5) ne semblent pas donner, du moins sur papier, une amélioration de la fraction de masse orbitale par rapport aux fusées pures (même les fusées à plusieurs étages) suffisamment pour tenir la possibilité de réutilisation complète avec la meilleure fraction de charge utile.

Il est important de noter que la fraction de masse est un concept important dans la conception d'une fusée. Cependant, la fraction de masse peut ne très faiblement entrer en compte avec les coûts d'une fusée, les coûts de carburant étant très faibles par rapport aux coûts du programme de génie dans son ensemble.