La fusée Starship de SpaceX : une révolution dans le voyage spatial

La course à la conquête de l'espace continue avec le développement de la fusée Starship par SpaceX, une prouesse technologique qui pourrait permettre l'exploration de Mars et au-delà.

Une fusée dans l'espace se sépace de son module de lancement
la fusée starship se séparera de son module de lancement une fois qu'elle aura quitté l'atmosphère
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Depuis des décennies, l'exploration de l'espace est un immense défi scientifiqus et techniques. SpaceX, l'une des plus grandes entreprises de technologie spatiale, a  dévoilé il y a quelques années son dernier projet, la fusée Starship. Après des essais au sol de ses molteurs, la fusée est maintenant prête à décoller pour son premier vol d'essai. Revenons sur cet engin spatial hors-normes, et sur les technologies innovantes qu'il embarque. 

le prototype sn9 de la fusée starship sur sa base de lancement avec des rayons de soleil en contre jour
Le prototype SN-9 de la fusée Starship sur sa base de lancement

Starship, une fusée pour aller sur mars ?

La fusée Starship a été développée dans le cadre de la vision de SpaceX pour l'exploration de l'espace et la colonisation de Mars. Elon Musk, le fondateur de SpaceX, a déclaré que la mission de la société est de rendre l'humanité multi-planétaire en établissant une présence humaine permanente sur Mars.

Pour atteindre cet objectif ambitieux, SpaceX a d'abord développé la fusée Falcon 9 pour transporter des charges utiles en orbite terrestre basse et ravitailler la Station spatiale internationale. Ensuite, la société a développé la fusée Falcon Heavy, qui a une capacité de charge utile plus importante et peut transporter des charges utiles plus grandes et plus lourdes, telles que des satellites de communication.

Cependant, pour transporter des humains et des charges utiles vers Mars, SpaceX a conçu la fusée Starship, qui est beaucoup plus grande et plus puissante que la Falcon 9 ou la Falcon Heavy. Avec la Starship, SpaceX espère établir une présence humaine permanente sur Mars en envoyant des missions régulières pour y transporter des personnes et des fournitures.

La Starship pourrait également être utilisée pour des missions de tourisme spatial, des voyages autour de la Lune, des missions scientifiques, et pour transporter des charges utiles vers des orbites lointaines et vers d'autres corps célestes dans le système solaire.

Comment fonctionne la fusée Starship ?

La fusée Starship est équipée de deux parties : la Starship elle-même, qui est la partie supérieure de la fusée et transporte les passagers et les charges utiles, et la partie inférieure de la fusée, appelée Super Heavy, qui est responsable du lancement initial de la Starship dans l'espace.

Raptor : un moteur-fusée gigantesque

La Starship est équipée de six moteurs Raptor, un moteur à combustion étagée qui utilise le méthane liquide et l'oxygène liquide comme carburant. Les moteurs Raptor fournissent une poussée de 190 tonnes, ce qui permet à la Starship de s'élever dans l'atmosphère terrestre et de se propulser dans l'espace. Les moteurs Raptor sont également équipés d'une fonctionnalité de poussée vectorielle, qui leur permet de diriger la poussée dans différentes directions pour aider à stabiliser la fusée lors de son atterrissage.

deux moteurs-fusée avec une femme entre les deux. . A gauche le moteur merlin 1D, plus petit et à droite le moteur raptor, qui fait 3 fois la taille de la femme
Le moteur raptor (à droite) est impressionnant, à côté du moteur Merlin 1D (à gauche) qui équipait la fusée Falcon 9

La partie inférieure de la fusée, Super Heavy, est équipée de jusqu'à 31 moteurs Raptor, qui fournissent une poussée totale de 72 000 kN (ce qui correspond à 7300 Tonnes). Les moteurs Raptor de Super Heavy fonctionnent de manière similaire à ceux de la Starship, mais avec une plus grande capacité de propulsion. Super Heavy est également équipé d'un système de récupération, qui lui permet de retourner sur Terre après avoir propulsé la Starship dans l'espace.

Enfin, la capacité de la Starship à atterrir verticalement est rendue possible par les moteurs Raptor de la fusée, qui fournissent une poussée vectorielle pour stabiliser la fusée lors de son atterrissage. Ce système de poussée vectorielle permet à la Starship d'atterrir sur Terre en toute sécurité, ce qui élimine la nécessité de récupérer la fusée après chaque lancement, réduisant ainsi les coûts de transport spatial.

une fusée est assemblée sur son module de lancement assemblage d'une fusée sur son module de lancement

La fusée Starship est assemblée sur son module de lancement "super-heavy"

Le principe de fonctionnement du moteur-fusée

Le principe de fonctionnement du moteur fusée repose sur la troisième loi de Newton, également connue sous le nom de loi de l'action et de la réaction. Selon cette loi, pour chaque action, il y a une réaction égale et opposée. Dans le cas d'un moteur fusée, l'action est la libération de gaz brûlant à haute pression à travers une tuyère à l'arrière de la fusée. Cette libération de gaz en direction opposée crée une force de poussée sur la fusée, qui propulse la fusée vers l'avant.

schéma explicatif du fonctionnement du moteur-fusée
Le méthane et l'oxygène liquides sont injectés dans la chambre
de combustion, puis les gaz brûlants sont expulsés par la tuyère

Plus précisément, le moteur fusée fonctionne en brûlant un carburant (le méthane liquide) et un comburant (de l'oxygène liquide) à l'intérieur de la chambre de combustion. Lorsque le carburant et le comburant sont brûlés, ils produisent une grande quantité de gaz chauds à haute pression. Ces gaz chauds sont ensuite évacués de la chambre de combustion à travers la tuyère arrière de la fusée. La forme de la tuyère est conçue de manière à accélérer le flux de gaz en sortie et à maximiser la force de poussée résultante.

Pour maintenir la combustion dans la chambre de combustion, il est nécessaire de fournir une source d'énergie initiale pour allumer le carburant et le comburant. Cette source d'énergie est fournie par des allumeurs ou des bougies d'allumage. 

Un système de refroidissement original

La Starship est également équipée d'un système de refroidissement innovant qui permet de transporter des liquides cryogéniques (c'est à dire des gaz qui deviennent liquide à basse température), tels que l'oxygène liquide et le méthane liquide, sans perte de pression. Ce système de refroidissement utilise de l'acier inoxydable pour le réservoir de carburant de la fusée, ce qui permet de transporter les liquides à des températures extrêmement basses. Le système de refroidissement utilise également des conduites d'eau intégrées qui circulent autour du réservoir de carburant pour aider à maintenir la température des liquides cryogéniques à des niveaux acceptables.

En plus des réservoirs de carburant, la structure de la Starship elle-même est également soumise à des températures extrêmes pendant le vol, notamment lors de la rentrée dans l'atmosphère terrestre. Pour éviter la montée en température, un bouclier thermique est conçu pour protéger la structure de la chaleur intense générée lors de la rentrée, et le système de refroidissement est également utilisé pour maintenir les températures à des niveaux acceptables pendant cette phase critique du vol. 

vue d'une grande surface de tôle d'acier inoxydable
Les points d'attache du bouclier thermique de la fusée. Photo Steve Jurvetson (CC BY 2.0)

Des caractéristiques impressionnantes

La Starship est conçue pour transporter jusqu'à 100 passagers ainsi que des charges utiles lourdes. Cette capacité de transport important est un élément clé de la mission de SpaceX pour explorer et coloniser Mars. La Starship est capable de transporter une charge utile de plus de 100 tonnes, ce qui permettrait de transporter des équipements et des fournitures nécessaires pour l'installation d'une base humaine sur Mars.

En plus de sa capacité à atterrir verticalement et de sa grande capacité de transport, la Starship est également équipée d'un système de refroidissement innovant qui permet de transporter des liquides cryogéniques, tels que l'oxygène liquide et le méthane liquide, sans perte de pression. Ce système de refroidissement permettra à la Starship de transporter ces liquides à des températures extrêmement basses, ce qui est essentiel pour les voyages spatiaux à longue distance.

une fusée gigantesque sur sa base de lancement
La fusée Starship sur sa base de lancement. Image Wikimedia

Sommes nous prêts pour aller coloniser mars ?

La fusée Starship ouvre des perspectives nouvelles dans l'exploration de l'espace. Il y a cependant plusieurs défis technologiques majeurs qui empêchent pour le moment d'envoyer des êtres humains sur Mars et de les y maintenir pendant une période prolongée. Voici quelques-uns de ces défis :

Les systèmes de survie : Les astronautes qui voyagent sur Mars devront être capables de survivre pendant des périodes prolongées sans l'aide de la Terre. Cela signifie qu'ils devront être capables de produire de la nourriture, de l'eau, de l'oxygène et de l'énergie sur place, ainsi que de gérer les déchets. Le développement de systèmes de survie autonomes et efficaces est donc un défi majeur.

La protection contre les radiations : Les astronautes voyageant vers Mars seront exposés à des niveaux élevés de radiations cosmiques, qui peuvent endommager leur ADN et causer des maladies. Des technologies pour protéger les astronautes des radiations, telles que des boucliers en matériaux spéciaux, doivent être développées.

L'atterrissage sur Mars : Atterrir en toute sécurité sur Mars est un défi technique complexe. La planète a une atmosphère mince et une gravité plus faible que la Terre, ce qui rend l'atterrissage difficile. Des technologies avancées, telles que des systèmes de propulsion innovants et des capteurs précis, doivent être développées pour garantir un atterrissage en toute sécurité.

La communication : Les communications entre Mars et la Terre sont difficiles en raison de la distance importante entre les deux planètes. Des technologies pour améliorer la vitesse et la fiabilité des communications doivent être développées pour permettre une communication en temps réel entre les astronautes sur Mars et les équipes sur Terre.

Ces défis sont importants, mais ils ne sont pas insurmontables. De nombreuses entreprises et agences gouvernementales, dont SpaceX, travaillent sur des solutions pour surmonter ces défis et rendre la colonisation de Mars possible.  Le coût de ces travaux de recherche reste cependant phénoménal, et représentera certainement le principal obstacle à l'exploration de la planète mars.  Pour en savoir plus sur la conquête de la planète rouge, je vous recommande cet article de France Info

La Starship de SpaceX représente une révolution dans le voyage spatial. Avec sa capacité à transporter des passagers et des charges utiles importantes, à atterrir verticalement et son système de propulsion innovant, la Starship est une étape importante dans la réalisation de la mission de SpaceX pour explorer et coloniser Mars. Le développement de la Starship est un exemple clair de l'ingéniosité et de l'innovation qui sont nécessaires pour continuer à avancer dans l'exploration spatiale.

 

Rédacteur
Biberonné à l'Atari ST et au légo technics, c'est avec des cartes Arduino et des imprimantes 3D que je m'amuse aujourd'hui, et surtout que j'essaie d'amuser mes élèves !
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