Electron (fusée)

Le lanceur Electron est développé par la société aérospatiale Rocket Lab, créée en juin 2006[1] en Nouvelle-Zélande par l'ingénieur aérospatial Peter Beck. La société a fait ses débuts en développant la fusée-sonde Ātea-1, lancée pour la première fois avec succès en novembre 2009.

En décembre 2010, le constructeur néo-zélandais obtient un contrat auprès de l'Operationally Responsive Space Office (ORS), un service du département de la Défense des États-Unis chargé de mettre à disposition des solutions de lancement de petits satellites souples et économiques. Celui-ci lui demande d'étudier la conception d'un lanceur léger à faible coût spécialisé dans le lancement de nanosatellites (satellites d'une masse maximale de quelques dizaines de kilogrammes comprenant les CubeSats). Le développement du lanceur Electron est décidé en reprenant l'objectif d'abaissement des coûts de lancement des nanosatellites, dont le marché est en pleine expansion. Ces petits satellites sont jusque-là placés en orbite en tant que charge utile secondaire par des lanceurs traditionnels[2]. Electron vise à fournir une solution plus souple que celle de ces lanceurs. De par sa conception, le lanceur est optimisé pour une fréquence de tirs élevée et pour la desserte de l'orbite héliosynchrone. Rocket Lab table à l'époque sur une croissance de 60 % de ce marché au cours des cinq années à venir. L'Electron est commercialisé avec un coût de lancement de cinq millions de dollars américain. Il peut placer une charge utile totale de 150 kg sur une orbite héliosynchrone (environ 500 km) et de 225 kg sur une orbite terrestre basse. Le financement du développement du nouveau lanceur, évalué à 100 millions de dollars américains, est fourni par plusieurs sociétés de capital risque américaines et néo-zélandaises[3].

Durant l'année 2015, Rocket Lab a effectué 87 tirs de fusées-sondes qui lui permettent d'accumuler une grande expérience. À cette date, les moteurs-fusées Rutherford, qui doivent propulser le nouveau lanceur, subissent avec succès de nombreuses mises à feu sur banc d'essais et un premier lancement de l'Electron est alors prévu fin 2015. En octobre 2015, la NASA annonce qu'elle décide de financer le développement du lanceur néo-zélandais ainsi que celui de deux autres mini-lanceurs pour disposer d'un lanceur adapté à la mise en orbite des satellites CubeSats. Rocket Lab doit recevoir, de la NASA, 6,9 millions de dollars américains pour réaliser un vol orbital de démonstration d'ici avril 2018[4].

Pour capter une clientèle majoritairement américaine (DARPA, Aerojet Rocketdyne et Lockheed Martin), la société installe officiellement son siège social à Los Angeles en 2013, le site de conception et de fabrication restant en Nouvelle-Zélande[2]. Un site de 14 000 m² réunissant un atelier d'assemblage et le siège social est créé au 14520, Delta Lane au Huntington Beach en Californie à cette date[5]. En octobre 2019, la société emploie 500 personnes dont 400 en Nouvelle-Zélande[6].

Le premier des trois tirs d'essai, baptisé « It's a Test », est effectué le 25 mai 2017[7] - [8]. Le vol n'emporte aucun satellite mais seulement une masse inerte et des instruments de mesure destinés à évaluer le comportement du lanceur en vol. L'orbite visée est 300 x 500 km avec une inclinaison orbitale de 83°. Les différentes phases semblent se dérouler correctement. Les séparations des étages puis de la coiffe se déroulent comme prévu mais le lanceur ne parvient pas à placer en orbite sa charge utile[9].

L'analyse des télémesures transmises durant le vol permettent par la suite de déterminer l'origine de la défaillance. Le lanceur est monté jusqu'à une altitude de 224 kilomètres mais quatre minutes après le décollage, le sous-traitant chargé de la réception des télémesures perd le contact avec le lanceur. En application des procédures de sûreté standard, les opérateurs déclenchent les commandes de destruction du lanceur. Au moment de sa destruction, le lanceur suit la trajectoire prévue et son fonctionnement est normal. La perte des télémesures découle d'une erreur dans le paramétrage de la transmission. Le code correcteur (typiquement transmission de bits de parité), qui permet de corriger les erreurs de transmission, n'est pas activé. Le problème est apparu lorsque la distance s'est accrue réduisant le rapport signal sur bruit dans la transmission et introduisant des erreurs rendant illisible les données émises par les systèmes du lanceur. Selon le constructeur d'Electron, la correction de cette erreur est très simple[10].

Pour le vol suivant, Rocket Lab corrige le mouvement de rotation excessif du lanceur qui s'est manifesté durant le vol. Le premier vol hormis ce point s'est bien déroulé et la seule modification apportée au lanceur est l'allongement du réservoir du deuxième étage de 50 cm, ce qui permet de prolonger la durée de fonctionnement de 50 secondes. Ce deuxième vol, baptisé « Still Testing », est retardé six fois entre décembre 2017 et janvier 2018 en raison des conditions météorologiques, du trafic orbital, des lanceurs et des problèmes de sécurité de l'aire de répartition[10] - [11]. Il a finalement lieu le 21 janvier 2018 et place avec succès sa charge utile sur une orbite héliosynchrone. Sa charge utile est constituée par trois satellites CubeSats : deux Lemur conçus pour le suivi de navires et un Dove[12].

Dès le deuxième vol de l'Electron, un troisième étage optionnel (kick stage), baptisé Photon, est utilisé. Celui-ci comporte un moteur-fusée à ergols liquides réallumable baptisé Curie d'une poussée de 120 Newtons qui permet de déployer les satellites sur différentes orbites. Il peut emporter 150 kilogrammes[13]. L'Electron devient rapidement un succès commercial qui domine le marché occidental des lanceurs légers. Trois vols sont effectués en 2018, six en 2019, sept en 2020 (un échec), six en 2021 (un échec) et neuf en 2022[14]. En août 2020, une augmentation des performances d'une prochaine version est annoncée principalement grâce à une amélioration des batteries. La capacité en orbite basse passe à 300 kilogrammes et en orbite héliosynchrone (500 km) à 200 kg. Pour les missions qui utilisent la plateforme Photon, la nouvelle version permet de lancer une charge utile (instruments) de 180 kilogrammes[15].

Pour faire face à la cadence plus élevée des lancements (trois vols ont lieu en 2018 et six en 2019), Rocket Lab étudie la réutilisation du premier étage. L'objectif n'est pas de réduire les coûts. Il n'est pas prévu qu'à l'image de la Falcon 9, l'étage remette à feu ses moteurs pour ralentir. La version réutilisable aurait donc une charge utile à peu près similaire à la version actuelle (225 kg en orbite basse). Le scénario de récupération comprend l'utilisation des moteurs pour orienter l'étage en maintenant les moteurs à l'avant. La base de l'étage et les moteurs sont modifiés pour résister aux températures subies durant le retour sur Terre (jusqu'à 2 400 °C). Une fois que la vitesse a chuté, un parachute pilote est ouvert puis un parachute principal. L'étage doit être récupéré en vol par un hélicoptère et doit ensuite être déposé sur un navire positionné au large des côtes[16] - [17]. En 2021, la première phase de la récupération (le retournement et le freinage passif) est testée avec succès. Pour ces tests, l'étage amerrit et il n'est pas réutilisable[18]. En 2022, lors du vol 26 du 1^er mai, la première tentative de récupération est un succès partiel : l'hélicoptère parvient bien à rattraper l'étage sous parachute mais doit le relâcher peu après en raison de paramètres différant de ceux observés lors des tests précédents[19]. L'étage est néanmoins récupéré en mer. Une seconde tentative se solde également en un échec partiel le 4 novembre de la même année, alors qu'une perte de télémétrie lors de la rentrée atmosphérique force l'hélicoptère à annuler la tentative de rattrapage et de quitter la zone où celle-ci devait avoir lieu. Tout comme la tentative en mai 2022, le premier étage est récupéré en mer[20].

Lors de la présentation des résultats financiers de la société en février 2022, Peter Beck révèle que Rocket explorait la possibilité d'abandonner la récupération du premier étage d'Electron par un hélicoptère, favorisant plutôt la récupération en mer. Plusieurs améliorations sont mises en place pour protéger les composantes du premier étage de l'eau de mer pour les futures missions. Selon Beck, la récupération en mer, malgré le coût additionnel de reconditionnement, n'est pas plus dispendieuse que la récupération en vol par hélicoptère en raison de l'élimination des coûts d'exploitation de l'hélicoptère. La récupération en mer permet également d'opérer plus de missions incluant la réutilisation, soit de 60 à 70% des vols d'Electron comparativement à 50 % pour la récupération en vol[21].

En octobre 2019, Rocket Labs annonce qu'elle développe une nouvelle version du troisième étage Photon pouvant remplir toutes les fonctions d'une plateforme (propulsion, navigation, énergie, télécommunications, contrôle d'attitude) pour une charge utile avec la capacité de placer un engin en orbite basse ou sur une orbite interplanétaire. Dans ce dernier cas sa capacité est de 40 kilogrammes grâce à l'adoption d'une nouvelle version de son moteur Curie baptisée HyperCurie[22]. L'étage Photon dans sa version interplanétaire est testé avec le lancement du CubeSat 12U Capstone de la NASA qui a été lancé vers la Lune en juin 2022. L'étage doit être également utilisé pour lancer les sondes spatiales jumelles EscaPADE de l'agence spatiale américaine qui doivent se placer en orbite autour de la planète Mars en 2024[23] ainsi qu'une sonde atmosphérique du MIT à destination de la planète Vénus (Rocket Lab Venus Mission) en 2025[24] - [25].

Le premier étage est haut de 12,1 mètres pour un diamètre de 1,2 mètre et une masse à vide 950 kg. Sa masse au lancement est de 9,25 tonnes. Le premier étage est propulsé par huit moteurs Rutherford disposés en cercle plus un moteur situé au milieu. La poussée totale au décollage est de 162 kilonewtons avec un pic de 192 kN lorsque l'atmosphère se raréfie. L'énergie est fournie par 13 accumulateurs lithium-ion installées à la périphérie de la jupe arrière de l'étage. Les accumulateurs fournissent 1 mégawatt durant la phase propulsée de l'étage qui dure environ 152 secondes. Les ergols sont injectés dans les pompes en étant mis sous pression par de l'hélium. Le contrôle d'attitude du lanceur est réalisé en agissant sur l'orientation de chacun des neuf moteurs. Après l'extinction des moteurs, l'étage est largué à l'aide d'un système pneumatique développé en interne[27].

Le second étage est long de 2,4 mètres pour un diamètre de 1,2 mètre et une masse à vide de 250 kg. Il emporte 2 150 kg d'ergols. Il est propulsé par un unique moteur Rutherford comportant une tuyère allongée et ayant une poussée de 22 kN avec une impulsion spécifique de 333 secondes. La phase propulsive dure environ 310 secondes. L'énergie est fournie aux pompes par trois accumulateurs lithium-ion, dont deux sont largués en cours de vol après épuisement de leur charge pour réduire la masse à propulser. Le moteur est orientable pour le contrôle en tangage et en lacet. Un propulseur à gaz froid est utilisé pour le contrôle du roulis durant la phase propulsée et pour le contrôle d'attitude dans les trois axes durant les phases non propulsées[3].

La coiffe réalisée en matériau composite a un diamètre de 1,2 mètre pour une hauteur de 2,5 mètres et une masse de 50 kg. Son largage est réalisée par un système pneumatique qui la sépare en deux demi-coques. Le volume disponible sous la coiffe permet d'accueillir les satellites de la classe prise en charge par le lanceur. Le lanceur est conçu pour que le client puisse réaliser dans ses propres installations l'intégration de la charge utile dans la coiffe. Le composite résultant est alors envoyé dans un conteneur climatisé à Rocket Lab qui peut le placer au sommet du lanceur en quelques heures. Cette offre permet également de répondre aux contraintes de confidentialité des charges utiles du gouvernement américain[3].

Selon la version utilisée, le troisième étage optionnel Photon peut être utilisé pour simplement placer les satellites sur des orbites différentes ou en tant que plateforme d'un engin placé sur une orbite terrestre ou interplanétaire. Il fournit l'énergie grâce à ses panneaux solaires et dispose d'une capacité de changement de vitesse de 4 km/s dans sa version interplanétaire. Il est stabilisé 3 axes à l'aide de moteurs à gaz froid et comporte un système de communications fonctionnant en bande S et en bande X. La propulsion est assurée par un moteur baptisé Hyper Curie dans la version interplanétaire qui peut être allumé à plusieurs reprises. Celui-ci brûle un mélange d'ergols hypergoliques et est alimenté par mise sous pression des réservoirs.

• Turbopompe
• Impression 3D

• (en) Site du constructeur
• (en) Guide utilisateur à destination des clients
• (en) Description du lanceur sur le site Spaceflight101