Vulcan (fusée)

United Launch Alliance (ULA) est une coentreprise américaine entre Boeing et Lockheed Martin qui produit les lanceurs spatiaux moyen/lourd Atlas V et Delta IV. Ces deux lanceurs ont été développés à la fin des années 1990 dans le cadre du programme EELV de l'Armée de l'Air américaine. Celle-ci souhaitait disposer de nouveaux moyens de lancement pour ses satellites. Pour des raisons liées à la fois aux exigences de l'armée (notamment le maintien de pas de tir redondants sur les côtes est et ouest), aux cadences de tir limitées pour la Delta 4 et à l'existence du marché captif des satellites militaires, le coût de ces lanceurs est très élevé, ce qui les tient à l'écart du marché des satellites commerciaux. En dehors des satellites militaires le principal débouché est constitué par les satellites scientifiques de la NASA (notamment ses sondes spatiales).

Au début des années 2010, deux événements remettent en cause la position d'ULA sur le marché des lanceurs[1] :

• L'apparition du concurrent SpaceX qui propose à des prix attractifs le lanceur moyen Falcon 9 et développe le lanceur lourd Falcon Heavy qu'il annonce vouloir commercialiser à un tarif qu'ULA ne peut égaler.
• Le lanceur Atlas V utilise pour son premier étage un moteur RD-180 très performant mais fourni par un constructeur russe. Le regain de tension entre les États-Unis et la Russie lié au conflit en Ukraine en 2014 s'est traduit par un embargo économique partiel. Dans ce contexte, le Congrès américain porte une appréciation négative sur le fait que le lancement de satellites jouant un rôle important dans la sécurité de la nation dépende d'un fournisseur russe.

ULA réagit en annonçant le 13 avril 2015 le développement d'un nouveau lanceur, baptisé Vulcan, qui doit remplacer à la fois les fusées Atlas V et Delta IV. L'objectif est de rétablir sa compétitivité vis-à-vis de ses concurrents et de mettre fin à sa dépendance vis-à-vis de son fournisseur russe. Le prix de vente annoncé est de 100 millions US$ pour la version de base et de 200 millions US$ pour la version lourde. Ces prix sont à comparer à ceux des lanceurs existants d'ULA : 164 millions US$ pour l'Atlas V 401 et 400 millions US$ pour la Delta IV Heavy. L'innovation la plus marquante du nouveau lanceur est le recours à un moteur-fusée complètement nouveau et en cours de conception, le BE-4, pour propulser le premier étage du lanceur. Le BE-4 utilise pour la première fois dans un moteur-fusée de cette taille au mélange Méthane/Oxygène. Par ailleurs, il n'est pas produit par le constructeur historique Aerojet Rocketdyne mais par Blue Origin. ULA, pour limiter les risques, se réserve toutefois la possibilité d'utiliser à la place l'AR1 (en), un moteur équivalent développé par Aerojet Rocketdyne, mais brûlant le mélange classique RP-1/LOX, si la mise au point du BE-4 s'avère problématique[2]. En septembre 2018, ULA annonce qu'elle sélectionne définitivement le moteur-fusée BE-4 et qu'elle abandonne complètement l'idée de recourir à l'AR-1[3].

Le lanceur Vulcan comprend dans sa version de base un étage propulsé par deux moteurs-fusées BE-4, un deuxième étage Centaur dans une version élargie et deux propulseurs d'appoint à propergol solide GEM-63 XL. Deux versions plus puissantes sont disponibles, toutes deux utilisant 6 propulseurs d'appoint GEM-63 XL, tandis que la version la plus lourde dispose d'un étage Centaur allongé avec des moteurs plus puissants. À côté de ces versions standards, le constructeur propose de manière optionnelle des versions comprenant 0, 2 ou 4 propulseurs d'appoint. Les performances du lanceur lui permettent d'égaler celles de la version de la Delta 4 la plus puissante. Le lanceur a une hauteur totale de 61,6 mètres (coiffe courte), 67,4 mètres (coiffe longue) ou 69,2 mètres (version Heavy avec coiffe longue)[6] - [7].

Premier étage

Premier exemplaire du moteur-fusée BE-4 dont deux exemplaires propulsent le premier étage (2018).

Le premier étage est long de 33,3 mètres pour un diamètre de 5,4 mètres. Les deux réservoirs sont autoporteurs et formés d'un cylindre et de deux dômes en aluminium orthogrille. Le premier étage est propulsé par deux moteurs-fusées BE-4 fournissant ensemble une poussée au décollage de 499 tonnes contre 422 tonnes pour le moteur RD-180 de l'Atlas V. Ce moteur brûle un mélange méthane/oxygène, une première dans le domaine des lanceurs, qui permet d'envisager des lancements réutilisables 25 fois. Il utilise un cycle à combustion étagée très performant lui permettant d'atteindre une impulsion spécifique de 355 secondes dans le vide. La pression dans la chambre de combustion est de 134 bars[8] - [6].

Second étage

Un moteur-fusée RL-10 de type B-2.

Dans un premier temps, le lanceur doit utiliser une version modifiée du second étage Centaur déjà mis en œuvre sur les lanceurs existants. La version utilisée par le lanceur Atlas V (Centaur 3) a un diamètre est de 3,8 mètres. La version utilisée par le lanceur Vulcan (Centaur 5) a un diamètre porté à 5,4 mètres pour une longueur de 11,7 m et elle peut emporter 54 tonnes d'ergols. L'étage est propulsé par deux RL-10C d'Aerojet Rocketdyne. Une nouvelle version de cet étage doit être développée pour la version lourde (Heavy) de Vulcan. Cette version comporte des réservoirs allongés (de 11,7 à 13,6 m) et utilise une version plus puissante du RL-10 (RL-10CX). Alors que la version actuelle de ce moteur-fusée est réalisée complètement manuellement (la paroi est réalisée en soudant des tubes les uns aux autres, ce qui nécessite de nombreuses heures de main-d'œuvre), le processus de fabrication sera automatisé[9] - [6].

Pour abaisser les coûts, ULA envisage de récupérer les moteurs-fusées du premier étage et, après les avoir remis en état, de les réutiliser. La technique utilisée est baptisée SMART, (Sensible, Modular, Autonomous Return Technology) : après séparation du premier étage, le compartiment moteur se détache et rentre dans l'atmosphère protégé par un bouclier thermique gonflable. Des parachutes sont déployés pour ralentir cet ensemble qui est récupéré en vol par un hélicoptère. Le coût du lanceur résultant serait de 100 millions US$, soit 65% inférieur au coût des lanceurs actuels d'ULA ayant une capacité identique[7].

Le jour du lancement de son nouveau lanceur Vulcan le 14 avril 2015, ULA annonce le planning suivant [2] :

• Un appel d'offres en 2015 auprès des deux spécialistes Aerojet Rocketdyne et Orbital ATK pour développer de nouveaux propulseurs d'appoint à propergol solide plus puissants que ceux utilisés par les lanceurs actuels.
• Le déploiement d'un nouveau lanceur en quatre phases. Dans sa première version, dont le premier vol devrait intervenir en 2019, seul le premier étage est nouveau. Le second étage ACES sera ensuite proposé et la récupération des moteurs se fera à partir de la troisième version. Enfin la dernière version permettra de réaliser le ravitaillement en orbite d'engins spatiaux.

Le lanceur Vulcan peut être lancé depuis le complexe de lancement 41 de Cap Canaveral (Floride) ou depuis le complexe 3 de Vandenberg (Californie)[6].

Courant 2021, le premier vol du lanceur Vulcan est programmé en 2023. La charge utile de ce vol inaugural sera une charge militaire pour le compte de la National Security Space Launch[20]. Le deuxième vol doit emporter le cargo spatial Dream Chaser qui effectuera sa première mission de ravitaillement de la Station spatiale internationale à cette occasion. Cinq autres missions de cette petite navette spatiale doivent être réalisées grâce à la fusée Vulcan[21].