Antares (fusée)

Antares (anciennement Taurus II) est un lanceur américain capable de placer environ en orbite basse développé par la société Orbital Sciences Corporation, L'entreprise fusionne en avec Alliant Techsystems (ATK) et devient Orbital ATK jusqu'en où elle est renommée Northrop Grumman Innovation Systems, une filiale de Northrop Grumman.

Cette fusée est conçue pour lancer le cargo spatial Cygnus qui est chargé d'assurer une partie du ravitaillement de la Station spatiale internationale en pièces de rechange et consommables. La société a développé ce lanceur et le vaisseau cargo Cygnus après avoir été sélectionnée par la NASA dans le cadre de son programme COTS dont l'objectif est de confier à des opérateurs privés une partie des tâches assurées par la Navette spatiale américaine jusqu'à son retrait en 2011.

Le lanceur comporte deux étages dans sa version standard. Le premier étage est pour l'essentiel construit en Ukraine et met en œuvre dans sa première version Antares-100 le moteur-fusée NK-33 développé pour le lanceur lunaire soviétique N-1. Le second étage issu du missile balistique Peacekeeper est déjà mis en œuvre sur le lanceur Taurus du même constructeur.

Le premier vol du lanceur Antares a lieu le . Le , le cinquième vol du lanceur est victime d'une défaillance de la propulsion principale du premier étage, quelques secondes après le décollage. Le constructeur décide de remplacer le moteur NK-33 à l'origine de la défaillance du lanceur par un moteur également russe RD-181 plus puissant. Le premier vol du lanceur rebaptisé Antares-200 a lieu en . A la suite de l'invasion de l'Ukraine par la Russie en 2022, l'utilisation du moteur RD-181 devient impossible. Northrup Gruman passe un accord avec la société Firefly Aerospace pour développer une nouvelle version du lanceur baptisée Antares-330. Celle-ci utilise un premier étage entièrement nouveau produit par Firefly et propulsé par sept moteurs-fusées Miranda. Le premier vol est prévu au deuxième semestre 2026.

Contexte vignette|Le premier étage du lanceur en cours de transit jusqu'à son pas de tir pour des tests (octobre 2012).

Le retrait de la Navette spatiale américaine décidé en 2004 et effectif en 2011 crée un problème de logistique pour la Station spatiale internationale. La NASA ne dispose plus à court et moyen terme de système de transport capable de ravitailler la station spatiale en consommables et en pièces de rechange. En 2006, la NASA lance un appel d'offres dans le cadre du programme COTS pour le transport de de fret en soute pressurisée et non pressurisée jusqu'à la station spatiale. Deux sociétés sont retenues : SpaceX qui propose son vaisseau Dragon associé à son lanceur Falcon 9 et qui propose son vaisseau Kistler K-1. Selon les termes de l'appel d'offres, la NASA finance une partie du développement tout en vérifiant que des jalons déterminés à l'avance sont bien franchis. Kistler Aerospace ne parvient pas à réunir des capitaux suffisants et la NASA doit lancer un nouvel appel d'offres en 2008 au terme duquel la proposition de la société Orbital Sciences est sélectionnée face notamment à Boeing qui n'est pas retenu en raison de son coût. Orbital propose de développer le vaisseau Cygnus et le lanceur Taurus II (baptisé par la suite Antares). En , la NASA passe un contrat de 1,9 milliard $ avec Orbital Sciences pour que celle-ci transporte de fret d'ici 2016 en effectuant 8 lancements de son cargo spatial..

vignette|260px|Le lanceur Antares est placé sur son transporteur avant son vol inaugural.

Orbital, contrairement à SpaceX l'autre opérateur privé retenu, est déjà un acteur de premier plan dans le domaine spatial : il construit des satellites légers de tous types placés en orbite basse, des satellites de télécommunication pour l'orbite géostationnaire, des sondes spatiales ainsi que les lanceurs légers Pegasus, Taurus et Minotaur. Pour répondre aux besoins de la NASA, Orbital Sciences choisit d'utiliser des composants préexistants en s'adressant à la fois à des industriels américains, russes, ukrainiens et européens. Ce choix diffère totalement de l'approche de SpaceX qui développe des composants entièrement nouveaux sans avoir recours à la sous-traitance.

Caractéristiques techniques

Versions et numérotation

La configuration de la fusée est indiquée par un numéro à trois chiffres et un éventuel suffixe « + », chaque chiffre représentant un étage : le premier numéro représentant le premier étage, le deuxième le type de deuxième étage et le troisième le type de troisième étage. Un signe + ajouté comme suffixe (quatrième position) désigne les améliorations de performances sur la version Antares 230.

NuméroPremier chiffreSecond chiffreTroisième chiffreSuffixe(Premier étage)(Second étage)(Troisième étage)(Améliorations)0Pas de troisième étage1Premier étage avec : 2 × AJ26-62Castor 30APlus proposé après la Version 1Bipropellant Third Stage (BTS)(3 × d'IHI)2Premier étage remotorisé : 2 × RD-181Castor 30BStar 48BV3Premier étage du lanceur MLV/Eclipse de Firefly Aerospace(7 × Firefly Miranda).Castor 30XLOrion 38+Optimisation du premier étage remotorisé et du Castor XL.

Antares série 100 : la version initiale (2013-2014)

La première version du lanceur Antares, la série Antares 100, est conçue pour placer 5 à en orbite basse. Le modèle de base qui comporte deux étages a une masse d'environ pour une hauteur de et un diamètre de ..

Premier étage vignette|upright=0.8|L'AJ26, dont deux exemplaires propulsent le premier étage d'Antares, est installé sur un banc d'essai.

Le premier étage est conçu par l'entreprise ukrainienne Ioujnoïe, construit en Ukraine par Ioujmach, et met en œuvre pour la première fois le moteur-fusée russe NK-33 développé à la fin des années 1960 pour le lanceur lunaire soviétique N-1. Deux exemplaires de ce moteur propulsent cet étage du lanceur. Baptisés AJ26, ils sont dotés d'une avionique moderne par leur importateur américain, le constructeur Aerojet. Ce moteur qui consomme un mélange d'oxygène liquide et de kérosène fournit une poussée totale de kN dans le vide ( kN au sol). Son impulsion spécifique est de 297 secondes. L'étage a une masse de , une hauteur de pour un diamètre de . Ce diamètre est hérité de celui de la fusée Zenit du même constructeur Ioujmach, permettant de réutiliser le même outillage..

Second étage

Le second étage, dans la version standard du lanceur, est un étage Castor 30B à propergol solide d'un diamètre de pour une longueur de . La masse totale est de et la masse à vide est de kg. La poussée moyenne est de 293 kN et la poussée maximale de 395 kN. Le ratio d'expansion de la tuyère est de 76 et l'impulsion spécifique est de 304 secondes. Le temps de combustion est de 127 secondes. Cet étage a été développé pour le missile balistique Peacekeeper et a déjà été mis en œuvre sur le lanceur Taurus du même constructeur.

Coiffe

La coiffe a un diamètre de pour une hauteur de et une masse de . Le lanceur peut placer une charge utile d'environ 5 à sur une orbite basse et d'environ en orbite héliosynchrone..

Configuration des versions de la série Antares 100

Outre la version standard décrite, le lanceur Antares existe dans plusieurs configurations qui sont obtenues en utilisant une version plus puissante du deuxième étage et en ajoutant de manière optionnelle un troisième étage. Le Castor 30XL est une version allongée du Castor 10B ( de long pour une masse totale de ). Le troisième étage peut être à ergols liquides ou à propergol solide : L'étage à ergols liquides Bipropellant Third Stage (BTS) est développé à partir du propulseur de la plateforme GEOStar commercialisée par Orbital. Les ergols utilisés sont l'hydrazine et le peroxyde d'azote et sont injectés dans le moteur grâce à de l'hélium sous haute pression. L'étage à propergol solide est de type STAR 48. Utilisé pour de nombreux types de satellite, il a une masse totale de pour une masse à vide d'un peu plus de . Il développe une poussée moyenne de 68,6 kN durant 84,1 secondes. Il est stabilisé par rotation et la tuyère peut être inclinée de 4°.

+Principales caractéristiques des versions de la série 100 ayant volé Version Deuxième étage Troisième étage Orbite basse () Inclinaison 28,7° Station spatiale () Inclinaison 51,6° Orbite héliosynchrone () Trajectoire interplanétaire Nombre de volsAntares 110 Castor 30A - - 2Antares 120 Castor 30B - - 2Antares 130 Castor 30XL - - 1

Antares série 200 (2016-2023)

vignette|Le recours à deux moteurs RD-181, ici en cours d'assemblage sur le corps du premier étage, constituent la principale nouveauté de l'Antares 200. Le remplacement du moteur du premier étage était prévu dès le début du développement du lanceur, du fait du stock vieillissant et limité du NK-33. Une version intermédiaire utilisant les moteurs d'origine mais plus puissante baptisée Antares 130, devait être exploitée. Mais l'échec du vol Orb-3 utilisant pour la première fois l'Antares 130, remet en cause la fiabilité du moteur-fusée NK-33. Orbital Science modifie ces plans et annonce qu'elle n'utilisera plus ce moteur. Les lancements sont gelés durant 2 ans et le constructeur développe une nouvelle famille, baptisée Antares-200 qui utilise au niveau du premier étage un nouveau moteur beaucoup plus puissant, le moteur russe RD-181, une variante du RD-191 conçue pour remplacer le NK-33 sans changement structurel majeur du lanceur.. Le premier étage en lui-même est conçu par le Bureau d'études Ioujnoïe de Dnipropetrovsk, en Ukraine..

Le moteur RD-181

Le moteur RD-181, dont deux exemplaires propulsent le premier étage de l'Antares 200, est développé par le motoriste russe NPO Energomash. Il s'agit d'une version export du RD-191 utilisée par la fusée russe Angara. Le RD-181 est un moteur-fusée à ergols liquides qui dérive du RD-170 mis au point pour la propulsion de la fusée géante Energia et utilisé depuis cette époque par la fusée Zenit (version RD-171). Alors que le RD-170 comporte 4 chambres de combustion, le RD-181/RD-191 en comporte une seule et sa poussée est réduite en conséquence : 2085 kN dans le vide et 1920 kN au niveau de la mer. Le RD-181 est, comme son ainé, un moteur à combustion étagée qui brûle un mélange de kérosène et d'oxygène liquide. Grâce à cette architecture technique performante, il dispose d'une impulsion spécifique élevée de 339 s dans le vide et de 312 secondes au niveau de la mer. La poussée peut être modulée entre 47 et 105 % de la puissance nominale. L'orientation du moteur peut être écartée de 5 degrés de la verticale selon deux axes à l'aide de vérins hydrauliques utilisant les gaz produits par le générateur de gaz des moteurs, ce qui permet de contrôler la direction de la poussée et d'orienter la fusée en lacet et tangage.

Le moteur utilise un ratio combustible/oxydant différent de son prédécesseur et fournit une poussée plus importante. Aucun changement n'a été apporté à la taille des réservoirs du premier étage alors que celle-ci aurait dû être modifiée pour optimiser les performances du lanceur. Pour cette raison, les moteurs ne fonctionnent pas à pleine poussée. Malgré cela, cette version du lanceur dispose d'une capacité améliorée de 20 % ( en orbite basse au lieu de 6 pour l'Antares 130). Afin de bénéficier complètement du surcroit de puissance, le constructeur prévoit à terme d'allonger les réservoirs dans le cadre d'une nouvelle famille Antares 300. Finalement, les améliorations, implémentées pour le contrat CRS-2 de la NASA, consistent principalement en un renforcement de la structure inter-réservoirs de l'étage, le rendant apte à supporter la poussée plus élevée des moteurs, en une optimisation de l'étage Castor 30XL, allégé, et en une modification de la coiffe afin de permettre rapidement le chargement d'une charge utile moins de 24 heures avant le lancement (cône avant amovible). La nouvelle version est nommée Antares230+...