thumb|Fusée Vostok.

Dans le domaine astronautique, un lanceur est une fusée capable de placer une charge utile en orbite autour de la Terre ou de l'envoyer dans l'espace interplanétaire. La charge utile peut être un satellite artificiel, placé en orbite terrestre basse ou en orbite géostationnaire, ou une sonde spatiale qui quitte l’attraction terrestre pour explorer le système solaire. Pour y parvenir, un lanceur doit pouvoir imprimer à sa charge utile une vitesse horizontale d'environ et l'élever au-dessus des couches denses de l'atmosphère terrestre (environ 200 km). Pour répondre aux différents besoins, des lanceurs de toute taille ont été construits depuis le lanceur SS-520 de 2,6 tonnes capable de placer 4 kg en orbite basse jusqu'à la fusée Saturn V de tonnes pouvant y placer 140 tonnes..

Un lanceur est un engin complexe nécessitant la maitrise d'un grand nombre de technologies touchant aux domaines de la métallurgie, de la chimie et de l'électronique. À la suite de la première satellisation d'un engin spatial réussie en 1957 à l'aide d'une fusée Semiorka, l'espace est devenu un enjeu politique puis économique et militaire majeur et les nations les plus avancées sur le plan technique ont progressivement développé leurs propres lanceurs.

En 2017, une dizaine de pays (États-Unis, Russie, Europe, Japon, Chine, Inde, Israël, Iran, Corée du Nord, Corée du Sud) disposent de leur propre lanceur. Mais leur coût élevé, compris entre 10 millions € pour un lanceur léger (1 tonne placée en orbite basse) et 200 millions € pour un lanceur lourd (25 tonnes en orbite basse), limite leur usage. Depuis une vingtaine d'années, il y a entre 50 et 100 lancements annuels. Les tirs sont effectués depuis des bases de lancement comprenant de nombreuses installations spécialisées (bâtiment d'assemblage, aire de lancement, centre de contrôle) et situées dans des emplacements choisis en fonction de contraintes de logistique, de sécurité et d'optimisation des performances des lanceurs.

Le lanceur est de manière standard non réutilisable, c'est-à-dire que ses composants sont perdus après usage. La perte du lanceur après chaque tir constitue un frein important au développement de l'activité spatiale dans la mesure où il contribue à augmenter son coût de manière significative. Pour abaisser ceux-ci, plusieurs techniques permettant de réutiliser tout ou partie du lanceur ont fait l'objet de développements plus ou moins poussés. Le premier lanceur partiellement réutilisable, la navette spatiale américaine, s'est révélée à l'usage plus coûteuse que les lanceurs classiques. La piste du lanceur orbital monoétage utilisant une propulsion classique (X-33) est aujourd'hui abandonnée car elle nécessite de réduire la masse à vide du lanceur dans des proportions qui ne peuvent être atteintes avec les technologies existantes. L'avion spatial utilisant des moteurs aérobies (Skylon) n'a pas dépassé le stade de la planche à dessins. La seule réussite fin 2015 est la récupération du premier étage du lanceur Falcon 9 dont l'intérêt économique, compte tenu des coûts inhérents à la technique utilisée (réduction de la charge utile, coût de récupération et de remise en état, surcoût assurance), n'a pas encore été démontré.

Historique

Premiers lanceurs

Les Allemands réalisent leurs premières tentatives de lancement de fusées en 1931. Mais les premiers lancements réussis n'ont lieu qu'en 1942 : le V2 est la première fusée moderne, utilisée à des fins militaires. En 1945, les ingénieurs allemands sont une prise de guerre que se partagent les Américains () et les Soviétiques ().

Durant la décennie 1950, la tension très forte entre l'Union soviétique et les États-Unis et le développement de l'arme atomique conduisent au développement d'engins capables de lancer à grande distance une bombe atomique. Des études sont menés en parallèle autour d'engins ailés non pilotés et de fusées inspirés du missile V2 développé par les Allemands durant la Seconde Guerre mondiale. C'est cette deuxième technique qui l'emporte et très rapidement les deux pays mettent au point une série de missiles balistiques à longue portée. L'utilisation de ce type d'engin pour la mise en orbite est rapidement identifié et les premiers lanceurs opérationnels capables de placer une charge utile en orbite sont mis au point immédiatement après la réalisation des premiers missiles balistiques opérationnels. Le premier lanceur est la fusée soviétique R-7 Semiorka qui place en orbite le le premier satellite artificiel Spoutnik 1. Le lanceur très lourd pour l'époque (plus de 250 tonnes) a une carrière très brève en tant que missile balistique intercontinental mais en tant que lanceur a par contre une carrière particulièrement longue puisqu'elle se poursuit encore aujourd'hui avec la fusée Soyouz.

La première génération de lanceurs américains

Aux États-Unis, les différents corps militaires ont chacun développé au milieu des années 1950 des missiles balistiques à courte, moyenne ou longue portée. Plusieurs d'entre eux donnent naissance à plusieurs familles de lanceurs à la durée de vie particulièrement longue : ainsi le lanceur Delta II, qui est la dernière version d'une famille de lanceurs développée à partir du missile Thor à la fin des années 1950, ne prend sa retraite qu'en 2017. Les missiles balistiques développés après 1961 ne font plus l'objet de conversions en lanceur à l'exception très marginale du lanceur Minotaur. Durant la décennie 1950 les ingénieurs américains multiplient les innovations grâce aux investissements massifs suscités par la tension entre les deux superpuissances de l'époque plongés en pleine guerre froide. Si les premiers lanceurs Juno/Mercury-Redstone sont encore très proches sur le plan technique du missile allemand V2, les lanceurs mis au point quelques années plus tard n'ont plus grand-chose de commun avec la fusée de von Braun. La poussée et l'impulsion spécifique des moteurs-fusées est fortement accrue, l'électronique joue un rôle décisif dans le pilotage, de nouvelles combinaisons d'ergols sont mises au point et la masse structurelle est allégée de manière spectaculaire (Atlas). À côté des lanceurs issus de missiles convertis, deux lanceurs légers sans filiation militaire sont développés pour lancer principalement des satellites scientifiques. La fusée Vanguard dont le premier vol a lieu en 1956, et qui possède une charge utile de 45 kg a une courte carrière avec des résultats mitigés. Le lanceur Scout (premier vol 1961, charge utile de 50 à 150 kg) a une carrière qui se prolonge jusqu'en 1984.

+La reconversion des missiles balistiques américains en lanceurs Missile Lanceur(s) dérivé(s) Désignation Portée Opérateur Opérationnel Lanceur Étages Masse Longueur Charge utileOrbite basse Premier vol Vols remarquables Autres lanceurs dérivésRedstone 300 km Armée de Terre 1958 Juno I 4 29 t 21 m 11 kg 1958 Premier satellite artificiel américain Explorer I Mercury-Redstone 1 30 t 25 mVol suborbital : 1,8 t 1960 Premier vol (suborbital) d'un astronaute américainJupiter km Armée de l'Air 1958 Juno II 4 55 t 24 m 41 kg 1958 Première sonde spatiale américaine Pioneer 4 Thor km 1958 Thor Able 3 52 t 27 m 120 kg 1958 Lancement de Explorer 6 (première photo de la Terre) Thor-Agena : 1,5 t 1959-1968 Delta-Thor 3 54 t 31 m 226 kg 1960 Delta II : 6,4 t 1990-2017Atlas km Armée de l'Air 1959 Mercury-Atlas 1,5 120 t 29 m 1,36 t 1960Premier vol spatial américain avec équipage Mercury-Atlas 6 (1962) Atlas-Centaur : 4 t 1962-1983 Atlas II : 7 t 1991-2004 Atlas III : 11 t 200-2005Titan km Armée de l'Air 1961 Titan II 2 154 t 30 m 3,8 t 1964 Lanceur utilisé pour le programme Gemini Titan III C : 29 t 1965-1982Titan IV : 22 t 1989-2005

En Union soviétique, tous les lanceurs du début de l'ère spatiale sont également dérivés de missiles balistiques développés dans les années 1950. Contrairement à ce qui se passe aux États-Unis, ce mouvement de conversion se poursuit par la suite lorsque de nouveaux modèles de missiles apparaissent.

+La reconversion des missiles balistiques soviétiques en lanceurs Missile Lanceur(s) dérivé(s) Désignation Portée Constructeur Opérationnel Lanceur Étages Masse Longueur Charge utileOrbite basse Premier vol Vols remarquables Autres lanceurs dérivésR-7 km OKB-1 1959 Spoutnik 4 269 t 31 m 1,3 t 1957 Premier satellite artificiel Spoutnik 1 Vostok : 5,5 t 1960-1991Molnia : 1964-2010Soyouz : 9 t 1966-R-12 km 1959 Cosmos 2 48 t 31 m 420 kg 1961 Cosmos M, Cosmos 2R-14 km OKB-586 1961 Cosmos 1 2 107 t 26 m 1,4 t 1961 Cosmos 3M, Cosmos 3 : 1964-2012UR-500 km OKB-52 - Proton 3 ou 4 693 t 53 m 22,8 t 1965 Cosmos 3M, Cosmos 3 : 1964-2012UR-100N km OKB-52 1982 Rokot 2 107 t 29 m 2 t 1990 Strela : 2003-R-36 km OKB-586 1966 Tsiklon-2 2 177 t 32 m 3,4 t 1966 Tsiklon 2M : 2,85 t 1967-2006Tsiklon 3 : 4,1 t 1977-2009Dnepr 3 213 t 34 m 4,5 t 1999

Course à l'espace et la montée en puissance

La course à l'espace entre l'Union soviétique et les États-Unis pousse ces deux pays à développer des lanceurs de plus en plus puissants. Il faut notamment placer en orbite des vaisseaux spatiaux habités de plus en plus lourds, des missions d'exploration du système solaire plus complexes et des satellites de télécommunications (orbite géostationnaire) qui gagnent en capacité.

Les navettes spatiales américaines et soviétique

+payspremier voldernier volNavette Challenger Navette ColumbiaNavette Discovery Navette Atlantis Navette Endeavour Navette Bourane

Les lanceurs de la décennie 2020

Plusieurs lanceurs lourds entrent en production durant la décennie 2020.

+Caractéristiques et performances des lanceurs lourds développés durant la décennie 2010 . Charge utile Lanceur Premier vol Masse Hauteur Poussée Orbite basseOrbite GTO Autre caractéristique H3 (24L)2023 New Glenn2024 Premier étage réutilisable Falcon Heavy2018 Premier étage réutilisable Vulcan (441)2024 Space Launch System (Bloc I) 2022 Ariane 6 (64)2024 OmegA (Heavy)Annulé

Mini lanceurs

Caractéristiques techniques

D'un point de vue technique, le lanceur est une fusée dont la principale spécificité est d'être suffisamment puissante pour pouvoir atteindre la vitesse de satellisation minimale qui sur Terre est de 7,9 km/s (vitesse horizontale). Il y a très peu de différences entre un lanceur et les autres types de fusée telles que la fusée-sonde utilisée pour sonder la haute atmosphère dans le cadre d'une mission scientifique ou le missile balistique intercontinental capable d'emporter une charge nucléaire à quelques milliers de kilomètres. Ainsi presque tous les lanceurs du début de l'ère spatiale sont dérivés de missiles balistiques reconvertis : Semiorka (Voskhod, Soyouz, Vostock, Molnia) , Cosmos, Juno , Longue Marche 2/3/4, Atlas, Delta, Titan, Thor. D'autres sont des fusées-sondes améliorées : ces dernières sont d'ailleurs parfois reconverties en lanceur en ne modifiant que la programmation du vol et en réduisant la masse de la charge utile. Le lanceur comme le missile est propulsé par des moteurs-fusées pouvant fonctionner en mode anaérobie. Il comporte plusieurs étages, qui sont largués au fur et à mesure, pour lui permettre d'atteindre la vitesse nécessaire à la mise en orbite. La charge utile qui doit être envoyée dans l'espace est placée au sommet du lanceur sous une coiffe qui est larguée dès que les couches plus denses de l'atmosphère ont été traversées.

Propulsion et ergols

Le système de propulsion constitue la caractéristique la plus importante d'un lanceur comme pour toute fusée (fusée-sonde, missile balistique). Toutefois le lanceur a des contraintes spécifiques : les lanceurs lourds nécessitent une poussée au décollage particulièrement importante ; la phase de propulsion se poursuit parfois longtemps dans l'espace ; pour certaines orbites la propulsion doit pouvoir être relancée à plusieurs reprises afin de réduire les coûts, certains lanceurs sont développés pour pouvoir être réutilisés avec des répercussions sur les moteurs-fusées mis en œuvre ;