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Du canon de Jules Verne à Spinlaunch : ces curieuses alternatives aux fusées pour se rendre dans l'espace

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L'ascenseur vers l'espace : un vieux fantasme de la science-fiction.
L'ascenseur vers l'espace : un vieux fantasme de la science-fiction.
© Getty - Walter Myers/Stocktrek Images

L'entreprise Spinlaunch propose d'envoyer des satellites dans l'espace à l'aide de la force centrifuge. Du canon vers la Lune à l'ascenseur spatial, bien des méthodes originales sont envisagées pour se passer des fusées classiques.

Et si on envoyait dans l'espace des satellites en les faisant tourner extrêmement vite avant de les lâcher pour qu'ils s'envolent dans les airs, un peu à la manière d'une fronde. L'idée paraît saugrenue ? C'est pourtant bel et bien ce que compte proposer la société Spinlaunch. Fondée en 2014, cette entreprise a créé un “accélérateur de masse orbital” censé lancer une fusée à plus de 64 km de hauteur, avant que cette dernière ne s’allume pour filer en orbite.

58 min

L’idée a beau sembler folle, elle est pourtant loin d'être la plus improbable lorsqu'il s'agit d'échapper à la gravité terrestre : entre le projet Orion et l’ascenseur spatial, petit tour d’horizon des projets fous destinées à envoyer un être humain s'envoler vers l’infini et au-delà.

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Un super-canon vers l’espace

Depuis que l’homme rêve de se rendre sur la Lune, l’idée du canon est une vieille une antienne de la science-fiction : Jules Verne y pensait déjà en 1865 avec De la Terre à la Lune, puis H. G. Wells avec Les Premiers Hommes dans la Lune en 1901, avant que Méliès ne la porte à l’écran dès 1902 grâce au Voyage dans la Lune.

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Plus d’un siècle plus tard, l’idée nous paraît toujours un peu absurde. Pourtant, de véritables chercheurs se sont penchés très sérieusement sur le sujet, à commencer par l’ingénieur balistique canadien Gerald Bull. En 1961, ce dernier est recruté par les États-Unis pour le projet HARP, High Altitude Research Project, afin d’étudier la balistique des rentrées atmosphériques.

Gerald Bull fait construire trois canon : le dernier, long de plus de 20 mètres, parvient à tirer en 1966 un obus de 180 kg à plus de 180 km de haut. Avec cet exploit, le projectile franchit la ligne de Kármán, c’est-à-dire la limite entre l'atmosphère terrestre et l'espace. Malgré ce succès, les Etats-Unis finissent par se désintéresser du projet et  l’abandonnent : si un obus peut aller jusque dans la thermosphère, les vitesses atteintes par ce dernier sont si élevées que les instruments envoyés de la sorte ne résistent pas au facteur de charge, de plusieurs milliers de G.

Gerald Bull ne démord pas de son projet pour autant. En 1988, il est recruté par l’Irak, pour lequel il construit des systèmes d’artillerie. Il parvient ainsi à relancer son projet de canon spatial, qu’il nomme cette fois projet Babylone. L’ingénieur n’obtient cependant pas plus de résultats que lors de ses précédentes expériences, et le projet est définitivement enterré lorsqu’il est assassiné de deux balles dans la nuque.

Les restes du canon du projet HARP, pris en photo en 2010.
Les restes du canon du projet HARP, pris en photo en 2010.
- Brohav

De son côté, le gouvernement américain relance le projet HARP en 1985. Il est alors affublé d’un S (pour Super) et c’est cette fois un canon à gaz qui est envisagé. Si ce dernier parvient à placer ses obus à une hauteur suffisamment élevée, la vitesse atteinte (Mach 9) reste insuffisante pour les stabiliser en orbite.

John Hunter, le responsable du projet SHARP, n’a pourtant pas encore abandonné l’idée. D’après lui, il serait possible de créer un canon à gaz immergé dans l’océan capable d’envoyer des charges de plus de 400 kg en orbite, pour la modique somme d’un demi milliard de dollars.

Il a, depuis, fondé la société Greenlaunch, qui continue à promouvoir l’utilité du canon à hydrogène. Si Greenlaunch n’a pas encore réalisé l’exploit attendu, la société assure qu’il sera possible, d’ici quelques années, de lancer des satellites grâce à ces canons spatiaux : les composants électroniques sont capables, de nos jours, de supporter les vitesses d’accélération, et il sera donc possible d’accoler le projectile tiré à un second étage de fusée, qui aura pour mission de terminer le trajet en emmenant le projectile en orbite basse. Une perspective qui réduirait les coûts d’envoi d’un facteur 10.

L’imaginaire de Jules Verne n’est plus si loin de la réalité.

Rocket + Ballon = le projet Rockoon

En plus de la gravité, un des obstacles majeurs au lancement d’une fusée n’est autre que la friction de l’air : pour faire face à ces deux obstacles, les fusées consomment des quantités indécentes de carburant.

Mais si la fusée partait directement depuis la haute atmosphère, ces obstacles en seraient-ils toujours ? C’est l’idée derrière le projet Rockoon, contraction des mots “rocket” et “balloon” (ballon), porté par le scientifique américain James Van Allen.

Pour simplifier, imaginez la maison couverte de ballons du film “Là-haut”... Mais en lieu et place de la maison se trouverait une fusée, prête à faire feu. En 1959, c’est peu ou prou ce qui se joue dans la haute atmosphère au-dessus de l’océan Atlantique, comme le raconte le Time Magazine : "Le premier ballon s'est élevé correctement à 70 000 pieds, mais la fusée suspendue en dessous n'a pas tiré. Le deuxième Rockoon s'est comporté de la même manière exaspérante. Selon la théorie d’après laquelle un froid extrême à haute altitude aurait pu arrêter le mouvement d'horlogerie censé allumer les fusées, Van Allen a chauffé des canettes de jus d'orange, les a blotties dans la troisième nacelle du Rockoon et a enveloppé toute l'affaire dans de l'isolant. La fusée s’est allumée.”

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Sur le papier, le Rockoon fonctionne, et plusieurs essais s'avèrent concluants. Mais pour que le ballon décolle, la fusée et sa charge utile ne peuvent excéder un certain poids. Si les ballons de haute altitude revêtent un intérêt scientifique, notamment sur le plan météorologique, les applications militaires et spatiales s'en trouvent limitées et le projet échoue à se faire une place dans les programmes spatiaux.

Un demi-siècle plus tard, pourtant, le projet Rockoon renaît de ses cendres : la société espagnole Zero 2 Infinity fondée en 2009 s’est spécialisée dans le lancement de ballons stratosphériques capables d’atteindre la mésosphère. Elle développe depuis un lanceur baptisé “Bloostar”, qui devrait être tiré depuis la nacelle, et théoriquement capable de lancer une charge utile de 140 kg sur une orbite terrestre basse de 200 km d’altitude.

La société espagnole Zero to infinity veut remettre le rockoon au goût du jour.
La société espagnole Zero to infinity veut remettre le rockoon au goût du jour.
- Zero to infinity

"Soixante-quinze pour cent du coût d'un lancement de satellite depuis la surface de la Terre proviennent des 25 premières secondes de vol, assure l’ingénieur José Mariano Lopez-Urdiales, le créateur de la société Zero 2 Infinity. L'ingénierie, la complexité et la gestion des risques nécessaires pour lutter contre la gravité et l'atmosphère pendant ces premiers instants s'additionnent très rapidement." Des coûts que l’envoi depuis un ballon devraient considérablement limiter.

Atteindre l’espace à coups de bombes nucléaires : l’incroyable projet Orion

Configuration d'un vaisseau Orion pour des transports entre l'orbite terrestre et la surface lunaire
Configuration d'un vaisseau Orion pour des transports entre l'orbite terrestre et la surface lunaire
- NASA

En matière d’exploration spatiale, la propulsion nucléaire reste une sorte de Graal. Nerva, Rover, Longshot, Prometheus… Nombreux sont les projets qui ont été lancés puis abandonnés par la NASA.

Rien, pourtant, ne semble si singulier que le programme de propulsion nucléaire pulsée, ou projet Orion, qui débute à la fin des années 1950. Il consiste, littéralement, à envoyer un vaisseau dans l’espace en le propulsant à l’aide de plusieurs petites explosions nucléaires successives.

L’idée, que l’on doit au mathématicien polono-américain Stanislaw Ulam, est que ces explosions nucléaires, déclenchées à une soixantaine de mètres du vaisseau, vont être absorbées par une plaque de poussée. Cette dernière récupère alors l’onde de choc émise par l’explosion et s’en sert pour initier un mouvement. En théorie, les performances d’un tel véhicule sont bien supérieures à celles d’une fusée à combustion chimique : accumuler des détonations, une fois dans l’espace, permettrait d’atteindre des vitesses prodigieuses.

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Parmi les nombreux ingénieurs qui travaillent sur ce projet, deux physiciens sont recrutés directement depuis l’équipe du projet Manhattan, qui a donné le jour à la bombe H : Theodore Taylor et Freeman Dyson sont alors persuadés que ce système de propulsion va permettre l’exploration du système solaire et font leur la devise “Mars en 1965, Saturne en 1970”.

En 1959, un rapport de General Atomics, la société à l’origine du projet, propose trois types de vaisseaux Orion théoriquement fonctionnels : le plus grand d’entre eux, le Super Orion, pèse pas moins de 8 000 tonnes et pourrait abriter une petite ville. Les essais se portent néanmoins sur des modèles plus petit, qui ne s’élèvent qu’à une centaine de mètres de hauteur. L’appareil de démonstration, dénommé “Putt-Putt”, pèse 120 kg et ne s’élève qu’à une centaine de mètres, grâce à des explosions non pas nucléaires mais chimiques. Il donne la curieuse impression d’une fusée qui, dans l’atmosphère terrestre, avance par à-coups :

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S’il n’y a pas d’essais plus poussés, c’est parce que le projet Orion rencontre un problème de taille : pour quitter l’atmosphère terrestre, il faut envisager plusieurs centaines d’explosions. Ce pré-requis laisse craindre - à juste titre - une importante contamination nucléaire.

La solution évidente semble donc orienter Orion vers un départ depuis la surface terrestre à l’aide de fusées classiques, suivi d’un assemblage qui se ferait en orbite. Mais l’idée d’une explosion en vol impliquant du matériel nucléaire inquiète. Un temps soutenu par l’agence du département de la Défense des États-Unis, puis par l’US Air Force, le projet atterrit à la NASA, où il est envisagé d’envoyer une mission Orion vers Mars, sur un laps de temps de 125 jours (un temps bien inférieur aux missions actuelles) et impliquant 8 astronautes. Malgré le soutien de Von Braun, l’ingénieur à l’origine des lanceurs Saturn V, les craintes d’un accident font une nouvelle fois échouer les ambitions de Theodore Taylor et Freeman Dyson.

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En 1963, la signature du traité d'interdiction partielle des essais nucléaires achève définitivement le projet Orion. D’autant que l’opinion publique est de plus en plus farouchement opposée au nucléaire. Le projet est mis au placard et avec lui l’espoir du voyage interstellaire. “C’est la première fois dans l'histoire moderne que la technologie d'une expansion majeure de l'humanité est enterrée pour des raisons politiques”, regrettera à ce sujet Freeman Dyson.

Un ascenseur vers l’espace

C’est sans doute le projet qui a le plus des allures de science-fiction : l’idée de construire un ascenseur capable d’acheminer des êtres humains directement dans l’espace.

Un rêve irréalisable ? Il a été théorisé, pourtant, dès 1895 par Constantin Tsiolkovski, pionnier russe de l’astronautique. Le principe, sur le fond, est assez simple : pour peu que l’on parvienne à tendre un câble au-delà d’une orbite géostationnaire, la force centrifuge de la rotation de la Terre sur-elle même devrait permettre de compenser la force de gravitation. Ne reste plus qu’à utiliser le dit câble pour faire monter et descendre des nacelles.

Le concept a beau sembler simplissime, les difficultés techniques sont nombreuses : outre le défi de parvenir à créer un câble de plusieurs centaines de kilomètres de long, il est difficile d’en trouver un qui ne cède pas sous l’effet de son propre poids. Les propriétés mécaniques des nanotubes de carbone, découvertes au cours des années 1990, laissent penser qu’un tel exploit serait possible. Mais d’autres problèmes demeurent : l’usure des matériaux, les vents violents à haute altitude, et plus encore la pollution spatiale et les débris susceptibles de heurter la station spatiale à laquelle serait arrimée le câble.

Le projet continue néanmoins de faire rêver les scientifiques : l’entreprise japonaise Obayashi Corp a d’ores et déjà effectué des tests au sein de la Station spatiale internationale et a annoncé son intention de relier la Terre à une station spatiale située en orbite géostationnaire à l’aide d’un câble de 96 000 km de long, et ce d’ici à 2050.

Le projet, plus qu’ambitieux, reste en l’état au stade de science-fiction. Et sa dernière apparition dans une œuvre fictive, la série Foundation, laisse peu rêveur sur la perspective d’une telle installation :

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Et maintenant Spinlaunch…

Une vue d'artiste du futur lanceur Spinlaunch.
Une vue d'artiste du futur lanceur Spinlaunch.
- Spinlaunch

Spinlaunch est donc le dernier né d’une série de propulseurs dont le but est, sinon de remplacer les fusées, a minima de les accompagner sur une partie du trajet vers l’espace.

Le système SpinLaunch repose sur le principe d’une centrifugeuse électrique scellée sous vide : à l’intérieur, un bras rotatif auquel est fixé le projectile est accéléré jusqu’à atteindre une vitesse de 8 000 km/h, avant d’être lâché à travers un tube de lancement pour s’envoler vers l’espace.

Dans l’immédiat, il s’agit encore d’un prototype d’une cinquantaine de mètres haut. Mais le projet est suffisamment prometteur pour que la NASA ait décidé de signer un premier contrat avec l’entreprise afin d’envoyer une charge utile dans le cadre d’un vol d’essai.

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A terme, la structure devrait faire une centaine de mètres de hauteur. Opérationnelle en 2025, elle devrait permettre d’envoyer une charge utile de 200 kg jusque dans la mésosphère, à plus de 60 km de haut, ou une fusée incluse dans la charge sera chargée de s’allumer pour terminer la course en orbite. Avec une force subie de 10 000 g, il reste hors de question d’envoyer des humains dans l’espace de la sorte, mais l’envoi de satellites grâce à ce procédé pourrait bien permettre de réduire considérablement les coûts de lancement, particulièrement ceux de carburant.

A lire ces projets, la science-fiction est finalement en passe d'être rattrapée par la réalité. Mais les itérations modernes de ces projets reposent sur l’idée d’un lancement complété par des propulseurs classiques. Preuve que la fusée a encore de beaux jours devant elle.