Angara (fusée)

Pour les articles homonymes, voir Angara (homonymie).

Dessins des modèles de lanceur Angara.

Les lanceurs Angara sont une famille de fusées russes en cours de développement qui doivent prendre notamment la suite du lanceur lourd Proton, qui utilise des ergols polluants. Toutes les versions sont construites autour d'un premier étage commun propulsé par un moteur RD-191 de 196 tonnes de poussée brulant un mélange de kérosène et d'oxygène liquide. L'ajout d'un nombre variable de propulseurs d'appoint et l'utilisation de deuxième étage plus ou moins puissant permettent d'obtenir des lanceurs pouvant placer en orbite basse un engin spatial de 2 à 25 tonnes selon la version. Il est prévu que les lanceurs Angara soient lancés à partir d'un pas de tir en cours de construction sur la base de lancement de Plessetsk, en Russie. L'utilisation du nouveau lanceur doit permettre de réduire la dépendance de la Russie vis-à-vis du Kazakhstan sur le territoire duquel est situé le cosmodrome de Baïkonour d'où sont lancées un grand nombre de fusées.

Contexte

L'éclatement de l'Union soviétique en 1991 a de nombreuses répercussions sur son programme spatial qui est repris pour l'essentiel par la Russie. La principale base de lancement se trouve désormais au Kazakhstan nouvellement formé avec lequel la Russie a des rapports parfois tendus : la Proton russe est polluante ce qui suscite des tensions entre les deux pays lorsque un lanceur retombe sur le territoire kazakh et le Kazakhstan a des exigences financières jugées parfois excessives par le gouvernement russe. Par ailleurs les lanceurs soviétiques capables de lancer les charges utiles de 3-4 tonnes (lanceur Zyklon) et de 13-14 tonnes (lanceur Zenit) sont désormais construits sur le territoire ukrainien. La Russie, qui ne veut pas dépendre de ce pays, est obligée d'utiliser les lanceurs Soyouz et Proton surpuissantes pour placer en orbite les satellites de ces deux catégories entrainant un surcout important ^[1].

Dès 1994 le gouvernement russe envisage la construction d'une famille de lanceurs susceptibles d'être tirés depuis le territoire national, non polluants et pouvant placer en orbite une grande partie des catégories de charges utiles. L'étude d'abord réalisée par RKK Energia, le constructeur du lanceur Soyouz, est finalement confiée à Krounitchev, constructeur du lanceur Proton. Dans un premier temps le premier étage du lanceur doit réutiliser le moteur-fusée RD-170, qui propulse la fusée Zenit, tandis que le deuxième étage, qui est complètement nouveau, doit être propulsé par le RD-0120. Ce projet est progressivement modifié pour aboutir au concept actuel. Le constructeur américain de la fusée Atlas V contribue à cette évolution en finançant le développement du moteur RD-180 russe destiné à propulser le premier étage de son lanceur ce qui permet au motoriste russe de dégager suffisamment de liquidités pour développer le RD-191 destiné à propulser le premier étage du nouveau lanceur. Le deuxième étage des lanceurs Angara réutilise finalement des composants existants, les Breeze KM et Breeze M tandis que la coiffe provient des lanceurs Rockot et Proton. A compter de 2001 l'architecture de la famille de lanceurs est figée^[1].

Le premier étage : l'URM

Toutes les versions du lanceur Angara utilisent un premier étage commun : l'URM (Universal Rocket Module) long de plus de 25 mètres pour un diamètre de 2,9 mètres est propulsé par un moteur-fusée RD-191 qui brule un mélange de kérosène et d'oxygène liquide. Ce moteur est dérivé du RD-171 développé pour équiper les propulseurs d'appoint de la fusée russe Energia. Le RD-171 (poussée de 755 tonnes au sol) comportait deux générateurs de gaz chacun associé à une turbine et une turbopompe unique alimentant en tout quatre chambres de combustion et quatre tuyères. Une version à deux chambres de combustion, le RD-180 (382 tonnes de poussée au sol) a été développée à partir du RD-171 pour propulser l'Atlas V avec des résultats très satisfaisants. Le RD-191 (poussée 198 tonnes au sol), qui est dérivé des modèles précédents, ne comporte plus qu'une chambre à combustion, un générateur de gaz et une turbopompe. Du fait de la simplicité de son architecture, il devrait donc être encore plus fiable que le RD-180. Pour couvrir la gamme de puissance demandée, le premier étage est constitué de 1 à 5 URM^[1].

Le deuxième étage : le Block I Soyouz modifié

Le deuxième étage est une évolution de l'étage Block I du lanceur Soyouz 2. Le moteur RD-0124A d'une poussée de 29,5 tonnes, qui est utilisé de manière opérationnelle depuis 2001, brule comme le premier étage un mélange de kérosène et d'oxygène liquide. L'étage mis en œuvre par l'Angara, long de 6,8 mètres pour un diamètre de 3,6 mètres, pèse 40 tonnes contre 30 tonnes pour la version utilisée sur le Soyouz. Cet étage n'est pas réallumable. La version légère A1 du lanceur n'est pas équipée de cet étage^[1].

Le dernier étage : Breeze KM, Breeze ou KVRM

L'Angara utilise pour son 3ème étage un des 3 modèles suivants^[1] :

• Le Breeze KM est utilisé comme étage supérieur par la version légère A1.1 du lanceur. Il est propulsé par un moteur S5.92 développé en 1978 pour équiper les étages supérieurs des fusées chargées de lancer les sondes spatiales comme Venera 15, Phobos 1 et Mars 96. Le moteur consomme un mélange d'UDMH et de péroxyde d'azote hypergoliques et fournit une poussée modulable comprise entre 1,4 et 1,96 tonne. Ce moteur très léger peut être réallumé 8 fois. Cet étage est utilisé sur le lanceur Rockot et lui permet de placer plusieurs satellites sur des orbites différentes. L'étage est très compact (longueur 2,90 mètres, diamètre 2,5 mètres) mais a une masse à vide élevée : 1,6 tonne pour 6,575 tonnes avec ses ergols.
• Le Breeze M est un étage développé pour le lanceur Proton M qui dérive du Breeze KM. Par rapport à celui-ci il comporte un réservoir toroïdal qui entoure le réservoir central et qui est largué une fois vidé. Ce réservoir permet de transporter en tout 14,6 tonnes de carburant contre 5 t pour le Breeze KM. Le moteur qui est le même que celui du Breeze KM peut être réallumé 8 fois et fonctionner durant 2 000 secondes. L'étage peut être utilisé jusqu'à 24 heures après le lancement.

• Le KVRM est propulsé par le RD-56M un des rares moteurs-fusées russes brulant un mélange d'oxygène et d'hydrogène. Ce moteur a été vendu à 7 exemplaires à l'Inde pour équiper le dernier étage de son lanceur GSLV en attendant le développement d'un engin de construction locale. Cet engin performant fournit une poussée de 10,3 tonnes qui permet de bien meilleures performances que le Breeze M pour la mise en orbite géostationnaire. Le moteur peut être réallumé 5 fois. L'étage entier, long de 9 mètres et d'un diamètre de 4,5 mètres, pèse 22,7 tonnes pour une masse à vide de 3,7 tonnes.

La famille de lanceurs Angara

Maquettes des différentes versions du lanceur Angara.

Krounitchev prévoit de développer cinq versions de puissance croissante : les A1.1, A1.2, A3, A5 et A7. Toutes ces versions utilisent le même composant URM comme premier étage propulsé par un moteur RD-191M de 196 tonnes de poussée, fonctionnant au mélange kérosène et oxygène liquide. Tous les lanceurs Angara disposent d'une électronique de guidage et de navigation entièrement numérisée et contrairement aux autres lanceurs russes fonctionnent de manière complètement autonome après leur lancement^[2].

• L'Angara 1.1 est la version la moins puissante. Elle permet de placer en orbite basse jusqu'à 2 tonnes pour une inclinaison de 90°. Son premier étage est constitué d'un seul URM. Le deuxième étage, un Breeze KM de 6 tonnes de poussée, ainsi que la coiffe proviennent du lanceur Rockot^[2]. Ce lanceur sera utilisé pour toutes les petites charges utiles russes lancées aujourd'hui par le lanceur Cosmos (charge utile 1 t.) qui doit être retiré du service,. L'Angara 1.1 est toutefois sur-dimensionné pour une telle utilisation même dans cette version légère.

• L'Angara 1.2 conserve un unique URM comme premier étage mais utilise le second étage modernisé Block I du lanceur Soyouz 2 propulsé par un moteur RD-012A de 30 tonnes de poussée. Ce lanceur doit pouvoir mettre en orbite une charge de 3,7 tonnes. La coiffe est également celle du Soyouz 2^[3].

• L'Angara A3 est un lanceur moyen qui utilise 3 étages URM comme premier étage qui sont tous allumés au sol d'une manière analogue à ce qui se fait pour le lanceur Delta IV Heavy. La poussée du URM central est abaissée au cours du vol pour limiter l'accélération. L'étage central peut ainsi fonctionner 89 secondes de plus que les deux étages qui le flanquent. Le deuxième étage est le Block I de Soyouz tandis que deux types de troisième étage peuvent être utilisés : le Breeze KM ou le Breeze tous les deux utilisés actuellement par le lanceur Proton. Le lanceur qui pèse 478 tonnes peut placer 14,6 tonnes en orbite basse^[3].

• L'Angara A5 reprend le concept du A3 avec 5 URM au premier étage. La poussée de l'étage central est réduite encore plus tôt. Les deux étages supérieurs reprennent la configuration de l'A3. Mais ces étages, manquant de puissance, ne sont pas optimisés pour ce lanceur lourd d'une masse de 773 tonnes et capables de placer 24,5 tonnes en orbite basse^[3].

Des versions plus lourdes, les Angara A7, comportant 7 étages URM et capables de placer jusqu'à 40 tonnes en orbite basse, sont envisagées mais ne font pas l'objet aujourd'hui de développement. Le pas de tir en construction pour les lanceurs Angara ne permet pas de lancer les Angara A7^[3].

Les bases de lancement de la fusée Angara

Le lanceur Angara a été développé pour être lancé depuis la base de lancement militaire russe de Plessetsk. La construction des installations de lancement dédiées au nouveau lanceur a longtemps été freinée par l'absence de moyens financiers. Le gros œuvre devrait être achevé fin 2010. Contrairement à la pratique habituelle en Russie, il est prévu que l'Angara soit assemblée en position verticale^[5].

Il était envisagé dans les années 1990 de lancer la fusée Angara depuis la base de lancement de Svobodny dans l'Extrême-orient russe mais ce projet est resté dans les cartons faute de moyens financiers^[5]. En 2004 la Russie et le Kazakhstan ont signé un accord pour la construction d'un pas de tir dédié à la version lourde de l'Angara sur le site de Baiterek à Baïkonour (Kazakhstan); en effet Baïkonour sert aujourd'hui de base de lancement pour les Proton qui placent en orbite géostationnaire les satellites de télécommunications et qui doivent être remplacés par la version lourde de l'Angara. Mais ce projet, conditionné par la qualité des relations entre les deux pays, est en 2010 au point mort^[1].

Développement du lanceur

Bien que lancé en 1995, le développement du lanceur a longtemps été gelé par la grave crise de l'économie russe qui a duré jusqu'au début des années 2000. La mise au point du lanceur s'est réalisée par la suite à un rythme plus lent que planifié car les moyens financiers affectés au secteur spatial ne sont pas à la hauteur des ambitions affichées.

En 2001 le motoriste NPO Energomach teste pour la première fois sur un banc d'essais le moteur RD 191 qui doit propulser le premier étage du lanceur. Les travaux sur le site de lancement à Plessetsk sont entamés en 2006. Le premier étage complet URM est testé en juillet 2009 sur le banc d'essais de Peresvet près de Moscou. Le premier étage du lanceur sud-coréen KLSV-1 dérivé de l'URM fonctionne parfaitement au cours du premier lancement en aout 2009. En mars 2010 le second étage est en cours de préparation pour un tir sur banc d'essais.

Le premier étage du lanceur, sa coiffe et l'étage Breeze KM doivent être construits dans les installations de PO Polyot situées à Omsk. Cette société qui a fusionné avec Krounitchev en 2007 dispose d'installations industrielles obsolètes qui nécessitent d'importants investissements (3,35 milliards de roubles). Il est prévu que le constructeur y assemble en 2015 60 étages URM permettant la construction de 10 Angara 3.2 et 10 Angara 1.2^[5].

Le premier lancement qui, en 2006, était planifié en 2010/2011 a depuis été repoussé vers 2013 depuis un pas de tir construit pour elle sur la base de lancement de Plesetsk^[6],[7].

Les lanceurs dérivés de l'Angara

Le Korea Space Launch Vehicle

Le Korea Space Launch Vehicle-1 est un lanceur sud-coréen bi-étages développé avec l'aide de la Russie et dont le premier étage est basé sur celui de la fusée Angara mais avec des performances moins élevées. Il est propulsé par un moteur russe RD-151 doté de quatre chambres de combustion qui développe une poussée de 167 tonnes. Deux lancements ont eu lieu en aout 2009 et juin 2010. A chaque fois le lanceur n'est pas parvenu à placer sa charge en orbite mais le premier étage a dans les deux cas été mis hors de cause. Un troisième lancement est prévu. Ce lanceur doit être remplacé par la suite par une fusée de construction sud-coréenne.

Le lanceur partiellement réutilisable Baïkal

En 2001, Krounitchev a proposé de développer une version réutilisable du premier étage de son lanceur Baïkal. Après son largage par le lanceur à une altitude 75 km, une aile située sur le flanc du réservoir pivote de 90° et l'étage entame la descente vers un aéroport. L'étage est transformé en avion grâce à un moteur à réaction placé dans la partie supérieure de l'étage qui puise le kérosène dans le réservoir utilisé par la fusée durant son ascension. La prise d'air est située à l'extrémité de l'étage et les gaz brulés sont rejetés via une sortie faisant saillie sur le flanc de l'étage. Le projet qui avait donné lieu à la construction de maquettes à l'échelle et d'essais dans des souffleries n'est plus aujourd'hui d'actualité même si les ingénieurs de Krounitchev l'évoquaient en 2008 comme une évolution future du lanceur^[8].

L'Angara 100

En 2005 le constructeur a proposé une nouvelle version de la famille Angara baptisé Angara-100 permettant de placer 100 tonnes en orbite basse. Cette proposition était une réponse à la relance du projet de programme spatial habité américain vers la Lune annoncé par la Vision for Space Exploration du président Georges Bush^[9].

Notes et références

• Serguei Grichkov, Laurent de Angelis, Guide des lanceurs spatiaux : Mise à jour de 2000, Thessier & Ashpool, 2000 (ISBN 2909467031) 

Voir aussi

Articles connexes

• Proton Le lanceur lourd remplacé par la famille Angara
• Rus-M L'autre famille de lanceurs russes en cours de développement
• Korea Space Launch Vehicle ⋅Le lanceur sud-coréen dont le premier étage dérive de celui de l'Angara

Liens externes

• (en) Page officielle du constructeur (version anglaise)
• (de) La page Angara du site de Bernd Leitenberger
• (en) la page Angara sur le site astronautix
• (en) la page Angara sur le site russianspaceweb
• (en) International Launch Services, la société qui commercialisera le lanceur

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