X-20 Dyna-Soar

Boeing X-20 Dyna-Soar
Vue d'artiste du X-20 en phase de rentrée
Rôle	Projet de navette spatiale
Constructeur	Boeing
Équipage	1
Premier vol	Aucun vol
Investissement	660M USD(4,73Md USD actuels)
Production	1 maquette taille réelle
Dimensions
Longueur	10,77 m
Envergure	6,34 m
Hauteur	2,59 m
Aire alaire	32 m²
Masse et capacité d'emport
Max. à vide	4 715 t
Max. au décollage	5 165 t
Motorisation
Moteurs	1 moteur fusée Martin Trans-stage
Poussée unitaire	323 kN
Performances
Vitesse maximale	28 165 km/h
Autonomie	40 700 km
Plafond	160 000 m
Charge alaire	161 kg/m²
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Le X-20 Dyna-Soar ^{[N 1]} est un programme mené par l'United States Air Force visant au développement d'une navette spatiale capable d'effectuer un panel de mission incluant la reconnaissance, le bombardement, le sauvetage d'astronaute, la maintenance de satellites et le sabotage de satellites ennemis. Le programme, dont le coût total est à l'époque de 660M USD (4,73Md USD actuels), est lancé le 24 octobre 1957 et est abandonné le 10 décembre 1963 alors même que débute la production du premier prototype.

Alors que les autres véhicules spatiaux développés à l'époque, Mercury coté américain et Vostok coté soviétique, ne sont que des capsules qui effectuent leur phase de rentrée sur une trajectoire balistique et regagnent le sol freinées sous des parachutes, le programme X-20 a pour but de développer une véritable navette spatiale capable de planer jusqu'à une piste d'atterrissage et de se poser par ses propres moyens^[1].

Ces caractéristiques font du Dyna-Soar un appareil bien plus avancé technologiquement que les autres véhicules spatiaux de l'époque et les études menées dans le cadre du programme sont utilisées 20 ans plus tard lors de la conception de la navette spatiale américaine.

Contexte

Vue d'artiste du X-20 après un vol d'essai

L'idée d'utiliser une navette spatiale à des fins militaires n'est pas neuve : dans les années 1930 l'ingénieur allemand Eugen Sänger dessine un bombardier spatial qu'il nomme Silbervogel. L'appareil est conçu pour être lancé sur un rail de 3 km de long, monter à 145 km d'altitude à l'aide de son moteur fusée, parcourir la distance le séparant de sa cible en "rebondissant" sur l'atmosphère, effectuer une rentrée atmosphérique pour larguer une bombe sur son objectif puis regagner en planant un terrain où se poser^[2]. Cette utilisation de l'atmosphère comme "tremplin" permet à un appareil compact de parcourir d'énormes distances sans consommation de carburant et d'atteindre des vitesses hypersoniques. En théorie un bombardier spatial serait donc capable d'atteindre n'importe quel point du globe en quelques dizaines de minutes, il serait de plus quasiment impossible à intercepter.

A la fin de la seconde Guerre mondiale de nombreux scientifiques allemands sont exfiltrés dans le cadre de l'opération Paperclip menée par l'Office of Strategic Services, parmi eux se trouve le Dr Walter Dornberger, responsable du programme allemand de fusées et de missiles, qui avait participé au développement du Silbervogel^[3]. Employé par la Bell Aircraft Corporation, Dornberger défend auprès de l'USAF les avantages du concept de bombardier spatial. Cette dernière se montre intéressé et demande aux avionneurs Bell, Boeing, Convair, Douglas, Martin, North American, Republic et Lockheed de mener chacun de leur coté l'étude de faisabilité d'un appareil à fuselage porteur capable d'effectuer une rentrée atmosphérique. A la fin des années 1950 ces études débouchent sur de nombreux projets dont le BOMI (pour BOmber MIssile), le Hywards (pour HYpersonic Weapons Recherch and Development Supporting system) le Robo (pour ROcket BOmber) et le Brass (appareil de reconnaissance développé par Bell)^[4].

Historique du programme

Développement

Maquette taille réelle du X-20 Dyna-Soar

Le 24 octobre 1957 l'USAF Air Research and Development Command lance officiellement le progamme Dyna Soar sous la désignation Weapon System 464L ayant pour but la conception d'un Système d'arme hypersonique à moteur fusée. Les différentes études menées jusqu'alors sont fusionnées afin de développer un appareil multirôle capable de mener aussi bien des missions de reconnaissance que de bombardement stratégique. Les recherches sont rattachées au programme d'Avions-X sous la désignation X-20 et le démonstrateur technologique doit prendre la suite de l'avion fusée X-15.

Le programme Dyna-Soar doit se dérouler en trois phases :

• Dyna-Soar I pour le développement d'un appareil de recherche.
• Dyna-Soar II pour la version de reconnaissance basée sur le projet Brass de Bell.
• Dyna-Soar III pour la version de bombardement stratégique découlant du projet Robo

Le calendrier du programme prévoit un premier largage depuis un avion porteur en 1963 afin de valider l'aérodynamique de l'appareil, les premiers lancements par fusée devant intervenir à partir de 1966. Une version sans pilote mais représentative de l'appareil final doit prendre l'air en 1968 pour une mise en service opérationnel en 1974.

En mars 1958, neuf avionneurs américains s'engagent dans le programme Dyna-Soar. De tous les projets seuls ceux de Bell et Boeing sont retenus. Bien que le projet de Bell ait l'avantage de se baser sur un programme de recherche mené depuis six ans, c'est finalement Boeing qui se voit attribuer en juin 1959 le contrat pour le développement de l'appareil^{[N 2]}. Fin 1961 la fusée Titan III est retenue, les tirs doivent avoir lieu à partir de la base de lancement de Cap Canaveral en Floride.

Les astronautes du projet Dyna-Soar

En avril 1960, sept astronautes sont choisis pour participer au projet Dyna-Soar et discrètement contactés. Neil Armstrong et Bill Dana quittent le projet à l'été 1962. Le 19 septembre 1962, Albert Crews est choisi en remplacement et le nom des six astronautes finalement retenus sont rendus publics : Albert H. Crews Jr, Henry C. Gordon, William J. Knight, Russell L. Rogers, James W. Wood pour l'USAF et Milton O. Thompson pour la NASA.

Fin 1962 le projet Dyna-Soar prend le nom de programme X-20. Le lanceur retenu pour la première phase du programme est testé avec succès et l'USAF dévoile officiellement le programme X-20 lors d'une cérémonie à Las Vegas.

Lancements prévus dans le cadre du programme Dyna-Soar I

Vue d'artiste d'un Dyna-Soar lancé par une fusée Titan III.

Dans le cadre du programme Dyna-Soar I dix lancements sont planifiés le premier devant avoir lieu en janvier 1966, les suivants s'échelonnant jusqu'en mars 1968 :

Suite à l'abandon du programme le 10 décembre 1963, tous les lancements sont annulés.

Problèmes rencontrés et causes de l'abandon du programme

Les différents lanceurs prévus

Hormis les difficultés financières inhérentes à tout programme de recherche, le programme Dyna-Soar fait face à deux problèmes majeurs : les incertitudes sur la capacité du lanceur et du moteur fusée de l'appareil à placer en orbite le X-20 et le manque de définition précises des missions qui seraient confiées à l'appareil final.

Plusieurs moteur fusée furent étudiés pour propulser l'aéronef. L'USAF proposa d'abord de développer un moteur utilisant de l'oxygène liquide, du JP-4, de la fluorure d'hydrazine et de la fluorure d'ammonium puis d'adapter le XLR99 utilisé sur le X-15. Concernant le lanceur, Boeing était favorable au développement d'une fusée Atlas équipée d'un étage Centaur tandis que l'USAF préférait utiliser une fusée Titan. D'après les études menées par Martin, les premières versions du Titan s'avérait incapable de placer en orbite les 5 tonnes du X-20.

Les versions suivantes, Titan II et Titan III, ainsi que les Saturn I pouvaient emporter l'appareil. Plusieurs études sont menées sur ces lanceurs dans différentes configurations avant que le Titan IIIC ne soit finalement retenu. Ces tergiversations quant au choix du lanceur font prendre du retard au programme et compliquent la gestion du calendrier du projet.

Les buts originels du programme Dyna-Soar, définis lors de la définition du projet Weapon System 464L, était de concevoir un appareil de recherche permettant le développement d'un système d'arme complet. Le fait que l'USAF mène un programme de recherche sur le vol habité, programme normalement alloué à la NASA souleva de nombreuses questions. Pour leur défense, les membres de l'USAF responsables du programme soulignèrent à plusieurs reprises que, contrairement à ceux de la NASA, leurs ingénieurs étaient parvenus à maitriser le contrôle d'un appareil en phase de rentrée atmosphérique, et pour cause la majorité des efforts du programme avaient pour but la maîtrise de cette technologie. Le 19 janvier 1963 le Secrétaire de la Défense Robert McNamara demande à l'USAF de mener une étude comparative pour déterminer qui de l'avion spatial Dyna-Soar ou de la capsule Gemini fournirait la meilleure base au développement d'un système d'arme complet. Mi-mars 1953, après avoir reçu les conclusions de l'étude, McNamara déclara que « L'Air Force avait trop mit l'accent sur le contrôle lors des phases de rentrée atmosphérique alors qu'elle n'avait pas fixé d'objectifs réels quant au vol orbital »^[5]. Cette analyse est vue par les responsables du programme comme un changement dans la position adopté par le Secrétaire de la Défense concernant le programme. Le projet Dyna-Soar est aussi très coûteux alors même que le premier vol habité n'est prévu, au plus tôt, que pour le millieu des années 1960. Les difficultés financières et le manque réel d'objectifs clair rendent l'existence du programme de plus en plus difficile à justifier par les dirigeants de l'USAF.

Le programme X-20 Dyna-Soar est finalement abandonné le 10 décembre 1963 alors même que débute la production du premier prototype.

Après cet abandon, l'USAF annonça le lancement d'un autre programme baptisé Manned Orbital Laboratory visant à placer en orbite une capsule Gemini et de l'utiliser comme plateforme de reconnaissance. Ce projet est finalement abandonné en 1969. Un autre projet d'avion spatial de reconnaissance est mené en secret, il s'agit du programme hautement classifié ISINGLASS qui sera finalement lui aussi abandonné.

Caractéristiques de l'appareil

Vue d'artiste du X-20 en phase d'approche d'atterrissage à Edwards Air Force Base

Les caractéristiques générales de l'appareil sont définies dés le mois de mars 1960. Le Dyna-Soar doit être doté d'un fuselage porteur, d'une aile delta et d'ailettes marginales verticales permettant d'assurer le contrôle en lacet. La structure externe de l'appareil est principalement constitué de superalliage René 41^{[N 3]}. Le ventre de l'appareil est protégé des effets thermiques de la rentrée atmosphérique par des plaques d'isolant à base de molybdène tandis que son nez est revétu d'un composite de carbone et de tiges de zirconium.

Bien que la forme définitive ait connu de nombreux changements au fil des différents stades du programmes, la configuration générale resta la même : la cabine monoplace est située à l'avant, en arrière de celle-ci on trouve une soute à équipement contenant l'avionique de l'appareil, l'armement, les équipements de reconnaissance ou, pour la version X-20X une cabine pouvant accueillir quatre passagers.

Derrière la soute à équipement se trouve le moteur fusée utilisé pour manœuvrer l'appareil en orbite, il est aussi prévu que le moteur soit allumé en cas de problème lors du lancement pour permettre à l'appareil de se séparer de son lanceur et de regagner un terrain de déroutement. Le moteur fusée doit être largué avant d'entamer la rentrée atmosphérique. Lors de cette phase un bouclier thermique vient protéger le pare brise de l'appareil puis est largué afin de permettre au pilote de poser l'appareil en toute sécurité. C'est aussi pour des raisons de résistance thermique que le train d'atterrissage de l'appareil est équipé de ski, des roues dotées de pneumatique auraient nécessité un refroidissement des caissons de train lors de la phase de rentrée atmosphérique. Ces skis fabriqués par la firme Goodyear sont, comme la majorité de la structure de l'appareil, en superalliage René 41.

Pour mener à bien ses missions, le X-20 doit être capable de changer l'inclinaison de son orbite en utilisant l'atmosphère terrestre comme une sorte de « trampoline ». Ce type de manœuvre étant très gourmande en énergie, l'appareil devait utiliser le 3^e étage de son lanceur Titan III, qui n'était donc pas utilisé pour la mise en orbite, comme moteur d'appoint.

Notes et références

Notes

Références

(en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article en anglais intitulé « Boeing X-20 Dyna-Soar » (voir la liste des auteurs)

Voir aussi

Appareils similaires

• North American X-15
• Martin Marietta X-23
• Mikoyan-Gourevitch MiG-105
• Navette spatiale américaine
• Navette spatiale Bourane
• Navette spatiale Hermès
• Boeing X-37
• SpaceShipTwo

Articles connexes

• rentrée atmosphérique
• ASSET (avion spatial)
• fuselage porteur
• Manned Orbital Laboratory
• Navette spatiale
• Avions-X

Liens externes

• (en)Dynasoar
• (en)Tsien Space Plane 1949
• (en)Tsien Space Plane 1978
• (en)Transonic aerodynamic characteristics of the Dyna-Soar glider and Titan 3 launch vehicle configuration with various fin arrangements (PDF format) NASA report - April 1963
• (en)American X-Vehicles: An Inventory X-1 to X-50, SP-2000-4531 - June 2003; NASA online PDF Monograph
• (en)Deepcold: Secrets of the Cold War in Space, 1959-1969

Bibliographie

• (en)Air Force Systems Command. "Structure Description Report". Dyna-Soar: Hypersonic Strategic Weapons System, 1961. pp. 145–189.
• (en)Caidin, Martin. Wings into Space: The History and Future of Winged Space Flight. New York: Holt, Rinehart and Winston Inc., 1964.
• (en)Dornberger, Walter R. "The Rocket-Propelled Commercial Airliner". Dyna-Soar: Hypersonic Strategic Weapons System, Research Report No 135.. Minneapolis, Minnesota: University of Minnesota, Institute of Technology, 1956.
• (en)Duffy, James P. Target: America, Hitler's Plan to Attack the United States. Santa Barbara, California: Praeger, 2004. ISBN 0-275-96684-4.
• (en)Geiger, Clarence J. History of the X-20A Dyna-Soar. Vol. 1: AFSC Historical Publications Series 63-50-I, Document ID ASD-TR-63-50-I. Wright Patterson AFB, Ohio: Aeronautical Systems Division Information Office, 1963.
• (en)Godwin, Robert, ed. Dyna-Soar: Hypersonic Strategic Weapons System. Burlington, ON: Apogee Books, 2003. ISBN 1-896522-95-5.
• (en)Houchin, Roy. U.S. Hypersonic Research and Development: The Rise and Fall of Dyna-Soar, 1944–1963. New York: Routledge, 2006. ISBN 0-415-36281-4.
• (en)Neufeld, Michael J. The Rocket and the Reich: Peenemünde and the Coming of the Ballistic Missile Era. New York: The Free Press, 1995. ISBN 978-0674776500.
• (en)Strathy, Charlton G. (1957). "Weapon System 464L Abbreviated Development Plan". Dyna-Soar: Hypersonic Strategic Weapons System, pp. 38–75.

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