Boeing X-37

X-37
X-37 en cours d’installation.
Premier vol	22 avril 2010
Type	navette spatiale sans équipage
Longueur	8,38 m
Envergure	4,57 m
Charge utile	quelques centaines de kg
Masse - au lancement - à vide	~ 5 tonnes ~ 3,5 tonnes
Delta-v

Le Boeing X-37 Advanced Technology Demonstrator est un prototype de navette spatiale sans équipage développé par la NASA à compter de 1999, destiné à mettre au point de nouvelles technologies pour les décollages orbitaux et les rentrées atmosphériques et à préparer le remplacement de la navette spatiale américaine. C’est un engin de taille réduite pesant moins de 6 tonnes, doté d’une soute cargo, et avec une capacité de manœuvre orbitale importante.

Le X-37 est entièrement automatisé et dérive du X-40A agrandi d’environ 20 %. En 2004, à la suite de la suppression du budget alloué au projet, le X-37 est repris par la DARPA, l’agence de recherche militaire américaine. En 2006, pour des raisons financières, cette dernière passe la main à la force aérienne des États-Unis qui, depuis, poursuit sa mise au point. Son premier vol atmosphérique a eu lieu le 7 avril 2006 en Californie, à la base Edwards. Le premier lancement en orbite a eu lieu le 22 avril 2010^[1]. Les missions que pourrait remplir le X-37 au service de l’armée de l’air ne sont pas connues car le projet est classé confidentiel depuis 2010. Il pourrait servir dans la lutte contre les satellites hostiles.

Historique

En 1998, la NASA lance le développement d’un démonstrateur volant de navette sans équipage pour valider de nouvelles technologies susceptibles de bénéficier au transport spatial. Les domaines de recherche prospectés sont la conception des réservoirs d’ergols, le bouclier thermique, l’avionique et les aspects structurels. En décembre 1998, la société Boeing est sélectionnée pour développer le X-37 qu’elle propose de développer à partir du dessin du X-40 qu’elle avait conçu pour l’Armée de l’Air : le coût, estimé à 173 millions de dollars, est partagé à 50/50 entre la NASA et Boeing. Au cours des quatre années suivantes la NASA, augmentera sa participation de 24 millions de dollars, et l’Armée de l’Air américaine apporte 16 millions de dollars pour financer l’ajout de panneaux solaires et d’un système de contrôle d’attitude requis pour une utilisation militaire^[2],[3].

Essais de roulage en 2007 à Vandenberg.

Le X-37 est le troisième démonstrateur avancé développé par la NASA. Il prend la suite des X-33 et X-34 mais contrairement à ceux-ci, qui sont uniquement capables d’effectuer des vols atmosphériques, il peut être lancé en orbite et effectuer une rentrée atmosphérique. Le X-37 doit permettre de valider 41 nouvelles technologies. Le véhicule dispose d’une autonomie lui permettant de rester 270 jours en orbite. La forme du X-37 dérive de celle du X-40, dont il est une copie à l’échelle de 120 %. Le X-40 est d’ailleurs utilisé dans le cadre du projet X-37 pour tester les procédures d’atterrissage automatiques au Dryden Flight Research Center de la NASA^[2].

Le premier vol en orbite du X-37 était prévu initialement en 2002 : le X-37 devait être lancé par la navette spatiale américaine, ce qui conditionnait l’envergure maximum des ailes. En novembre 2002, Boeing reçoit un nouveau contrat de 301 millions de dollars pour continuer à travailler sur le X-37 dans le cadre du projet Space Launch Initiative de la NASA. Deux prototypes doivent être construits :

• le X-37 Approach and Landing Test Vehicle (ALTV) est utilisé pour valider la phase du vol atmosphérique et l’atterrissage. Il permettra de tester la stabilité aérodynamique, l’intégrité structurelle et les opérations de contrôle depuis le sol.
• Le X-37 Orbital Test Vehicle (OTV) est utilisé pour valider les phases de lancement, les opérations en orbite, la rentrée atmosphérique et l’atterrissage. Il doit permettre de tester notamment l’avionique, le bon fonctionnement du bouclier thermique et sa réutilisabilité^[2]. Le premier test du véhicule ALTV est programmé en 2004, tandis que le vol orbital doit avoir lieu en 2006^[3].

En 2004, le lancement du programme Constellation entraîne une révision des priorités de l’agence spatiale. La NASA recentre ses travaux sur le vaisseau Orion. Le 13 septembre 2004, le projet X-37 est transféré à la DARPA, l’agence de recherche de la Défense chargée des projets avancés. Il devient un projet classé confidentiel^[4].

Vols atmosphériques

Le X-37B vient d’atterrir après un vol de 220 jours en orbite (décembre 2010).

Le X-37B après son premier vol orbital vu de profil.

Les tests atmosphériques débutent en utilisant le X-40A. Ce dernier, après avoir été hissé à une altitude de 4,5 km par un hélicoptère, est largué et effectue un atterrissage en mode automatique. Les 7 tests effectués en 2001 sont tous des succès. Les tests d’atterrissage sont confiés à la société Scaled Composites et à son avion White Knight. En 2006, après plusieurs vols captifs, le X-37 est lâché mais il subit quelques dommages durant l’atterrissage. Les vols suivants permettent de qualifier le X-37^[3]. En 2006, le projet est transféré à l’Armée de l’Air américaine.

Missions en orbite (2010-2011)

À la suite des vols atmosphériques, le premier vol orbital est programmé en 2008^[3]. Mais le programme subit des retards, et le premier lancement dont le nom de code est USA-212 est finalement effectué le 22 avril 2010 depuis le pas de tir 41 de la base de lancement de Cape Canaveral. Le X-37B OTV-1 (« B » désigne la version militaire, « A » la version de la NASA) est mis en orbite basse par une fusée Atlas V 501. La mini navette est placée sur une orbite de 450 km avec une inclinaison estimée d’après les observations d’astronomes amateurs à 40°. Le X-37B utilise ses moteurs pour relever son orbite le 9 août puis l’abaisser en 3 étapes le 6 octobre, le 1^er novembre et le 12 novembre^[5]. Le 3 décembre 2010, après avoir séjourné dans l’espace durant 220 jours, l’appareil effectue une rentrée atmosphérique en mode automatique^[6] et se pose sur la piste d’atterrissage de la base de lancement de Vandenberg^[7],[8]. L’Armée de l’Air n’a donné aucune information précise sur la nature de la charge utile et les activités du X-37 dans l’espace. Elle a indiqué que différentes expériences seraient menées de manière à tester les senseurs, les sous-systèmes, les composants et les différentes technologies mis en œuvre à bord du X-37B. Un deuxième X-37B (OTV-2) a été lancé par une fusée Atlas V le 5 mars 2011^[9]. L’objectif de la mission n’a pas été divulgué ; selon les militaires américains elle doit permettre de tester de nouvelles techniques spatiales^[10].

Caractéristiques techniques

Le X-37B avec sa ¹⁄₂ coiffe sur le site d’Astrotech en avril 2010.

Vue d’artiste de la rentrée atmosphérique.

Ce véhicule est la première navette spatiale militaire développée par les États-Unis depuis l’annulation du projet Dyna-Soar. La navette est conçue pour se placer en orbite basse et effectuer des manœuvres orbitales. Le X-37 peut se placer sur une orbite comprise entre 230 et 1 064 km d’altitude. Il dispose d’une autonomie de 270 jours en orbite. La rentrée atmosphérique s’effectue comme pour la navette spatiale américaine en position cabrée de 40°. Le X-37 poursuit ensuite sa descente avec une pente de 20° en volant à 400 km/h, avant de se poser de manière automatique sur un terrain d’atterrissage classique^[11].

Structure

Le X-37 est long de 8,38 m pour une envergure de 4,57 mètres. Selon la NASA, la masse à vide ne dépasse pas les 3,5 tonnes^[2], pour une masse totale de 5,45 tonnes. La structure, qui est isolée de l’extérieur par un bouclier thermique, utilise, contrairement à la navette spatiale, des panneaux en composite plus léger que l’aluminium qu’il remplace^[11].

Charge utile

Le X-37 dispose d’une baie cargo fermée par deux portes selon une disposition similaire à celle de la navette spatiale. La baie fait 1,2 × 2,13 mètres^[11].

Propulsion

Le X-37 a un moteur-fusée unique, le AR-2/3 de Rocketdyne, alimenté par des ergols hypergoliques : l’hydrazine et le peroxyde d’azote ont remplacé le peroxyde d’hydrogène et le JP-8 prévus initialement. Les réserves d’ergols disponibles donnent au X-37 une grande capacité de manœuvre^[11].

Bouclier thermique

Le bouclier thermique bénéficie des résultats des recherches postérieures à la conception de la navette spatiale américaine. Il utilise des tuiles en céramique de type Toughened Uni-Piece Fibrous Insulation (TUFI), en particulier pour protéger la partie ventrale, très exposée. Ce type de tuile, qui est utilisée en remplacement sur la navette, offre plus de résistance aux chocs. Pour les parties moins exposées, le X-37 utilise également des revêtements thermiques, à la fois plus performants, et générant moins de traînée que ceux utilisés sur la navette. Enfin, le bord d’attaque des ailes n’est plus protégé par du carbone-carbone renforcé, mais par des tuiles de type TUFROC (Toughened Uni-piece Fibrous Reinforced Oxidation-Resistant Composite) traitées pour résister aux mécanismes d’oxydation à l’œuvre durant la rentrée atmosphérique^[11].

Gouvernes

La queue de l’appareil en V est constituée de gouvernes qui agissent à la fois sur la profondeur et la direction, ce qui permet de réduire l’énergie nécessaire pour contrôler l’avion durant les phases de vol à grande vitesse ; cette disposition libère de la place pour un aérofrein utilisé au moment de l’atterrissage. Les gouvernes ne sont plus manœuvrées comme sur la navette par des systèmes hydrauliques, mais par des commandes de vol électro-mécaniques^[11].

Énergie

Le X-37 abandonne les piles à combustible de la navette spatiale américaine au profit de panneaux solaires, déployés en orbite depuis la soute cargo, et qui permettent d’accroître la durée des séjours en orbite en rechargeant les batteries d’accumulateurs^[11].

Lancement

Le X-37 devait initialement être transporté dans l’espace par la navette spatiale. Il a finalement été modifié pour être lancé par un lanceur classique Delta IV ou Atlas V. Pour ne pas perturber l’aérodynamisme du lanceur durant la traversée de l’atmosphère, une coiffe de 5 mètres de diamètre, taille standard pour le lanceur, recouvre la navette au lancement^[11].

Missions

L’Armée de l’Air américaine n’a pas dévoilé quelles étaient les missions envisagées pour les mini-navettes automatiques de type X-37. Le coût opérationnel et l’absence de flexibilité opérationnelle de la navette spatiale américaine semblent pourtant avoir démontré que le concept ne présentait pas les avantages attendus. Les spécialistes du domaine de la reconnaissance militaire s’interrogent sur l’utilité d’un tel engin dont les missions potentielles peuvent être prises en charge par des moyens moins coûteux^[12].

Compte tenu de ses caractéristiques, le X-37B pourrait remplir les missions suivantes par ordre de pertinence décroissante^[13] :

• Banc de test en orbite et plate-forme pour capteurs de reconnaissance et d’écoute militaire

Il s’agit de l’usage le plus vraisemblable. La baie cargo de la mini-navette peut recevoir différents capteurs utilisés pour la reconnaissance radar, optique, infrarouge ou la collecte d’émissions radio (ELINT). L’efficacité de ceux-ci peut être testée en vol puis les résultats dépouillés après le retour au sol. La navette peut également être lancée rapidement pour répondre à une crise et prendre en charge un besoin précis en matière de reconnaissance militaire grâce à la capacité de reconfiguration de sa baie cargo et à sa manœuvrabilité en orbite. Mais la réactivité de la mini navette dépend du temps de préparation de son lanceur et son coût de lancement est élevé (100 M$),

• Déploiement de petits satellites de reconnaissance pour répondre à une situation de crise

Pour répondre à une situation de crise, les petits satellites de reconnaissance pourraient être plus rapidement installés dans la soute de la mini navette que sur une fusée. Mais le coût élevé de lancement d’une seule mini navette et sa faible capacité d’emport ne sont pas concurrentiels par rapport à l’utilisation de petits lanceurs. Par ailleurs le délai de lancement est également tributaire du temps de préparation du lanceur Atlas.

• Véhicule de réparation et de maintenance en orbite

La mini-navette est utilisée pour réparer ou réapprovisionner en ergols les satellites en orbite ou pour ramener des satellites tombés en panne afin de déterminer l’origine de l’anomalie. Des morceaux d’engin spatiaux sont ramenés au sol pour étudier l’incidence de l’exposition à l’espace, aux débris spatiaux et aux micrométéorites. Mais les caractéristiques du X-37 la cantonne aux orbites basses (sans doute 800 km maximum) et sa baie cargo a une contenance limitée.

• Véhicule d’inspection et plate-forme anti-satellite

Il existe déjà des satellites d’inspection en orbite (XSS-11, MiTex) mais il ne disposent que d’une gamme fixe de senseurs. Le X-37 pourrait emporter des senseurs adaptés à chaque mission et contrairement aux satellites d’inspection existants, il a la capacité de changer d’inclinaison, de ramener un satellite ou de neutraliser un satellite hostile sans créer un nuage de débris. Mais il existe de nouveaux satellites d’inspection plus agiles que ceux cités, le X-37 est très visible et son approche est facilement détectable par tout satellite hostile ; enfin sa baie cargo n’a pas la capacité de ramener la plupart des satellites existants.

Galerie

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  Le X-37B en configuration de lancement (2009).

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  Mise en place de la coiffe avant le lancement du X-37B (avril 2010).

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  Lancement du X-37B par une fusée Atlas V (avril 2010).

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  Vue d’artiste du X-37.

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  Vue d’artiste du X-37.

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  Le X-37 dans la soute de la navette, moyen de lancement envisagé initialement.

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  Vue d’artiste du X-37.

Notes et références

Voir aussi

Articles connexes

• Boeing X-40
• X-33
• X-20 Dyna-Soar

Liens externes

• (en) Fiche du X-37 sur le site de la NASA
• (en) Fiche du X-37 sur le site Gunter’s Space Page

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