Depuis le début du siècle, l'exploration spatiale a radicalement changé grâce à l'essor sans précédent de l'aérospatiale commerciale (alias. NewSpace). Dans le but de tirer parti des nouvelles technologies et de réduire les coûts de lancement de charges utiles dans l'espace, des idées vraiment innovantes et originales sont proposées. Cela inclut l'idée d'utiliser des ballons pour transporter des fusées à très haute altitude, puis de tirer les charges utiles sur leurs orbites souhaitées.
Également connu sous le nom de «Rockoons», ce concept a informé le système de lancement entièrement autonome et entièrement réutilisable de Leo Aerospace - qui consiste en un aérostat à haute altitude (ballon) et une plate-forme de lancement de fusée. Avec les premiers lancements commerciaux prévus pour l'année prochaine, la société prévoit d'utiliser ce système pour fournir des services de lancement réguliers au marché des microsatellites (alias. CubeSat) dans les années à venir.
Le concept du Rockoon est l'un des nombreux systèmes de lancement aérien qui ont été étudiés et validés depuis le début de l'ère spatiale. Contrairement aux fusées conventionnelles, qui s'appuient sur des quantités massives de propulseur pour atteindre la vitesse de fuite et envoyer des charges utiles en orbite, les systèmes de lancement aérien s'appuient sur la méthode relativement rentable de transporter une charge utile à haute altitude où elle peut ensuite être envoyée sur Terre basse. Orbite (LEO).
Cela réduit la quantité de propulseur nécessaire, mais implique également de lancer une fusée à des altitudes où la résistance de l'air est plus faible et moins de force est nécessaire pour échapper à la gravité terrestre. Tout cela permet d'utiliser des lanceurs beaucoup plus petits et plus légers, ce qui réduit considérablement les coûts. Cette méthode est particulièrement efficace pour les petites charges utiles comme les microsatellites, qui deviennent de plus en plus courantes.
Aujourd'hui, la plupart des systèmes de lancement aériens qui sont mis en œuvre impliquent des avions amenant des fusées ou des vaisseaux spatiaux avec des moteurs-fusées à des altitudes de lancement - comme SpaceShipTwo de Virgin Galactic, LauncherOne de Virgin Orbit, ou le transporteur aérien Stratolaunch. Cependant, la société Leo Aerospace basée à Los Angeles a choisi d'étudier la méthode tout aussi valable de s'appuyer sur une plate-forme plus légère que l'air (LTA) pour acheminer les charges utiles dans l'espace.
Comme Dane Rudy, co-fondateur et PDG de Leo Aerospace, l'a déclaré à Space Magazine par e-mail:
«Du point de vue de la physique du premier ordre, le lancement de ballon est une solution très élégante pour fournir un lancement efficace et rentable pour de petites charges utiles. De plus, cette architecture réduit considérablement la quantité d'infrastructure de lancement requise, permettant une solution entièrement mobile. »
Les composants centraux de ce système de lancement sont la plateforme de lancement Regulus Orbital et la fusée orbitale. La plate-forme Regulus fournit un contrôle de vol autonome grâce à une série de brûleurs (qui garantissent que l'aérostat reste flottant) et un système de contrôle de rotation de propulseurs bipropulseurs, tous montés sur un corps isolé composé de matériau composite.
Pendant ce temps, l'Orbital Rocket est un lanceur miniature à trois étages qui est attaché à la plate-forme via un actionneur et un rail de lancement. Une fois que l'aérostat aura atteint une altitude de déploiement de 18 000 mètres (60 000 pieds), la fusée lancera et transportera la charge utile sur l'orbite souhaitée. Selon la page des profils de mission de l'entreprise, le système sera capable d'effectuer plusieurs types de livraisons à différentes altitudes.
«Le coût de développement et de production d'un système de ballon est de plusieurs ordres de grandeur inférieur à celui d'un avion», a déclaré Rudy. «Par rapport à d'autres systèmes de ballons qui utilisent des gaz de levage, notre architecture à air chaud est entièrement et rapidement réutilisable. Nous pouvons effectuer des dizaines de lancements avec un seul système avant que des rénovations ne soient nécessaires. »
Ceux-ci vont des missions suborbitales - où les charges utiles sont envoyées à des altitudes supérieures à 100 km (62 mi) - aux missions orbitales, où les CubeSats seront envoyés sur une orbite héliosynchrone (SSO) de 550 km (340 mi). Une autre possibilité qu'ils sont sûrs de mentionner concerne la livraison d'aide humanitaire ou de matériel de communication d'urgence dans des régions reculées inaccessibles aux aéronefs à voilure fixe, aux drones ou à d'autres véhicules aériens.
La société prévoit également d'intégrer des planeurs et des drones qui peuvent se déployer à partir de leurs aérostats, offrant ainsi d'autres profils de mission - tels que la surveillance des drones, des expériences scientifiques et des services de communication. En plus d'être un moyen plus rentable de placer de petites charges utiles en orbite, le système de lancement a également l'avantage d'être très compact.
Pour cette raison, la fusée, l'aérostat et les machines nécessaires pour le gonfler peuvent tous être placés dans un conteneur d'expédition standard, chargés sur un semi-camion, puis expédiés où ils sont nécessaires. La cabine de la remorque sert également de station de communication initiale pour le lancement. Ce niveau de mobilité et de flexibilité est l'une des caractéristiques qui pourraient rendre les plates-formes d'aérostat efficaces pour fournir des services d'aide d'urgence et de secours. Comme l'a dit Rudy:
«Nous commençons à découvrir de nombreux cas d'utilisation différents pour la plate-forme d'aérostat réutilisable et autonome que nous développons. Il est entièrement mobile et s'intègre dans un conteneur d'expédition standard, ce qui facilite son transport et son stockage. De plus, il est simple à utiliser et incroyablement robuste. Contrairement au levage de ballons à gaz, notre système peut toujours fonctionner avec un trou de la taille d'une voiture dans le matériau du ballon. Nos collaborateurs sont ravis de tirer parti de ces capacités pour déployer rapidement des suites de capteurs dans les zones sinistrées après l'ouragan ou pour fournir des secours d'urgence dans des endroits difficiles d'accès. Il a été incroyable de travailler avec des groupes tels que la division Space Army and High-Altitude Experiments pour identifier et résoudre un tel éventail de cas problématiques. »
Tout cela met les entreprises comme Leo Aerospace et d'autres qui poursuivent des concepts plus légers que l'air, en bonne position pour profiter de la croissance du marché des satellites. Entre la prolifération des microsatellites (alias. CubeSats) et l'émergence de services de lancement de charges utiles légères (comme Rocketlab et Virgin Orbit), ce marché devrait exploser dans les années à venir.
Ce qui distingue Leo Aerospace, cependant, c'est la façon dont ils se concentrent sur la livraison de satellites pesant moins de 25 kg (55 lb). Comme Rudy l'a expliqué, il n'y a pas encore de solution dédiée pour les microsatellites qui entrent dans cette gamme. En règle générale, les CubeSats sont obligés de «faire du covoiturage» sur les fusées de lancement, où ils occupent de l'espace libre avec des charges utiles plus lourdes.
C'est quelque chose que Rudy et ses collègues espèrent remédier:
«Cela est d'autant plus surprenant que près de la moitié de tous les satellites au cours des 10 prochaines années devraient appartenir à ce segment. Nous avons travaillé dur pour capturer et conserver un avantage de premier moteur dans le segment des 25 kg. Nous avons effectué les opérations et les tests les plus étendus de notre véhicule. De plus, nous sommes les plus avancés en matière de réglementation grâce à notre relation étroite avec la FAA et à notre adhésion active à la Fédération des vols spatiaux commerciaux. Enfin, notre système est conçu pour fournir le lancement dédié dont nos clients ont besoin, et à une fréquence suffisamment élevée pour répondre à la demande incroyable. »
À la fin de 2018, la société avait mené à bien une campagne de test de lancement et obtenu un financement via la National Science Foundation et une société de capital-risque. En 2020, ils espèrent qualifier pleinement leur plateforme en vol en effectuant leur premier vol, qui sera suivi d'opérations commerciales et peut-être même de contrats avec la NASA.
«Ces opérations commerciales seront notre entrée sur le marché des services de plate-forme à haute altitude de 2,6 milliards de dollars avec une gamme de clients civils, de défense et commerciaux», a déclaré Rudy. «Nous avons travaillé avec NASA JPL pour explorer plusieurs cas d'utilisation différents. Un exemple est de transporter des véhicules d'entrée martiens dans la haute atmosphère ici sur Terre et de les déposer pour collecter des données et tester les performances aérodynamiques. »
Depuis ses humbles débuts, la commercialisation à grande échelle de l'espace a progressé à pas de géant ces dernières années. Entre la baisse des coûts de lancement, le développement de charges utiles plus petites et la montée en puissance de fournisseurs de lancements commerciaux pouvant accueillir de plus petites charges utiles, l'orbite terrestre basse (LEO) est susceptible de devenir un endroit très occupé dans un avenir proche!
