Lockheed X-33

Le Lockheed Martin X-33 est un démonstrateur technologique de lanceur orbital mono-étage réutilisable américain des années 1990, resté au stade de projet.

Dans les années 1990, les Etats-Unis cherche à développer un nouveau type de lanceur spatial. La solution la plus économique à l’utilisation serait une sorte de navette spatiale capable de décoller, de mettre en orbite les satellites embarqués et redescendre se poser sur terre de façon autonome. Pour se passer des traditionnels propulseurs d'appoint largables des lanceurs multi-étages, comme la navette spatiale américaine utilisée alors, il est nécessaire que le nouvel appareil puisse emporter tout son carburant dans des réservoirs internes.

Le 2 juillet 1996, la NASA demande à la division Skunk Works de Lockheed Martin de concevoir, produire et tester en vol le véhicule expérimental X-33 dans le cadre du programme RLV (Reusable Launch Vehicle). La NASA et Lockheed Martin espèrent démontrer que l’utilisation d’un lanceur orbital mono-étage réutilisable est possible en développant un aéronef à fuselage porteur propulsé par des moteurs-fusées à tuyère aerospike linéaire. Ce type de tuyère, utilisé sur les moteurs-fusées à ergols liquides, optimise la propulsion dans une large gamme d'altitudes et permet une diminution de la consommation en carburant de 25 et 30 % à basse altitude, où les lanceurs ont besoin des poussées les plus importantes. Si les difficultés de développer un tel engin sont réelles, cette solution permettrait de diviser par 10 les coûts des lancements en réutilisant le même lanceur pour chaque mission et augmenterait le taux de réussite en simplifiant la séquence de lancement. Ainsi, les ingénieurs du programme espèrent passer du taux d’échec de 15 pour 1'000 lancements de la navette spatiale américaine à 3 pour 1000.

En tant que démonstrateur technologiques, le X-33 n'est pas destiné à atteindre une altitude supérieure à 100 km, ni conçu pour atteindre les vitesses orbitales exigées pour un véritable lanceur orbital mono-étage. Ce programme devrait seulement valider le concept après une quinzaine de lancements et, s’il se déroule avec succès, il faudra encore quelques années de développement avant de pouvoir mettre en service un appareil pleinement opérationnel.

L’appareil doit être lancé en position verticale depuis des infrastructures spécialement construites sur la base d'Edwards en Californie. Il devra ensuite effectuer sa mission en orbite basse, avant de revenir sur terre pour atterrir sur une piste conventionnelle comme un avion. Ces vols doivent permettre de récolter des informations sur les phénomènes d'échauffements cinétiques et sur les performances des moteurs à grande vitesse et à haute altitude.

En concevant ce démonstrateur technologique en collaboration avec la NASA, Lockheed Martin espère décrocher le contrat de production de l'appareil final qui devrait être le Venture Star. En effet, il est probable que dans l’avenir la NASA recoure à des entreprises privées exploitant des lanceurs réutilisables, au lieu d'utiliser ses propres appareils comme elle le fait avec la navette spatiale américaine. Par conséquent, l’objectif de Lockheed Martin n'est pas seulement de développer les technologies du vol spatial, mais aussi de se placer sur le futur marché des lancements spatiaux privés en concevant le premier lanceur réutilisable commercialement viable, d’autant plus qu’il est prévu que le X-33 ouvre également une nouvelle voie au transport intercontinental de passagers.

Deux grosses difficultés techniques bloquent néanmoins le programme. La première est l’instabilité en vol du X-33, qui nécessitera des commandes de vol adaptées permettant un contrôle de l’appareil durant toutes les phases de vol. La seconde difficulté est la masse à vide trop élevée, qui ne devrait pas dépasser le 10 % de sa masse en charge, avec carburant et charge utile. Ce surpoids provient principalement des réservoirs cryogéniques destinés à contenir les carburant et comburant nécessaires à la propulsion. Il est difficile de les construire à la fois très légers et suffisamment robustes pour résister à l’accélération du départ, au vol spatial et aux énormes contraintes rencontrées durant la rentrée dans l’atmosphère. Une structure composite en nid d'abeille est testée, mais les essais de remplissage et de mise en pression effectués en novembre 1999 se sont soldés par des échecs. L’équipe de développement de la NASA annonce que la technologie disponible alors n'est tout simplement pas assez avancée pour réaliser des réservoirs pouvant satisfaire aux exigences du programme.

Alors que les installations de lancement sont terminées, que la construction du prototype est achevée à 85% et que 96% des pièces sont fabriquées, en 2001 la NASA décide de mettre fin au programme.

Au moment de cet abandon, ce programme a déjà coûté 912 millions de dollars US à la NASA. Du fait de l'évolution du marché des lancements spatiaux, Lockheed Martin, qui a aussi investi 357 millions de dollars dans le programme, considère la poursuite du programme X-33 comme non viable sans appui financier gouvernemental.

Fin 2001, quelques mois seulement après l'abandon du programme, les ingénieurs de Lockheed Martin parviennent à concevoir un réservoir cryogénique en fibre de carbone suffisamment solide et léger pour pouvoir être utilisé sur un lanceur mono-étage.

En septembre 2004, Northrop-Grumman annonce avoir développé avec la NASA des réservoirs cryogéniques en fibre de carbone qui ont passés avec succès les essais de remplissage et de simulations de lancements, les rendant également aptes à être utilisés sur un lanceur mono-étage.


Versions :
X-33 : Version initiale du projet de lanceur spatial mono-étage conçu par la NASA et Lockheed.


Utilisateurs militaires :
Aucun.


Caractéristiques et performances :
Longueur : 21 m
Envergure : 23 m
Masse maximale au décollage : 129’274kg
Capacités en carburant : 95'000 kg
Moteurs : 2 moteurs-fusées XRS-2200 d’une puissance unitaire de 1’800 kN (183’500 kgp)
Vitesse max haute altitude: Mach 13



Liens internet :
https://history.nasa.gov/monograph31.pdf

https://www.nasa.gov/centers/armstrong/history/experimental_aircraft/X-33.html

https://www.nasaspaceflight.com/2006/01/x-33venturestar-what-really-happened/

https://en.wikipedia.org/wiki/Lockheed_Martin_X-33

La fiche sur le site.