Firefly Alpha

Firefly Alpha est un lanceur léger américain développé par la start-up texane Firefly Aerospace conçu pour placer une tonne en orbite basse. Ce lanceur non récupérable de 54 tonnes et 1,8 mètres de diamètre comporte deux étages propulsé par des moteurs-fusées à ergols liquides développés en interne et brulant un mélange de kérosène et d'oxygène liquide. Le premier vol, qui a lieu le , est un échec provoqué par une défaillance du premier étage.

Firefly Alpha
lanceur spatial léger

Schéma du lanceur.
Données générales
Pays d’origine États-Unis
Constructeur Firefly Aerospace
Premier vol 3 septembre 2021
Période développement 2014-2021
Statut En développement
Lancements (échecs) 1(1)
Hauteur 29 m
Diamètre 1,8 m
Masse au décollage 54 tonnes
Étage(s) 2
Charge utile
Orbite basse 1 000 kg (200 km)
Orbite héliosynchrone 630 kg (500 km)
Dimension coiffe 2 m x 5 m
Motorisation
Ergols RP-1/oxygène liquide
1er étage 4 x Reaver 1 : 736 kN (vide)
2e étage 1 x Lightning 1 : 70 kN (vide)

Historique

Création : développement d'un lanceur utilisant une tuyère aerospike

La société Firefly Space Systems est créée en 2014 dans la banlieue d'Austin au Texas dans le but de développer un micro-lanceur baptisé Firefly Alpha. Celui-ci présente la particularité d'utiliser une tuyère de type Aerospike au niveau de son premier étage. Firefly Alpha est conçu pour placer une charge utile de plus de 400 kg sur une orbite basse pour un coût de 8 millions de dollars américains. La NASA choisit en 2015 de financer un vol d'essai avec l'objectif d'évaluer son utilisation pour la mise en orbite de nano-satellites. Un premier test sur banc d'essais d'un prototype FRE-R1 (Firefly Rocket Engine Research 1) des moteurs qui seront utilisés sur le lanceur a été conduit avec succès en septembre 2015[1]. Le premier vol du lanceur est planifié originellement pour 2017. En octobre 2015 la NASA a annoncé qu'elle avait décidé de financer le développement du lanceur ainsi que celui de deux autres mini-lanceurs pour disposer d'une fusée adaptée à la mise en orbite des CubeSats. Firefly Space Systems doit recevoir 5,5 millions de US$ pour réaliser un vol orbital de démonstration d'ici avril 2018[2].

Dépôt de bilan

En juin 2016, la société ne réussit à lever que 18 millions US$ sur les 38 millions espérés. À la suite du retrait en août d'un des investisseurs européens, la société décide fin septembre 2016 d'arrêter son activité en mettant à pied ses 150 employés dans le cadre d'une mesure annoncée comme temporaire. Par ailleurs, l'un des deux fondateurs de la société, Thomas Markusic, est accusé par son ancien employeur Virgin Galactic, qui développe un lanceur concurrent LauncherOne, d'avoir utilisé des concepts propriétés de cette société en violant les règles de la propriété intellectuelle[3].

Réactivation et développement d'un lanceur léger "classique"

Au printemps 2017, la société est réactivée grâce à son rachat par Noosphere Ventures, un de ses actionnaires d'origine. Le constructeur rebaptisé Firefly Aerospace reprend une partie de ses effectifs d'origine et décide de développer une nouvelle version de son micro lanceur Firefly Alpha. Celui-ci abandonne la tuyère de type Aerospike au profit d'une propulsion plus classique avec toutefois une innovation au niveau du cycle d'alimentation. La turbopompe est mise en mouvement par prélèvement des gaz brûlés dans la chambre de combustion (cycle tap-off). La charge utile est portée à 1 000 kg en orbite basse. À compter de 2017, les moteurs Reaver 1 et Lightning 1 sont testés sur des bancs d'essais horizontaux. La société utilisera pour ses lancements le pas de tir de la fusée Delta II sur la base de lancement de Vandenberg rendu disponible par le retrait de ce lanceur en septembre 2018[4].

Échec du premier test en vol

Le lanceur doit effectuer initialement son premier vol au cours du troisième trimestre 2019 mais celui-ci est repoussé à plusieurs reprises. il a finalement lieu le 2 septembre 2021 à 18h59 Heure du Pacifique (01h59 Temps universel coordonné le 3 septembre). Le lanceur atteint une vitesse supersonique plus tard que prévu et devient incontrôlable alors que le premier étage est toujours en fonctionnement. Sa destruction est déclenchée par les contrôleurs au sol deux minutes et 30 secondes après le lancement[5],[6],[7]. La cause de cette perte de contrôle est reliée à la défaillance d'une valve dans un des 4 moteurs-fusées Reaver environ 15 secondes après le décollage de la fusée, réduisant sa poussée et la rendant trop instable pour maintenir sa trajectoire à l'atteinte de vitesses transsoniques[8]. Le PDG Tom Markusic suggère en novembre 2021 que les corrections à apporter aux valves des moteurs-fusées serait « assez simple et facile à mettre en place »[9].

Le lanceur Firefly Bêta

Par ailleurs, une version beaucoup plus puissante baptisée Firefly Bêta (4 tonnes en orbite basse) est à l'étude[4],[10].

Caractéristiques techniques

Firefly Alpha est un lanceur non réutilisable bi-étages long de 29 mètres pour un diamètre de 1,8 mètre dont la structure est réalisée majoritairement en matériau composite à base de fibre de carbone pour alléger sa masse qui est de 54 tonnes. Les deux étages sont propulsés par des moteurs-fusées à ergols liquides brûlant un mélange de RP-1 et d'oxygène liquide. La fusée peut placer une charge utile de 1 tonne en orbite terrestre basse (200 km) et de 630 kg sur une orbite héliosynchrone (500 km)[11] :

  • Le premier étage est propulsé par quatre moteurs-fusées à ergols liquides Reaver 1 dont la poussée totale est 736 kilonewtons. Chaque moteur est alimenté par une turbopompe compacte en position horizontale à un seul étage et sa poussée est orientable avec un degré de liberté par des vérins hydrauliques. Le refroidissement de la chambre de combustion est de type convectif régénératif avec une paroi interne en cuivre. Les ergols sont maintenus sous pression dans les réservoirs à l'aide d'hélium réchauffé par un échangeur de température. L'impulsion spécifique est de 295,6 secondes dans le vide. La poussée peut être modulée jusqu'à 20%. La masse à vide de l'étage est de 2 895 kg.
  • Le 2ème étage est propulsé par un moteur-fusée à ergols liquides Lightning 1 d'une poussée de 70 kN. Il est alimenté par une turbopompe. Le refroidissement de la chambre de combustion est de type convectif régénératif avec une paroi interne en cuivre. Les ergols sont maintenus sous pression dans les réservoirs à l'aide d'hélium réchauffé par un échangeur de température. L'impulsion spécifique est de 322 secondes dans le vide. La poussée peut être modulée jusqu'à 20%. La masse à vide de l'étage est de 910 kg.
  • La coiffe haute de cinq mètres a une diamètre de deux mètres et un volume interne de 12,5 m³.

L'étage OTV

Comme certains de ses concurrents, le Firefly alpha dispose de manière optionnel d'un dernier étage baptisé OTV (Orbital Transfer Vehicle) pouvant jouer plusieurs rôles[12] :

  • Déploiement de nano-satellites (constellation de satellites ou satellites indépendants) sur une ou plusieurs orbites éventuellement inaccessibles pour le lanceur.
  • plateforme assurant des fonctions de support ou de changement de trajectoire pour des satellites fixés sur celle-ci sur une période pouvant aller jusqu'à cinq ans.
  • Désorbitage du satellite ou du second étage
  • Maintien d'un satellite sur une orbite terrestre très basse nécessitant un rehaussement régulier pour contrer le freinage résultant de l'atmosphère résiduelle.

L'étage OTV d'une masse de 130 kilogrammes est réalisé en composite carbone. Haut de 45 cm pour un diamètre de un mètre, il comprend de deux à quatre moteurs électriques au xénon fournissant une poussée unitaire comprise entre 30 et 310 milliNewtons avec une impulsion spécifique comprise entre 1150 et 18000 secondes. Il comporte un panneau solaire fournissant 400 watts. Il peut produire jusqu'à cinq kilowatts (à l'aide d'une batterie). Il met à disposition un système de communications qui offre un débit maximum de 100 mégabits/secondes en bande X ou 50 mégabits/secondes en bande Ka sur une liaison descendante et 200 kilobits/seconde en bande S sur une liaison montante. La précision de pointage est de 50 secondes d'arc avec une stabilité de cinq secondes d'arc par seconde. Il peut servir de support à une charge utile primaire et quatre charges utiles secondaires ou à un certain nombre de systèmes de déploiement de nano-satellites.

Installations de lancement

Firefly Aerospace dispose de deux installations de lancement[13] :

  • Le complexe de lancement 2 (en) de la base de lancement de Vandenberg en Californie, autrefois pas de tir de la fusée Delta II et rendu disponible par le retrait de ce lanceur en septembre 2018. Cette base sera utilisée pour les lancements en orbite polaire et héliosynchrone.
  • Le complexe de lancement SLC-20 de la base de Cape Canaveral qui permet notamment les lancements vers la destination lunaire.

Développements futurs

La société prévoit de développer d'autres lanceurs :

  • Le lanceur MLV, anciennement connu sous le nom de Firefly Beta, est une fusée réutilisant en grande partie les solutions techniques mises au point avec la Firefly Alpha mais avec une charge utile en orbite basse portée à 13 tonnes (11,6 tonnes en orbite héliosynchrone), c'est-à-dire une capacité supérieure à celle de la Delta 2 qui n'a pas de remplaçant sur le marché américain. Ce lanceur comprendrait deux étages et a un diamètre de 3,7 mètres pour une hauteur de 46,7 mètres. Le premier étage est propulsé par 7 moteurs-fusées Miranda fournissant une poussée de 7 161 kiloNewtons (dans le vide) avec une impulsion spécifique de 305 secondes (dans le vide). Le deuxième étage utilise un moteur-fusée Viranda d'une poussée de 1 097 kiloNewton (dans le vide) et une impulsion spécifique de 325 secondes[14]. La société avait initialement envisagé pour propulser son premier étage d'utiliser le moteur-fusée AR1 (en) d'Aerojet Rocketdyne qui n'avait pas été retenu pour le lanceur Vulcan[15]. Le premier étage sera également utilisé pour la fusée Antares 330 dans le cadre d'une entente avec Northrop Grumman, avec un premier lancement prévu pour 2024 pour Antares 330 et 2025 pour MLV[16].
  • Firefly Gamma est un projet de lanceur à deux étages réutilisable à 75% (en coût), capable d'atterrir horizontalement et pouvant placer en orbite basse une charge utilise de 5 tonnes[17].

Première version du lanceur (abandonnée)

La première version Firefly Alpha est un lanceur bi-étages de 23 mètres de haut dont la structure est réalisée majoritairement en matériau composite à base de fibre de carbone pour alléger sa masse. Les deux étages sont propulsés par des moteurs-fusées à ergols liquides brûlant un mélange d'oxygène liquide et de kérosène (avec l'idée de le remplacer à terme par du méthane liquide). Les moteurs sont alimentés par pressurisation des réservoirs (avec évolution prévue en une pressurisation autogène), solution non conventionnelle pour le premier étage d'un lanceur[18].

  • La propulsion du premier étage, dont le diamètre est de 1,8 mètre pour une hauteur de 16,7 mètres[19], est réalisée à l'aide de 12 moteurs-fusées utilisant une tuyère à corps central tronqué, de type Aerospike. Le refroidissement de la partie fixe de cette tuyère, la rampe, nécessite d'évacuer une très grande quantité d'énergie thermique, raison pour laquelle ce type de tuyère mis au point et testé dès le début de l'ère spatiale n'a jamais été utilisé de manière opérationnelle. Dans le cas présent, la rampe est refroidie par le kérosène qui y circule avant d'être réinjecté dans le réservoir. La pressurisation du réservoir, autogène, est ainsi assurée sans avoir recours à de l'hélium, ce qui allège la masse globale de l'étage. Les 12 moteurs-fusées FRE-2 fournissent une poussée totale de 45 tonnes avec une impulsion spécifique de 299 secondes[18],[20].
  • Le deuxième étage, d'un diamètre de 1,5 m et d'une hauteur de 4,6 m[19], est propulsé par un moteur-fusée FRE-1. Cette variante du FRE-2 utilise une tuyère traditionnelle et fournit une poussée de 2,8 tonnes avec une impulsion spécifique de 325 secondes[18].
  • La coiffe a un diamètre interne de 1,47 mètre et une hauteur interne de 1,75 mètre[21].

Prix et comparaison avec les autres lanceurs légers

Le prix catalogue (novembre 2021) du lanceur est de 15 millions US$[22]. Firefly Alpha est en concurrence avec plusieurs lanceurs américains de la même catégorie :

Comparatif des coûts des lanceurs légers de la classe du Firefly Alpha (mars 2022)[23]
Lanceur Prix (millions US$) Charge utile (kg)
(orbite basse)		 Prix au kg (US$) Charge utile (kg)
(orbite héliosynchrone 500 km)		 Prix au kg (US$) Statut du lanceur
(septembre 2021)
Terran 1121 2509 60090013 333En développement
LauncherOne1250024 00030040 000Opérationnel
Electron7,530025 00020037 500Opérationnel
Firefly Alpha151 00015 00060025 000Un seul vol (échec)
RS1121 3508 888100012 000En développement
SpaceX Rideshare (Falcon 9, lanceur moyen)1,1[24]2005 500Opérationnel

Historique des lancements


1
2
3
4
5
6
7
  •   Succès
  •   Échecs partiels
  •   Échecs
  •   Prévu
Lancements effectués ou programmés[25]
Vol n° Nom Date Pas de tir Charge utile Masse Orbite Résultat
FLTA001 DREAM 3 septembre 2021 à 01:59 UTC[26],[27] Vandenberg SLC-2W CubeSats : BSS1, CRESST DREAM COMET, Firefly Capsule 1, PICOBUS [28] (déployant six PocketQubes), Hiapo, NPS-CENETIX-Orbital 1, Spinnaker3, et TIS Serenity [29],[30] 82 kg[31] Orbite polaire (inclinaison 137°) circulaire 300 km[31] Échec
Premier vol[32], a connu une anomalie avec un de ses moteurs-fusées qui a mené à sa destruction environ deux minutes et demie après le lancement par mesure de sécurité [33],[34]. Emportait diverses charges utiles pour plusieurs clients : Benchmark Space, University of Cambridge, Firefly, Libre Space Foundation, Fossa Systems, Hawaii Science and Technology Museum, AT&T/NPS, Purdue University, Teachers in Space, Inc....[31]
Lancements programmés
FLTA002 To The Black 11 septembre 2022 [35],[36] Vandenberg SLC-2W TechEdSat-15 (TES-15), TIS Serenity, PicoBus (GENESIS-L & GENESIS-N, FOSSASAT-1B, Qubik-1 & Qubik-2)[35] ~12 kg Orbite polaire (inclinaison 137°) circulaire 300 km Prévu
Deuxième essai de vol. Emporte
FLTA003 novembre 2022[37] Vandenberg SLC-2W CubeSats: CatSat, Starling x 4[38], KUbeSat 1, MESAT 1, R5 S4, REAL, SOC-i, OwlSat[39] Orbite héliosynchrone Prévu
Contrat de lancement pour la NASA Venture Class Launch Services 2 (VCLS 2) Mission Two[40], aussi connue sous le nom d'ELaNa 43.
2023[41] Vandenberg SLC-2W Carbonite 4[42] ~100 kg Orbite basse Prévu
Satellite d'observation de la Terre
2023[41] Vandenberg SLC-2W Orbite basse Prévu
2023[41],[43] Vandenberg SLC-2W Satellites de Spaceflight Orbite basse Prévu
Lancements multiples de type "rideshare"
2023[41],[44] Vandenberg SLC-2W EOS SAR 1 Orbite héliosynchrone Prévu
2023[41],[45] Vandenberg SLC-2W OTB-2 / MAIA Orbite héliosynchrone Prévu
2023[41],[46] Vandenberg SLC-2W Satlantis EO Constellation Orbite héliosynchrone Prévu
Constellation de satellites d'observation de la Terre

Notes et références
  1. (en) Mike Wall, « New Firefly Rocket Engine Passes Big Test, Will Launch Small Satellites », sur space.com, , p. 14
  2. (en) Jason Davis, « NASA-sponsored SmallSats Get Dedicated Rides to Space », The Planetary Society,
  3. Stefan Barensky, « Extinction prématurée pour Firefly », Aerospatium,
  4. (en) Stephen Clark, « Firefly’s commercial satellite launcher to use Delta 2 pad at Vandenberg », sur spaceflightnow.com,
  5. https://www.space.com/firefly-aerospace-first-alpha-rocket-launch-failure
  6. https://destination-orbite.net/astronautique/actualite/le-vol-inaugural-d-alpha-se-solde-par-un-echec?
  7. (en) Mihir Neal, « Firefly Aerospace’s maiden flight of Alpha launch vehicle ends in failure », sur nasaspaceflight.com,
  8. (en-US) Jeff Foust, « Firefly Alpha failure blamed on premature engine shutdown », sur SpaceNews, (consulté le )
  9. (en-US) Jeff Foust, « Firefly Aerospace hires former Air Force officer to lead space transportation sales », sur SpaceNews, (consulté le ) : « Markusic said that an investigation led by Lauren Lyons, chief operating officer of Firefly, found that the engine shut down when an electrical connection failed, causing propellant valves to close and shutting down the engine. “It’s a fairly easy and straightforward thing to fix,” he said. “We’re not doing anything to the vehicle expect changing that electrical connector and some minor things to make the system work better.” »
  10. (en) Tyler Gray, « Firefly closes in on debut flight with rocket delivery to Vandenberg launch site », sur nasaspaceflight.com,
  11. (en) « Firefly alpha payload user guide », FIREFLY aerospace, , p. 6
  12. (en) « Orbital Transfer Vehicle - Payload User’s Guide », sur FIREFLY aerospace (consulté le )
  13. (en) « Launch Facilities », sur FIREFLY aerospace (consulté le )
  14. (en) « Firefly Beta », sur FIREFLY aerospace (consulté le )
  15. (en) Caleb Henry, « Firefly partners with Aerojet Rocketdyne, mulls AR1 engine for Beta launch vehicle », sur spacenews.com,
  16. (en-US) Jeff Foust, « Northrop Grumman and Firefly to partner on upgraded Antares », sur SpaceNews, (consulté le )
  17. (en) « Firefly Gamma », sur FIREFLY aerospace (consulté le )
  18. (en) « Firefly α », sur Firefly Space Systems, Firefly Space Systems (consulté le )
  19. (en) « FIREFLY ALPHA PAYLOAD USER GUIDE », Rocket Labs USA, , p. 9
  20. (en) Lee Hutchinson, « Firefly Space Systems charges full-speed toward low Earth orbit », sur Ars technica, Ars Technica,
  21. (en) « FIREFLY ALPHA PAYLOAD USER GUIDE », Rocket Labs USA, , p. 14
  22. « Firefly Alpha », sur firefly.com (consulté le ).
  23. (en) T.J. Tarazevits, « The 5 Small Space Launchers to Watch in 2021 », sur SPEXcast,
  24. (en-US) « Blaming inflation, SpaceX raises Starlink and launch prices », sur SpaceNews, (consulté le )
  25. (en) Gunter Krebs, « Firefly », sur Gnter's Space Page (consulté le )
  26. Florian Kordina, « FLTA001 DREAM | Alpha », sur Everyday Astronaut, (consulté le )
  27. Firefly Space, « We are GO for a recycle attempt. New T-0 is 01:59 UTC / 18:59 local time. », sur Twitter, (consulté le )
  28. « PICOBUS », sur Libre Space Foundation (consulté le )
  29. « Firefly Alpha First Launch Payloads », sur Firefly Aerospace, NOAA, (consulté le ) Cet article reprend du texte de cette source, qui est dans le domaine public.
  30. « TIS Serenity Publicly-Releasable Summary of Licensed System », sur Teachers in Space, Inc., NOAA, (consulté le ) Cet article reprend du texte de cette source, qui est dans le domaine public.
  31. Eric Berger, « Firefly opens first Alpha rocket launch to academic and educational payloads », Ars Technica, (consulté le )
  32. Jeff Foust, « Firefly Alpha explodes during first launch », SpaceNews,‎ (lire en ligne, consulté le )
  33. (en-US) Jeff Foust, « Firefly Alpha failure blamed on premature engine shutdown », sur SpaceNews, (consulté le )
  34. (en-US) Spaceflight Now, « Firefly’s Alpha rocket explodes on inaugural test launch – Spaceflight Now » (consulté le )
  35. (en-US) « FLTA002 -To The Black », sur Firefly Aerospace (consulté le )
  36. (en) Michael Sheetz, « Northrop Grumman moves Antares rocket work to U.S. from Russia and Ukraine with Firefly partnership », sur CNBC (consulté le ) : « “We are planning on our first launch window for that second flight, [which opens] on Sept. 11,” Schumacher said. »
  37. (en-US) « Firefly gears up for second Alpha launch », sur SpaceNews, (consulté le ) : « If the upcoming launch is successful, Firefly plans one more launch this year. A mission for NASA under a Venture Class Launch Services (VCLS) demonstration contract awarded in December 2020, valued at $9.8 million, will carry a set of NASA cubesats to orbit as soon as November. »
  38. (en-US) « Through Starling, NASA will test complex swarm operations », sur SpaceNews, (consulté le )
  39. (en) « Firefly-Alpha (Firefly-α) », sur Gunter's Space Page (consulté le )
  40. Jeff Foust, « Three companies win NASA small launch contracts », sur SpaceNews, (consulté le )
  41. (en-US) « Firefly gears up for second Alpha launch », sur SpaceNews, (consulté le ) : « Schumacher said the company is projecting up to six launches in 2023. »
  42. Krebs, Gunter, « Firefly », sur Gunter's Space Web (consulté le )
  43. Jeff Foust, « Firefly signs launch agreement with Spaceflight », sur SpaceNews, (consulté le )
  44. Debra Werner, « Noosphere Venture campaign begins coming together with radar constellation », sur SpaceNews, (consulté le )
  45. Jeff Foust, « General Atomics selects Firefly to launch NASA Earth science instrument », sur SpaceNews, (consulté le )
  46. Darrell Etherington, « Rocket startup Firefly signs satellite constellation launch mission with Satlantis », sur TechCrunch, (consulté le )

Voir aussi

Articles connexes

Lien externe
  • Portail de l’astronautique
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