Boeing X-37

Le X-37 est une navette spatiale robotique développée initialement par la NASA, dans le cadre d'un projet lancé en 1998 pour mettre au point de nouvelles technologies pour les décollages orbitaux et les rentrées atmosphériques et préparer le remplacement de la navette spatiale américaine. Le X-37 dérive du X-40A de Boeing agrandi d'environ 20 %. C'est un engin de taille réduite pesant 5,45 tonnes, doté d'une soute cargo, et avec une capacité de manœuvre orbitale importante. Il est placé en orbite par un lanceur Atlas V d'ULA ou Falcon 9 de SpaceX, et se pose de manière automatique sur une piste d'atterrissage.

Boeing X-37
Le X-37B sous sa coiffe sur le site d'Astrotech en .
Caractéristiques
Organisation US Space Force
Masse Au lancement : 5,45 tonnes
À vide : 3,50 tonnes
Orbite
Charge utile (orbite basse) Quelques centaines de kg
Performances
Nombre de vols 6 (aucun échec)
Temps passé dans l'espace 2 866 jours au retour de OTV-5

En 2004, à la suite de la suppression du budget alloué à la NASA pour ce projet, celui-ci est repris par la DARPA, l'agence de recherche militaire américaine. En 2006, pour des raisons financières, cette dernière transfère le projet à l'US Air Force qui le remet en 2020 à l'US Space Force, nouvellement créée. Les missions que peut remplir le X-37 au service des forces armées des États-Unis ne sont pas connues car le projet est classé confidentiel depuis 2004. Il peut servir dans la lutte contre les satellites de puissances étrangères.

Le premier vol atmosphérique, pour le compte de l'USAF a lieu le en Californie, à la base Edwards. La première mission en orbite débute le et dure 225 jours. En , la mission OTV-5 établit un nouveau record de 780 jours dans l'espace ; les deux exemplaires construits du X-37B effectuent 5 missions en orbite terrestre basse d'une durée cumulée de 2 886 jours.

Historique

En 1998, la NASA lance le développement d'un démonstrateur volant de navette sans équipage pour valider de nouvelles technologies susceptibles de profiter au transport spatial[1]. Les domaines de recherche prospectés sont la conception des réservoirs d’ergols, le bouclier thermique, l'avionique et les aspects structurels. En , la société Boeing est sélectionnée pour développer le X-37 qu'elle propose de développer à partir du dessin du X-40A qu'elle conçoit pour la USAF : le coût, estimé à 173 millions de dollars américains, est partagé à 50-50 % entre la NASA et Boeing. Au cours des quatre années suivantes la NASA, augmente sa participation de 24 millions de dollars, et la USAF 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 du X-33 de Lockheed-Martin et du X-34 de Orbital Sciences mais contrairement à ceux-ci, qui sont uniquement capables d'effectuer des vols atmosphériques, il peut être injecté sur une orbite, puis effectuer une rentrée atmosphérique. Le X-37 doit permettre de valider 41 nouvelles technologies. La forme du X-37 dérive de celle du X-40A, dont il est une copie à l'échelle de 120 %. Le X-40A 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 est prévu initialement en 2002 : le X-37 doit être lancé par la navette spatiale américaine, ce qui conditionne l'envergure maximum des ailes. En , 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 permet 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 permet de tester notamment l'avionique, le bon fonctionnement du bouclier thermique et sa réutilisation [2].

Le premier test du véhicule ALTV est programmé pour 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 , le projet X-37 est transféré à la DARPA, l'agence de recherche de la Défense chargée des projets avancés, puis à la USAF (Air Force's Rapid Capabilities Office) en 2006[4],[5]. Il devient un projet classé confidentiel[6].

Depuis sa création le 24 juillet 2020, les engins sont mis en œuvre par le Space Delta 7 (en), une unité du Space Operations Command (en) du US Space Command.

Vols atmosphériques

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. Après plusieurs vols captifs effectués en 2005, le X-37B est lâché le mais il subit quelques dommages durant l'atterrissage. Les vols suivants permettent de qualifier le X-37B[3].

  • Décollage et retour de mission
  • Décollage du lanceur Atlas V avec la navette lors de sa troisième mission ().
  • Le X-37B après son premier vol orbital vu de profil ().

Historique des missions (2010-)
Lancement de la mission OTV-3.
Vue d'artiste de la rentrée atmosphérique du X-37A de la NASA.

OTV-1

À la suite des vols atmosphériques, le premier vol orbital est programmé pour 2008[3]. Mais le programme subit des retards, et le premier lancement dont le nom de code est USA-212 est finalement effectué le depuis le pas de tir 41 de la base de lancement de Cap Canaveral[7]. Le X-37B OTV-1 (« B » désigne la version militaire, « A » la version de la NASA) est mis en orbite terrestre basse par un lanceur Atlas V 501. La navette se place sur une orbite de 450 km avec une inclinaison estimée d’après les observations d'astronomes amateurs à 40,0°. Le X-37B utilise ses moteurs pour relever son orbite le puis l'abaisser en 3 étapes le , le et le [8]. Le , après avoir séjourné dans l'espace durant 225 jours, l'appareil effectue une rentrée atmosphérique en mode automatique[9] et se pose sur la piste d’atterrissage de la base de lancement de Vandenberg[10],[11]. La USAF ne donne aucune information précise sur la nature de la charge utile et les activités du X-37B dans l’espace. Elle indique que différentes expériences sont menées de manière à tester des capteurs, des sous-systèmes, des composants et de différentes technologies mis en œuvre à bord du X-37B.

OTV-2

Un deuxième X-37B (OTV-2) est lancé par un lanceur Atlas V le [12]. L'objectif de la mission n'est pas divulgué ; selon les militaires américains, elle doit permettre de tester de nouvelles techniques spatiales[13]. Il se pose le 16 juin 2012 sur la base de lancement de Vandenberg, après une mission de 469 jours[14].

OTV-3

Le premier véhicule utilisé pour la première mission en 2010 est de nouveau lancé le par un lanceur Atlas V et devient donc la première des navettes à être réutilisée. Elle atterrit à Vandenberg le après un séjour de 674 jours dans l'espace[15].

OTV-4

Une quatrième mission débute le [16]. Les caractéristiques de deux expériences emportées dans la soute de la navette sont rendues publiques[17] :

Schéma du X-37B OTV-2 vu de l'arrière, de dessous et de côté.
  • Un propulseur à effet Hall XR-5A de Aerojet Rocketdyne est testé en vol en vue de son installation à bord des satellites AEHF de la USAF. L'objectif est de mesurer sur une longue période d'utilisation la dégradation du moteur dans le vide spatial et de mesurer l'évolution de ses performances. Le constructeur du propulseur annonce dès que ces tests fournissent des résultats conformes.
  • La deuxième expérience embarquée est METIS (Materials Exposure and Technology Innovation in Space) fournie par la NASA. Son objectif est de tester le comportement de 100 échantillons de matériaux différents exposés dans le vide spatial en particulier la dégradation due au rayonnement ionisant et à l'oxygène atomique. Une expérience similaire avec 4 000 types de matériaux est en cours au même moment à bord de la Station spatiale internationale.

La navette X-37B se pose sans encombre sur la piste d'atterrissage du centre spatial Kennedy le après un séjour de 717 jours et 20 heures dans l'espace[17].

Schéma du X-37B OTV-2 vu de face, de dessus et de côté.

OTV-5

La 5e mission du X-37B décolle le à bord du lanceur Falcon 9 de SpaceX[18].

La navette se pose au centre spatial Kennedy le à 7 h 51 TU après 780 jours en orbite[19].

OTV-6

La sixième mission du programme a décollé le . Le véhicule emporte plus d'expériences qu'aucun autre vol précédent, dont deux de la NASA. La première étudiera l'impact des radiations ambiantes sur des graines, tandis que la seconde testera divers matériaux dans l'environnement spatial. Une autre expérience conçue par le Naval Research Laboratory tentera de transformer l'énergie solaire en micro-ondes, pour ensuite la transmettre vers la Terre. La mission déploiera également le petit satellite FalconSat 8 (en) développé par la United States Air Force Academy, emportant 5 expériences supplémentaires. De plus, la navette décolle pour la première fois avec un module de service attaché à l'arrière, permettant d'accommoder une partie de la charge utile. Il est largué avant la rentrée atmosphérique.

La United States Space Force, nouvellement créée, est responsable depuis la mise sur pied de l'unité Delta 9 le 24 juillet 2020, du décollage, des opérations en orbite, et de l'atterrissage[20],[21].

Synthèse des missions[22]
Vol Date de lancement Base de lancement Véhicule Lanceur Date de l'atterrissage Site atterrissage Durée Identifiant COSPAR Commentaire
OTV-1Cap Canaveralno 1Atlas V 501Vandenberg225 jours2010-015AAutre désignation USA-212
OTV-2Cap Canaveralno 2Atlas V 501Vandenberg469 jours2011-010AAutre désignation USA-226 (en)
OTV-3Cap Canaveralno 1Atlas V 501Vandenberg675 jours2012-071AAutre désignation USA-240 (en)
OTV-4Cap Canaveralno 2Atlas V 501KSC Floride717 jours2015-025AAutre désignation USA-261 (en)
OTV-5Cap Canaveralno 2Falcon 9 KSC Floride780 jours2017-052AAutre désignation USA-277 (en)
OTV-6Cap Canaveralno 1Atlas V 501 2020-029AAutre désignation USA-299

Caractéristiques techniques

Le X-37 est la première navette spatiale militaire développée par les États-Unis depuis l’annulation du projet Boeing X-20 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 en 2019 d'une autonomie augmentée à 780 jours en orbite. La rentrée atmosphérique s'effectue comme pour la navette spatiale américaine en position cabrée à 40,0°. Le X-37 poursuit ensuite sa descente avec une pente de 20,0° en volant à 400 km/h, avant de se poser de manière automatique sur une piste d'atterrissage classique[23].

Structure
Le X-37 est long de 8,90 m pour une envergure de 4,5 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[23].
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[23].
Propulsion
Le X-37B a un moteur-fusée unique, le AR-2/3 de Rocketdyne, alimenté par des ergols hypergoliques : l'hydrazine et le peroxyde d'azote remplacent le peroxyde d'hydrogène et le JP-8 prévus initialement. Les réserves d'ergols disponibles donnent au X-37 une grande capacité de manœuvre[23].
Le X-37B de la 4e mission est équipé pour la première fois d'un propulseur à effet Hall[16], permettant de réduire la consommation et le coût, ou d'augmenter la durée des missions suivantes.
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 utilisé en remplacement sur la navette, offre plus de résistance aux chocs. Pour les parties moins exposées, le X-37B 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[réf. souhaitée]) traitées pour résister aux mécanismes d'oxydation à l'œuvre durant la rentrée atmosphérique[23].
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 électromécaniques[23].

Énergie

Le X-37B 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[23].

Lancement

Le X-37 doit initialement être transporté dans l'espace par la navette spatiale. Il est finalement modifié pour être lancé par un lanceur classique Delta IV ou Atlas V. Pour ne pas endommager l'aérodynamisme du lanceur durant la traversée de l'atmosphère lors du décollage, une coiffe de 5 mètres de diamètre, taille standard pour le lanceur, recouvre la navette au lancement[23].


  • Gros plans de la navette
  • Face avant du X-37B.
  • Face avant vue de profil.
  • Vue de la face supérieure peu avant la fermeture de la coiffe.

Missions

La USAF ne dévoile pas quelles sont les missions envisagées pour les navettes automatiques de type X-37B. Le coût opérationnel et l'absence de flexibilité opérationnelle de la navette spatiale américaine semblent pourtant avoir démontré que le concept ne présente 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[24].

Compte tenu de ses caractéristiques, le X-37B peut remplir les missions suivantes par ordre de pertinence décroissante[25] :

  • 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 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 navette dépend du temps de préparation de son lanceur et son coût de lancement est élevé (100 millions de dollars).

  • 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 peuvent être plus rapidement installés dans la soute de la navette que sur un lanceur. Mais le coût élevé de lancement d'une seule 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 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-37B le cantonne aux orbites terrestres basses (1 100 km maximum) et sa baie cargo a une contenance limitée.

  • Véhicule d’inspection et plate-forme antisatellite

Il existe déjà des satellites d'inspection en orbite (XSS-11, MiTex) mais ils ne disposent que d'une gamme fixe de capteurs. Le X-37B peut emporter des capteurs adaptés à chaque mission et contrairement aux satellites d'inspection existants, il a la capacité de changer d'inclinaison orbitale, 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-37B 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
  • Le X-37B en configuration de lancement en 2009.
  • Vue d’artiste du X-37A de la NASA.
  • Vue d’artiste du X-37A de la NASA.
  • Le X-37A dans la soute de la navette, moyen de lancement envisagé initialement.

Notes et références
  1. (en) Mike Wall, « X-37B: The Air Force's Mysterious Space Plane », sur Space.com, (consulté le ).
  2. (en) NASA-MSFC, « X-37 Technology Demonstrator: Blazing the trail for the next generation of space transportation systems » [PDF], .
  3. (en) Andreas Parsch, « Boeing X-37 / X-40 », (consulté le ).
  4. « À quoi peut bien servir la navette Boeing X-37B de l’US Air Force ? - L'Usine Aéro », L'Usine nouvelle,‎ (lire en ligne, consulté le ).
  5. (en) « X-37B: The Air Force's Mysterious Space Plane », sur Space.com (consulté le ).
  6. (de) « DARPA übernimmt X-37-Programm », sur www.raumfahrer.net, .
  7. « L’armée américaine a lancé un nouveau vaisseau spatial dont la mission est top secret », sur www.rfi.fr, (consulté le ).
  8. (en) Clark, Stephen, « U.S. military space plane nearing end of design life », sur Spaceflightnow, .
  9. (fr) « Retour d’une navette américaine sans équipage », sur France 2, .
  10. (en) Clark, Stephen, « Air Force X-37B spaceplane arrives in Florida for launch », sur Spaceflightnow, .
  11. (en) « Worldwide launch schedule », sur Spaceflightnow, .
  12. (en) W. J. Hennigan, « Air Force hopes to launch X-37B space plane after weather delay », Los Angeles Times,‎ (lire en ligne, consulté le ).
  13. (en) Wall, Mike, "Secretive X-37B Space Plane Launches on New Mystery Mission, Yahoo! News, . Consulté le .
  14. (en) Ball, Diana, « 2nd Boeing-built X-37B Orbital Test Vehicle Successfully Completes 1st Flight », sur Boeing Mediaroom, .
  15. (en) Chris Bergin et William Graham, « Third X-37B returns home after nearly two years in space », sur Nasaspaceflight, .
  16. (en) « ULA Atlas V conducts X-37B spaceplane launch », sur Nasa Space flight (consulté le ).
  17. (en) Patrick Blau, « Air Force’s Secretive X-37B Space Plane Lands in Florida after 718-Day Flight », sur Spaceflight101, .
  18. « Le vaisseau spatial top-secret de l'armée américaine X-37B reprend du service grâce à SpaceX », sur www.huffingtonpost.fr, (consulté le ).
  19. Brice Louvet, « L’avion spatial X-37B atterrit après une mission mystérieuse de 780 jours », sur Sciencepost.fr, (consulté le )
  20. https://www.schriever.spaceforce.mil/About-Us/Fact-Sheets/Display/Article/275817/delta-9/
  21. (en) Mike Wall, « US Space Force to launch the next X-37B space plane mystery mission on May 16 », sur Space.com, (consulté le ).
  22. (en) Gunter Krebs, « X-37B OTV 1, 2, 3, 4, 5 », sur Gunter's space page, .
  23. (en) « Space Shuttle Jr. », sur AIR&SPACE Smithsonian, .
  24. Alberto Pimpinelli, « Quand l’USAF réalise les rêves d’Hollywood : à la rencontre du programme spatial militaire des E-U », sur http://www.bulletins-electroniques.com, .
  25. (en) Brian Weeden, « X-37B Orbital Test Vehicle : Fact Sheet » [PDF], sur www.secureworldfoundation.org, .

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes
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