(en anglais ; litt. « vaisseau des étoiles »Un terme couramment utilisé dans la Science-fiction anglophone pour désigner un Vaisseau_spatial.) est un lanceur spatial super lourd et entièrement réutilisable, développé par la société américaine SpaceX, devant à terme être capable de placer une charge utile de 100 à 200 tonnes en orbite terrestre basse et ainsi servir une grande variété d'usages tout en réduisant drastiquement les coûts de lancement. est la première tentative de l'histoire du vol spatial de mettre au point un lanceur entièrement réutilisable ayant atteint le stade des essais en vol à taille réelle, et une fusée aux dimensions sans précédent avec au décollage une masse de plus de pour de poussée.

Dès les origines de SpaceX en 2002, son fondateur Elon Musk souhaite mettre au point un véhicule spatial novateur permettant de coloniser Mars, le concept évolue avec d'abord le (MCT) en 2012, le (ITS) en 2016, la (BFR) en 2017 et enfin le en 2018. Dans cette dernière version la fusée doit servir principalement deux objectifs : d'une part abaisser de manière drastique le coût de mise en orbite terrestre en permettant la réutilisation complète de la fusée contrairement à la Falcon 9 dont le deuxième étage est perdu à chaque lancement et d'autre part permettre le lancement de charges lourdes vers la Lune et Mars grâce à un système de ravitaillement en orbite d'ergols cryogéniques. doit exister en différentes versions selon les missions, en particulier pour permettre le déploiement de satellites Starlink (pilier économique de l'activité spatiale de SpaceX), le stockage ou le ravitaillement d'ergols et les vols habités vers la Lune ou Mars. SpaceX prévoit que le lanceur remplace à termeses lanceurs , , et ses véhicules . Le projet intéresse le département de la Défense autant que la NASA, qui en 2021 choisit le comme atterrisseur habité du programme Artemis.

D'une hauteur de 124 mètres pour un diamètre de 9 mètres, le lanceur est composé de deux éléments : le premier étage et le deuxième étage qui donne son nom à l'ensemble du système, équipés respectivement de 33 et 6 moteurs Raptor. Malgré une pénalité de masse, l'acier inoxydable a été préféré à la fibre de carbone pour la structure car il est robuste, peu couteux à mettre en œuvre et offre une bonne résistance à la chaleur comme au froid. Le moteur-fusée Raptor de 300 tonnes de poussée (version 3), développé en interne et particulièrement performant (impulsion spécifique, masse, réutilisation) grâce un cycle à combustion étagée à flux complet, joue un rôle clé dans l'atteinte des objectifs assignés au lanceur. Pour pouvoir réutiliser les deux étages, ceux-ci doivent revenir à la base de lancement et s'y poser en douceur avec une très grande précision. Bien que SpaceX dispose d'une grande expérience dans ce domaine, le défi reste immense compte tenu de la taille hors norme du lanceur et de la nécessité de récupérer le deuxième étage. Pour la rentrée atmosphérique du deuxième étage qui soumet celui-ci à des températures supérieures à 1500 degrés, SpaceX met en œuvre un bouclier thermique constitué principalement de briques en silice, dont la mise au point constitue un des aspects les plus complexes du développement. En effet celui-ci doit permettre une réutilisation de l'étage sans que soit réalisée la remise en état coûteuse qui avait largement contribué à l'échec économique de la navette spatiale américaine dans les années 1980.

est construit et lancé depuis Starbase au Texas, d'autres sites de lancement sont en construction au Centre spatial Kennedy et à la Base de Cap Canaveral en Floride, ainsi qu'en Louisiane. Son développement utilise une approche itérative avec quatre versions de plus en plus abouties du véhicule, et incrémentale avec des vols d'essais aux objectifs de plus en plus ambitieux. Les premiers vols d'essai à basse altitude ont lieu dès 2019, puis le premier vol du lanceur complet en 2023. Il est suivi de douze vols suborbitaux pour mettre au point le retour sur le pas de tir et la rentrée atmosphérique, avant enfin un vol vol orbital en .

SpaceX a investi plus de 15 milliards de dollar jusqu'en dans le projet, dont les principales difficultés rencontrées sont la fiabilité du moteur Raptor, et la réutilisation du bouclier thermique, un problème qui accablait déjà la navette spatiale. À terme l'objectif est de se rapprocher du rythme et de la simplicité de l'aviation afin de révolutionner l'industrie spatiale, dans ce but les deux étages doivent revenir se poser par rétropropulsion sur leur pas de tir. Le projet est toutefois critiqué pour son impact environnemental.

Contexte

Coût du lancement en orbite

Le coût de lancement d'un engin spatial est un frein important pour le développement de l'activité spatiale. Le prix de mise en orbite terrestre basse d'un kilogramme est compris selon les lanceurs entre quelques milliers et plusieurs dizaines de milliers d'euros par kilogramme. Ces coûts sont d'abord liés aux coûts de mise au point et de fabrication du lanceur. Un lanceur est un engin très complexe car il fonctionne dans des conditions limites (température, pression, vibrations) en particulier son système de propulsion qui doit délivrer des poussées énormes ; Le nombre de lancements, peu élevé, ne permet pas de bénéficier d'effet d'échelle à la construction : il y a environ 100 lancements par an répartis entre des dizaines de types de lanceur. Les lanceurs les plus réussis ne sont fabriqués qu'à quelques centaines d'exemplaires sur une période s'échelonnant sur plusieurs décennies ; Par ailleurs, un lanceur utilise des installations de lancement fixes coûteuses et les travaux de préparation avant le lancement (assemblage, tests) sont longs et sollicitent de nombreuses ressources.

La réutilisation de la fusée permettrait théoriquement des économies importantes. Mais au début de l'ère spatiale (décennies 1950 et 1960), la mise au point très complexe d'un lanceur réutilisable n'est pas à l'ordre du jour. Les recherches portent sur la réduction du taux d'échec des lancements et l'augmentation de la masse de la charge utile satellisable.

Navette spatiale américaine : échec économique du lanceur réutilisable (1972-1981)

Au cours de la décennie 1960, les deux puissances spatiales (Union soviétique et États-Unis) développent des lanceurs spatiaux lourds capables de placer près de 100 tonnes en orbite basse. Mais aux États-Unis le coût très élevé de la fusée Saturn V, qui a permis le succès du programme Apollo, ainsi que la réduction du budget alloué à l'espace consécutive à la réussite de ce programme, conduit l'agence spatiale américaine, la NASA, à concevoir la navette spatiale américaine, premier lanceur spatial réutilisable. Celle-ci doit remplacer tous les lanceurs américains à usage unique par un engin entièrement réutilisable avec l'objectif d'offrir un accès routinier et bon marché à l'espace. Le projet est très ambitieux : vaste volume habitable permettant d'accueillir un équipage nombreux pouvant réaliser des expériences, sas permettant d'accueillir deux astronautes effectuant des sorties extravéhiculaires, vaste soute cargo permettant de transporter des engins spatiaux, capacité à capturer des satellites grâce à un bras télécommandé depuis la cabine, à les réparer et à les entretenir, possibilité de ramener sur Terre des engins spatiaux. Mais le coût du projet conduit à limiter sa réutilisation à la partie la plus complexe de l'engin (l'orbiteur). Par ailleurs les militaires, qui ont accepté de contribuer financièrement au projet à condition que leurs exigences soient prises en compte (notamment une capacité de déport très importante au retour sur Terre), imposent une architecture (ailes de grande taille) qui va s'avérer une source de fragilité fatale. La navette spatiale a une masse d'environ au décollage et peut transporter une charge utile d'environ 30 tonnes en orbite basse (110 tonnes en comptant l'orbiteur). Cinq orbiteurs sont construits dont deux seront détruits lors de missions qui couteront la vie à leur équipage. 135 vols sont effectués entre 1981 et 2011. L'engin est une merveille technologique et permet la réalisation d'une multitude de premières. Mais le rêve d'un accès à l'espace peu couteux et facile n'est pas tenu. La navette spatiale devait remplacer toutes les fusées non réutilisables américaines, mais très rapidement cet objectif est abandonné : le cout de chaque vol est prohibitif (on estimait en 2008 que chaque mission revenait à en intégrant les coûts de développement) et la souplesse opérationnelle n'est pas au rendez-vous : la cadence de lancement atteignait 5 % de celle prévue initialement.

Projets de lanceur réutilisable monoétage (décennies 1990-2000)

À compter des années 1990 de nombreuses études et prototypes sont réalisés, en particulier aux États-Unis, autour du concept de lanceur orbital monoétage réutilisable (X-30, DC-X, X-33, X-34, VentureStar, Skylon), mais ces projets n'aboutissent pas car les techniques nécessaires dans des domaines clés comme la propulsion et la conception de structures légères ne sont pas disponibles.

Développement par SpaceX de la fusée Falcon 9 premier lanceur réutilisable économique

La société SpaceX, après avoir monté en compétence lors de la mise au point du lanceur léger Falcon 1, développe la fusée Falcon 9, beaucoup plus puissante, qui introduit, pour la première fois sur une fusée opérationnelle, la réutilisation partielle, en l'occurrence celle du premier étage. Musk envisage le développement de fusées réutilisables encore plus puissantes dès 2010, mais les premiers développements ne débutent qu'en 2012. Le lanceur envisagé à cette époque a une architecture déjà éloignée de celle de la famille des lanceurs Falcon, tout en conservant certaines technologies, telles que les modalités de retour sur Terre et l'atterrissage à la verticale...

Historique du projet Starship

Falcon X et XX (2010)

Lors de la conférence AIAA de 2010, la société SpaceX, qui est en train de mettre au point son lanceur Falcon 9 (le premier vol a eu lieu le de cette année), présente pour la première fois le concept d'un lanceur super-lourd. Le est un lanceur à deux étages de de haut et six mètres de diamètre dont le premier étage est propulsé par trois moteurs . Ce moteur est une évolution du moteur dont la poussée a été portée à , ce qui en aurait fait l'un des moteurs les plus puissants jamais conçus. La poussée au décollage de la fusée est de . Les spécifications du second étage sont moins précises. Pour le propulser, l'équipe de Tom Mueller, le concepteur du moteur , travaille sur un moteur-fusée brûlant un mélange LOx/LH2 qui est baptisé Raptor et développe une poussée d'environ . Un lanceur encore plus puissant est envisagé, la fusée , haute d'environ et dont le premier étage est propulsé par six (fournissant une poussée totale au décollage de ) et dont le diamètre est de ..

L'ensemble des lanceurs envisagés par SpaceX comprend alors la , en cours de mise au point, qui peut emporter en orbite basse terrestre et dont le premier étage est propulsé par neuf ; une variante de la propulsée par un unique ( en orbite basse) ; la (trois premiers étages jumelés), qui sera effectivement développée () ; une variante de la Falcon Heavy propulsée par des () ; la ; la Heavy comportant trois premiers étages jumelés () ; et la ()..

(2012)

En 2012, le PDG et fondateur de SpaceX, Elon Musk, confirme que sa société travaille sur un lanceur super lourd, baptisé (en français transporteur colonial martien), conçu pour réaliser l'objectif du fondateur de SpaceX, à savoir la colonisation de la planète Mars. Peu de détails sont fournis par la suite sur ce projet, qui ne reçoit pas de confirmation officielle. Gwynne Shotwell, directrice des opérations de SpaceX, précise par la suite que l'entreprise travaille sur un nouveau lanceur de grande taille conçu pour être réutilisable et placer entre 150 et sur une orbite basse terrestre.