vignette|Décollage de la navette Columbia pour la mission STS-1 le 12 avril 1981, la première mission amenant des hommes dans l'espace depuis une navette. Une navette spatiale, dans le domaine de l’astronautique, désigne conventionnellement un véhicule spatial pouvant revenir sur Terre en effectuant un atterrissage contrôlé à la manière d'un avion ou d'un planeur et pouvant être réutilisé pour une mission ultérieure. Ce concept s'oppose à celui des vaisseaux spatiaux, tels que Soyouz, Shenzhou ou Apollo effectuant une rentrée quasi balistique et atterrissant grâce à des parachutes et des rétrofusées. À l'origine le concept est associé à l'abaissement des coûts de mise en orbite de satellites artificiels (commerciaux ou militaires), d'éléments de station spatiale et à la possibilité d'effectuer des interventions de maintenance en orbite basse. En pratique la navette spatiale américaine, la seule à avoir eu une vie opérationnelle significative, a joué un rôle important essentiellement pour placer en orbite les principaux composants de la station spatiale internationale. Dans ses autres missions, elle est remplacée avantageusement par des lanceurs classiques. À la suite de l'arrêt des missions de sa navette spatiale en 2011, la NASA prévoit le retour à des vaisseaux spatiaux conventionnels (Orion, Crew Dragon, CST-100 Starliner).vignette|Différents concepts de navette spatiale étudiés par la NASA dans les années 1960. Du côté américain, six navettes ont été construites, dont cinq destinées au vol orbital (Columbia, Challenger, Discovery, Atlantis, Endeavour) et une aux essais en vols (Enterprise). Les Soviétiques ont, quant à eux, construit douze navettes, dont cinq destinées au vol orbital, bien qu'une seule d'entre elles ait volé : Bourane.
D'autres projets de navettes au gabarit plus modeste ont vu, ou failli voir le jour, Hermès et le Space Rider du côté européen, la Dream Chaser ou le X-37b côté américain, les navettes BOR (premières navettes spatiales de l'histoire) ou le projet Klipper du côté soviétique.
Principales caractéristiques Engin partiellement ou totalement réutilisable
Les navettes spatiales sont des vaisseaux conçus pour offrir une réutilisation partielle ou totale, permettant de réduire les coûts de lancement. Ce système doit également permettre un retour sur Terre de satellites ou de modules de stations spatiales dans un but de remise en état.
En pratique, aucune navette spatiale n'est entièrement réutilisable, étant donné qu'elles étaient toutes lancées par des fusées conventionnelles, bien que la réutilisation totale ait été envisagée.
Côté américain, les propulseurs d'appoint ( ou ) de la navette spatiale américaine étaient récupérés sous parachutes dans l'océan Atlantique, afin d'être réutilisés. Néanmoins la corrosion de l'eau de mer et les résidus de poudre dans les segments de boosters rendaient cette réutilisation peu efficiente et très chère. La Dream Chaser, projet de navette spatiale non habitée, devra elle voler sur le lanceur Vulcan, qui aura la particularité d'avoir des moteurs réutilisables, les BE-4 revenant sous parachutes après le vol. Côté soviétique, Energiya, le lanceur de la navette Buran, était conçue pour être entièrement réutilisable. Ses propulseurs d'appoint auraient dû revenir se poser sur Terre grâce à des parachutes et des pieds d'atterrissage, là où le premier étage aurait dû être équipé dans sa version finale d'une aile lui permettant de revenir se poser sur une piste en planant. À terme, les propulseurs auraient dû être équipés d'ailes dépliables et de moteurs d'avions. En pratique, Energiya n'a jamais été réutilisée, les compartiments contenant les parachutes ayant été remplis d'instruments de mesure du vol sur le premier vol du lanceur lourd. Une incertitude persiste néanmoins sur le deuxième vol d'Energiya, où la réutilisation des propulseurs a peut-être été tentée. Côté européen, le projet de navette Hermès a permis le développement d'un retour sous parachutes des deux EAP d'Ariane 5, en utilisant des parachutes fournis par les Russes, dérivant de ceux qui auraient dû être utilisés sur Energiya. Bien que le programme Hermès ait été abandonné, la récupération des EAP a tout de même été tentée à plusieurs reprises pour étudier leurs comportements en vol, bien que la récupération de ces derniers ne soit plus à l'ordre du jour.
Si l'on ne tient pas compte du lanceur, alors mis à part certains démonstrateurs techniques (IXV par exemple), toutes les navettes ayant volé ont été conçues pour être utilisées plusieurs fois.
Fonctions et capacités d'emport d'une navette spatiale En fonction des pays et des besoins, une navette spatiale peut avoir plusieurs fonctions. Parmi elles, l'envoi de charges utiles importantes en orbite (satellite civils, institutionnels ou militaires, modules de stations spatiales, missions scientifiques…), d'équipage nombreux en orbite (jusqu'à 10 personnes pour la navette soviétique Buran), de cargo vers les stations spatiales (ISS ou Mir) ou doit également permettre le retour sur Terre de satellites en vue de leur réutilisation.
La plus grande capacité pour une navette était observée par Buran, pouvant placer plus de 30 tonnes en orbite basse, la navette américaine ne pouvant en placer que 27. Néanmoins, ces chiffres sont à nuancer, Buran ayant été défavorisée de par la forte inclinaison du cosmodrome de Baïkonour, mais aussi qu'elle n'a jamais pu démontrer ses capacités à placer une telle charge en orbite basse.
Propulsion La propulsion des navettes spatiales diffère énormément en fonction des modèles. Généralement, les petites navettes spatiales de type Dream Chaser, Hermès ou Space Rider ont de petits moteurs orbitaux permettant certaines manœuvres ou encore leur désorbitation. Les navettes plus grandes, comme Bourane, possédaient des moteurs orbitaux plus importants leur permettant d'effectuer des manœuvres longues et complexes.
Enfin, la navette spatiale américaine était la seule à posséder trois moteurs-fusées utilisés pour son décollage, les RS-25, qui constituaient un avantage car réutilisables contrairement aux fusées à usage unique utilisées par les autres navettes, mais qui devenaient trois poids morts une fois en orbite, pénalisant du même coup les capacités du véhicule.
Les corps portants
Navettes spatiales américaines vignette|Un des Shuttle Carrier Aircraft transportant la navette Atlantis.
Les États-Unis sont les premiers à concevoir une navette spatiale réutilisable capable d'emporter de gros satellites en orbite basse et de les rapporter sur la Terre. Six navettes ont été conçues depuis 1976 : Enterprise, Columbia, Challenger, Discovery, Atlantis et Endeavour. L’Enterprise fut un démonstrateur et n'est jamais allée dans l'espace. Columbia et Challenger ont été détruites en mission. Il y a eu aussi une maquette grandeur nature, Pathfinder, qui servit de banc d’essais. La première navette fut mise en service en 1981. La mise à la retraite des navettes a eu lieu en 2011. Un sénateur américain a émis l'idée de garder une ou plusieurs navettes en service jusqu'en 2015 (date à laquelle Orion devait prendre la relève, même si ce programme fut repoussé).
Navettes spatiales soviétiques
Programme Energiya/Bourane
vignette|L'unique Antonov An-225 en état de vol transportant Bourane au Bourget en 1989.Lorsque l'Union Soviétique a appris que les États-Unis allaient lancer leur navette spatiale depuis la base militaire de Vandenberg en Californie, la décision de se doter d'un véhicule similaire fut prise. En effet, la navette allait doter les États-Unis d'une capacité militaire hors norme, l'URSS ne pouvant alors pas rivaliser.
Le pays va tout d'abord faire une copie parfaite de la navette américaine, avant de l'améliorer pour la faire correspondre aux besoins russes (présence de sièges éjectables, absence de moteurs sur l'orbiteur, vol entièrement automatique). En tout douze navettes à l'échelle furent construites, dont six étaient des modèles d'essais au sol, une, OK-GLI étaient équipées de deux moteurs d'avions pour effectuer des vols suborbitaux, et cinq étaient destinées au vol spatial.
Un seul exemplaire vola en orbite (désigné OK 1.01, ou Bourane (« Буран », « blizzard dans la steppe »)), lancée le par le lanceur Energiya. Elle effectua un vol entièrement automatisé, devenant ainsi l'engin spatial le plus complexe ayant jamais volé , la navette américaine n'étant pas capable d'effectuer un vol complet (décollage, vol orbital et atterrissage) en mode automatique.
Un autre exemplaire était prêt pour le vol, OK 1.02, ou Burya (« Буря », « tempête de neige »), mais ne décolla jamais, à cause du manque de moyens causé par la chute de l'URSS. Les trois autres modèles orbitaux (OK 2.01, 2.02 et 2.03) n'ont jamais été entièrement assemblés.
Le programme fut entièrement annulé en 1993, par manque de moyens. Bourane, le seul exemplaire ayant volé, fut détruit dans l'effondrement de son hangar en 2002. Les autres exemplaires sont soit abandonnés dans des hangars, soit détruits. Seule OK-GLI est aujourd'hui correctement conservée, au Musée des techniques, à Spire, en Allemagne.
Le programme Energiya/Bourane est le deuxième plus grand programme spatial de l'histoire après Apollo en termes de coûts, et le premier en terme humain (plus de 6 millions de personnes travaillaient directement ou indirectement sur le programme), et reste aujourd'hui largement méconnu par le grand public. En quelques années l'URSS a construit douze modèles à l'échelle de Bourane et plus d'une centaine de maquettes, un lanceur super-lourd (Energiya), un bras robotique entièrement automatisé, des combinaisons spatiales autonomes, équivalentes au MMU américain, la construction d'un avion porteur géant (l'Antonov An-225) et le développement du moteur fusée à ergols liquide le plus puissant au monde, le RD-170.
Programme BOR et Spiral
vignette|5ème exemplaire de BOR-5, exposé à Spire en Allemagne. Les stigmates de sa rentrée atmosphérique sont encore visibles. Avant le premier vol de Bourane, l'URSS possédait déjà une grande expérience des navettes spatiales grâce au programme BOR. Quand les États-Unis lancent le projet X-20, alias Dyna-Soar, l'URSS lance de son côté le programme Spiral, un avion de combat orbital monoplace devant servir à des missions de reconnaissances et de destruction de cibles au sol. Néanmoins, à cette époque, l'URSS n'a jamais expérimenté la récupération de véhicules de type navette spatiale, et c'est dans ce but qu'elle lance le programme expérimental de navettes BOR (« БОР » en russe). Ce sont de petits vaisseaux d'environ 2 à 3 mètres de long, équipés de dizaines de capteurs. Plusieurs versions de ces navettes furent construites :
BOR-1 : Ces navettes ont uniquement servies à tester la technologie qui sera utilisée sur les prochaines versions de BOR. Cette dernière a effectué son premier vol suborbital en , devenant ainsi la première navette spatiale de l'histoire ; BOR-2 : Plusieurs de ces navettes ont volé dans l'espace durant des vols suborbitaux. Plusieurs exemplaires furent réutilisés sur des vols ultérieurs. BOR-2 ainsi que toutes les versions suivantes de BOR décollèrent dans l'espace à bord de Cosmos-3M modifiées, appelée K65M-RB5. Ces navettes présentent la particularité d'avoir leurs ailes dépliables, permettant ainsi de pouvoir les lancer dans l'espace sous une coiffe classique ; BOR-3 : Version plus évoluée et moderne de BOR-2, servant à tester les derniers éléments du programme Spiral. Après ses différents vols, tous suborbitaux, le programme est mis en pause, le programme Spiral passant au stade supérieur par la réalisation du démonstrateur atmosphérique MiG-105. Le programme Spiral fut néanmoins abandonné quelques années plus tard ;