vignette|upright=1.25|Vue de côté du Skylon (vue d'artiste).
Le Skylon était un projet de lanceur orbital monoétage (, ou « SSTO ») de type avion spatial, développé par la société britannique à compter des années 1990 et inspiré par le projet HOTOL développé dans les années 1980. Le projet, qui devait permettre de disposer d'un engin capable de décoller et de se poser comme un avion après avoir desservi l'orbite, n'a jamais pu démontrer la faisabilité de l'architecture technique particulièrement complexe requise. La société Reaction Engines Limited a déposé son bilan en 2024.
Le cœur du Skylon est un nouveau moteur à cycle combiné, le moteur SABRE, capable de fonctionner dans deux modes différents. Dans l'atmosphère (de la piste de décollage à ), le moteur tire son oxygène de l'atmosphère (fonctionnement aérobie). Au-delà de et d'altitude, le moteur opère comme un moteur-fusée standard à haute impulsion spécifique, utilisant l'oxygène liquide embarqué avec son carburant (de l'hydrogène liquide) pour atteindre la vitesse de satellisation jusqu'en orbite terrestre basse, à d'altitude.
Historique du projet
Le projet Skylon a été développé par les ingénieurs Alan Bond un des deux ingénieurs à l'origine d'un précédent projet d'avion hypersonique baptisé HOTOL, développé dans les années 1980 mais dont le financement par le gouvernement britannique avait été arrêté en 1988. Bond crée en 1989 avec deux autres ingénieurs (John Scott Scott et Richard Varvill) la société britannique pour poursuivre le développement de son projet. Les caractéristiques de celui-ci sont largement modifiées, et l'engin résultant est rebaptisé « Skylon » en référence à une tour érigée en 1951 à Londres lors d'un festival britannique. Le projet repose sur la mise au point d'un moteur à cycle combiné, le SABRE, capable de fonctionner en mode aérobie (comme un moteur à réaction d'avion) dans l'atmosphère et en mode anaérobie (comme un moteur-fusée) dans l'espace .
En 1997, la faisabilité du projet Skylon est étudié par l'Agence spatiale européenne (ESA) dans le cadre de son programme FESTP (Futur Projet Européen du Transport dans l'Espace). développe également, dans le cadre du programme LAPCAT (financé en partie par l'Union européenne), le moteur (avec une technologie similaire au SABRE) pour son projet d'avion hypersonique A2.
Après des années de vache maigre, la société parvient à obtenir pour la construction d'un prototype un financement du gouvernement britannique de de livres sterling en puis de 60 millions £ en 2013. En 2015 BEA Systems (ex Bristish Aerospace) prend une participation de 20% dans la société Reaction Engines pour un montant 20,6 millions £. La société crée une filiale aux États-Unis pour tester sur banc d'essais son moteur SABRE dans le Colorado dans le cadre d'une collaboration avec l'agence américaine DARPA.
Mais alors que le projet semble sur une trajectoire ascendante, les fonds rassemblés ne constituent qu'une infime fraction de ce qu'il serait nécessaire pour mettre au point le moteur SABRE et l'utiliser sur l'avion spatial. Début 2023 le fonds d'investissement de l'UAE injecte 40 millions £ dans la société parce qu'il est intéressé par l'utilisation de la technologie d'échangeur de chaleur développée pour le moteur SABRE dans le domaine de la dessalinisation. En octobre 2024 Reaction Engines dépose le bilan.
Principes de fonctionnement
Un lanceur orbital monoétage est un véhicule spatial capable d'atteindre l'orbite terrestre et la vitesse de satellisation sans avoir à larguer un ou des étages propulsifs au cours de son ascension. Plusieurs projets de ce type ont été étudiés, dont le HOTOL, le DC-XA et le X-33. Pour pouvoir se placer en orbite autour de la Terre, ce type d'engin spatial, s'il est propulsé par des moteurs-fusées classiques, doit avoir un indice de structure inférieur à 10 %. En effet, un lanceur monoétage conserve tout au long du vol toute sa structure, qui représente donc un poids croissant par rapport à la masse totale. La deuxième difficulté de conception d'un tel engin découle de la nécessité d'optimiser le fonctionnement de la propulsion en fonction de la densité de l'atmosphère environnante : sur un lanceur classique, ce problème est réglé par l'utilisation de moteurs-fusées aux tuyères dimensionnées différemment selon les étages. Pour parvenir à construire un lanceur monoétage, plusieurs pistes ont été explorées, notamment l'allègement de la structure, par le recours pour les réservoirs à des matériaux à faible densité, comme des composites à base de fibres de carbone ou l'utilisation de la propulsion aérobie, qui permet de ne pas transporter d'oxydant pour la première phase du vol. En effet, la propulsion d'un lanceur a un rendement très bas car, pour pouvoir fonctionner dans l'espace, la fusée doit emporter son comburant. Les meilleurs moteurs-fusées utilisant une combinaison d'hydrogène et d'oxygène liquide ont une impulsion spécifique de . Un turboréacteur d'avion, qui puise son comburant dans l'atmosphère, a par contre une impulsion spécifique comprise selon les modèles entre .
Le Skylon propose d'utiliser successivement les deux modes de propulsion pour améliorer le rendement global de ses propulseurs, et permettre ainsi d'accroître la proportion allouée à la structure et à la charge utile placée en orbite. Une fusée monoétage utilisant la même combinaison de carburant emporte plus de 90 % de sa masse sous forme de carburant. Les responsables du projet Skylon indiquent un ratio d'environ 78 %. Le Skylon doit utiliser des moteurs SABRE, brûlant un mélange d'hydrogène et d'oxygène, capables de fonctionner selon deux modes : un mode aérobie jusqu'à une altitude de : le carburant est constitué par l'hydrogène embarqué, tandis que le comburant (oxygène) est fourni comme dans le cas d'un avion par l'air ambiant. L'impulsion spécifique annoncée durant cette phase de vol est comprise entre . L'engin atteint à la fin de cette phase ; un mode anaérobie au-dessus de jusqu'à atteindre une vitesse orbitale : à compter de cette altitude, la densité de l'atmosphère devient trop faible et les moteurs se mettent à fonctionner comme des moteurs-fusées en puisant le comburant (oxygène) dans les réservoirs. L'impulsion spécifique est alors de .
Le ratio carburant/masse totale beaucoup plus favorable permet au Skylon d'être doté des composants lui permettant de décoller comme un avion, d'effectuer une rentrée atmosphérique sans se désintégrer, de se poser comme un planeur, et d'emporter une charge utile significative : ailes, empennages, train d'atterrissage, revêtement thermique.
Moteur SABRE
vignette|upright=1.25|Maquette du moteur Sabre. Le moteur SABRE () est au cœur du projet. Ce moteur est un hybride entre moteur aérobie et moteur-fusée. Le moteur est conçu pour fonctionner avec l'hydrogène liquide embarqué et l'oxygène de l'air jusqu'à ce que le Skylon atteigne , puis doit utiliser l'oxygène liquide embarqué dans la dernière phase de l'ascension vers l'orbite. Il utilise durant la phase aérobie un maximum de composants du moteur-fusée, et, à cet effet il doit augmenter la pression de l'air à l'entrée de la chambre de combustion pour qu'elle atteigne celle d'un moteur-fusée. Pour cela, il utilise une version optimisée du concept mis au point pour le moteur LACE () : l'air entrant passe à travers un échangeur de chaleur qui utilise de l'hydrogène liquide pour refroidir l'air. À partir de là, une pompe peut augmenter la pression de l'air jusqu'à la valeur désirée. Pour parvenir aux performances visées, un circuit dans lequel circule de l'hélium est utilisé pour refroidir l'air entrant.
Caractéristiques techniques du Skylon
La conception du Skylon est en partie inspirée de celle du SR-71 Blackbird, un avion de reconnaissance supersonique américain. Le SR-71 est le seul aéronef ayant atteint des performances de vol (vitesse maximale ) comparables à celles visées par Skylon en phase aérobie (). Le gabarit de l'avion est imposant — long et de diamètre — principalement parce qu'il utilise de l'hydrogène comme source d'énergie, un carburant de densité très faible ().
La structure interne de l'appareil serait construite à partir de matières plastiques renforcées par des fibres de carbone (PRFC - plastique à renfort fibre de carbone), avec des réservoirs de carburant en aluminium. Pour résister au choc thermique lors de la rentrée atmosphérique, le fuselage sera recouvert d'un matériau céramique fibré, d'une épaisseur d'un demi-millimètre, avec une structure ondulée, comme sur le SR-71, pour permettre la dilatation thermique « The external shell (the aeroshell) is made from a fibre reinforced ceramic and carries only aerodynamic pressure loads which are transmitted to the fuselage structure through flexible suspension points. This shell is thin () and corrugated for stiffness. It is free to move under thermal expansion especially during the latter stages of the aerodynamic ascent and re-entry. », spécifications techniques sur le site de la compagnie. Cette conception originale, pour un revêtement thermique destiné à protéger l'avion de la chaleur générée par la rentrée atmosphérique, est permise par la présence des grands réservoirs d'hydrogène, qui seront alors plus légers que l'air à cette étape Alan Bond, au Farnborough Air Show: « », et allégeront alors sensiblement le poids de l'aéronef.
La charge utile est installée au milieu du fuselage au niveau des ailes. Le compartiment cargo est large de , haut d'environ et long de . Deux portes s'ouvrent sur la partie supérieure du fuselage pour permettre l'installation de la charge utile et sa libération en orbite. Skylon peut manœuvrer en orbite en utilisant deux moteurs SOMA conçus par Airbus Defence and Space. Ce moteur brûle un mélange oxygène liquide/hydrogène liquide et produit une poussée de . Ces moteurs sont en quelque sorte les équivalents du système RCS qui équipait la navette spatiale américaine. Une turbine unique entraîne à la fois les turbopompes à oxygène et hydrogène qui alimentent deux chambres de combustion avec une pression de . La masse du moteur est de et le rapport de section des tuyères est de 285. Skylon dispose d'une capacité de manœuvre de (delta-V) hors-manœuvre pour effectuer sa rentrée atmosphérique. La masse des ergols emportée à cet effet doit être soustraite de la charge utile à raison de par m/s (donc au maximum ).
L'architecture du Skylon est plus compliquée que celle du HOTOL, mais elle résout les problèmes de centrage : la soute, les moteurs, le carburant, le fuselage ont le même centre de gravité. On peut envisager ainsi plus facilement des évolutions des moteurs, des charges tout en conservant le reste du véhicule. vignette|centre|600px|Plan de l'avion spatial Skylon.
Spécifications
Les spécifications publiées en 2014 sont les suivantes : Longueur : Envergure : Diamètre du fuselage : Masse au décollage : Masse à vide : Ergols : Autres consommables (dont ergols résiduels et ergols utilisés par les moteurs de manœuvre orbitale) : Impulsion spécifique : atmosphérique ; () extra-atmosphérique. Vitesse de décollage : Delta-V en phase aérobie : Delta-V en phase anaérobie : (estimation) Capacité de manœuvre en orbite : delta-V de Charge utile en orbite basse : vignette|centre|600px|Les réservoirs d'ergols sont situés de part et d'autre de la soute cargo : en rose, les réservoirs d'hydrogène, en bleu les réservoirs d'oxygène.
Fonctionnement
Déroulement d'une mission avec mise en orbite