vignette|250px|Étage Centaur utilisé pour le lancement d'une sonde Surveyor). vignette|250px|Étage Centaur-2A d'une fusée Atlas IIA (2000). vignette|250px|Schéma de l'étage Centaur. vignette|Le moteur RL-10, en cours de tests dans les locaux de la NASA (1962). vignette|Les moteurs sont attachés directement au fond du réservoir pour raccourcir la longueur de l'étage (1964). vignette|Explosion au lancement du vol d'essai AC-5 (1965). vignette|Lancement de Surveyor I par une fusée Atlas Centaur (1966).

vignette|Lancement d'un satellite météo GOES par une Atlas II (2000).

vignette|Lancement d'une fusée Atlas V, emportant la sonde Mars Reconnaissance Orbiter (2005). vignette|Une fusée Titan 3E Centaur emporte la sonde Voyager II.

Centaur est un étage supérieur de fusée, développé à la fin des années 1950 pour les besoins de l'agence spatiale américaine (NASA), et utilisé jusqu'à aujourd'hui sur plusieurs types de lanceurs. Ce fut le premier étage de fusée à mettre en œuvre le couple d'ergols hydrogène liquide (LH2) / oxygène liquide (LOX), très performant mais également très difficile à maîtriser. Par ailleurs, l'étage Centaur reprenait la technique de construction de la fusée Atlas, avec une structure très allégée qui contribue à ses performances, mais qui le rend très vulnérable aux chocs et le contraignant à être sous haute pression pour ne pas s'effondrer sur lui-même.

Le développement de l'étage Centaur fut particulièrement long, en raison de son caractère innovant, mais également du fait d'une gestion de projet chaotique : démarré en 1956 comme une simple étude chez le constructeur de la fusée Atlas, l'étage Centaur prit une importance cruciale lorsque la course à l'espace fut lancée. Le projet fut marqué par plusieurs échecs au lancement et des dépassements budgétaires et calendaires très importants, qui faillirent entraîner son arrêt. Le premier lancement réussi eut lieu en 1965.

De nombreuses versions de l'étage Centaur furent développées par la suite : elles partageaient presque toutes certaines caractéristiques : le diamètre de , la longueur d'environ , le moteur-fusée utilisé (un ou deux RL-10), monté sur cardans et dont la puissance est passée progressivement de à de poussée, la structure très allégée, constituée de deux réservoirs à ballon en acier inoxydable dotés d'une paroi commune, et enfin une stabilisation sur trois axes.

L'étage Centaur est utilisé sur plusieurs générations de lanceurs Atlas et Titan depuis 1965. Ses performances sont mises à contribution pour le lancement de nombreuses sondes spatiales (Surveyor, New Horizons...) et satellites géostationnaires. 171 vols (au mois de ) ont eu recours à un étage Centaur, en n'incluant pas les lancements des Delta, dont le deuxième étage n'utilise plus la dénomination de Centaur, bien que s'inscrivant dans sa descendance.

Genèse de l'étage Centaur L'étage Centaur fut le premier étage de fusée conçu pour utiliser comme carburant l'hydrogène liquide. Le choix de cet ergol, performant mais d'emploi difficile, ainsi qu'une gestion de projet souvent déficiente, est à l'origine d'une phase de développement particulièrement longue, s'étalant de 1956 à 1965.

L'hydrogène : un grand potentiel et un défi technique L'utilisation de l'hydrogène liquide, combiné avec de l'oxygène liquide, constitue le carburant le plus efficace pour une fusée, puisqu'il fournit entre 35 et de puissance supplémentaire que toute autre combinaison d'ergols.. Mais son utilisation représente un grand défi technique : pour le conserver liquéfié, il est nécessaire de le maintenir à une température inférieure à (soit de moins que l'oxygène liquide). À cette température, le métal des réservoirs devient cassant. De plus, la petite taille de la molécule d'hydrogène lui permet de s'infiltrer dans les micro-fissures des réservoirs et facilite les fuites. Malgré son potentiel reconnu, aucun constructeur astronautique ne s'était lancé, en 1956, dans la construction d'une fusée utilisant l'hydrogène.

Premières études Krafft Ehricke, un des ingénieurs venus d'Allemagne avec Wernher von Braun, est le premier à concevoir un étage de fusée utilisant l'hydrogène, en 1956. À l'époque, Ehricke est employé chez Convair, filiale de General Dynamics, constructeur de l'Atlas qui est le missile balistique intercontinental en cours de développement le plus ambitieux côté américain. L'ingénieur imagine d'ajouter à la fusée un deuxième étage de même diamètre, utilisant de l'hydrogène et de l'oxygène liquide, pour en faire un lanceur à usage civil. La structure de ce second étage reprend l'architecture mise au point par l'ingénieur d'origine belge Charlie Bossart pour la fusée Atlas : les réservoirs sont structuraux (c'est-à-dire qu'ils jouent à la fois le rôle de coque externe et de réservoir) et sont dépourvus de longerons : s'ils ne sont pas maintenus sous pression, ils s'effondrent sous leur propre masse. Cette technique de construction, délicate à maîtriser et relativement coûteuse, permet d'alléger au maximum la masse de la fusée. Les études sur le nouvel étage, baptisé CentaurDu nom de l'étoile la plus proche de la Terre (Alpha du Centaure), qu'Ehricke souhaitait pouvoir approcher grâce aux résultats de ses travaux., sont initialement financées sur fonds propres par Convair..

Le moteur-fusée RL-10 La course à l'espace entre les américains et les soviétiques, déclenchée par la mise en orbite de Spoutnik 1, souligne la faiblesse des lanceurs américains, incapables de placer des charges lourdes en orbite. Elle attire l'attention de l'armée de l'Air américaine sur l'étude d'Ehricke qui, en exploitant le potentiel de l'hydrogène, pourrait permettre de combler cet écart. Dans un tout autre domaine, l'US Air Force tente déjà d'exploiter le surcroît de puissance fourni par l'hydrogène pour la propulsion d'un avion espion prototype (projet Suntan), utilisant un turboréacteur consommant ce gaz. Les ingénieurs du constructeur américain de moteurs d'avion Pratt & Whitney, chargés de la propulsion, ont mis au point, en exploitant les caractéristiques de l'hydrogène liquide, une solution élégante, simple et efficace permettant de faire tourner la turbine amenant l'hydrogène dans la chambre de combustion tout en refroidissant les parois de celle-ci. Ehricke comprend que ce concept, appliqué à un moteur-fusée, simplifie énormément sa conception, tout en permettant de le rallumer en toute fiabilité dans le vide, même après un arrêt total prolongé. L'US Air Force passe un contrat de développement en avec Ehricke et Convair, dont le montant est fixé initialement à ( avec le système de guidage et les installations de lancement). Le contrat stipule que six prototypes de fusées Atlas-Centaur doivent être développés en utilisant des moteurs développés par Pratt and Whitney. Le premier vol est fixé à ..

Les caractéristiques de l'étage Centaur L'étage Centaur est constitué de deux réservoirs à ballon : le réservoir d'hydrogène, le plus volumineux, est situé au-dessus du réservoir d'oxygène. Entre les deux, une paroi double permet d'isoler sur le plan thermique les deux ergols, dont la différence de température atteint . Le bâti, qui répercute la poussée des moteurs sur l'étage, est situé à l'intérieur du réservoir d'oxygène pour réduire la longueur de l'étage, ce qui contribue en retour à diminuer sa masse. Pour limiter la montée en température de l'hydrogène, provoquée par l'échauffement aérodynamique durant la première partie du vol, quatre protections thermiques en fibre de verre sont apposées à l'extérieur du réservoir d'hydrogène et larguées par des charges pyrotechniques dès que la pression aérodynamique a suffisamment diminué. Deux moteurs , mis au point par Pratt & Whitney, propulsent l'étage.. Ils peuvent être rallumés lorsque Centaur et sa charge utile sont placés en orbite, ce qui doit permettre d'élargir la fenêtre de lancement des sondes spatiales et d'envisager la prise en charge complète des satellites géostationnairesL'étage est mis à contribution une première fois pour placer le satellite sur une orbite elliptique, dont l'apogée se situe à . Une fois le satellite en ce point, le moteur est rallumé pour circulariser l'orbite.. L'étage dispose de petits moteurs-fusées, prenant en charge le contrôle son orientation sur les trois axes, et d'un système de guidage qui lui permet d'assumer des missions complexes. Dans la première version, l'étage avait un diamètre de pour une longueur de et pesait au départ, pour une masse à vide de , dont d'isolation thermique larguée en altitude..

Un projet en difficulté En , la NASA reprend la responsabilité du projet Centaur, qui relevait jusque-là de l'armée de l'Air américaine. L'agence spatiale américaine, qui vient d'être créée à partir des structures existantes du NACA, a en effet vocation à gérer tous les projets spatiaux qui poursuivent des objectifs civils. L'US Air Force assure toujours le pilotage opérationnel du projet, tout en faisant ses rapports à la structure de la NASA chargée du développement des lanceurs, le centre de vol spatial Marshall, dirigé par Wernher Von Braun. L'étage Centaur et son moteur se retrouvent bientôt sur le chemin critique de plusieurs projets prioritaires.

L'armée de l'Air veut utiliser l'étage Centaur afin de lancer ses satellites de télécommunication car elle prévoit que leur masse croissante va prochainement dépasser les capacités de l'étage Agena utilisé jusqu'à présent. Von Braun, responsable du développement des fusées Saturn, s'est laissé convaincre, malgré ses fortes réticences initiales, de développer un étage propulsé par de l'hydrogène et a retenu à cet effet le moteur RL-10 en cours de mise au point pour l'étage Centaur. La NASA décide de confier aux futurs lanceurs Atlas-Centaur le lancement des sondes spatiales, Mariner en 1959 et Surveyor en 1961, malgré le scepticisme affiché du Jet Propulsion Laboratory, chargé du développement de ces 2 programmes.

Les problèmes, soulevés à la fois par l'utilisation de l'hydrogène et une gestion du projet chaotique, se multiplient en 1960 et 1961 chez les constructeurs (le motoriste et Convair) : cela se traduit par un dérapage marqué du planning du projet, ainsi qu'une diminution des performances de l'étage par rapport à ce qui avait été annoncé. Le Centre Marshall, hostile au projetLes ingénieurs allemands de l'équipe de von Braun, dont l'approche technique était conservatrice, avaient l'habitude de construire des fusées et rejetaient le concept de réservoir-ballon. À la suite d'une discussion très vive entre Willie Mrazek, l'ingénieur spécialiste des structures de l'équipe de Von Braun, et Charlie Bossart, père du concept de réservoir-ballon, celui-ci le mit au défi de défoncer la mince paroi d'un étage Centaur, mis en légère pression, à coups de masse. L'ingénieur du centre Marshall ne réussit même pas à marquer le métal. et accaparé par le développement de la fusée Saturn, n'assume pas son rôle de pilote. Fin 1961, la fusée Atlas-Centaur est installée sur sa rampe de lancement sur l'aire 36 de Cap Canaveral, mais les problèmes de conception qui affectent la structureLorsque le réservoir d'hydrogène est rempli, celui-ci se met à fuir en remplissant l'espace ménagé dans la double paroi qui le sépare du réservoir d'oxygène, ce qui détruit l'isolation thermique qui permet la coexistence des deux ergols., les moteurs et le système de guidage, ainsi que la mise au point de l'intégration de l'étage Centaur avec le premier étage AtlasVon Braun, très sarcastique, commentait : « il est préférable de construire une fusée en usine que sur l'aire de lancement »., repoussent régulièrement le lancement..

L'échec du vol AC-1