HOTOL
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Royaume-Uni• Au décollage : 250 t
| Organisation |
Royaume-Uni |
|---|---|
| Masse |
• À vide : 50 t • Au décollage : 250 t |
| Orbite | ~300 km |
| Charge utile (orbite basse) | 7 000 à 8 000 kg |
| Date de fin du programme | |
| Équipage | Aucun |
| Nombre de vols | Aucun (projet abandonné) |
|---|
HOTOL (pour « HOrizontal TakeOff and Landing », signifiant « décollage et atterrissage horizontaux ») était un projet de lanceur orbital monoétage réutilisable britannique, étudié par British Aerospace — absorbé depuis par BAE Systems — et Rolls Royce au milieu des années 1980. Sa propulsion devait être assurée par un moteur hybride particulier, fonctionnant à la fois comme un moteur-fusée classique, consommant de l'oxygène et de l'hydrogène liquide contenus dans des réservoirs, mais pouvant également utiliser l'oxygène de l'air extérieur dans les couches basses de l'atmosphère.
Piloté de manière totalement automatique, HOTOL était conçu pour placer en orbite basse une charge utile comprise entre 7 et 8 tonnes[1]. De par sa conception, qui favorisait la réutilisation et la rapidité de mise en œuvre, il devait permettre de réduire les coûts des lancements en orbite basse et faciliter les opérations spatiales menées depuis l'Europe. Le projet fut toutefois abandonné dès le début des années 1990, faute de financement et faisant face à un manque d'intérêt de la part des acteurs majeurs du secteur spatial européen, ceux-ci préférant se tourner vers le lanceur Ariane 5, de conception plus classique.
De nombreux projets d'avions spatiaux réutilisables virent le jour dans les années 1980 à 2000. Conçu comme un avion orbital monoétage réutilisable, le HOTOL devait permettre de lancer des satellites en orbite terrestre basse ou de récupérer du matériel déjà présent en orbite pour le ramener sur terre, à des coûts fortement réduits[2],[3] et avec une cadence de rotation rapide entre les lancements[4]. Des projets à plus long terme envisageaient même d'en faire un avion de ligne civil à grande vitesse[5], permettant de relier des points très éloignés du globe en moins d'une heure. L'appareil devait recevoir un moteur aérobie unique, le RB.545[2], également désigné « Swallow », alors en cours de développement par le constructeur britannique Rolls-Royce. Les ergols alimentant ce moteur-fusée étaient de l'hydrogène et de l'oxygène liquides, mais à la différence d'un moteur-fusée classique, l'oxygène pouvait également être prélevé dans les couches basses de l'atmosphère pendant la première partie du vol, ce qui réduisait de manière importante la quantité d'oxydant devant être embarquée à bord pour la mission. Comme l'oxydant représente typiquement la majeure partie de la masse d'une fusée au décollage, HOTOL devait pouvoir se passer de deuxième étage et être considérablement plus petit et léger que les concepts de fusées « pures », avec une taille approximativement équivalente à celle de avion de ligne moyen-courrier McDonnell Douglas DC-9/MD-80. Le circuit d'hydrogène passait dans un échangeur, qui liquéfiait l'oxygène de l'air pour son stockage. Cela en faisait le projet le plus audacieux et, selon ses promoteurs, le moins cher de sa catégorie[6]. Les solutions techniques retenues devaient le placer loin devant la Navette spatiale américaine, dont plus de 40 % du coût d'un lancement était lié au personnel assurant sa mise en œuvre et seulement 16 % pour sa partie réutilisable, ou la fusée Ariane 5, dont le coût par lancement était plus compétitif — en particulier pour les satellites en orbite géostationnaire — mais dont aucun élément n'est récupéré après le lancement[2],[7].
Alors que l'étude de la preuve de concept du HOTOL était en cours, l'Industrie et le Gouvernement britannique tentèrent d'établir des coopérations internationales permettant de développer, produire et exploiter l'avion spatial[5],[8]. Malgré un certain intérêt de la part des États-Unis, il n'y eut que peu d'engouement de la part des membres de l'Agence spatiale européenne (ESA), et le Gouvernement britannique n'était pas prêt à se passer d'une participation de l'ESA. De plus, le projet rencontra des problèmes techniques et de nombreuses voix affirmèrent que des systèmes alternatifs conventionnels utilisant des techniques de construction similaires remettaient en cause les avantages initiaux supposés de l'architecture du concept HOTOL. En 1989, le financement du projet fut arrêté[9]. La fin des travaux sur cet appareil mena à la création de la société Reaction Engines Limited (REL), qui travaille depuis à la conception d'un nouveau projet, le Skylon, reprenant les technologies du HOTOL ainsi que de son moteur.
Conception et développement
Origines
Les idées derrière la conception du HOTOL émergèrent des travaux réalisés par l'ingénieur britannique Alan Bond (en) dans le domaine des moteurs à réaction à pré-refroidisseurs. Bond avait spécifiquement effectué ces recherches dans le but de produire un moteur viable pour propulser un lanceur spatial[10]. En 1982, British Aerospace (BAe), qui était le principal constructeur de satellites européen, commença à étudier un potentiel nouveau lanceur, avec pour objectif un coût des lancements équivalent à seulement 20 % de celui de la navette spatiale mise en œuvre par la NASA[9],[11]. BAe découvrit que le constructeur britannique Rolls-Royce travaillait sur un moteur adapté, puis décida rapidement de concevoir un avion orbital monoétage entièrement réutilisable comme futur système de lancement spatial[11].
Le projet devint alors rapidement une coopération entre BAe et Rolls-Royce[2], mené par les ingénieurs John Scott-Scott (en) et Bob Parkinson (en)[11]. Au début, il fut envisagé d'« européaniser » le projet et d'impliquer d'autres nations dans son processus de développement et de production, une somme estimée à quatre milliards de livres sterling ayant été jugée nécessaire pour financer son développement à pleine échelle[11]. En , BAe exposa publiquement son projet de lanceur de satellites HOTOL et dévoila des détails sur ses opérations prévues[12]. Une flotte de quatre appareils devait être produite et permettre de réaliser de 25 à 30 vols par an, voire plus si nécessaire[13]. Un premier vol était prévu pour l'année 1998[8]. Le coût d'un lancement était estimé à 10 millions de dollars[9].
En , un mémorandum du Département du Commerce et de l'Industrie (en) (DTI) nota que l'Allemagne de l'Ouest était intéressée par le programme, alors que la France avait adopté une attitude critique envers celui-ci[14], ce que le ministère attribua au fait que ce projet pouvait être vu comme un concurrent des projets déjà menés par la France[14]. D'après le ministre du Commerce et de l'Industrie Geoffrey Pattie, la pression diplomatique française effectuée pour obtenir du soutien pour son propre projet d'avion spatial Hermès[8] avait par inadvertance produit de l'intérêt parmi les membres de l'Agence spatiale européenne pour le projet HOTOL[12]. Toutefois, malgré ce climat de potentiel intérêt et soutien européen, il y eut globalement une attitude de réticence au sein du Gouvernement britannique pour prendre la tête d'un projet de nouveau lanceur spatial[12].
Intérêt américain et étude de concept
En , des rumeurs affirmaient que Rolls-Royce était en train de conclure des accords de licence pour la technologie moteur du HOTOL avec le motoriste américain Rocketdyne[12]. En , Pattie écrivit au Secrétaire d'État à la Défense britannique Michael Heseltine pour lui proposer un plan d'études à trois millions de livres devant être réparties sur deux ans suivant un partenariat public-privé[15],[16], consistant en un million de livres fournies par le Gouvernement britannique et le reste par les industriels Rolls-Royce et BAe eux-mêmes[17]. Pattie se montra rassurant en déclarant que le projet servirait « les capacités stratégiques et que les tests de technologies clés pourrait entraîner des collaborations internationales »[12]. D'après la revue aérospatiale spécialisée Flight International, le soutien du Ministère de la Défense britannique (MoD, Ministry of Defence) était critique car le concept du moteur du HOTOL avait été classifié[11],[12].
En , le directeur technique de Rolls-Royce Gordon Lewis déclara que la firme souhaitait l'implication du secteur propulsion du Royal Aircraft Establishment (RAE), et que Rolls-Royce n'était pas prêt à investir ses propres fonds dans le développement d'un moteur pour le HOTOL[12]. Les travaux sur l'étude de preuve de concept en deux ans commencèrent au second semestre de l'année 1985[2],[12]. Précédemment, il y eut une pression considérable pour démontrer la faisabilité et la crédibilité du projet avant la prise de décisions finales de l'ESA au sujet du projet de l'Hermès[8], qui devint plus tard le lanceur Ariane 5, et les travaux se focalisèrent donc sur la validation des technologies critiques nécessaires pour le projet[11].
En , les discussions entreprises par le DTI et le RAE notèrent que Rolls-Royce cherchait à obtenir des données américaines sur la technologie des statoréacteurs, afin de faire avancer les travaux sur leur moteur, auquel ils se référaient par la désignation de « Swallow »[12]. Selon les témoignages, la United States Air Force était intéressée par la technologie du Swallow pour ses fins propres[11]. En , des discussions entre le premier ministre britannique Margaret Thatcher, le ministre sans portefeuille David Young et le conseiller scientifique du Président des États-Unis Ronald Reagan George A. Keyworth II (en) marqua l'intérêt américain dans la collaboration en vue de développer des véhicules hypersoniques tels que le HOTOL, et qu'un prototype pouvait prendre l'air dès l'année 1990[12]. L'Agence spatiale américaine (NASA) travaillait alors à la conception d'un projet similaire mais technologiquement plus complexe, le NASP (pour National Aero-Space Plane), qui devait atteindre des vitesses bien plus élevées dans l'atmosphère — Mach 5 à Mach 12 — grâce à un statoréacteur à combustion supersonique (scramjet)[8],[Note 1].
D'après les dossiers du Gouvernement britannique, ni BAe, ni le Ministère de la Défense, ne furent enthousiastes à propos d'une participation des Américains dans le programme, craignant qu'une telle implication puisse finalement mettre le Royaume-Uni sur une position de « suiveur » au sein d'un projet qu'il avait initialement mis en place et dont il était le leader[12]. Une autre croyance stipulait que si le Royaume-Uni s'associait avec les États-Unis, le pays risquait de se retrouver coincé à l'écart des travaux sur les futurs lanceurs européens[11]. Toutefois, Rolls-Royce estimait qu'une coopération transatlantique était nécessaire[12]. Le chef des projets futurs de BAe, Peter Conchie, déclara que, si c'était possible, HOTOL devait devenir un élément du réseau spatial européen[11]. Début 1985, le Gouvernement britannique accepta le plan d'études sur deux ans[2],[12],[17], devant selon Alan Bond déboucher sur une période de travaux de douze ans pour mener le projet à maturité[5],[15]. Les travaux sur le concept démarrèrent dès le mois d', en collaboration étroite avec Rolls-Royce[17].
Problèmes et critiques envers le programme
En , le consultant en gestion de projet David Andrews publia un rapport de huit pages émettant de nombreuses critiques envers le programme HOTOL, notant par exemple que le concept était essentiellement optimisé pour la phase ascensionnelle du vol, ce qui l'exposait à de sévères contraintes thermiques lors de son retour dans l'atmosphère, en raison d'une faible traînée aérodynamique. Il déclara également que le vaisseau n'offrait aucune capacité qui n'était pas déjà disponible. BAe déclara que des réponses avaient été données à ces critiques[12]. En , le contrôleur assistant du département de le Recherche et du Développement (R&D) du Ministère de la Défense britannique, James Barnes, déclara que le HOTOL manquait de justification, et qu'il n'existait aucun besoin en matière de Défense pour un engin de ce type. Il nota également que « les problèmes d’ingénierie [étaient] considérables » et qu'il y avait peu de chances que l'appareil n'entre en service avant les années 2020. Barnes nota toutefois que le concept du moteur du HOTOL était « ingénieux »[12].
En , le Royal Aircraft Establishment (RAE) publia une évaluation de la proposition d'études du projet HOTOL. L'organisme estimait que le développement du HOTOL nécessiterait jusqu'à vingt ans, au lieu des douze années qui avaient initialement prévues par l'Industrie[5]. Le RAE prévoyait également que le projet aurait un coût total estimé à cinq milliards de livres sterling (valeur 1985), dont 750 millions auraient été nécessaires pour une phase de définition de projet sur six ans et environ 25 millions pour une étude de faisabilité de pré-définition[12].
Enfin, pendant le développement, il fut découvert que le moteur — un élément relativement lourd, comparé à la masse totale du véhicule — installé en position arrière déplaçait le centre de masse du véhicule vers l'arrière. Cela signifiait que le véhicule devait être conçu avec un centre aérodynamique — le point où les forces aérodynamiques autour de l'appareil s'équilibrent — le plus loin possible en arrière, afin d'assurer une bonne stabilité à l'appareil sur tout son domaine de vol[9],[Note 2]. Une reconception du véhicule pour parvenir à la bonne configuration aérodynamique nécessitait l'ajout d'une masse importante de systèmes hydrauliques pour actionner les diverses gouvernes, ce qui grignotait une proportion significative de la charge utile que pouvait emportait le vaisseau[9]. De plus, ce retour aux planches à dessin risquait d'écailler un peu l'image d'appareil économique qui avait initialement présidé à l'élaboration du projet[18]. En particulier, certaines analyses semblaient indiquer qu'une technologie similaire appliquée à une approche « purement fusée » donnerait approximativement les mêmes performances pour un coût moindre.
Arrêt du programme
En 1989, les perspectives du programme HOTOL étaient devenues sombres. Dès le départ, le projet avait reçu un soutien inégal de la part du Gouvernement britannique[5],[14]. et des divers partenaires industriels — en partie à cause du secret qui entourait le projet[8],[19] —, tandis que les États-Unis s'étaient présentés comme la seule nation étrangère qui avait réellement envisagé d'y contribuer sérieusement[12]. Il n'y eut que peu de prospections pour une participation européenne, l'ESA ayant à ce moment-là déjà voté pour la poursuite du développement de ce qui deviendrait plus tard la fusée Ariane 5, un système de lancement conventionnel[12],[13].
Rolls-Royce se retira du projet, estimant qu'il n'y avait qu'un marché très limité pour ce type de moteurs, et que sa production ne parviendrait très probablement pas à compenser ses coûts de développement[20]. Le Gouvernement britannique refusa de continuer le financement du HOTOL. Alors que le projet était quasiment arrivé au bout de sa phase de conception, la plupart des plans étaient encore en un état spéculatif : à ce moment-là, l'avion était toujours empêtré dans les problèmes aérodynamiques et présentait encore de nombreux inconvénients opérationnels.
Successeurs
Une reconception plus économique, désignée « Interim HOTOL » (« I-HOTOL ») ou « HOTOL 2 », devant être lancée depuis le dos d'un avion-cargo Antonov An-225 modifié[21] — recevant deux moteurs supplémentaires pour gagner de la vitesse à haute altitude[22] —, fut présentée par BAe en 1991 mais également rejetée[23]. Moins ambitieux, le concept I-HOTOL devait laisser de côté la solution du moteur aérobie et était conçu pour utiliser des moteurs-fusées RD-0120 de conception russe bien plus conventionnels, consommant l'habituel mélange cryogénique d'hydrogène et oxygène liquides[21],[23]. De par sa conception, il était proche du concept MAKS-D soviétique, qui était d’ailleurs développé en collaboration avec BAe et devait permettre de tester une partie des solutions techniques retenues pour sa conception[23],[24],[25],[26]. Les moteurs devait pouvoir être réutilisés de 20 à 25 fois[27]. Le prix d'un lancement avait été estimé à environ 110 millions de dollars[23].
En 1989, le cocréateur du HOTOL, Alan Bond, ainsi que les ingénieurs John Scott-Scott et Richard Varvill, créèrent la société Reaction Engines Limited (REL). Ils travaillent depuis sur un nouveau moteur hybride aérobie, le SABRE — qui emploie des concepts alternatifs s'appuyant sur les brevets de Rolls-Royce — et l'avion spatial Skylon, qui doit pouvoir résoudre les problèmes qui affectaient le HOTOL. Ils ont publié pour la première fois ces deux concepts en 1993[28], et en développent depuis les technologies clés, telles le moteur et son pré-refroidisseur — un échangeur de chaleur abaissant fortement la température de l'air d'admission du moteur —, initialement développés sur fonds privés, mais désormais soutenus par l'Agence spatiale européenne, l'Agence spatiale du Royaume-Uni, British Aerospace[29] et l'Air Force Research Laboratory.
En , après une revue du concept du cœur du moteur SABRE, l'ESA et l'Agence spatiale britannique ont déclaré qu'ils étaient prêts pour la réalisation d'une première phase de tests au cours de l'année 2020[30].
