Le fabricant de moteurs de fusée Ursa Major a présenté une alternative imprimée en 3D aux systèmes de propulsion russes désormais indisponibles utilisés par les sociétés de lancement américaines.

Tout comme les efforts précédents d’Ursa Major, son nouveau moteur à combustion à oxygène liquide et méthane « Arroway » est construit à l’aide de l’impression 3D, d’une manière qui devrait générer des délais et des avantages en matière de consolidation des pièces. Une fois prêt, le système devrait être commercialisé comme un rival des RD-180 et RD-181 de fabrication russe, qui ne sont plus une option pour les entreprises américaines en raison des tensions croissantes liées à la guerre en cours en Ukraine.

« Arroway est le moteur américain du futur », déclare Joe Laurienti, fondateur et PDG d’Ursa Major. « La capacité de lancement moyenne et lourde est ce dont les lanceurs américains ont désespérément besoin en ce moment, et comme Ursa Major se concentre uniquement sur la propulsion, nous sommes dans une position unique pour fournir des moteurs performants, fiables et abordables. »

Un rendu du moteur-fusée Arroway d’Ursa Major. Image via la Grande Ourse.

Opportunité de lancement d’Ursa Major

Basée dans le Colorado, Ursa Major est fière d’être la seule société américaine à financement privé qui se concentre uniquement sur le développement de systèmes de propulsion de fusées. Grâce à son équipe d’ingénieurs, composée d’experts en chambres de combustion, cycles moteurs et turbomachines, la firme a construit et testé à ce jour plus d’une cinquantaine de moteurs fusées étagées et prévoit d’en livrer vingt-quatre d’ici fin 2022.

Jusqu’à présent, le « Hadley » d’une poussée de 5 000 livres d’Ursa Major, le premier moteur à combustion étagée riche en oxygène fabriqué aux États-Unis à être testé au feu chaud, est le seul de ses produits à avoir fait l’objet d’une production initiale. Cela étant dit, la société développe déjà le «Ripley», un moteur de fusée à poussée plus puissant de 50 000 livres capable de brûler en continu pendant plus de quatre minutes.

Selon Ursa Major, ses systèmes de propulsion peuvent être déployés dans des missions de lancement, de vol hypersonique et en orbite, mais avec la montée des tensions entre les États-Unis et la Russie, leur marché adressable pourrait désormais encore augmenter.

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Suite à l’invasion à grande échelle de l’Ukraine fin février, les États-Unis et leurs alliés ont annoncé qu’ils imposeraient des sanctions à la Russie, qui a réagi en conséquence début mars. Les sanctions de la Russie comprenaient une interdiction de vendre des moteurs de fusée aux entreprises américaines, et il était prévu que cela pourrait avoir un impact sur Northrop Grumman et la United Launch Alliance, dont les véhicules reposent sur les RD-180 et RD-181 de NPO Energomas.

« Aujourd’hui, nous avons pris la décision d’arrêter les livraisons de moteurs de fusée produits par NPO Energomash aux États-Unis », aurait déclaré à l’époque le chef de Roscosmos, Dmitri Rogozine, à la chaîne de télévision Russia 24. « Permettez-moi de vous rappeler que ces livraisons avaient été assez intensives quelque part depuis le milieu des années 1990. » Il a ajouté : « laissez-les voler sur autre chose, leurs balais, je ne sais quoi. »

Le système de propulsion
Le système de propulsion « Hadley » d’Ursa Major. Photo via la Grande Ourse.

Une alternative imprimée en 3D fabriquée aux États-Unis ?

La réponse d’Ursa Major aux sanctions de la Russie est l’Arroway, un moteur-fusée encore plus puissant qui, lorsqu’il est déployé dans un cluster, pourrait déplacer les RD-180 et RD-181 de fabrication russe. Prévu pour être capable de 200 000 livres de poussée, le nouveau système est conçu pour que la plupart de ses pièces puissent être imprimées en 3D, permettant son itération rapide pendant le développement et sa future production à l’échelle si nécessaire.

L’Arroway est également construit autour de la même architecture de combustion étagée riche en carburant que ses prédécesseurs Hadley et Ripley. En tant que tel, Ursa Major affirme que son dernier moteur-fusée continue de bénéficier du même « rapport impulsion et poussée spécifique haute performance », ainsi que d’une « haute fiabilité dans la production de masse et d’une longue durée de vie réutilisable ».

Bien que la société accepte déjà des commandes pour l’Arroway, il ne devrait pas être prêt à être expédié avant 2025, les premiers tests à chaud étant prévus pour 2023. Une fois prêt pour le déploiement, Ursa Major prévoit que le système sera capable d’adresser des marchés allant de des lancements de satellites commerciaux et de sécurité américains, aux stations spatiales et même aux « missions non encore conçues ».

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« Les organisations de lancement doivent se demander si elles ont l’expérience, l’expertise, le temps, l’argent, les installations de test et le courage organisationnel nécessaires pour construire leurs propres moteurs », a déclaré Jeff Thornburg, ancien directeur de SpaceX Propulsion et conseiller Ursa Major. « L’industrie spatiale en pleine croissance commence tout juste à comprendre à quel point le développement de la propulsion peut être difficile et combien de temps il faut vraiment pour qualifier le matériel en interne, ce qui représente une opportunité incroyable pour Arroway de servir l’industrie. »

« Arroway est le moteur de fusée dont l’industrie a besoin, et Ursa Major est la bonne entreprise pour le construire. »

Ensemble de chambre de poussée du lanceur E-2 sur son banc d'essai au centre spatial Stennis de la NASA.  Photo via Launcher/John Kraus Photographie.
Assemblage de la chambre de poussée E-2 du lanceur au Stennis Space Center de la NASA. Photo via Launcher/John Kraus Photographie.

Impression 3D de fusées aux États-Unis

Ursa Major n’est pas la seule entreprise aérospatiale américaine à déployer l’impression 3D dans la production de ses moteurs de fusée, et le pays est devenu un foyer d’innovation dans ce domaine. Par exemple, Launcher, basé en Californie, continue de progresser dans le développement de son moteur de fusée liquide E-2 imprimé en 3D, en le testant au NASA Stennis Space Center en avril 2022.

Ailleurs dans le Golden State, Aerojet Rocketdyne a également développé un moteur scramjet imprimé en 3D, qui a été déployé lors d’un récent essai de missile hypersonique. Grâce à cette technologie, l’entreprise aurait pu réduire le nombre de pièces du système d’entraînement de 95 %, avant de l’utiliser pour alimenter le X-51A Waverider compatible Mach 5.

De l’autre côté de l’Atlantique, Orbex a dévoilé le premier prototype grandeur nature de sa fusée spatiale orbitale Prime. Doté d’un moteur imprimé en 3D et de systèmes de turbopompe, le développement du projectile reflète la confiance croissante des fabricants dans le secteur spatial florissant du Royaume-Uni, ce qui pourrait être bénéfique à leurs partenaires américains à l’avenir.

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L’image en vedette montre un rendu du moteur de fusée Arroway d’Ursa Major. Image via la Grande Ourse.