Exploration spatiale - le blog de Pierre Brisson

Gateway-Spaceport, projet « NewSpace » du Californien John Blincow, témoigne bien de l’audace mais aussi de l’esprit d’entreprise américain. Je pense que son lancement et sa progression permettent de comprendre pourquoi des sociétés comme SpaceX, pour parler de la plus célèbre d’entre elles, peuvent se développer et prospérer dans ce milieu si différent de celui de l’Europe et, de ce fait, si porteur.

Je rappelle que le NewSpace est tout le monde des entreprises privées qui apparaissent, disparaissent et parfois survivent autour des institutions dédiées à l’espace, un peu comme certaines particules quantiques dans le vide apparaissent selon les circonstances dans le monde réel. Le NewSpace existe en Europe aussi bien qu’aux Etats-Unis mais dans ce dernier pays il est porté par la culture de la science-fiction aussi bien que par le capitalisme et il a véritablement ses chances de sortir du virtuel, comme l’ont prouvé SpaceX d’Elon Musk ou Blue Origin de Jeff Bezos. La seule condition est en fait que la technologie sous-jacente « tienne la route », ou plutôt permette bien d’évoluer dans l’espace.

Gateway-Spaceport a été fondée en 2012 en Californie (Los Angeles) par un pilote de ligne expérimenté, John Blincow, séduit par 2001 Odyssée de l’Espace et par le projet du Starship. Sur cette seule base, et sans toutes les qualifications spécifiques requises, mais en s’entourant de personnes plus qualifiées que lui pour rendre ses divers concepts crédibles, il s’est lancé dans le projet de construire dans l’espace des stations en forme de tore en rotation du type de celle de « 2001 ». Les machines et les produits semi-finis nécessaires pour cette construction seraient montés en orbite par des starships version cargo.

Le coût serait réduit au minimum par la modularité des éléments, la rapidité de leur montage grâce à cette modularité et à une large robotisation, et par le coût modique de l’accession à l’orbite de leurs approvisionnements grâce au Starship car le but est non seulement de réaliser un rêve mais de rentabiliser un investissement puisque si John Blincow a le concept en tête, il ne dispose pas a priori lui-même de l’argent nécessaire pour sa réalisation.

Les éléments modulaires seraient simples et standardisés : des poutres et des longerons pour la charpente, des plaques parallélépipédiques en aluminium doublé de couches isolantes thermiques et anti-radiations pour former une coque isolant l’intérieur du tore de l’espace, et contenues par la charpente. Les robots seraient aussi bien ceux nécessaires pour construire la structure circulaire ou plus précisément annulaire (« STAR » – pour « Structure Truss Assembly Robot ») qui recevrait les éléments modulaires pour les assembler puis les souder entre eux, que les « sps » (« single person spacecraft ») vaisseau spatiaux individuels, communément appelés « pod » qui prendraient sur les étagères de ce que Blincow appelle un « material tree », les modules apportés par le starship, pour les livrer au STAR. La progression de la construction se ferait par tranches circulaires de la longueur d’une plaque de coque, l’une après l’autre, la finalisation d’une tranche permettant d’entreprendre l’autre, comme le tricotage d’une chaussette (voir illustration de titre). L’automatisation devrait permettre le montage d’un tore intérieur de 224 mètres de diamètre en quelques mois. Chaque station (« Voyager ») comprendrait deux tores reliés entre eux par deux axes perpendiculaires, le second, tore extérieur, ayant un diamètre de 400 mètres. Les premiers montages se feraient en orbite terrestre mais plus tard on pourrait installer des stations ailleurs, par exemple aux points de Lagrange.

Dès que possible, c’est-à-dire avant l’équipement de l’intérieur, le tore serait mis en rotation grâce à quatre jets de propulsion tangentielle, situés aux quatre extrémités des deux axes. Le but est d’obtenir une gravité de 0,16g (Lune, tore intérieur) à 0,38g (Mars, tore extérieur). La gravité progressivement plus élevée en s’éloignant du centre, permettrait des activités différenciées, y compris celles nécessitant la microgravité. L’accès à la station se ferait par le centre, dans un spaceport transversal pouvant accueillir un starship et bien sûr les masses les plus lourdes.

L’énergie utilisée pour la construction et le fonctionnement de l’ensemble serait principalement celle du Soleil (panneaux photovoltaïques).

La rentabilité serait assurée par le tourisme spatial (séjours à 5, 3 ou 2 millions de dollars au début, pour quelques jours sur place, à comparer aux 50 millions en moyenne d’un séjour dans l’ISS), l’astronomie (installation possible de tores aux points de Lagrange pour servir les observatoires qui y seraient placés) ou autres activités scientifiques. Le but serait de faire descendre le prix des séjours rapidement jusque vers 500.000 dollars par économie d’échelle (nombre de stations, de vols, de clients). Une station spatiale première génération pourrait loger 280 clients en même temps (sans compter le personnel de service). Le financement se ferait par appel au public, au début une fondation (John Blincow et ses amis) puis la vente d’actions de la Société Gateway Spaceport LLC (« GTC »), et des loteries dans le cadre desquels des prix pour séjour dans une station pourraient être gagnés.

La démarche et le « programme » sont les suivants :

(1) Création de la Gateway-Foundation en 2012.

(2) Démarrage d’une société de construction, Orbital-Assembly (2018), « OAC », dédiée à la production de masse des machines, principalement le robot constructeur STAR, et des éléments modulaires.

(3) Construction au sol d’un démonstrateur de la technologie, le « DSTAR » (« D » pour démonstrateur). Son engineering a été terminé l’été 2020, sa construction en mai 2021, sa capacité de fonctionnement a été démontrée en juillet 2021. Il est capable de construire 100 mètres de charpente en 100 minutes (diamètre 2 mètres).

(4) Création de la société Gatewayspaceport Limited Liablility Ccompany en 2020 et appel à l’investissement du public.

(5) L’étape suivante est la réalisation d’un démonstrateur dans l’espace, le PSTAR (« P » pour prototype).

(6) Vers 2025 (pour dire « bientôt »), construction par PSTAR d’un « Gravity Ring » qui sera une charpente en forme d’anneau de 60 mètres de diamètre (et toujours de 2 mètres pour l’intérieur du tore). La construction de cet anneau de gravité serait utilisée pour réduire les risques associés à la conception et à la fabrication de la première station grandeur nature (et habitable), « Voyager ». Le constructeur espère également démontrer aux investisseurs qu’il peut contrôler la dynamique opérationnelle de sa structure en rotation et la validité de son processus de construction (vitesse et précision). John Blincow voudrait placer ce Gravity Ring près de l’ISS de telle sorte que les astronautes qui y résideraient pourraient le visiter et peut-être y fixer un habitat pour observer les effets de la rotation sur l’homme.

(7) Après démonstration de la fiabilité du process, à la fin des années 20, on devrait pouvoir envisager la construction d’une charpente beaucoup plus grande qui constituerait l’armature de la station « Voyager », formée d’une suite de tronçons de 20 mètres de long sur 20 mètres de diamètre. La construction ne devrait coûter que le 1/3 de celle de l’ISS (baisse des coûts de lancement et modularité).

Mais comme vous le comprenez, les phases (3) et suivantes dépendent de la finalisation du Starship ! Ou, pour le dire de façon positive, comme john Blincow : « When Starship is ready, we will be ready ».

Et je pense qu’il n’est pas le seul à le penser et à s’y préparer. Une variante du tore de Gateway-Spaceport, imaginée par Timothy Alatorre, le patron d’Orbital-Assembly, architecte associé au début à John Blincow, est une charpente en forme de roue tenant une série de modules Bigelow dans lesquels la rotation créerait une gravité artificielle.

Les sociétés newspace font partie d’un écosystème. Elles dialoguent, elles avancent en concurrence parfois sauvage mais peuvent aussi collaborer pourvu que le partenaire puisse « apporter quelque chose » et que le financement soit accessible. Tout ce monde « orbite » (si l’on peut dire) autour de la NASA et celle-ci accepte volontiers les innovations proposées, en fonction bien sûr de ce qu’elle pourrait en tirer. Il n’y a pas d’hostilité réciproque. John Blincow reconnait le rôle central de la NASA et il est tout à fait conscient de la liberté qui lui est laissée par le système ainsi que du fait que faire naître des projets rentabilisables est bien du domaine du NewSpace et non de la NASA dont le domaine est prioritairement la Science et le transport.

Nous sommes aux Etats-Unis, pays où les passionnés de l’espace sont nombreux et où beaucoup d’entre eux « ont de l’argent » et sont prêts à le risquer pourvu qu’il y ait un espoir. Comme le disait Elon Musk, « I could either watch it happen or be a part of it » ou encore: « when there is a will, there is a way ».  Pour ce qui est de Gateway Spaceport, le développement à grande échelle dépendra in fine de la réussite de la première roue de l’espace et donc de la décision des consommateurs de l’utiliser aussi bien que des investisseurs de la financer.

En Europe le NewSpace est confronté à plus de difficultés car les investisseurs privés qui oseraient s’immobiliser dans de tels projets sont rares et ont des moyens limités. Les institutionnels, au premier rang desquels l’ESA, ne s’intéressent qu’aux projets qu’ils estiment « sérieux » (et les fonctionnaires sont généralement prudents). Dans son petit NewSpace, peu dynamique car peu puissant, l’Europe restera donc « à la traine » des Etats-Unis pendant encore longtemps. Mais les sociétés européennes qui veulent se développer, peuvent sans aucun complexe aller aux Etats-Unis. Elles y trouveront tous les financements et les coopérations qu’elles souhaitent, si elles peuvent démontrer leur intérêt technologique et financier !

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Illustration de titre : le robot STAR constructeur d’anneaux de la station spatiale Voyager, en opération. Le pod conduit par un astronaute, apporte pour déposer dans la boîte jaune n°20 qui vient de s’ouvrir, un lot de plaques de coque qu’il va pouvoir insérer une après l’autre sur les rails de la charpente, ces plaques seront ensuite soudées les unes aux autres. Crédit Gatewayspaceport LLC.

Illustration ci-dessous : Avant l’opération illustrée en titre, la charge (casée dans son « material-tree ») a été propulsée hors de la soute du starship. A droite le pod s’éloigne du tore en construction (invisible, derrière lui) pour aller chercher ses matériaux et revenir vers le tore pour alimenter l’assembleur robotique STAR. Une fois le material-tree vidé, ce porte-étagères repartira vers la Terre dans son starship-cargo. Crédit Gatewayspaceport LLC :

Illustration ci-dessous : l’un des pod à l’œuvre pour décharger du material-tree les éléments apportés sur place par starship et les transférer au STAR ; crédit Gatewayspaceport LLC :

Illustration ci-dessous : A l’intérieur du tore, les soudeurs robotiques unissent la dernière plaque de coque livrée, aux précédentes (derrière et à côté). Les plaques suivantes sont encore dans les boîtes où les pods viennent de les livrer, empilées. Vous voyez ces boites, jaunes, au-dessus de l’arc de la coque du tore en construction. Crédit Gatewayspaceport LLC :

Le processus montré ci-dessus en images concerne les plaques de la coque du tore mais un dispositif similaire est employé pour l’apport des poutres et poutrelles de la Terre et leur assemblage en charpente. Pour illustration, regardez ci-dessous la structure devant occuper l’intérieur du tore de base (« VERA »), en cours de construction. Un élément supplémentaire est apporté, à gauche, par deux pods, qui vont l’intégrer à l’ensemble. La cavité au centre sera le spaceport de la station :

Et pour finir, vue de la station spatiale Voyager terminée!

NB : Je remercie mon ami Patrick Sibon pour avoir attiré mon attention sur ce projet.

Liens :

https://www.youtube.com/watch?v=iVe1aFsvnEA

https://www.universetoday.com/149551/gateway-foundation-gives-a-detailed-update-on-its-voyager-station-concept/

https://www.space.com/gateway-foundation-von-braun-space-station.html

https://en.wikipedia.org/wiki/Gateway_Spaceport

https://gatewayspaceport.com/

https://www.linkedin.com/in/john-blincow-72027011/

https://orbitalassembly.com/

https://www.youtube.com/watch?v=s-XlWP4Q4Ds&t=1510s

Je vous recommande en particulier de visionner cette vidéo qui date du 31 juillet 2022 :

https://www.youtube.com/watch?v=Q6JcQ68F_dU

Pour (re)trouver dans ce blog un autre article sur un sujet qui vous intéresse, cliquez sur :

Index L’appel de Mars 22 09 30

8 réponses

  1. Je lai déjà écrit à plusieurs reprises ici, je ne comprends vraiment pas que le principe de la création d’une gravité artificielle par mise en rotation d’un système (même pas besoin que ce soit un tore initialement, deux ou trois modules reliés à une structure centrale suffiraient, et ce serait facile et rapide à mettre en place) n’ait pas encore été testé « en vraie grandeur » par exemple dans le cadre de l’ISS. Pourquoi gaspille-t-on autant de temps et de moyens à chercher des parades aux effets de l’absence de gravité sur le corps humains, … plutôt que de chercher à supprimer le problème lui-même à la source?!

    1. Tout à fait d’accord. L’a priori des grandes agences spatiales contre la gravité par force centrifuge, est incompréhensible. Heureusement que le NewSpace s’en préoccupe. C’est pour cela que des personnes comme Elon Musk ou John Blincow sont essentielles au Progrès.

    2. Il y a deux problèmes:
      – Il faut une partie fixe pour le docking des vaisseaux qui arrivent et pour les panneaux solaires, car il est très délicat de de docker sur une structure en mouvement circulaire. Les liens physiques entre une partie fixe et une partie mobile sont complexes à mettre en place dans une station spatiale soumise à de tels changements de température tout en garantissant son étanchéité et sa solidité et en ayant un poids minimum.
      – Les structures actuelles sont très légères car il n’y a quasiment pas d’efforts sur ces dernières en apesanteur. Les panneaux solaires peuvent se déployer sur des centaines de mètres sans devoir utiliser des poutrelles robustes pour rigidifier le tout. A partir où on mets le tout en mouvement, il faut une structure capable de supporter tous ces efforts ce qui complique énormément les structures car ces dernières deviennent alors de plus en plus lourdes. On fait face à un problème de résistance/poids.

      1. Je parlais pour le moment d’au moins TESTER cette approche pour vérifier sa faisabilité technique (juste deux ou trois modules reliés à une structure centrale le tout mis en rotation). On verra ensuite pour trouver des solutions aux problèmes pratiques qui se posent dans le cas d’applications à des vaisseaux spatiaux ou stations spatiales (il y en a aussi pas mal à résoudre en l’absence de gravité artificielle créée!). Une chose après l’autre.

  2. Le problème c’est que les choses ne se réalisent pas en deux coups de cuiller à pot! Si l’Europe est absente c’est qu’elle manque d’argent. Les Américains ont besoin de beaucoup d’ingénieurs de qualité, d’usines, de minerais pour leur industrie spatiale. Or d’autres sujets les préoccupent. Leur armée. Les Boeing qui déçoivent par exemple: voir leurs recrutements dans la région de Toulouse. Les catastrophes naturelles. La fin prochaine de la concurrence des Russes les ralentit. Il faut du temps mais cela n’enlève rien à l’impérieuse nécessité d’aller dans l’espace

  3. Bonjour,
    C’est le côté recherche qui est un peu oublié dans l’intérêt pour ces stations à gravité par rotation.
    Actuellement on ne peut étudier les faibles gravités, entre rien et 1 g, que par les tours de chute libre, les clinosats, l’avion zéro g et l’ISS pour l’impesanteur.
    Mais ce sont des études courtes.
    On ne peut pas tester différentes gravités, mêmes artificielles, sur des générations de plantes et d’animaux, comparer et en déduire des lois scientifiques.
    Pour les organismes terrestres se retrouver à vivre dans une pesanteur différente, toute sa vie, puis s’y reproduire, c’est comme sortir du milieu aquatique il y a quelques milliards d’années.
    Les stations rotatives permettraient d’étudier et de comparer l’adaptation de lignées de plantes et d’animaux à diverses pesanteurs simulées.
    Et cela dans une même station grâce à des laboratoires situés plus ou moins vers le centre ou l’extérieur de la partie 1 g.
    On aurait la création d’une nouvelle discipline scientifique en biologie: l’étude de l’adaptation d’organismes terrestres à diverses gravitations.
    Beaucoup de connaissances scientifiques en perspective, des dérivés en productions végétales, en médicalents…
    Et une meilleure estimation des risques ou avantages pour des humains vivants sur Mars et pour préparer des productions végétales adaptées.

    1. Attention ! Les effets d’une faible gravité, comme sur la Lune ou sur Mars, ne sont pas du tout comparables à ceux dans une station spatiale tournante. Dans ce cas, on a affaire non pas à une faible gravité, mais toujours à un gradient de gravité non négligeable, donc à une variation continue de la gravité entre la tête et les pieds situés à une distance différente du centre. Les effets physiologiques sont totalement différents et l’on risquerait d’en tirer de fausses conclusions, inapplicables aux cas de faible gravité sans gradient.

      1. Tout à fait d’accord, Monsieur de Reyff; la « gravité » restituée par force centrifuge, n’est pas la même que la vraie gravité générée par une masse (sous les pieds).
        Ceci dit on devrait pouvoir en approcher les effets, en veillant à ce que la rotation ne soit pas trop rapide et que le rayon soit suffisamment long, afin que la différence de gravité entre la tête et les pieds soit minimum.
        On aura aussi une force de Coriolis mais là aussi tout est question de la vitesse de rotation et de la longueur du bras de levier.
        D’où la nécessité d’avoir une très grande roue.

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À propos de ce blog

Pierre Brisson, président de la Mars Society Switzerland, membre du comité directeur de l’Association Planète Mars (France), économiste de formation (University of Virginia), ancien banquier d’entreprises de profession, planétologue depuis toujours

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