L'ESA (Agence Spatiale Européenne) à publiée il y a une dizaine de jours (23 mars, ndlr) le rapport Revolution Space sur lequel travaillent des experts indépendants depuis plus d'un an. Les conclusions de ce rapport sont claires : pour tenir son rang, mais également exister aussi bien dans le cœur de ses citoyens que dans le concerts international, l'Europe doit se munir d'ici à 2030 d'un accès à l'espace complet, y compris d'une capsule habitée.

Un rapport attendu

Ce rapport était attendu depuis février 2022 et réunion des 27 ministres de l'espace à Toulouse, organisée par la France dans le cadre de la PFUE (Présidence Française de l'Union Européenne). Les voyants étaient alors au vert pour lancer un programme spatial habité européen, le directeur général de l'ESA Joseph Aschbacher s'étant affirmé comme le champion de la question ([1]), soutenu par les dirigeants du CNES et des principaux industriels (Thales Alenia Space, ArianeGroup etc...).

Le président de la République Emmanuel Macron, tout en s'y déclarant personnellement favorable, a reporté la question d'un an ([2]). Il a chargé un groupe d'experts afin de faire connaître leurs propositions en matière de vols habités et d'exploration spatiale pour éclairer la décision d'engager ou non l'Europe sur cette voie.

Depuis, le contexte a fortement changé. La guerre en Ukraine a mis fin au temps des vaches grasses promis par les généreux plans de relance européens et la filière lanceur est dans une situation critique, entre les retards d'Ariane 6, les échecs de Vega-C et l'indisponibilité des Soyuz en Guyane. Loin d'y voir une fatalité, les experts indépendants y voient au contraire l'occasion de rebondir et estiment qu'il est temps que l'Europe se donne les moyens de s'affirmer comme un leader, capable de mener des programmes spatiaux ambitieux indépendamment des Américains, des Russes et des Chinois. Face à la révolution spatiale à venir, ils appellent les décideurs à rehausser les budgets et à définir des projets inspirants et ambitieux, afin de mobiliser les économies et les citoyens des états membres. Ils estiment que le meilleur moyen d'y parvenir est par le transport d'hommes et des femmes à bord d'un véhicule spatial européen.

Les retombées iront, d'après les experts, bien au-delà du retour scientifique et technologique, en garantissant aux industriels des investissements sur le long terme et, espèrent-ils, en engrangeant un optimisme chez les citoyens. Le rapport va même plus loin en suggérant de développer une station spatiale européenne en orbite basse pour exister face à la Chine et aux États-Unis. Cependant, il ne précise pas la forme que devrait prendre ce programme.

Une station spatiale européenne

L'ISS (station spatiale internationale) approche de sa fin de vie (prévue pour 2030), ce qui ne laisserait pas le temps à l'Europe de développer une capsule pour assurer le transport des équipages, il faut donc songer a de nouvelles stations. La voie la plus simple à priori serait d'imiter la Chine aux débuts de ses vols habités, en couplant une future capsule européenne à une petite station autonome similaire à Colombus ou aux premières Tiangong. L'idée n'est pas nouvelle, le module européen Colombus de l'ISS a d'abord été imaginé comme une petite station spatiale autonome.

Les deux pourraient être lancées par Ariane 6, certainement Ariane 62 (la version légère) pour la capsule et Ariane 64 (la version lourde) pour une station d'environ 21 tonnes. Si Ariane 6 n'a pas été développée spécialement pour le vol habité , elle y est particulièrement bien adaptée. D'après une étude menée par Christophe Bonnal pour le CNES a l'occasion du GLEX (Global Space Exploration Conference) de 2021, l'adaptation d'Ariane 6 pour le vol habité depuis le CSG est parfaitement maitrisé au niveau technologies, et très raisonnable au niveau programmatique ([3]). Les redondances du lanceur sont similaires a celles d'Ariane 5, initialement prévue pour lancer la navette spatiale Hermès, tandis que les EAP (boosters à poudre) sont bien moins longs que les EAP et monolithiques (sans joints) ce qui minimise à la fois la probabilité et l'effet d'une anomalie. Cette solution présente beaucoup d'avantages :

• Peu de gaps technologiques
• Risque maitrisé
• Compatible avec le matériel passé (Colombus, ATV) et à venir (Ariane 6)
• Investissements limités

La construction d'une station spatiale européenne en orbite basse ne semble pas être l'obstacle le plus insurmontable. En effet, l'Europe dispose de toute la chaine de valeur pour construire et opérer une station, en grande partie grâce à Thales Alenia Space. Depuis près de 50 ans, l'entreprise franco-italienne construit à Turin, en Italie, des modules pressurisés, ce qui lui a permis d'acquérir un savoir-faire unique au monde. L'entreprise est aujourd'hui la référence mondiale ainsi qu'un partenaire incontournable de toutes les missions spatiales d'exploration humaine. Après avoir réalisé plus de la moitié des modules pressurisés de la Station spatiale internationale, Thales a débuté le développement de modules pour de futures stations spatiales. L'ESA l'a choisie pour réaliser deux des trois modules européens du Gateway (I-HAB et Esprit) et Northrop Grumman lui a confié la réalisation du compartiment pressurisé du module logistique et d'habitation Halo (Habitation And Logistics Outpost).

Science et industrie en orbite basse

La difficulté réside davantage dans la justification d'une telle station, qui s'additionnerait aux stations spatiales chinoises et aux projets prives américains (ainsi qu'aux très hypothétiques projets indiens et russes). La solution d'une station spatiale européenne garantirait une présence européenne permanent ainsi qu'une meilleure rotation des astronautes européens (à l'heure actuelle, il n'y a guère que deux astronautes de l'ESA qui se relaient chaque année a bord de l'ISS), donc un meilleur accès aux laboratoires, universités et entreprises européennes pour y mener leurs expériences.

La commercialisation d'activités en orbite basse est une des cinq grandes priorités définies par le DG de l'ESA, pour l'agenda 2025 de l'agence. Désormais, il existe de nombreux programmes comme le programme Business in Space Growth Network au sein de l'ESA, qui a commandé trois nouveaux accélérateurs industriels axés sur les industries non spatiales les plus prometteuses à l'intersection des nouvelles activités spatiales, à savoir :

• la biofabrication («biomanufacturing ») ;
• l'agriculture et l'alimentation durables;
• les matériaux et fabrications avancés.

Ces activités nécessitent une présence en orbite basse ainsi qu'une capacité à faire les allers-retours, mais rien n'indique qu'une présence humaine soit nécessaire. La startup luxembourgeoise, Space Cargo Unlimited (SCU), propose d'utiliser une version commercialisée du Space Rider de l'ESA, une mini-navette inhabitée pour faire les allers-retours entre la Terre et cette usine orbitale, REV-1. Cette usine spatiale se définit comme un module d'un peu moins de trois tonnes, doté de technologies comme l'impression en 3D et complètement autonome, technologies qui vont servir à la fabrication de liquides, de matériaux ou de cellules humaines et animales dans l'espace, pour profiter des effets de la microgravité. Elle offre 1.200 litres de volume pour une charge d'une tonne. Alors que Morgan Stanley estime que la fabrication dans l'espace représentera un marché de 10 milliards de dollars d'ici à 2040, SCU pense qu'avec des solutions comme son REV1, il pourrait être deux fois plus important avec cinq années d'avance.

L'association d'un avion spatial (ici inhabité) avec une usine orbitale n'est pas sans rappeler le projet français imaginés à la fin des années 1970 de deux usines spatiales, Minos et Solaris desservies pour un avion spatial qui servirait de « camionnette de l'espace » selon les mots de Frédéric d'Allest. Cette navette, qui aurait transportée le personnel de maintenance (on ne parlait plus d'astronautes) et ramenée les précieux matériaux s'appelait Hermès.

L'Europe, partenaire multilatéral ?

La question de la présence européenne en orbite basse ne se pose de toutes façons pas, puisque les industriels européens sont déjà impliqués dans la construction d'au moins deux stations spatiales commerciales américaines, celle d'Axiom pour Thales Alenia Space et Starlab (Nanoracks, Voyager Space et Lockheed Martin) pour Airbus Defense and Space ([4]). Ces stations pourraient être européanisées par une implication plus importante des industriels et de l'ESA, y compris par l'utilisation de véhicules européens pour le ravitaillement et le transport d'équipage.

Les prochaines années devraient voir la mise en service de la nouvelle station spatiale Chinoise Tiangong en orbite basse couplée à un programme de vols habités lunaire. Visiter la station Chinoise répondrait moins à une problématique technique qu'à des questionnements géopolitiques, une option rejetée d'un revers de main par le directeur général de l'ESA Josef Aschbacher en janvier 2023 ([5]). Des astronautes de l'ESA s'étaient entrainés en Chine en 2017, mais la répression des manifestations à Hong-Kong, la Covid-19, la crise de Taïwan et l'internement des Ouighours sont passés par là.

L'Inde prévoit également la mise en orbite d'une station après 2030 : la France étant déjà un partenaire technique du programme de vols habites indien Gaganyaan, l'Inde serait un partenaire naturel pour un programme habite européen en orbite basse.

SUSIE, le vaisseau spatial à tout faire

Présenté en grandes pompes au congrès international de l'astronautique de Paris en septembre 2022, SUSIE (Smart Upper Stage for Innovative Exploration) est l'option proposée par ArianeGroup et soutenue par les grands industriels pour assurer l'accès des astronautes européens à l'espace. Dernier étage réutilisable d'Ariane 6, SUSIE se propose comme un véhicule spatial à tout faire en orbite basse, capable aussi bien de transporter des satellites que des astronautes en LEO, de ravitailler une station spatiale que d'assurer la rotation des équipages ([7]).

SUSIE est un concept séduisant, évoquant sous certains aspects une version miniaturisée du Startship de SpaceX, dans lequel tous les grands industriels du spatial en Europe peuvent se retrouver. Cependant, un programme de rupture technologique a plus souvent tendance à effrayer qu'à séduire les décideurs politiques, et aucun chiffrage n'a été associe à ce projet. En outre, la priorité d'ArianeGroup est, à court et à moyen terme, d'assurer la mise en service d'Ariane 6 et d'honorer ses commandes, vu la situation actuelle de la filière lanceur en Europe, on imagine mal les gouvernements français et allemands se lancer dans une telle aventure tant que ces objectifs n'auront pas été atteints (et leurs lourds investissements publics justifiés).

On peut s'étonner qu'aucune option plus classique, à savoir une capsule lancée par Ariane 6 et munie d'un module de service dérivé de celui de l'ATV ou de l'ESM de la capsule Orion, n'ait été propos proposé par Airbus Defence and Space. En effet, cette option, réutilisant du matériel déjà éprouvé, serait certes moins spectaculaire mais plus compatible avec les budgets et les agendas actuels. Cette option, qui a d'ailleurs été privilégiée dans l'étude menée en 2021, permettait d'évaluer un cout entre 6 et 8 milliards d'euros sur huit ans. Un développement comme SUSIE serait certainement 1.5 à 2 fois supérieur.

The Exploration Compagny dans les pas de SpaceX

Une autre option pourrait venir du secteur privé. En février 2023, la start-up franco-allemande The Exploration Compagny a levé 40,5 millions d'euros afin de mettre au point un vaisseau spatial de transport. Basée à Bordeaux et à Munich et fondée par des anciens d'Airbus, The Exploration Company a construit son premier démonstrateur de rentrée atmosphérique en neuf mois. Ce dernier sera emporté dans le vol inaugural d'Ariane 6, prévu à la fin de l'année.

La start-up développe actuellement son deuxième démonstrateur, qui devrait voler en 2024. Le véhicule final, Nyx, est prévu pour 2026. Il transportera des marchandises dans l'espace pour desservir des stations spatiales et poursuivre des missions d'exploration à long terme. Privilégiant des capsules spatiales plus classiques et des missions cargo dans un premier temps, l'entreprise vise aussi, à terme, les vols habites et notamment le tourisme spatial. Elle a ainsi reçu un financement de l'ESA pour développer une technologie de docking aux stations spatiales, qui n'est pas encore maitrisée en Europe.

Le véhicule peut être réutilisé plusieurs fois et peut être ravitaillé en orbite. Il est également « agnostique », ce qui signifie qu'il peut être lancé par plusieurs fusées. The Exploration Company ne cache pas vouloir marcher dans les pas de SpaceX (de son vrai nom Space Exploration Technologies Corporation) qui s'est développée grâce à la mise au point de la capsule Cargo Dragon dans le cadre du programme COTS (Commercial Orbital Transportation Services) de la NASA.

L'Europe sur la Lune ?

La rapport Revolution Space va encore plus loin, en suggérant même l'idée d'une mission européenne autonome vers la Lune. Certes, l'Europe ne cache pas ses ambitions lunaires, et peut se vanter d'avoir son logo au sommet du lanceur lunaire SLS de la NASA grâce à une participation au programme Artemis qui en fait le meilleur partenaire des États-Unis. En plus de la participation déjà évoquée à la construction de la station orbitale lunaire, la Lunar Orbital Platform Gateway (LOPG), l'ESA étudie le cargo automatique Argonaut ([7]) qui ferait l'aller-retour entre le sol et la station orbitale lunaire,).

Développer une capsule européenne pour faire l'aller-retour entre la Terre et la LOPG présenterait un intérêt certain, d'autant qu'elle pourrait se décliner en une capsule cargo pour le retour d'échantillons. En outre, elle serait un système alternatif à la capsule Orion s'il devait lui arriver malheur comme pour les navettes (le module de service européen serait une base pour ce véhicule, tout comme les versions lunaires de la capsule Nyx).

Mais développer une capsule lunaire est plus complexe qu'un vaisseau pour l'orbite basse. Il évolue en dehors des ceintures de Van Allen, avec une exposition accrue aux radiations solaires. Le vaisseau rentre dans l'atmosphère à plus de 39.000 km/h au lieu de 27.000km/h, avec une chaleur bien plus importante à dissiper sur son bouclier thermique. Enfin, quitter la Terre et partir vers la Lune demande beaucoup plus d'énergie qu'une mise en orbite. Ariane 64 (la version lourde d'Ariane 6) pourra viser 8,5 tonnes vers la Lune, ce qui laisse peu de marge par rapport aux 7,5 tonnes d'une capsule Soyuz (et du carburant nécessaire pour revenir). La souveraineté doit savoir s'accommoder d'ambitions raisonnables.

Changer d'état d'esprit

On le voit, si vol spatial habité il y a, cela ne se fera qu'en considérant une dimension commerciale (pour de l'industrialisation en orbite basse ou du tourisme spatial). Cela impliquera de changer considérablement la philosophie de l'Europe spatiale, et notamment l'un de ses totems, le retour géographique. Ce mécanisme permet à chaque état de récupérer des contrats pour ses industries à la hauteur de ses investissements dans le programme spatial européen. Il permet par exemple à la France de garder la main sur les sous-traitants d'Ariane, à l'Allemagne de muscler son industrie avec OHB ou aux petits états de développer leur secteur spatial.

Cependant, dans une industrie de plus en plus compétitive, le retour géographique apparaît comme une anomalie, conduisant à des montages industriels lourds, coûteux et peu optimisés, en empêchant les industriels de sélectionner leurs sous-traitants. Un modèle intenable face aux prix cassés proposés par SpaceX ou Blue Origin, qui explique en partie les retards et surcoûts d'Ariane 6.

Les acteurs de la filières, capitaines d'industrie et directeurs des grandes agences spatiales, veulent remettre en question ce principe (un souhait qui ne fait pas l'unanimité, notamment chez les petits états). La France souhaiterait ainsi laisser les mains libres aux industriels, mais l'ESA craint que ce système ne favorise trop les entreprises bien implantées, essentiellement françaises, italiennes et allemandes. L'option la plus probable est celle défendue par le directeur général de l'ESA, consistant à suivre le modèle de la NASA en achetant des services ([8]) : la concurrence n'aurait pas lieu entre les sous-traitants, mais entre les industriels chargés de présenter leurs propositions. Un tel précédant a déjà eu lieu avec l'attribution d'un contrat ESA à la start-up suisse ClearSpace pour le service de désorbitation de débris.

Pour développer un vaisseau spatial européen, l'ESA adopterait certainement ce modèle, marchant dans les pas de la NASA qui a accompagné le développement de la capsule Crew Dragon et CST-100 Starliner dans le cadre du COTS puis du CCP (Crew Commercial Program). L'ESA pourrait ainsi lancer un appel d'offre pour une capsule habitée de trois places au secteur privé qu'elle financerait partiellement en échange d'un certain nombre de contrats et d'engagements sur des vols. L'ESA serait alors cliente et non propriétaire des véhicules, que les constructeurs pourraient utiliser pour des fins commerciales.

Le choix de la souveraineté

Les solutions et les justifications pour un programme spatial européen existent, il sera néanmoins difficile de les faire cohabiter avec les investissements réclamés pour le programme Artemis. L'ESA pourra-t-elle à la tenir ses engagements dans le cadre du retour des Américains sur la Lune et assurer sa propre indépendance ? Et où se trouvent les retours les plus valorisants ? En 2030, vaudra-t-il mieux voir des Européens marcher sur la Lune, en partenaires fidèles des Américains (avec le risque qu'à la suite d'une alternance ou d'un vote défavorable du congrès, le programme Artemis s'arrête du jour au lendemain) ou prendre le risque de se lancer dans un grande aventure technologique européenne qui imitera ce que les Américains, les Russes et les Chinois maitrisent déjà ?

La réponse n'est pas si évidente : la première option est confortable pour les décideurs, en limitant les investissements tandis que la deuxième option suppose que les autres pays européens marchent dans les pas d'une France qui perd de son influence. En octobre, on a vu le président de la République Emmanuel Macron faire du lobbying auprès du directeur de la NASA pour voir Thomas Pesquet prendre place à bord d'Artemis 4 ([9]), la mission qui emmènera un Européen à la surface de la Lune. Dans le même temps, la France signait les accords Artemis, une manière de plus de s'aligner sur le programme américain et peut être de se détourner de l'Europe alors que durant l'été 2022, l'Allemagne s'était déjà opposée aux vols habités européens (une constance face aux propositions françaises).

La souveraineté a un coût, la vassalisation aussi et malheureusement ni la Covid, ni l'invasion Russe de l'Ukraine n'en ont fait prendre conscience nos décideurs. La décision de se lancer ou non dans l'aventure se fera en 2025, à la prochaine ministérielle de l'ESA. Bien malin qui prétendra prédire l'état du secteur spatial et des économies européennes à ce moment-là. Si la priorité est légitimement à la mise en service de lanceurs compétitifs et de systèmes de communications souverains, un certain nombre d'options se présentent à l'Europe pour se confronter aux vols habités, elles méritent désormais d'être débattues pour forger le futur projet sur un socle solide, en associant des industriels et des états motivés autour d'un « package deal » réaliste et ambitieux. Enfin, et c'est le plus important, l'Europe doit enfin réussir un écrire son propre récit spatial, bien au-delà des considérations techniques et commerciales, afin d'associer ses citoyens a une aventure humaine mêlée de développements scientifiques.

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[1] Conférence de presse annuelle du directeur général de l'ESA, 13/01/2022

[2] Ouest France, 16/02/2022, Des vols habites dans l'espace ? Emmanuel Macron veut que l'UE tranche le débat avant fin 2022

[3] HumanSpaceflightfrom french Guyana, Christophe Bonnal et al. , GLEX 2021, 16/06/2021

[4] SpaceNews, 04/01/2023, Airbus joins Starlab

[5] Spacenews, 25/01/2023, ESA is no longer planning to send astronauts to China's Tiangong space station

[6] Libération, 21/09/2022, Susie, la fille d'Ariane

[7] La Libre, 18/12/2022, Comment Paris veut aménager la règle du "retour géographique" dans le financement du spatial européen

[8] La Lettre A, 27/02/2023, Comment Paris veut aménager la règle du "retour géographique" dans le financement du spatial européen

[9] Le Figaro, 30/11/2022, Macron aux États-Unis : un spationaute français sur la Lune ?