Falcon Heavy

La famille Falcon est née avec l'intention déclarée de monter en gamme. Dès 2005, SpaceX travaillait sur un concept interne appelé Falcon 9-S9 qui prévoyait environ 24,75 t en orbite terrestre basse par regroupement de plusieurs noyaux. En 2008, alors que le Falcon 9 n'avait pas encore volé et que son premier lancement était prévu pour 2009, Musk parlait d'un « Falcon 9 Heavy » qui arriverait « dans une paire d'années », et lors de la conférence de la Mars Society cette même année, il avait même laissé entendre qu'un étage supérieur à hydrogène suivrait deux ou trois ans plus tard, vers 2013. Aucune de ces deux prévisions ne s'est réalisée : l'étage cryogénique n'a jamais été construit et le lanceur triple mettrait une décennie à voir le jour.

Le tournant est arrivé en avril 2011. À cette époque, SpaceX avait achevé deux missions de démonstration du Falcon 9 en orbite basse, dont une avec rallumage du second étage, et connaissait bien mieux le comportement réel du véhicule. Le 5 avril 2011, lors d'une conférence de presse au National Press Club de Washington D. C., Musk a présenté le Falcon Heavy en affirmant qu'il emporterait plus de charge en orbite ou à vitesse de libération qu'aucun véhicule de l'histoire, hormis la Saturn V et l'Energia soviétique. Cette même année, l'entreprise a annoncé des plans pour étendre sa capacité de fabrication jusqu'à produire un premier étage de Falcon 9 ou un propulseur d'appoint de Falcon Heavy par semaine et un étage supérieur toutes les deux semaines.

Les chiffres de capacité promis ont beaucoup varié pendant la phase de conception, et cette dérive fait elle-même partie de l'histoire du véhicule. En avril 2011, on projetait jusqu'à 53 t en orbite basse et environ 12 t en orbite de transfert géostationnaire ; des rapports ultérieurs de cette même année ont relevé la prévision à 19 t vers l'orbite de transfert géostationnaire, 16 t vers une trajectoire translunaire et 14 t vers une orbite de transfert martienne. Fin 2013, la charge vers l'orbite de transfert géostationnaire a été portée à 21,2 t. En avril 2017, la conception étant désormais figée, la capacité projetée en orbite basse est passée de 54,4 à 63,8 t, le chiffre qui reste la référence du véhicule en configuration entièrement non récupérable.

En 2015, SpaceX a annoncé une série de modifications du Falcon Heavy menées en parallèle avec l'amélioration du Falcon 9 v1.1, de sorte que les deux véhicules ont progressé de concert en structure, moteurs et avionique. En décembre 2016, l'entreprise a publié une photographie de l'interétage du Falcon Heavy dans son siège de Hawthorne, en Californie : la première preuve publique que le matériel existait.

La complexité du véhicule a obligé à construire une infrastructure spécifique. Dès mai 2013, un banc d'essai partiellement enterré, conçu expressément pour supporter les trois noyaux et les vingt-sept moteurs du Falcon Heavy, s'élevait sur les installations de développement et d'essais de SpaceX à McGregor, au Texas. En mai 2017, le premier allumage statique du noyau central en configuration de vol y a été réalisé, et en septembre de cette même année, les trois noyaux du premier étage avaient déjà passé leurs essais statiques individuels.

En juillet 2017, Musk a exposé publiquement le problème de fond : une part importante de la conception d'un lanceur à trois noyaux est tout simplement impossible à tester au sol et ne peut être validée en dehors d'un vol réel. Les charges aérodynamiques sur l'ensemble, les vibrations couplées entre les noyaux, la séparation des propulseurs et le comportement structurel des attaches ne se connaissent qu'en vol. Lors de la réunion de recherche et développement de la Station spatiale internationale tenue ce mois-là à Washington, Musk a revu les attentes à la baisse, allant jusqu'à dire qu'il y avait de bonnes chances que le véhicule n'atteigne pas l'orbite et qu'il considérerait comme un succès qu'il s'éloigne suffisamment du pas de tir pour ne pas l'endommager.

Le calendrier a reflété cette difficulté. En avril 2011, le premier lancement était prévu depuis la base de Vandenberg, en Californie, pour 2013, et les débuts depuis Cap Canaveral se situaient fin 2013 ou en 2014. L'échec de la mission CRS-7 en juin 2015 a bouleversé tout le programme : en septembre de cette année-là, le vol inaugural a été reprogrammé à pas avant avril 2016, puis a continué de glisser vers fin 2016, début 2017, l'été 2017, fin 2017 et, finalement, février 2018. Le lancement a en outre été transféré au complexe 39A du Centre spatial Kennedy, remis en état par SpaceX.

En décembre 2017, Musk a annoncé que la charge utile simulée du vol inaugural serait sa Tesla Roadster personnelle, équipée de trois caméras embarquées pour offrir, selon ses mots, des vues épiques, et que la voiture serait envoyée sur une orbite solaire atteignant celle de Mars. Le 28 décembre 2017, le véhicule a été transféré sur le pas de tir pour l'allumage statique des vingt-sept moteurs, prévu pour le 19 janvier 2018 ; la fermeture partielle de l'administration américaine débutée le 20 janvier a retardé l'opération, finalement réalisée le 24 janvier. Musk a confirmé que l'essai s'était bien déroulé et le lancement a été fixé au 6 février.

Ce jour-là, après plus de deux heures de retard dues au vent en altitude, le Falcon Heavy a décollé à 20h45 UTC. Les deux propulseurs d'appoint latéraux sont revenus et ont atterri proprement sur les zones d'atterrissage 1 et 2 quelques minutes plus tard, dans l'une des images les plus reproduites de l'histoire récente de l'astronautique. Le noyau central, en revanche, a été perdu : sur les trois moteurs qui devaient se rallumer pour la descente, un seul s'est allumé, et le propulseur a heurté l'océan à plus de 480 km/h. Musk a d'abord annoncé que la Roadster avait dépassé son orbite héliocentrique prévue et atteindrait la ceinture d'astéroïdes ; les observations télescopiques ultérieures ont corrigé ce chiffre et montré que l'aphélie de la voiture dépasse à peine l'orbite de Mars.

Au-delà du spectacle, le vol a rempli sa fonction : il a validé l'intégration des trois noyaux, la séquence de séparation des propulseurs et le comportement de l'étage supérieur lors d'une mission de longue durée avec rallumages. Un an après le vol de démonstration, SpaceX avait signé cinq contrats commerciaux pour une valeur comprise entre 500 et 750 millions de dollars, de quoi couvrir le coût de développement de la fusée.

Le deuxième vol, et le premier commercial, a eu lieu le 11 avril 2019 avec le satellite de communication Arabsat-6A. Ce fut la première fois que les trois propulseurs atterrissaient avec succès : les deux latéraux au sol et le noyau central sur la barge autonome de l'Atlantique. Le troisième vol est survenu le 25 juin 2019 avec la mission STP-2 du programme d'essais spatiaux du département de la Défense américain, une charge composée de vingt-quatre petits satellites qui a exigé plusieurs rallumages du second étage pour les déposer sur des orbites distinctes. Parmi les charges figuraient l'horloge atomique d'espace lointain, conçue pour la navigation autonome, l'expérience DSX de 500 kg du Laboratoire de recherche de l'armée de l'air, destinée à mesurer l'effet des ondes radio à très basse fréquence sur le rayonnement spatial, et le banc d'essai orbital britannique avec plusieurs expériences commerciales et militaires.

Entre-temps, le marché a évolué contre le véhicule. Les missions opérationnelles vers l'orbite de transfert géostationnaire d'Intelsat et d'Inmarsat, prévues pour fin 2017 sur Falcon Heavy, ont été transférées vers le Falcon 9 Full Thrust lorsque celui-ci s'est révélé déjà assez puissant pour ces charges en configuration non récupérable. Il en est résulté une cadence de vol très faible pour le lanceur lourd et une redéfinition implicite de son rôle : il resterait réservé aux missions que le Falcon 9 ne pouvait pas absorber.

Ces missions sont arrivées par la voie militaire. En juin 2022, la Force spatiale des États-Unis a certifié le Falcon Heavy pour lancer ses satellites les plus sensibles. La première de ces missions, USSF-44, a volé le 1er novembre 2022, et la seconde, USSF-67, à peine onze semaines plus tard, en janvier 2023. Elles ont été suivies par USSF-52, qui en décembre 2023 a emporté le véhicule spatial sans équipage X-37B pour sa septième mission orbitale. Toutes partagent un trait technique : l'injection directe sur des orbites hautes ou géostationnaires oblige à sacrifier le noyau central, qui n'emporte pas assez d'ergols pour revenir, de sorte que seuls les propulseurs d'appoint latéraux sont récupérés.

En avril 2023, le Falcon Heavy a également lancé le satellite ViaSat-3 Americas, de classe térabit, dans une configuration entièrement non récupérable : ni les propulseurs d'appoint latéraux ni le noyau ne portaient de train d'atterrissage ni d'ailerons en grille, car toute la capacité du véhicule était consacrée à la charge.

La première mission scientifique de la NASA lancée sur un Falcon Heavy fut Psyché, qui a décollé le 13 octobre 2023 en direction de l'astéroïde métallique 16 Psyché. Le profil retenu a consisté à ne récupérer que les deux propulseurs d'appoint latéraux et à sacrifier le noyau central, une décision prise pour élargir les marges de la mission. Un an plus tard, en octobre 2024, le véhicule a lancé Europa Clipper vers le système de Jupiter en configuration entièrement non récupérable : la sonde, la plus lourde jamais envoyée par la NASA vers une mission planétaire, exigeait toute l'énergie disponible du lanceur pour sa trajectoire d'assistances gravitationnelles.

Le Falcon Heavy a également été retenu pour transporter le vaisseau cargo Dragon XL vers la station lunaire Gateway et sélectionné pour lancer les deux premiers éléments du complexe, l'élément d'alimentation et de propulsion et le module d'habitation et de logistique. En mars 2026, la NASA a annoncé qu'elle mettait en pause le développement de Gateway et réaffectait le matériel, ce qui a laissé cet ensemble de missions en suspens. Dans le débat sur le programme Artemis, le véhicule est apparu à plusieurs reprises comme une alternative moins coûteuse au Space Launch System, mais la NASA a décidé de réserver le SLS exclusivement au lancement de la capsule Orion.

Entre 2013 et 2016, SpaceX a développé en parallèle l'architecture réutilisable du Falcon 9, qui s'applique directement à une bonne part du Falcon Heavy. Sur ce véhicule, les deux noyaux extérieurs se séparent plus tôt que sur un profil de Falcon 9 et à une vitesse moindre, ce qui facilite leur retour au site de lancement. Le noyau central, en revanche, se sépare bien plus tard et plus vite, et sa récupération a toujours été le maillon fragile du système. SpaceX a par ailleurs démontré la récupération routinière des coiffes, qui ont revolé sur un très grand nombre de missions de la famille Falcon.

Le prix de cette réutilisation se paie en capacité. En récupérant les trois noyaux, la charge vers l'orbite de transfert géostationnaire tombe à environ 8 t ; en ne récupérant que les deux latéraux et en sacrifiant le central, elle avoisine 16 t. En orbite basse, la charge maximale de 63,8 t exige un profil entièrement non récupérable ; avec le noyau central sacrifié et les latéraux récupérés, la pénalité estimée est d'environ 10 %, ce qui laisse tout de même plus de 57 t, tandis que ramener les trois noyaux au site de lancement réduit la capacité à environ 30 t. Avec ces chiffres, le Falcon Heavy partiellement réutilisable se situe dans la fourchette des lanceurs lourds, entre 20 et 50 t en orbite basse selon la classification d'un panel d'examen des vols habités de la NASA, tandis qu'en version entièrement non récupérable, il entre dans la catégorie des superlourds.

Le prix affiché a été l'un de ses arguments les plus percutants : 97 millions de dollars en configuration réutilisable et 150 millions en configuration non récupérable. À titre de comparaison, le Delta IV Heavy, qui jusqu'en avril 2024 fut la fusée la plus puissante suivante en service, délivrait 14,2 t vers l'orbite de transfert géostationnaire en configuration entièrement non récupérable, et à un coût bien supérieur.

La conception d'origine incluait une alimentation croisée d'ergols entre les noyaux : les moteurs du noyau central s'alimenteraient à partir de l'oxydant et du carburant des deux propulseurs d'appoint latéraux jusqu'à leur séparation. L'idée, proposée des décennies plus tôt par Vladimir Tchelomeï pour le système UR-700, permettait de faire fonctionner les vingt-sept moteurs à pleine puissance dès le décollage en vidant d'abord les latéraux, de les séparer au plus tôt pour réduire la masse accélérée et de conserver quasiment intacts les ergols du noyau central. La complexité des conduites et des interfaces a conduit SpaceX à abandonner ce concept et à le remplacer par une solution plus simple : le noyau central est étranglé après le décollage pour allonger son temps de combustion.

L'étage supérieur à hydrogène que Musk avait annoncé en 2008 n'a pas non plus été construit, et le véhicule n'a jamais été certifié pour le vol habité, bien qu'il ait été conçu, selon SpaceX, pour respecter ou dépasser les exigences de qualification humaine alors en vigueur. Le Falcon Heavy est ainsi resté ce qu'il est réellement : un dérivé direct du Falcon 9 poussé jusqu'aux limites de ce que permet son architecture, un lanceur de niche avec très peu de vols par an et des performances qu'aucun concurrent commercial n'a pu égaler pendant des années.