TSTO

Un véhicule TSTO est un système de lancement qui atteint la vitesse orbitale en utilisant deux étages propulsifs distincts, chacun s'allumant en séquence puis se séparant. Le premier étage s'allume au sol, brûle jusqu'à épuisement de son carburant, puis se détache. Le deuxième étage s'allume ensuite dans la haute atmosphère ou le proche espace et accélère la charge utile à la vitesse orbitale, soit environ 7,8 kilomètres par seconde à l'altitude de l'orbite terrestre basse. Cette conception en deux étapes contraste avec les concepts de "single-stage-to-orbit" (SSTO), qui tentent l'ensemble du travail avec un seul ensemble de moteurs, ou avec les systèmes à trois étages utilisés pour les charges utiles plus lourdes ou les missions lunaires.

L'attrait de l'architecture TSTO réside dans sa praticité d'ingénierie. En se débarrassant du premier étage une fois qu'il a fait son travail, le véhicule perd de la masse, et le deuxième étage a besoin de moins de carburant pour terminer le travail qu'un seul étage n'en aurait besoin pour transporter son propre poids mort jusqu'en haut. La plupart des fusées orbitales opérationnelles utilisées aujourd'hui sont des TSTO ou des dérivés de TSTO : la navette spatiale "Orbital Orbiter" était propulsée par deux propulseurs à propergol solide et un réservoir externe (une approche hybride), le Falcon 9 de SpaceX est un TSTO, et des véhicules plus anciens comme les systèmes "Space Shuttle Main Engine" (SSME) utilisaient les principes TSTO.

Mécanique d'étagement et de séparation

L'interface entre les étages est critique. Des pinces mécaniques ou des boulons explosifs maintiennent les étages ensemble pendant la combustion du premier étage. Une fois que le moteur du premier étage s'arrête, des capteurs confirment que le deuxième étage a atteint une attitude stable et une séquence d'allumage redondante. Les boulons se déclenchent, des moteurs de séparation à ressort éloignent les étages, et le moteur du deuxième étage s'allume. Si la séparation est tardive ou asymétrique, le deuxième étage ascendant peut heurter le premier étage en chute. Si l'allumage ne se produit pas dans la fenêtre de séparation, le deuxième étage retombe avec le premier étage ou s'écrase dans l'océan.

En maintenance et préparation, les véhicules TSTO nécessitent une vérification par étapes : les moteurs et les systèmes de carburant du premier étage sont vérifiés indépendamment, puis les moteurs et l'avionique du deuxième étage sont vérifiés, et enfin les systèmes intégrés sont testés. Des fuites, des défaillances de capteurs ou des grippages de vannes dans l'un ou l'autre étage peuvent retarder le lancement. Le mécanisme de séparation lui-même est un point d'inspection fréquent, car des boulons bloqués ou des contacts corrodés sur les capteurs de séparation ont causé des échecs de vol.

Le terme TSTO est apparu dans les années 1960 lorsque les ingénieurs aérospatiaux ont modélisé différentes voies vers l'orbite. Il reste standard dans la spécification et l'approvisionnement des lanceurs car il décrit un choix architectural fondamental qui détermine le coût, le risque et les performances. Un véhicule TSTO ne sera jamais aussi simple qu'un SSTO théorique, mais il n'exigera jamais non plus les matériaux exotiques ou les densités de carburant que les systèmes SSTO exigent.