Le roumain ATD et l’ESA développent un moteur-fusée réallumable de 10 kN pour de futurs lancements européens

Le roumain ATD développe un moteur-fusée réallumable de 10 kN : des essais de poussée variable au cœur du programme de l’ESA pour les futurs lanceurs

L’entreprise roumaine ATD Aerospace RS SRL développe un moteur-fusée de 10 kilonewtons (10 kN) pouvant être réallumé et dont la poussée peut être réglée en vol. Il s’agit d’une technologie de plus en plus importante à mesure que l’Europe, mais aussi le marché mondial, s’orientent vers la réutilisation des étages de fusée, des missions de manœuvre plus complexes dans l’espace et des véhicules devant fonctionner de manière fiable après un stockage prolongé des ergols.
Le développement s’appuie sur le précédent moteur ATD de 1 kN, réalisé avec le soutien de l’Agence spatiale européenne (ESA), et l’entreprise avait auparavant développé plusieurs moteurs plus petits dans une plage de 0,5 à 1 kN. Une telle « petite » poussée est souvent essentielle dans les systèmes spatiaux : elle sert au contrôle d’attitude, aux manœuvres de précision, aux corrections d’orbite ou aux phases fines d’atterrissage, où la stabilité et la répétabilité comptent davantage que la puissance brute.
Au centre du nouveau projet se trouve un changement d’échelle – un moteur qui pourrait, en pratique, combler le créneau entre la propulsion de correction et la propulsion des étages principaux, notamment dans des scénarios nécessitant plusieurs allumages, un « dosage » précis de la force et un arrêt/redémarrage fiable à de courts intervalles.

Essai de 2025 : refroidissement à l’eau et cycles de poussée

D’après les informations disponibles sur le projet, en 2025 un tir d’un prototype en version refroidie à l’eau a été réalisé en Roumanie. Lors des essais, le moteur a fonctionné en régime de poussée variable : de 100% de la poussée nominale, il est passé à 60% puis est revenu à 100%, afin de vérifier la stabilité en régimes transitoires. Ces « transitions » font partie des aspects les plus sensibles, car elles exigent une gestion précise des débits de carburant et d’oxydant, le contrôle de la pression et le maintien fiable de la combustion sans instabilités pouvant conduire à l’extinction ou à des pics de charge thermique.
Lors des tirs d’essai, une série de capteurs a été utilisée pour caractériser finement le moteur : mesures de pression et de température, débit et vibrations, jusqu’aux paramètres suivant le comportement de la flamme et la charge thermique des zones critiques. Un tel ensemble de données est généralement déterminant pour l’étape suivante – passer de la démonstration à une configuration prête pour des tirs plus longs et des critères de fiabilité plus stricts.
Même si, dans le public, les vidéos de tirs d’essai sont souvent perçues comme un « feu d’artifice », l’objectif d’ingénierie de ces campagnes est froid et très concret : les données recueillies servent à vérifier les modèles de calcul, à lever les inconnues de conception et à définir des limites de fonctionnement sûres avant d’entrer dans une phase de développement plus exigeante.

Pourquoi 10 kN est un seuil important

Une poussée de 10 kN se situe dans une zone où le moteur peut déjà être envisagé comme un « outil » opérationnel pour des opérations qui, jusqu’à récemment, étaient réservées à des systèmes plus grands ou à des concepts de propulsion spécifiques. Si l’on retourne le moteur « à l’envers », une poussée de cette taille sur Terre peut porter approximativement une masse d’environ 1000 kilogrammes – comparable au poids d’un hippopotame typique. Dans l’usage visé, un tel moteur peut servir à ralentir la descente d’un étage de fusée et à réaliser un posé contrôlé et en douceur, notamment dans la phase finale où une régulation fine de la vitesse et de l’altitude est cruciale.
Pour la réutilisation, la poussée variable n’est pas un « luxe » mais une nécessité pratique. Un étage qui revient à travers l’atmosphère passe par des phases où il lui faut une brève impulsion puissante, puis un « maintien » plus long à poussée réduite, puis une nouvelle augmentation. Dans l’espace, à l’inverse, le même principe permet des manœuvres extrêmement précises à proximité de la cible – par exemple lors de l’approche d’un module de service, d’un satellite ou d’une plateforme sur laquelle il faut se poser sans à-coups.
En pratique, c’est précisément la capacité à réduire la poussée de manière contrôlée (throttling) ainsi qu’à réallumer après extinction qui distingue un démonstrateur d’un moteur intégrable dans un scénario d’atterrissage ou dans des opérations exigeant de multiples corrections de trajectoire.

Ergols hypergoliques : démarrage fiable, mais logistique exigeante

Le moteur utilise des ergols hypergoliques – des combinaisons de carburant et d’oxydant qui s’enflamment spontanément au contact, sans système d’allumage externe. La NASA, dans ses documents sur les liquides propulsifs, décrit les ergols hypergoliques comme « auto-inflammables » au contact des composants, ce qui les rend particulièrement adaptés aux systèmes nécessitant un démarrage fiable « à la demande ». Par ailleurs, de nombreux systèmes hypergoliques relèvent des propulsions dites « stockables » : les liquides peuvent être conservés longtemps dans des réservoirs à température ambiante, ce qui est important pour des véhicules devant être prêts à s’allumer après des mois ou des années dans l’espace ou en préparation de mission.
Mais les systèmes hypergoliques ont aussi un coût. Les combinaisons traditionnelles, comme les dérivés de l’hydrazine et le tétroxyde d’azote, sont connues pour leur forte toxicité et des protocoles de sécurité complexes pour la manipulation, le stockage et le remplissage. C’est pourquoi les programmes européens explorent de plus en plus des alternatives moins toxiques, mais la technologie hypergolique demeure un standard pour une partie des opérations spatiales précisément en raison de sa fiabilité, de la simplicité du réallumage et d’un comportement éprouvé sur un large éventail de conditions.
Pour des moteurs visant de multiples allumages, l’approche hypergolique réduit la complexité du système d’allumage, mais augmente les exigences de sécurité au sol. C’est un compromis évalué selon l’usage : ce qui est acceptable pour une propulsion opérant en fin de mission ou sur un étage supérieur ne l’est pas nécessairement pour une propulsion souvent remplie et vidangée ou destinée à un cycle opérationnel plus intensif.

Trois conceptions jusqu’à un système de refroidissement autonome

Le plan de développement prévoit trois versions du moteur. La première est une démonstration sans refroidissement, servant de vérification de base du concept et de la géométrie, mais aussi de banc d’essai pour le développement des vannes, des injecteurs et de la commande de poussée. La deuxième est une version refroidie à l’eau – celle utilisée lors de l’essai – qui permet des tirs plus longs et des essais plus sûrs du comportement lors des variations de poussée, sans surchauffer trop rapidement la chambre et la tuyère.
La troisième étape est un moteur autonome, « fermé », qui intégrera son propre refroidissement, c’est-à-dire passera au refroidissement régénératif où la chaleur est évacuée par l’écoulement du liquide propulsif dans des canaux au sein des parois de la chambre. Le refroidissement régénératif est, en pratique, l’un des aspects les plus exigeants de la conception des moteurs à ergols liquides : il requiert une fabrication précise des canaux, un choix attentif des matériaux, la maîtrise des contraintes thermiques et une hydraulique stable dans tous les régimes de fonctionnement.
Pourquoi cette étape est-elle décisive ? Parce que le refroidissement régénératif ouvre la voie à une « plus longue respiration » du moteur : des tirs plus longs, davantage de cycles, une image thermique plus stable et un risque réduit de surchauffes locales. Dans les applications pratiques, en particulier pour un moteur devant fonctionner lors de l’atterrissage, la charge thermique ne peut pas être réduite à un bref « flash » – le système doit supporter un fonctionnement continu et de multiples variations de poussée sans perdre en fiabilité.
De plus, le passage à un système de refroidissement autonome signifie un pas vers une intégration réelle : le moteur n’est plus un assemblage « de laboratoire » dépendant d’une infrastructure externe, mais devient un sous-système intégrable dans un ensemble plus large d’étage de lanceur, de module ou de démonstrateur.

Contexte plus large : la préparation de l’ESA à une nouvelle ère de lancement

Le projet s’inscrit dans le Future Launchers Preparatory Programme (FLPP) de l’ESA – un programme qui, selon les descriptions de l’ESA, aide l’industrie européenne à développer les technologies, systèmes et partenariats nécessaires à un écosystème de transport spatial modulaire, réutilisable et commercialement durable. Le FLPP traite précisément la phase de développement la plus risquée pour l’industrie : des technologies pas encore suffisamment mûres pour être intégrées sans grand risque dans des lanceurs opérationnels, mais susceptibles d’apporter un saut majeur en performances, en coûts ou en flexibilité de mission.
Dans ce sens, les moteurs capables de multiples allumages et d’une poussée variable ont une double valeur. D’abord, ils permettent de nouveaux profils de retour et d’atterrissage, où plusieurs phases de fonctionnement du moteur doivent être réalisées lors du retour – du freinage jusqu’au contact final « en douceur ». Ensuite, une technologie similaire ouvre la porte aux manœuvres en orbite : des « remorqueurs » déplaçant des charges entre orbites, au service en orbite des satellites, jusqu’aux missions d’élimination des débris spatiaux, où un fonctionnement fin et fiable de la propulsion est souvent plus important que la poussée maximale.
Pour l’industrie européenne, c’est aussi une question de compétitivité. Dans le segment de la réutilisation et du cycle de lancement rapide, le rythme d’innovation est souvent dicté par ceux qui transforment le plus vite des idées en démonstrateurs vérifiés. Le FLPP est conçu précisément comme un mécanisme qui réduit le risque technologique et accélère le passage du concept à des résultats testés et documentés.

Ce que signifie le TRL 5 et pourquoi les projets s’y brisent souvent

Dans ses lignes directrices techniques, l’ESA utilise l’échelle des Technology Readiness Levels (TRL) de 1 à 9 pour évaluer la maturité technologique. Sur cette échelle, le TRL 5 désigne généralement la validation d’un composant ou d’un démonstrateur dans un environnement pertinent – une étape où l’on passe de la preuve en laboratoire à des essais plus proches des conditions réelles d’exploitation. C’est le niveau où l’on découvre souvent des faiblesses « cachées » : marges thermiques, tolérances de fabrication, comportement en transitoires, sensibilité aux vibrations et limites de pilotabilité lors de variations rapides de poussée.
Selon les informations disponibles sur le projet, l’ESA finance le développement jusqu’à un essai réussi du moteur final à refroidissement régénératif, avec une démonstration d’allumage plus limitée qui devrait amener la technologie au niveau TRL 5. Un tel objectif signifie qu’on attend du projet plus qu’un tir unique : répétabilité, contrôle, compréhension des limites de fonctionnement et résultats documentés permettant l’étape suivante – intégration dans un système plus large ou passage au développement d’un démonstrateur plus grand.
En technique des lanceurs, le TRL 5 est souvent le seuil où l’on décide si un projet deviendra la base d’une nouvelle plateforme ou restera une « preuve de concept ». Le succès à ce niveau ne signifie pas que le moteur est prêt au vol, mais il signifie que le risque diminue fortement et qu’on peut planifier une trajectoire vers le TRL 6 et au-delà, où arrivent des démonstrations dans des conditions encore plus réalistes.

La niche roumaine dans la chaîne d’approvisionnement européenne

ATD Aerospace RS SRL est une petite et moyenne entreprise spécialisée dans le développement de la propulsion et des autopilotes, incluant matériel et logiciel, et, selon les descriptions du catalogue roumain des capacités spatiales, elle a participé au développement de moteurs à propergol solide, de moteurs à ergols liquides et de packs de guidage spécialisés pour des drones de haute altitude et des systèmes apparentés. Dans l’industrie européenne des lanceurs, dominée par de grands intégrateurs, ce type d’entreprises est souvent une source de solutions spécialisées : des vannes et injecteurs jusqu’aux algorithmes de commande et au diagnostic.
Pour des pays comme la Roumanie, c’est aussi une opportunité stratégique. Participer aux programmes de l’ESA peut signifier visibilité, transfert de connaissances et accès à des projets qui se diffusent ensuite vers le marché – via des coopérations ou des contrats d’exportation pour des sous-systèmes. En pratique, de nombreuses technologies spatiales ne grandissent pas « d’un coup », mais au travers d’une série de preuves plus modestes : d’un moteur de 1 kN, à un saut à 10 kN, jusqu’à l’intégration dans un démonstrateur de retour ou le module de propulsion d’un futur véhicule.
Pour la chaîne d’approvisionnement européenne, cela signifie aussi diversification. Plus il y a de fournisseurs et d’équipes de développement compétents, plus l’industrie est résiliente face aux retards, et les possibilités de développement en parallèle – des ergols « plus verts » aux nouvelles technologies de refroidissement – deviennent plus réalistes.

Et ensuite : du tir de prototype à l’application opérationnelle

Dans le développement des moteurs à ergols liquides, l’écart entre un tir « hot-fire » réussi et l’application réelle est souvent la partie la plus longue et la plus coûteuse du parcours. Il faut répéter les cycles, prolonger la durée des tirs, élargir l’enveloppe de fonctionnement, prouver la fiabilité du réallumage et montrer que le moteur peut supporter les variations de fabrication et les conditions réelles d’intégration. Pour un moteur destiné à l’atterrissage, cela inclut aussi des essais de dynamique de commande : à quelle vitesse et avec quelle stabilité le système peut répondre à un ordre de changement de poussée, comment il se comporte dans un environnement vibratoire et comment il se « stabilise » thermiquement entre les cycles.
Si la transition planifiée vers le refroidissement régénératif réussit et si les résultats confirment que le moteur conserve sa stabilité sur une large plage de poussée et sur plusieurs cycles d’allumage, un tel système pourrait devenir l’un des « petits mais essentiels » éléments du puzzle européen : une technologie qu’on ne voit pas lors de lancements spectaculaires, mais qui décide si un étage revient en sécurité et si une mission dispose d’une marge de manœuvre suffisante pour un contrôle précis de la trajectoire et une fin de vol en douceur.

Sources :

• Agence spatiale européenne (ESA) – description officielle du programme FLPP et des objectifs de développement de technologies pour le futur transport spatial européen (lien)
• Agence spatiale européenne (ESA) – aperçu des activités « Future space transportation » et des programmes de développement de nouvelles solutions de propulsion et de systèmes (lien)
• Agence spatiale européenne (ESA) – explication de l’échelle Technology Readiness Levels (TRL) et des critères d’évaluation de la maturité technologique (lien)
• NASA Kennedy Space Center – aperçu des ergols hypergoliques et de leurs propriétés de base (lien)
• Romanian Space Catalogue (Spring 2025) – description d’ATD Aerospace RS SRL et de ses domaines d’activité en propulsion et guidage (lien)
• Kompass Roumanie – informations de base sur ATD Aerospace RS SRL (siège et activité de recherche et développement) (lien)