vignette|Le télescope X NuSTAR est installé dans la coiffe du lanceur. vignette|Pegasus-XL en cours d'installation sous son avion porteur Lockheed . vignette|Pegasus-XL lancé depuis un Lockheed .

Pegasus est un lanceur aéroporté américain pouvant placer en orbite basse une charge de . Il a été développé par la société aérospatiale américaine . Ce lanceur présente la particularité d'être lancé depuis un avion gros porteur à l'altitude de et d'avoir un premier étage muni d'ailes porteuses. Le premier lancement réussi a eu lieu le et plus de quarante tirs ont été effectués au cours des deux décennies qui ont suivi. Le lanceur est utilisé pour placer en orbite basse de petits satellites scientifiques de la NASA, des satellites militaires américains et des satellites commerciaux de télécommunications.

Historique

L'appel d'offres de la DARPA

Pegasus est conçu initialement pour répondre à des besoins militaires. Il est proposé en réponse à un appel d'offres de la DARPA (agence de recherche militaire américaine chargée de mettre au point des techniques innovantes), à la recherche d'un lanceur pouvant mettre en orbite de petits satellites militaires (). La DARPA demande un lanceur pouvant être largué depuis un avion pour disposer d'une grande flexibilité opérationnelle. Hercules Aerospace et créent en 1987 une coentreprise pour répondre à cet appel d'offres. Ils sont les seuls à y répondre et sont sélectionnés. Ils développent sur fonds propres, pour un montant « modeste » de de dollars, un lanceur comprenant trois étages à propergol solide pouvant être lancé depuis un bombardier . Le prix de lancement est de de dollars sans les options et les coûts indirects (tests, conception de l'installation de la charge et support sur le site de lancement), qui peuvent faire monter le prix à de dollars. À l'époque, , qui a été créée en 1982 à Fairfax en Virginie, a développé les étages supérieurs à propergol solide de la fusée lourde et la sonde spatiale Mars Observer. Hercules Aerospace, qui a son siège à Wilmington (Delaware), fabrique à Salt Lake City (Utah) les propulseurs d'appoint du lanceur ..

Développement et premier vol

Le nouveau lanceur baptisé Pegasus est conçu par une équipe d'environ 80 ingénieurs dirigée par le professeur Antonio Elias tandis que les ailes sont dessinées par Burt Rutan. L'accent est mis sur la simplicité tout en exploitant les dernières avancées dans le domaine de la propulsion à propergol solide et de l'informatique embarquée. Aucun test en vol n'est prévu. Pour le premier vol, le B-52 porteur décolle de la base aérienne d'Edwards le et le lanceur léger place un petit satellite militaire sur une orbite polaire. En 1991 la NASA, qui a refondu son programme Explorer dédié aux petits satellites scientifiques décide de sélectionner le lanceur Pegasus pour lancer les plus petits des engins spatiaux du programme (satellites SMEX). Cette décision met fin à la carrière du lanceur Scout utilisé jusque là.

Changement d'avion porteur

Après avoir effectué cinq lancements, les responsables du projet décident de remplacer le B-52 par un avion civil Lockheed L-1011 d'Air Canada. L'avion rebaptisé Stargazer (référence au vaisseau du film Star Trek Next Generation) inaugure une nouvelle technique de transport. Le lanceur Pegasus au lieu d'être attaché sous l'aile est fixé sous le fuselage de son avion porteur. Ce changement permet d'emporter une version plus puissante (XL) dont la masse passe de .

Des débuts difficiles

Mais ces premiers vols avec le B-52 ne se déroulent souvent pas de manière nominale. Pour les deuxième et cinquième tirs l'orbite atteinte n'est pas celle visée. Le troisième lancement se déroule de manière tellement chaotique qu'une enquête est menée. La nouvelle version XL du lanceur débute également par deux échecs. Durant le premier vol () qui emporte un satellite expérimental de l'Armée de l'air, le lanceur dévie de la trajectoire prévue et doit être détruit. Durant le second vol, qui a lieu un an plus tard le , le deuxième étage ne sépare pas correctement et le lanceur devient incontrôlable. La NASA qui a planifié l'utilisation du lanceur pour deux de ses satellites FAST et FUSE doit repousser leur lancement et tente de trouver un lanceur de rechange. Les quatre vols suivants sont des succès mais le cinquième est de nouveau un échec à la suite d'une défaillance d'une batterie du troisième étage qui ne permet pas le déploiement du satellite HETE. Par la suite le lanceur ne connait plus aucun échec même partiel.

Un succès relatif

Le lanceur ne connait qu'un succès relatif. En il n'est utilisé qu'à , soit moins de deux fois par an. Au cours de la décennie 2010 les vols se raréfient : aucun vol n'a lieu en 2009, 2010, 2011, 2014, 2015 et 2017. Pegasus est trop petit pour la plupart des satellites institutionnels ou commerciaux malgré la réduction de taille de ceux-ci et il est trop cher pour la plupart des opérateurs de satellites commerciaux..

Profil de mission

L'avion porteur décolle d'un aéroport doté d'équipes au sol pouvant effectuer les tests et assurer le support en vol. Les aéroports qui peuvent être utilisés sont le Centre spatial Kennedy en Floride, la base de Vandenberg et le centre de recherche en vol Dryden en Californie, Wallops Island en Virginie; Kwajalein dans l'Océan Pacifique et les îles Canaries dans l'Océan Atlantique.

Après s'être positionné à un endroit donné avec une vitesse et un cap prédéterminés, l'avion porteur lâche la fusée à l'horizontale. Après une chute libre de , le moteur du premier étage est allumé et la fusée se met à prendre de l'altitude. L'aile delta en composite à base de fibres de carbone fournit une certaine portance. Des ailerons permettent de corriger la direction car le moteur de la fusée n'est pas orientable. À peu près et après avoir été allumé le moteur du premier étage s'éteint. La fusée est alors à une altitude de en vitesse hypersonique. Le premier étage se détache et emporte l'aile et les ailerons tandis que le deuxième étage s'allume. Celui-ci brûle durant 1 minute et . Le moteur de cet étage permet de gérer les mouvements de lacet et de tangage tandis que les mouvements de roulis sont contrôlés par des jets d'azote sur le . Alors que le deuxième étage est à mi-course, la fusée atteint une altitude où règne un quasi vide. La coiffe qui recouvre le satellite est larguée. Le troisième étage est allumé. Il comporte un moteur orientable comme l'étage précédent. Son temps de combustion est de . La fusée peut transporter deux satellites ou comporter un quatrième étage pour atteindre des altitudes plus élevées ou réaliser des trajectoires plus complexes. Cet étage, le HAPS (), est propulsé par trois petits moteurs consommant de l'hydrazine qui peuvent être rallumés plusieurs fois. Le poids du HAPS diminue d'autant celui de la charge utile.

Le guidage est réalisé par un ordinateur et une centrale à inertie. Un récepteur GPS fournit des informations complémentaires.

Rôle de l'avion porteur

Le rôle de l’avion porteur n’est pas d’accroître la charge utile satellisable par la fusée : sa vitesse (0,8 mach) ne représente que 3 % de la vitesse du satellite et l’altitude à laquelle il lance la fusée () ne représente que 4 % du rayon de l’orbite basse généralement visée par les satellites.

Par contre, l’altitude à laquelle la fusée est lancée permet de s’affranchir des contraintes météorologiques. À , Pegasus se trouve dans la stratosphère, donc au-dessus de la troposphère dans laquelle se déroulent les phénomènes météorologiques les plus violents (vents…). Pegasus peut être ainsi lancé sans attendre une fenêtre météorologique favorable qui induit habituellement des frais importants liés à l’immobilisation des équipes au sol.

De plus, l’avion porteur évite d’avoir à utiliser des installations de lancement au sol coûteuses. L’avion peut lancer le satellite depuis la position la plus économique, généralement située au niveau de l’équateur. Le montant de l’assurance est diminué car le lancement se fait au-dessus de l’océan loin des habitations qui pourraient être touchées par les retombées toxiques de la fusée.

Grâce à ce mode de lancement, la tuyère du moteur du premier étage a pu être allongée, ce qui améliore son efficacité, car à , elle ne subit pas une pression aérodynamique aussi forte qu’au sol. Pour la même raison, les corrections d’attitude peuvent être réalisées par la seule action des ailerons simplifiant la conception du moteur du premier étage (moteur fixe).

Développement

La version originale du lanceur, dite standard, est lancée par un Boeing B-52. Elle effectue son premier vol en 1990. Une version comportant un quatrième étage HAPS permettant un léger gain de performance et une insertion en orbite plus précise vole pour la première fois en 1991. En 1994 le lanceur est adapté pour être tiré depuis L-1011 acquis par le constructeur. Les ailerons de nouvelle version, dite hybride, sont abaissés pour permettre au train d'atterrissage de l'avion porteur de se rétracter. Une version plus puissante, baptisée , vole pour la première fois le . C'est la seule à être aujourd'hui commercialisée avec en option l'étage HAPS. Les premier et deuxième étages ont été allongés avec une masse augmentée de plus de et une charge utile de . Après des débuts difficiles (trois échecs totaux et deux échecs partiels sur en 1997) le lanceur n'a plus connu de problèmes mais sa commercialisation s'est considérablement ralentie après 2008 (cinq vols entre 2009 et 2021). En , Pegasus ont été tirés avec trois échecs totaux et deux échecs partiels.

Caractéristiques

Masse : (Pegasus), (Pegasus XL) Longueur : (Pegasus), (Pegasus XL) Diamètre : Envergure des ailes : Charge utile : (Diamètre , longueur )

De manière standard le lanceur comporte trois étages utilisant une propulsion à propergol solide et développés par ATK.

Premier étage

Le premier étage Orion 50S XL a une masse de ( à vide) et une longueur de . La poussée dans le vide est de et l'impulsion spécifique est de . La durée de combustion est de . Le seul contrôle d'orientation porte sur le tangage et est effectué à l'aide des ailerons. L'étage comprend une aile delta en composite en graphite réalisée par Scaled Composites présentant une flèche de 48° et ayant une envergure de . La finesse en dessous de est de 4. L'épaisseur de l'aile est de , avec des surfaces supérieures et inférieures parallèles facilitant la fixation au corps de l'étage. Cette aile fournit un peu de sustentation et facilite les manœuvres en tangage.

Deuxième étage

Le deuxième étage Orion 50 XL a une masse de ( à vide) et une longueur de . La poussée moyenne dans le vide est de et l'impulsion spécifique est de . La durée de combustion est de . Le moteur est orientable en roulis et lacet à l'aide d'un système électromécanique. Un système de propulsion à gaz froid est utilisé pour le contrôle du roulis en phase de propulsion et pour tous les autres contrôles d'attitude entre deux phases propulsives.

Troisième étage

Le troisième étage a une masse de ( à vide) et une longueur de . et un diamètre de . La poussée dans le vide est en moyenne de et l'impulsion spécifique est de . La durée de combustion est de . Le moteur est orientable en roulis et lacet à l'aide d'un système électromécanique. Un système de propulsion à gaz froid est utilisé pour le contrôle du roulis en phase de propulsion et pour tous les autres contrôles d'attitude entre deux phases propulsives.

L'étage optionnel HAPS