Moteur Raptor

Le Raptor est le moteur-fusée réutilisable de SpaceX, celui qui soulève Starship, le système de lancement entièrement réutilisable de l’entreprise, taillé pour Mars. Il brûle du méthane et de l’oxygène liquides, un mélange appelé méthalox, et c’est le premier moteur de ce type à avoir volé. Ce moteur doit rendre l’accès à l’orbite assez bon marché pour qu’un voyage vers Mars devienne une simple ligne budgétaire.

Qu’est-ce que le Raptor ?

Le Raptor est un moteur-fusée à méthane et oxygène conçu pour être allumé, récupéré et rallumé rapidement. Le propulseur Super Heavy en compte 33, et l’étage supérieur Starship six : trois réglés pour le niveau de la mer et trois conçus pour le vide spatial, appelés RVac, dont les tuyères en cloche sont élargies pour l’air raréfié en altitude. Le méthane a été préféré au kérosène qui alimente la Falcon 9 pour une raison qui mène tout droit à Mars. Il brûle plus proprement et laisse moins de suie (le cokage), qui encrasse un moteur et complique sa réutilisation, et il pourra un jour être produit à la surface de Mars à partir du dioxyde de carbone et de l’eau présents sur place.

Pourquoi le Raptor existe

Le problème auquel s’attaque le Raptor est simple : l’espace a toujours eu le prix d’un budget national. Avant la réutilisation des fusées, envoyer un kilogramme en orbite terrestre basse coûtait près de 10 000 dollars, ce qui réservait l’orbite aux États et à quelques rares milliardaires. Pour un ingénieur ordinaire ou un aspirant astronaute, ce prix fermait complètement la porte, et pour la société, il limitait ce que l’humanité pouvait même tenter hors de la planète. Elon Musk part de l’objectif d’une ville autonome sur Mars et remonte le fil : chaque pièce, le Raptor plus que toute autre, est jugée à sa capacité à faire baisser le coût vers cet objectif.

Comment ça fonctionne

La combustion étagée à flux complet fait passer la totalité du carburant et la totalité de l’oxydant par deux préchambres de combustion, l’une riche en carburant, l’autre riche en oxydant, avant la chambre principale : rien n’est rejeté par-dessus bord et les turbines fonctionnent à plus basse température. Les ingénieurs ont conçu ce type de moteur pour la première fois avec le RD-270 soviétique des années 1960, qui n’a jamais volé ; le Raptor est le premier de son genre à avoir réellement atteint le ciel. Sa pression de chambre d’environ 300 à 350 bars dépasse les 267 bars du RD-180 de fabrication russe, et une pression plus élevée donne plus de poussée pour un moteur de même taille. En trois générations, la poussée au niveau de la mer a augmenté d’environ moitié, de 185 à 280 tonnes-force.

Ces gains ne viennent pas d’un moteur plus gros. Chaque génération s’est allégée tout en gagnant en puissance, avec une masse à sec passée de 2 080 kilogrammes pour le Raptor 1 à 1 525 pour le Raptor 3, soit environ 27 % de moins. Le Raptor 3 intègre le bouclier thermique et la tuyauterie extérieure directement dans le moteur, ce qui supprime des pièces autrefois boulonnées et porte son rapport poussée/poids au-delà de 180 pour 1. Plus de poussée pour moins de poids, c’est tout l’enjeu pour un étage qui doit soulever tout ce qui est empilé au-dessus de lui.

L’économie du Raptor

La répartition des moteurs raconte l’histoire des coûts. Un ensemble Starship complet porte 39 Raptor, mais pas de façon égale. Le propulseur Super Heavy fait le gros du travail pour traverser les couches denses de la basse atmosphère, il porte donc bien plus de moteurs que le vaisseau qu’il soulève. Sur le propulseur de la version 3, 33 moteurs Raptor 3 s’allument ensemble pour environ 80,8 méganewtons de poussée au décollage selon les chiffres de SpaceX, soit environ 18,2 millions de livres-force, plus du double de la Saturn V qui a envoyé les missions Apollo vers la Lune. Comme le propulseur a besoin de ses 33 moteurs à chaque vol, chaque génération plus légère et plus puissante profite à tous les ensembles que SpaceX construit, et le coût par moteur est passé de près de 1 million de dollars pour le Raptor 1 à un objectif d’environ 250 000 dollars.

Où en est le Raptor

La production totale a dépassé 600 moteurs, et le Raptor 2 à lui seul a cumulé plus de 226 000 secondes de fonctionnement en essais, le type de temps de combustion accumulé qui transforme un prototype en véritable produit. Fin 2021, la montée en cadence est devenue une priorité de toute l’entreprise, car Elon Musk avait fait de l’augmentation de la production de moteurs l’objectif numéro un de SpaceX. La production a bien augmenté, jusqu’à environ un moteur par jour en 2024, et la chaîne fabrique désormais le Raptor 3, dont des exemplaires aux numéros de série à trois chiffres sortent déjà de McGregor.

La suite

Le Raptor 3 est la version de série, avec une conception intégrée prévue pour survivre à la rentrée atmosphérique et revoler avec peu d’interventions entre deux vols. Un moteur capable de s’allumer, de revenir et de se rallumer sans reconstruction permettrait au coût par kilogramme de continuer à baisser à mesure que les lancements se multiplient. Le Raptor 3 a volé pour la première fois lors du vol 12 de Starship, le 22 mai 2026. Les vols 12 et 13 ont soumis les rallumages de retour du propulseur à leurs premiers essais en version 3, et lors du vol 14, le vaisseau a atteint l’orbite après l’arrêt anticipé de l’un de ses moteurs à vide.

Le bilan

Le Raptor est le point où l’objectif technique et l’objectif financier se rejoignent, car chaque kilogramme gagné sur le moteur abaisse le coût de l’accès à l’orbite. Sa prochaine épreuve est la réutilisation : capturer un propulseur de la version 3 et faire revoler ses moteurs.