LES "BLACK PROGRAM": LE PROJET F.A.L.C.O.N.

Un ambitieux projet de développement d'avions hypersoniques, capables d'intervenir partout sur la planète, à partir des Etats-Unis.    

Sous l'égide de la DARPA (la "Defense Advanced Research Projects Agency") et de l'US Air Force, les objectifs du projet "FALCON", "Force Application and Launch from Continental United States" ("Force de projection à partir du territoire des Etats-Unis") sont de développer d'ici 2025, les technologies d'une nouvelle génération d'avions hypersoniques, qui permettront des missions de portée mondiale. Ces technologies incluent des techniques de haute portance, des matériaux résistants aux hautes températures, une navigation avec une orientation et un contrôle de précision, des communications possibles à travers un plasma, et un système de vol autonome de sécurité (pilote automatique). 

Misant sur la technologie développée dans le cadre des vols hypersonique (HyFly), le programme Falcon se penchera sur les implications du vol hypersonique par des engins rapidement opérationnels et réutilisables, en utilisant une série de nouveaux aéronefs. La phase du programme "HTV-2", pour "Hypersonic Technology Vehicle-2", devra faire la démonstration de la fiabilité des nouvelles technologies hypersoniques pour des futurs systèmes de Défense opérationnels, par le biais de missiles propulsés par des vols hypersoniques, avec suffisamment de performance significatives pour évaluer les systèmes de protection thermique du fuselage, les formes aérodynamiques, la maniabilité et la communication à longue distance pour un vol en hypersonique, et une réutilisation garantie des véhicules. Le programme Falcon touche de nombreux secteurs de hautes missions militaires prioritaires et celle d'avoir des engins capables de vols spatiaux.

Illustrations des différents modèles de véhicules "HTV" de la DARPA, le HTV-1, le HTV-2 et du HTV-3X. (cliquez pour agrandir): (1) 

Un projet pour répondre aux nouveaux besoins de la Défense Américaine.

Falcon est en fait le prolongement de la nouvelle politique militaire Américaine, en matière de riposte rapide, en cas d'attaques ponctuelles directes contre les Etats-Unis ou de conflits mondiaux. Le "PGS", "Prompt Global Strike" ("Force de frappe mondiale rapide") est une initiative visant à développer un programme, pour disposer d'un système capable de frapper n'importe où dans le monde en moins de deux heure, grâce à des armes conventionnelles améliorées (avions, missiles,...etc), pour répondre à toutes menaces possibles. Comme par exemple exercer une frappe nucléaire, qui ne peut actuellement être effectué avec des missiles balistiques intercontinentaux classiques.(2)
 

C'est un projet de grande envergure en quatre phases.

Dans le programme Falcon (Phase 1 - Objectif 2), les entrepreneurs ont pour tâche de développer des études de conception, des concepts d'opérations, et un plan de démonstration et aussi d'identifier les technologies permettant de mettre en place la partie "systèmes d'armes hypersoniques", du programme, qui comprend une recherche commune d'engins, et de HCV, "Hypersonic Cruser Vehicle" ("véhicules de croisière hypersonique"). Les véhicules seront sans moteur conventionnels, volant à une vitesse jusqu'à Mach 8 avec une bonne maniabilité, et étant capable de transporter une charge utile d'environ 1 tonne de missiles, ces derniers ayant un rayon d'action d'environ 4800 kms. La recherche commune en ferait un modèle plus avancé qui offrirait nettement de plus grandes possibilités et une bien meilleure maniabilité. Le HCV réutilisable serait un aéronef autonome, capable de décoller par ses propres moyens d'une piste conventionnelle et de pouvoir atteindre des cibles militaires pour leur destruction et ce, jusqu'à une distance de 14500 kms, en moins de deux heures.

Deux illustrations montrant les exemples actuellement à l'étude, des différents projets de démonstrateurs de vol de type "HCV". Le premier étant une déclinaison des modèles HTV-1 et HTV-2 et le second, du HTV-3X (cliquez pour agrandir):

Les futurs démonstrateurs de vol, du système de véhicules "HCV" seront capable de voler sur une distance de 4800 kms environ, en 800 secondes et offrir un largage d'une charge de 1000 livres. Une version améliorée de ce système de démonstration sera plus tard capable de voler jusqu'à 14500 kms environ, en 3000 secondes. Le HCV et sa version améliorée sera également capable de "virer" pour frapper des cibles, jusqu'à respectivement 1300 kms et 4800 kms, à partir d'une trajectoire droite. Pour la plupart, ces nouveaux missiles utilisés exigeront les mêmes technologies que les "HCV" qui les transporteront, mais ils auront aussi besoin d'un système de protection thermique plus efficace pour empêcher leur charge utile de fondre à des vitesses de rentrée dans l'atmosphère aussi élevées que Mach 25. En comparaison, le véhicule de croisière hypersonique (premier modèle) ferait un retour à sa base à une vitesse d'environ Mach 3-4. (3)

La version améliorée du "HCV" pourrait ressembler à cela (cliquez pour agrandir):

Plusieurs entrepreneurs liés au projet ont reçu entre 1,2 milliards et 1,5 milliards chacun (rien que pour leur travail sur la phase 1). Une rallonge de budget supplémentaire a été accordée le 25 novembre 2003.

Les constructeurs principaux travaillant sur la phase 2:

- Inc spatiale Andrews, de Seattle, dans l'Etat de Washington;
- Boeing Compagny, de St. Louis, dans le Missouri;
- Lockheed Martin Aeronautics Compagny, de Palmdale, en Californie;
- Northrop Grumman Corp, systèmes de combat aériens, de El Segundo, en Californie.

Il y a également des sous-traitants travaillant pour le projet:

- Aerojet-General Corporation, de Sacramento, en Californie;
- Space Works, d'Atlanta, en Georgie;
- Textron Systems, de Wilmington, dans le Massachusetts;
- Hitco Carbon Composites, de Gardena, en Californie;
- Pratt & Whitney, de East Hartford, dans le Connecticut.
 

La DARPA a été nommée responsable de la gestion générale du projet Falcon. La DARPA gère le programme, avec l'Air Force Space Command et le Space Center-Detachement 12 (des systèmes de missiles), qui en est le gestionnaire adjoint. Les représentants de l'Air Force Space Command et l'Air Force Research Laboratory doivent fournir une assistance technique et un soutien dans la conduite des expérimentations menées au cour des différentes étapes.
 

De nouvelles approches dans la recherche aéronautique.

La recherche aérodynamique hypersonique est essentielle à l'intérêt que l'US Air force accorde aux opérations spatiales. La taille et le poids d'un véhicule hypersonique, et donc sa trajectoire de vol et tributaire de son système de propulsion, sont en grande partie déterminée par des considérations aérodynamiques de plusieurs natures telles que: la transition de couche limite, les interactions entre la couche de choc, la traînée, et l'intégration de la cellule de propulsion. 

Un espace de recherche d'un intérêt majeur est porté sur la haute vitesse de transition et de contrôle de couche limite. La recherche en soufflerie, des expériences de stabilité (en théorie et en simulation), seront les méthodes secondaires de contrôle de la pénétration dans l'air, et une étude des "ondes de chocs" sont impératifs et auront un intérêt sur tous les autres domaines. Un autre domaine d'intérêt majeur est le problème du "transfert de chaleur" en ce qui concerne "l'aérodynamique à haute vitesse" (la chaleur reçu par le fuselage se transmet aux autres éléments de l'avion). L'interface physique existante entre les éléments gaz, liquide et solide, la physique des écoulements de micro-canaux et de nouvelles approches, qui permettront d'assurer le refroidissement, seront bien-sûr important à résoudre.


Une nouvelle discipline dans l'aéronautique: "l'aérodynamique instationnaire".

L'aérodynamique "instationnaire" va devenir un élément clé dans le développement et l'optimisation des systèmes d'armes de défense aériennes dans l'avenir, pour l'Air Force. Parce que ces systèmes ne sont pas encore bien étudié, mais ils peuvent manœuvrer à des rapports de vitesses extrêmement élevés, grâce à la production de forces très dynamique sur le corps de l'avion. Ainsi, les domaines de recherche incluent la compréhension des mécanismes de base, présents dans la dépendance du temps d'écoulements aérodynamiques de tous types, tel que: la séparation des flux, le contrôle de la séparation, le contrôle de la circulation, et les flux tourbillonnaire. Des approches sur une "modélisation" de l'écoulement, qui pourront mener à des nouvelles méthodes de contrôle des flux sont souhaitées. Les chemins des flux d'air internes et externes, permettront de changer la forme aérodynamique et de l'améliorer. La recherche non linéaire d'interaction aéro-structurelle, y compris les approches de contrôle de flux pour la suppression du débit des interactions, destructrices pour la structure des engins, est également une élément important. La recherche aéro-acoustique, d'autant qu'elle s'applique à la cellule de bruit ou du "mur sonique", serait également considérée comme une partie intégrante de l'interaction sur la structure de l'engin.

L'aérodynamique instationnaire et l'objet d'un programme de recherche sur l'hypersonique au sein de l'agence aérospatiale Américaine (la NASA) et de la Direction des matériaux (4). Il est axé sur physique et la base fondamentale de la théorie des fluides et sur la recherche mécanique de ces futurs systèmes, pouvant être appliqué aux avions. Grâce à un partage des expériences passées, sur des approches de modélisation analytique et des simulations numériques de la physique des les domaines concernés, à une compréhension fondamentale de base sur la théorie des champs, et sur le débit des fluides, ils entendent résoudre les obstacles et arriver à la réalisation d'une technologie aéronautique innovante. Cette base de connaissance pourra fournir des méthodes et des approches radicalement novatrices, qui pourront réduire le poids et le coût des futurs systèmes, et à long terme, permettra sans problèmes, la conception de véhicules volants révolutionnaires qui sont irréalisables aujourd'hui, à cause des contraintes de performance aérodynamique. 
 

(1) Sur le côté du fuselage du HTV-1 et HTV-2, figure un dessin en blanc, c'est en fait l'image d'un putois (photo ci-dessous). Ce dernier est l'insigne (officiel) des "Shunkworks" (littéralement, "les travaux qui puent"), une appellation qui désigne les ateliers secrets des constructeurs, travaillant sur les projets du gouvernement pour la Défense.

(2) Pour plus d'information, voir "Les Black Program: Le Projet P.G.S.".

(3) Pour plus d'information, voir "Les Black Program: Le Projet X-51A".

(4) Pour plus d'information, voir "Les Black Program: Le Projet Hyper-X".

Sources:
www.darpa.mil;
www.defenseindustrydaily.com;
www.globalsecurity.org.