Fonctionnement
Éléments principaux
Architecture du tunnel, du portail atmosphérique, du système géothermique autonome, du réseau énergétique et de la navette AstroLiner.
- Longueur : environ 2 050 km.
- Section : elliptique, environ 17,5 × 12,5 m, optimisée pour la forme aérodynamique de la navette et une lévitation magnétique stable.
- Profondeur du tunnel : jusqu’à environ 8 km, voire davantage si la géologie et la température le permettent. La profondeur admissible ne pourra être arrêtée qu’après une reconnaissance géologique détaillée : forages le long du tracé, profil thermique, état de contrainte, fracturation et hydrogéologie. Plus la température et le flux thermique des couches profondes sont faibles — jusqu’à environ 200–250 °C à titre indicatif — plus la plage de profondeurs réalisables est large et plus la géométrie du tracé peut être optimisée. Des rayons de courbure et des raccordements mieux choisis réduisent alors les pointes d’accélération et les charges dynamiques tout en conservant la vitesse visée.
- Construction : mixte. La section initiale, d’environ 330 km, est une droite souterraine à faible pente qui descend directement vers le portail afin de simplifier l’accélération. Le reste est un tunnel profond ou souterrain assurant stabilité thermique, isolement sous vide et sécurité.
- Géométrie du tracé : courbe en S après environ 330 km.
- Arc descendant : rayon d’environ 6 300 km, amenant progressivement le tunnel en profondeur pour obtenir l’angle requis.
- Arc ascendant : rayon de 2 500 à 3 500 km, ramenant le tunnel au portail avec une pente d’environ 5 à 6° sur l’horizontale. Les rayons sont calculés pour maintenir l’accélération centripète sous 4 g à vitesse hypersonique.
- Système de vide : segmenté. Chaque segment d’environ 50 km est autonome et dispose de ses propres pompes à vide, capteurs et vannes d’urgence.
Système d’accélération
L’accélération et la stabilisation résultent de l’interaction entre les aimants supraconducteurs embarqués et des entraînements électromagnétiques linéaires répartis dans le tunnel. Ces entraînements sont des enroulements passifs segmentés en conducteurs ordinaires — cuivre ou aluminium — et ne nécessitent aucun refroidissement cryogénique.
- Dans la section initiale du tunnel, de 0 à 330 km : les entraînements se trouvent surtout sous la voie. Ils créent le champ nécessaire à la lévitation, à l’accélération initiale à 4 g et à la compensation active de la gravité.
- Dans la section médiane, de 330 à 2 000 km, notamment dans la courbe en S : les entraînements entourent le tunnel. Ils assurent l’accélération de précision, maintiennent la navette au centre à vitesse hypersonique et stabilisent sa trajectoire dans les virages. Sur le plancher de la partie finale, où les accélérations radiales sont élevées, les enroulements sont renforcés et volontairement surdimensionnés. Entre 330 et 2 000 km, l’accélération décroît suivant une courbe, de 4 g au début à 0 g à la fin, tandis que la vitesse atteint environ 11 km/s.
- Dans la dernière section, de 2 000 à 2 050 km : les 50 derniers kilomètres servent à stabiliser et centrer la navette avant son passage dans l’atmosphère par le portail atmosphérique. Il n’y a plus d’accélération sur cette section.
L’énergie impulsionnelle fournie par les sous-stations du système géothermique autonome alimente chaque segment d’enroulement en synchronisation exacte avec la position de la navette. Le champ magnétique progressif ainsi créé interagit avec les aimants embarqués et accélère l’appareil. Cette architecture simplifie le tunnel, facilite sa maintenance et concentre les éléments de haute technologie sur la navette réutilisable.
Résout le problème du « dernier kilomètre ».
Implantation et construction
Le complexe du portail est implanté sur le plateau sommital du mont Mohi, à environ 3 400 m d’altitude en République démocratique du Congo. Un vaste plateau situé 16 km plus au sud est réservé à une extension future pouvant accueillir des dizaines de portails parallèles. L’ouvrage massif comprend un obturateur mécanique principal et des systèmes produisant une barrière gazodynamique. Il s’apparente à un moteur à réaction terrestre fixe doté d’une triple tuyère annulaire inclinée vers le ciel, non pour accélérer un véhicule, mais pour repousser l’air atmosphérique et créer un tampon lors de l’entrée de la navette dans l’atmosphère.
Barrière gazodynamique
Élément actif principal. Quelques secondes avant l’arrivée de la navette, le système forme un écoulement gazeux conique et supersonique dirigé vers l’extérieur dans l’axe du tunnel.
- Source et disposition : trois moteurs à réaction annulaires concentriques et indépendants, ou des statoréacteurs hypersoniques de configuration équivalente à trois couronnes, entourent l’ouverture du portail. Ils utilisent un mélange air-hydrogène, l’hydrogène étant produit sur place par électrolyse. Deux couronnes quelconques suffisent à créer la barrière, de sorte que l’ensemble reste opérationnel si la troisième tombe en panne. Chacune possède sa propre alimentation en carburant, sa commande et son allumage. Les couronnes sont disposées en gradins autour de la partie extérieure du portail, de la plus petite à la plus grande en retrait. L’obturateur mécanique se trouve à l’intérieur, derrière cette cascade, ce qui permet d’allumer les couronnes avant de l’ouvrir.
- Fonctions essentielles :
1) créer une pression dirigée vers l’extérieur afin de protéger le vide du tunnel pendant le passage de la navette ;
2) chasser et préchauffer l’air devant la sortie afin d’établir un gradient entre le vide du tunnel et l’atmosphère, et donc une transition progressive entre les deux milieux.
La barrière gazodynamique n’est pas une protection aérodynamique de la navette et ne l’isole pas de l’atmosphère. Elle étale dans le temps le changement de milieu : le choc presque instantané, à l’échelle de la microseconde, contre de l’air froid et immobile devient une charge distribuée sur des millisecondes dans un écoulement chaud et codirectionnel. Les forces aérodynamiques intégrées ne diminuent pas, mais l’à-coup et la composante haute fréquence sont fortement réduits, ce qui limite les risques de rupture locale et de choc thermique.
- Forme de l’écoulement : cône à section elliptique correspondant au tunnel et à la navette, long de quelques dizaines à quelques centaines de mètres et projeté vers l’extérieur par les trois rangées de tuyères annulaires du portail.
La barrière gazodynamique du portail n’a pas besoin de former un cône géométriquement parfait, stationnaire ou rigoureusement axisymétrique. Son fonctionnement est intrinsèquement dynamique et tolère des fluctuations temporelles et spatiales de forme, de densité et de vitesse.
La seule condition rigide est de maintenir, pendant toute la sortie, un gradient de pression et de quantité de mouvement positif, donc dirigé vers l’extérieur, qui interdise toute pénétration d’air dans le tunnel. La préparation gazodynamique et thermique préalable de l’atmosphère dans la zone de sortie accroît sensiblement la fiabilité et la faisabilité du système.
La forme de l’écoulement est donc un paramètre adaptatif, non une valeur imposée. Elle est optimisée en temps réel d’après des grandeurs intégrées — pression, débit massique et quantité de mouvement — plutôt que selon une géométrie fixe.
- Mise à l’échelle et essais : contrairement à l’accélérateur long de milliers de kilomètres, le portail est modulaire et facilement extrapolable. Ses technologies déterminantes — cône gazodynamique supersonique stable, synchronisation et fonctionnement des couronnes propulsives — peuvent être validées intégralement sur des bancs fonctionnels à l’échelle 1:5 ou 1:10. Les principaux risques techniques peuvent ainsi être levés avant la construction de la ligne grandeur nature.
Système de sécurité
L’emploi d’hydrogène impose des exigences renforcées contre l’incendie et l’explosion. L’infrastructure comprend donc une détection redondante des fuites, une purge inerte des conduites à l’azote, des équipements antidéflagrants, une séparation physique entre électrolyseurs, stockages et couronnes propulsives, ainsi que des conduits de ventilation orientés qui évacuent tout rejet éventuel loin du personnel et des installations critiques.
Dimensions et masse au lancement
Longueur d’environ 150 m et section elliptique d’environ 10 × 15 m. La forme est celle d’un coin hypersonique optimisé pour réduire la traînée et la charge thermique durant la traversée de l’atmosphère.
- Masse optimale au lancement : environ 15 000 tonnes.
La masse de 15 000 tonnes résulte d’une optimisation technico-économique située au juste milieu entre contraintes physiques et possibilités de réalisation.
| Critère | Limite basse (< 8 000–10 000 t) | Optimum (15 000 t) | Limite haute (> 20 000–25 000 t) |
|---|---|---|---|
| Aérodynamique et accélérations | L’atmosphère domine. La traînée Fd = ρ·A·v² produit une forte accélération a = Fd/m, exige une stabilisation active complexe et entraîne des pointes de charge thermique. | L’inertie domine. La résistance atmosphérique provoque des accélérations initiales brèves, jusqu’à 5 secondes et environ 3 à 6 g, compatibles avec des systèmes d’amortissement et une protection thermique plus simples. | Les accélérations diminuent peu, tandis que d’autres facteurs annulent les avantages attendus. |
| Régime thermique | Faible capacité thermique. Une petite masse m s’échauffe rapidement selon ΔT = Q·t/(m·c) et exige des dispositifs de refroidissement actif extrêmes. | Forte inertie thermique. La structure massive absorbe et répartit le pic thermique de la brève traversée atmosphérique, ce qui autorise une protection combinant moyens passifs et actifs. | La capacité thermique augmente, mais l’évacuation de la chaleur d’une structure aussi massive devient un problème distinct. |
| Énergie de lancement | L’énergie requise E = ½·m·v² reste acceptable, sans compenser les autres désavantages. | Équilibre raisonnable. Accélérer à 11 km/s demande environ 9 × 10¹⁴ J, soit 252 GWh, ce qui correspond aux capacités du système géothermique autonome distribué et de ses stockages. | La dépense énergétique croît linéairement et impose une augmentation disproportionnée de la puissance et de la capacité de stockage, sans intérêt économique. |
| Construction et logistique | Réalisable, mais sans l’avantage déterminant du « bélier inertiel ». | Compatible avec les techniques existantes. Dimensions et masse restent dans les possibilités des formes de construction navale, du soudage industriel et du transport lourd actuels. | La structure perd en rigidité ; ses modes propres, son assemblage et son acheminement vers le site deviennent problématiques. Les coûts croissent plus vite que la masse. |
| Principe de StarRoad | Reste dans le paradigme du « véhicule léger », vulnérable à l’atmosphère. | Met en œuvre le paradigme du « bélier inertiel » : l’atmosphère n’est plus une barrière, mais une perturbation brève franchie grâce à la masse et à la résistance structurelle. | Devient une tâche hors de portée de l’industrie et annule les économies d’échelle. |
- Physiquement : au-dessus du seuil d’environ 10 000 t à partir duquel l’inertie commence à dominer les effets aérodynamiques.
- Énergétiquement : sans croissance exponentielle des besoins d’infrastructure.
- Techniquement : dans les limites de pratiques industrielles extensibles, telles que la construction navale et la mécanique lourde.
- Économiquement : équilibre entre la baisse du coût de mise en orbite par l’échelle et la maîtrise des dépenses d’investissement.
Cette masse est donc un optimum calculé qui rend StarRoad physiquement réalisable et économiquement justifiable.
Agencement et systèmes
Toute l’architecture intérieure est une structure longitudinale à plusieurs niveaux, dont les fonctions sont séparées selon la hauteur du fuselage.
- Les parties inférieure et arrière accueillent exclusivement l’énergie et la propulsion : réacteur embarqué, échangeurs, circuits de refroidissement actif, convertisseurs de puissance, stockages d’énergie, conduites de fluide caloporteur et propulsion marine. Cette disposition abaisse le centre de masse, améliore la stabilité en vol hypersonique, en plané et à l’amerrissage, et simplifie la protection thermique et radiologique des compartiments supérieurs.
- Le système supraconducteur de lévitation et de stabilisation longe les flancs et occupe une partie du fond. Ses modules sont fixés juste derrière la peau extérieure et la protection thermique, afin de réduire l’entrefer avec les enroulements passifs du tunnel. Les aimants sont répartis :
- sur toute la longueur des flancs, y compris les zones supérieure et médiane jusqu’à la ligne des portes coulissantes ;
- dans les parties médiane et arrière du fond ;
- à l’exclusion des sorties des ailes principales et des logements mécaniques.
Cette répartition produit un champ uniforme, une grande stabilité à vitesse hypersonique et une bonne tolérance aux dommages locaux.
- La partie médiane contient les logements des ailes repliables et leur cadre porteur. Les ailes principales se rétractent dans le fuselage et sont isolées des compartiments énergétique et cargo. L’avant de cette zone reçoit de petites surfaces de contrôle escamotables servant à corriger et stabiliser la trajectoire pendant les régimes transitoires.
- La partie supérieure accueille un module de charge utile universel et interchangeable. Ses dimensions, points d’ancrage, masse et plage de centrage sont normalisés ; il peut être configuré pour le fret, le ravitaillement, les passagers ou un emploi mixte. Le module est posé et retiré au dock avant le lancement, et peut aussi l’être en orbite après ouverture des portes supérieures. Une plate-forme hydraulique ou électromécanique intégrée et des guides permettent d’extraire automatiquement les modules en microgravité, sans intervention d’équipage.
- Les portes supérieures coulissantes ne participent pas à la structure porteuse ; elles servent de carénage aérodynamique et donnent accès à la charge en orbite. Elles intègrent des panneaux radiateurs repliables. Après ouverture et verrouillage complets, les panneaux se déploient automatiquement, puis reçoivent le fluide de refroidissement afin de rayonner la chaleur excédentaire dans le vide.
- La partie avant de la navette est organisée sur plusieurs niveaux :
- zone supérieure : poste de pilotage, commande, navigation et communications ;
- zone médiane : mécanismes des petites ailes escamotables et surfaces de contrôle ;
- zone inférieure : réservoirs cryogéniques de carburant et de fluide de refroidissement, agencés pour réduire les pertes hydrauliques et alimenter au plus vite le refroidissement actif du nez pendant la traversée atmosphérique.
Cette disposition raccourcit les circuits thermiques et hydrauliques, réduit l’inertie thermique du nez et fiabilise la protection sur la phase la plus exigeante. Dans son ensemble, la navette suit une architecture rigide, modulaire et extensible, optimisée pour le départ hypersonique, les opérations orbitales, la navigation autonome et les réemplois successifs sans démontage profond du fuselage.
Protection thermique du fuselage
Le nez et le fond reçoivent une protection thermique multicouche, composite et métallique, dimensionnée pour les charges thermiques et dynamiques extrêmes du vol hypersonique puis de l’amerrissage. Elle associe des éléments passifs et actifs :
- une couche externe réfractaire supportant brièvement des températures de plusieurs milliers de degrés et un rayonnement intense ;
- une sous-couche métallique porteuse reprenant les efforts mécaniques et vibratoires ;
- des circuits de refroidissement actif évacuant la chaleur des zones les plus sollicitées, surtout le nez et le bord avant du fond ;
- des éléments ablatifs remplaçables dans les zones critiques, conçus pour s’user de façon contrôlée sans endommager la structure principale.
La protection tient compte du choc thermique lors du contact entre la coque chaude et l’océan, y compris les gradients brusques et les contraintes cycliques. Les éléments les plus sollicités sont segmentés et remplaçables lors de l’entretien courant, ce qui facilite la réparation et prolonge la durée d’utilisation récurrente.
Ailes
Deux paires d’ailes escamotables assurent la stabilisation, le vol plané et l’amerrissage. Elles se déploient lorsque l’appareil atteint les couches raréfiées de l’atmosphère.
- La paire avant corrige la trajectoire, stabilise le tangage et le roulis et amortit les perturbations dynamiques. Elle se déploie dans les couches raréfiées pour le vol plané.
Paramètres de chaque aile avant :
- longueur depuis l’emplanture : environ 35 m ;
- corde à l’emplanture / au saumon : environ 14 / 7 m ;
- surface : environ 360–400 m².
- La paire arrière constitue la surface aérodynamique principale de la navette.
Paramètres de chaque aile arrière :
- longueur depuis l’emplanture : environ 100 m ;
- corde à l’emplanture / au saumon : environ 14 / 7 m ;
- surface : environ 1 000–1 100 m².
La surface totale des ailes atteint environ 2 800–2 900 m². Le fuselage porteur augmente encore la surface aérodynamique effective de quelque 20 à 30 %.
En subsonique, cette configuration donne une finesse L/D d’environ 9 à 13, suffisante pour un plané stable et un choix contrôlé du point d’amerrissage. Les vitesses typiques de plané et d’amerrissage sont estimées à 90–120 m/s, soit environ 320–430 km/h. À ces vitesses, la sécurité dépend moins de la vitesse horizontale absolue que de la vitesse verticale au contact, de l’incidence et du profil de descente.
Systèmes de parachutes
Pour réduire le choc à l’amerrissage et élargir la fenêtre admissible, la navette dispose d’un système réutilisable de parachutes-ailes, employé comme circuit conditionnel de posé en douceur.
- Architecture et implantation : deux postes de parachutes-ailes sont prévus :
- un dans la partie supérieure arrière ;
- un dans la partie supérieure avant, juste derrière le nez.
Chaque poste suit une architecture N+1 — voile principale plus voile de secours — avec conditionnements et extracteurs indépendants. Les voiles ne sont pas attachées en un point unique, mais par une ligne transversale reliée aux cadres porteurs, ce qui réduit les pointes locales et stabilise tangage et roulis. Les deux ensembles sont espacés sur l’axe longitudinal afin d’éviter interaction et emmêlement.
- Surfaces et mode d’emploi : les parachutes-ailes ne portent pas tout le poids ; ils amortissent la vitesse verticale en phase finale et ménagent un contact progressif. Valeurs indicatives :
- surface d’une voile principale : environ 4 500–6 000 m² ;
- surface active totale des deux voiles : environ 9 000–12 000 m².
Vitesse verticale cible au contact : Vz ≈ 1 m/s.
- Critère d’activation : le système n’est employé qu’en cas de besoin. L’algorithme d’amerrissage considère l’accélération totale, somme vectorielle des composantes aérodynamique, inertielle et hydrodynamique :
- si l’accélération totale prévue au contact ne dépasse pas 4 g, la navette amerrit sur ses ailes sans parachutes-ailes ;
- si elle risque de dépasser 4 g, le système s’active, réduit la composante verticale jusqu’à la cible et instaure une descente douce.
- Réemploi : voiles, suspentes et ancrages supportent de nombreux cycles moyennant inspection, séchage et remplacement des pièces d’usure, sans démontage de la structure porteuse.
Groupe autonome de puissance et de propulsion
La navette possède un système énergétique et propulsif entièrement autonome couvrant toute la mission, des manœuvres orbitales à plusieurs mois de navigation indépendante.
- Source d’énergie principale : réacteur nucléaire embarqué.
- Type : réacteur rapide compact à sels fondus ou réacteur à haute température refroidi au gaz de nouvelle génération ; à terme, module de fusion compact, par exemple à compression de champ selon une architecture comparable à celle d’Helion Energy.
- Puissance : 10–20 MW électriques et 50–100 MW thermiques.
- Fonction : alimenter tous les systèmes embarqués, les éléments supraconducteurs de lévitation, les propulseurs électromagnétiques à plasma, le refroidissement actif et la propulsion marine autonome. Le réacteur fonctionne sans rechargement pendant toute la vie de la navette, soit 5 à 10 ans.
- Système embarqué supraconducteur de lévitation et de stabilisation. Des modules cryogéniques à supraconducteurs haute température, refroidis par azote ou hydrogène liquide provenant des systèmes de bord, sont intégrés le long du fuselage. Leur champ principal assure lévitation et stabilisation active. Même en cas de perte totale de l’alimentation extérieure du tunnel, l’interaction inductive avec les enroulements passifs formant les « rails » maintient la sustentation par effet de miroir magnétique.
La commande de stabilisation est hiérarchisée :
- boucle passive, à l’échelle de la microseconde : le couplage inductif entre supraconducteurs et enroulements du tunnel produit automatiquement une force de rappel à chaque écart, sans électronique ;
- boucle matérielle, de la microseconde à la milliseconde : des circuits spécialisés FPGA et ASIC détectent les déséquilibres et commutent les sections selon des algorithmes déterministes ;
- boucle logicielle, de la milliseconde à quelques dizaines de millisecondes : le calculateur embarqué, assisté par une IA limitée, répartit les courants entre sections supraconductrices pour compenser les dérives lentes et les déséquilibres locaux, sans exiger de réaction nanoseconde.
Cette architecture réagit aux perturbations en quelques millisecondes, avec une marge de plusieurs ordres de grandeur sur les besoins de stabilité d’une navette de 15 000 tonnes à vitesse hypersonique.
- Propulseurs principaux : propulseurs électromagnétiques à plasma de forte poussée.
- Principe : propulseurs magnétoplasmadynamiques ou à plasma à impulsion spécifique variable, de type VASIMR, alimentés par le réacteur embarqué.
- Poussée : jusqu’à 50–100 kN, soit 5–10 tonnes-force, en régime impulsionnel ; elle suffit aux corrections orbitales, à la désorbitation et aux transferts entre orbites.
- Ergol : réserve de xénon, d’argon ou d’hydrogène liquide, ce dernier servant aussi au refroidissement.
- Autonomie : l’IA embarquée calcule et exécute elle-même les manœuvres de rendez-vous avec les stations orbitales, de déchargement et de retour.
- Gestion thermique :
- radiateurs déployables : panneaux à boucle liquide ouverts dans l’espace pour rayonner dans le vide la chaleur excédentaire du réacteur et des équipements ;
- accumulateurs thermiques à changement de phase : éléments critiques placés dans le nez et les points sensibles. Ils absorbent les pointes de plusieurs mégajoules pendant la traversée de l’atmosphère au départ et au retour, puis cèdent lentement cette chaleur par les radiateurs dans l’espace ou au milieu environnant dans l’océan ;
- refroidissement actif : circuit fermé à hélium ou hydrogène liquide pour refroidir d’urgence le bouclier thermique et les éléments critiques en vol.
- Redondance et sûreté : commandes du réacteur doublées, circuits de refroidissement indépendants et moyens d’urgence pour dissiper la chaleur. La conception reste sûre dans tous les scénarios, y compris une chute dans l’océan.
Systèmes autonomes d’amerrissage et de navigation maritime
Après l’amerrissage dans la zone prévue de l’Atlantique, la navette devient un navire entièrement autonome. Elle utilise :
- propulsion marine : deux propulseurs azimutaux rétractables ou deux hydrojets, très manœuvrables à faible vitesse ;
- énergie en mer : le réacteur nucléaire ou de fusion embarqué alimente à faible régime les propulseurs et les systèmes de bord. Son cœur permet plusieurs mois de navigation autonome ;
- navigation et communications : navigation satellitaire GPS/GLONASS et inertielle, radars et lidars pour surveiller la surface, plus une liaison robuste par satellites géostationnaires ;
- freinage final : juste avant le contact, la vitesse résiduelle de 100–150 km/h est réduite par un petit parachute de freinage, qui stabilise et amorce la décélération, puis par une brève impulsion des propulseurs principaux à plasma pour régler précisément la vitesse verticale. Le parachute est largué après l’amerrissage ;
Grâce à cette configuration, la navette rejoint seule son port d’attache ou un remorqueur sans assistance immédiate. Elle tient la mer par gros temps, effectue de longues traversées et gagne le dock prévu pour l’entretien : le véhicule spatial devient alors un navire robotisé.
AstroLiner-S : version initiale simplifiée
Aux premières étapes de StarRoad, une version initiale de la navette, AstroLiner-S — pour Simplified / Start — fournit une configuration de base techniquement simplifiée et plus prudente en exploitation.
Cette variante reste pleinement fonctionnelle, mais simplifie l’énergie et les systèmes. Elle est destinée à la mise en service initiale, aux premiers lancements de fret et d’équipages, ainsi qu’à une réduction progressive des risques techniques, opérationnels et réglementaires.
- Principe d’AstroLiner-S : reprendre le paradigme fondamental de StarRoad — traverser l’atmosphère par inertie — sans source nucléaire ou de fusion à bord, tout en conservant exactement les dimensions et la masse de lancement de la version principale.
Toutes les opérations exigeant une puissance extrême — accélération, lévitation et stabilisation dans le tunnel — sont entièrement prises en charge par l’infrastructure au sol.
AstroLiner-S est :
- un véhicule de transport autonome ;
- entièrement réutilisable ;
- capable d’atteindre l’orbite, de la quitter et de revenir par ses propres moyens ;
- propulsé exclusivement par des moteurs chimiques hors du tunnel ;
- dépourvu de toute source embarquée de rayonnement ionisant de forte puissance.
- Énergie et supraconducteurs : la configuration AstroLiner-S supprime entièrement :
- les groupes nucléaires et de fusion ;
- les risques radiologiques, thermiques et accidentels qui leur sont associés ;
- les scénarios de contamination irréversible du tunnel et des sections du portail.
Les éléments supraconducteurs de lévitation, de stabilisation et d’interaction avec la voie :
- sont préchargés en courant avant le départ ;
- sont placés en régime persistant ;
- sont isolés les uns des autres et commandés à bord.
Des batteries et des accumulateurs inertiels à volant alimentent l’électronique, la commande et les protections pendant tout le cycle d’accélération dans le tunnel, avec une marge temporelle.
Pendant l’accélération, la commande active des boucles supraconductrices se limite à de faibles courants correctifs et aux modes d’urgence ; aucune source continue de forte puissance n’est donc nécessaire à bord.
En orbite, des panneaux solaires repliables constituent la source active d’électricité.
- Propulsion hors du tunnel
Toutes les opérations orbitales d’AstroLiner-S utilisent une propulsion chimique.
La navette reçoit :
- des moteurs chimiques principaux de poussée moyenne, de type LOX/LH₂ ou LOX/LCH₄ ;
- des systèmes redondants de contrôle d’attitude et d’urgence (RCS).
La propulsion permet :
- d’achever l’insertion sur l’orbite visée après la sortie de l’atmosphère ;
- de corriger les paramètres orbitaux ;
- de se désorbiter ;
- d’effectuer une rentrée contrôlée et de revenir.
L’absence de propulsion électrique et magnétoplasmique dans cette version découle de l’absence d’une source électrique embarquée de forte puissance ; elle ne constitue pas une limite de l’architecture StarRoad dans son ensemble.
- Retour et réemploi
AstroLiner-S peut :
- se désorbiter de façon autonome ;
- effectuer une rentrée atmosphérique contrôlée à faible pente ;
- planer aérodynamiquement ;
- amerrir au moyen de ses ailes et du système de parachutes-ailes.
L’absence de réacteur simplifie fortement :
- l’exploitation maritime ;
- l’entretien courant ;
- la remise en état après un amerrissage imprévu.
- Rôle d’AstroLiner-S dans le développement de StarRoad
AstroLiner-S est envisagé comme :
- la première version produite en série de la navette StarRoad ;
- une plate-forme permettant d’accumuler des données sur les lancements et les défaillances ;
- un moyen de mettre le système en service plus tôt ;
- le transport de base de la première infrastructure orbitale.
Avec l’avancement du projet, l’apparition de sources compactes de forte puissance et l’expérience d’exploitation, AstroLiner-S pourra être progressivement complété ou remplacé par l’AstroLiner intégral, doté de groupes de puissance embarqués et de propulseurs électromagnétiques à plasma.
AstroLiner-S n’est donc pas un compromis, mais un premier échelon logique : il permet d’exploiter StarRoad plus tôt, plus sûrement et avec moins de risques systémiques sans modifier l’architecture fondamentale de la ligne.
Fonction et principe
Le projet comprend une infrastructure énergétique et climatique intégrée, propre à StarRoad et de classe gigawatt, fondée sur une technologie modifiée de systèmes géothermiques stimulés (EGS). Le fluide de travail est du dioxyde de carbone supercritique (sCO₂) obtenu par captage direct dans l’air (DAC). Le système remplit trois fonctions critiques : 1) piloter activement le champ thermique géothermique pour stabiliser la température du tunnel d’accélération ; 2) produire une électricité de base ; 3) retirer durablement du CO₂ de l’atmosphère.
Architecture souterraine du système géothermique autonome d’énergie thermique
Afin de garantir stabilité thermique, autonomie énergétique et longévité, chaque tunnel d’accélération est accompagné de sept tunnels de service de petit diamètre. Ensemble, ils forment le système géothermique autonome d’énergie thermique, ci-après « système géothermique autonome » :
- Six tunnels collecteurs et énergétiques principaux de 2 m de diamètre. Ils se trouvent 30 m sous le radier du tunnel d’accélération, avec un entraxe régulier de 7 m. Ils fonctionnent par paires en circulation réversible de CO₂ supercritique fortement sous-refroidi à +5 °C. Cette disposition forme, sous toute la section de l’accélérateur, une dalle rocheuse refroidie continue de plus de 15 m d’épaisseur, sans pont thermique.
- Un tunnel technique de service de 3 m de diamètre. Situé au même niveau que l’accélérateur et décalé latéralement de 3 m, il donne un accès permanent au diagnostic et à la réparation sans interrompre le trafic. Les tunnels du système géothermique autonome résistent simultanément à une pression interne allant jusqu’à 25 MPa, à la pression des terrains et aux charges dynamiques. Une flotte entièrement robotisée de microtunneliers creuse les sept ouvrages. Le système sépare physiquement et fonctionnellement l’infrastructure énergétique de l’infrastructure de transport, ce qui assure une fiabilité et une maintenabilité exceptionnelles.
Refroidissement et canal magistral hydrothermal
- Circuit de refroidissement profond. Sous l’accélérateur, les tunnels collecteurs du système géothermique autonome font circuler un fluide à base de CO₂ sous forme dense à haute pression ou supercritique. En régime normal à basse température, le flux froid entre dans les collecteurs à environ +5…+15 °C. Après avoir absorbé la chaleur géothermique, le CO₂ peut dépasser +100 °C selon la profondeur, le flux thermique de la roche et le régime de production électrique. Le circuit évacue cette chaleur, crée une zone refroidie sous le tunnel principal et permet de construire en sécurité à quelque 5–8 km de profondeur.
- Canal magistral hydrothermal. Construit parallèlement à la voie StarRoad, à la route de service, à la ligne électrique et aux communications, ce canal relie les terminaux en un système unique d’évacuation thermique de surface.
Le canal mesure environ 5–8 m de large et 2–3 m de profondeur. Plusieurs conduites serpentines indépendantes à haute pression reposent sur son fond et transportent le CO₂ entre terminaux voisins. L’eau sert de tampon thermique et de caloporteur intermédiaire.
Après les turbines, échangeurs ou compresseurs, le CO₂ pénètre dans les serpentins à environ +50…+80 °C. Sur une section d’environ 50 km entre deux terminaux, il cède sa chaleur à l’eau et se refroidit à quelque +22…+35 °C selon la saison, l’humidité, l’intensité des pluies, le rayonnement nocturne vers le ciel et le régime du canal.
En fonctionnement normal, l’eau du canal est maintenue autour de +22…+32 °C et atteint localement +35…+45 °C dans les sections chaudes. Près de l’entrée du flux chaud, elle peut brièvement monter à +50…+80 °C, ce qui peut réduire une partie de l’activité biologique, mais ne la rend pas potable sans traitement.
Des couvertures sélectives légères surmontent le canal : elles réfléchissent le rayonnement solaire tout en laissant la chaleur s’évacuer dans l’infrarouge.
- Refroidissement aux terminaux. Chaque terminal dispose de tours aéroréfrigérantes, échangeurs, pompes, compresseurs d’appoint, turbodétendeurs et groupes frigorifiques de secours. En régime normal, le canal rejette passivement la majeure partie de la chaleur à basse température.
Les tours aéroréfrigérantes et échangeurs terminaux font passer le CO₂, après le canal, d’environ +22…+35 °C à +15…+25 °C. Si nécessaire, les groupes frigorifiques de secours l’abaissent à −5…+5 °C avant les collecteurs profonds. Ils servent aux pointes, aux urgences ou aux saisons défavorables, non au régime principal continu.
- Compression d’appoint et turbodétente. Le CO₂ refroidi arrive au terminal suivant sous pression accrue. Il peut ensuite traverser un turbodétendeur, qui récupère une partie du travail de compression et abaisse encore la température par détente, jusqu’à environ −10…+5 °C selon la pression, le débit et l’état de phase recherché.
Le CO₂ entre ensuite dans les collecteurs géothermiques à la température, à la pression et dans l’état de phase requis. Ce cycle ne crée pas d’énergie gratuite : le compresseur fournit du travail, le canal rejette la chaleur de compression et le turbodétendeur ne récupère qu’une partie de l’énergie dépensée. Le gain utile est un fluide plus froid qui sollicite moins la réfrigération active.
- Redondance et circulation bidirectionnelle. Les serpentins sont doublés et réversibles. Si un circuit est endommagé, le débit est reporté vers une conduite de secours ou un terminal voisin. Le sens du CO₂ varie avec la charge thermique, l’état d’urgence et la disponibilité des sections.
- Maintenabilité. Des vannes segmentent le canal environ tous les kilomètres. En cas d’endommagement, le segment est isolé, pompé jusqu’au niveau technique minimal ou partiellement asséché. Après dépressurisation, équipes ou robots accèdent aux serpentins sans arrêter toute la ligne. Pendant les travaux, les circuits de réserve, l’inversion du débit, les échanges renforcés dans les terminaux voisins et l’activation temporaire des groupes frigorifiques maintiennent le refroidissement.
- Fonction hydrique limitée. À titre secondaire, une pente régulière d’est en ouest permet au canal d’entretenir un lent écoulement gravitaire, de rincer ses sections et de rejeter l’excédent de façon contrôlée.
Les pluies équatoriales nocturnes peuvent alimenter le canal par des bassins versants, décanteurs, filtres et déversoirs. Comme l’eau n’entre jamais en contact direct avec le CO₂, un traitement local permet de l’employer pour une irrigation limitée, les besoins techniques des terminaux, les réserves incendie et les ceintures végétales de protection.
Cette fonction reste secondaire : aucun prélèvement ne doit compromettre la mission première du canal, à savoir refroidir le CO₂ et maintenir la stabilité thermique du système géothermique autonome.
- Rôle pour StarRoad. Collecteurs profonds, canal hydrothermal, refroidisseurs terminaux, tours aéroréfrigérantes, compresseurs d’appoint, turbodétendeurs et groupes frigorifiques de secours forment un système distribué unique de gestion thermique. Il réduit la dépendance aux machines frigorifiques locales, améliore la tolérance aux pannes, redistribue les flux thermiques entre terminaux et rend plus réaliste la construction profonde de l’accélérateur.
Le refroidissement de surface renforce aussi le rôle économique de StarRoad : une bande linéaire de terminaux, routes de service, nœuds énergétiques, canal, zones industrielles et terres agricoles irriguées se développe le long du tracé.
Intégration aux tunnels techniques et aux terminaux de surface
- Intégration au système géothermique autonome. Des tunnels collecteurs sont percés 10 à 20 m plus bas sous chaque accès incliné. Ils servent à précongeler et stabiliser la roche pendant le chantier, puis à produire de l’énergie.
- Complexe terminal de surface. Chaque tunnel incliné aboutit à un terminal multifonction. Chacun des 40 terminaux constitue un nœud indépendant comprenant :
- un ensemble de ventilation et d’épuration des gaz pour maintenir l’air du tunnel et en extraire l’air vicié ;
- une base de chantier avec des zones de dépôt, de transbordement et de stockage temporaire des modules, déblais et matériaux ;
- un bâtiment d’exploitation et de vie pour les équipes postées, avec salles de contrôle, salles de repos, ateliers et magasins ;
- une centrale géothermique et des installations de refroidissement intégrées au réseau géothermique autonome, qui utilisent et pilotent le caloporteur des collecteurs profonds ;
- une station de captage et de traitement du CO₂ par captage direct dans l’air (DAC), qui ferme le cycle : le CO₂ extrait est liquéfié, purifié puis injecté comme caloporteur dans les collecteurs profonds ;
- un raccordement aux réseaux extérieurs d’électricité et de télécommunications, assurant alimentation de secours et liaison à haut débit.
Importance stratégique
Au-delà de l’énergie et de la stabilisation thermique, le système rend possible un tunnel d’accélération principal très profond — 5 à 8 km ou davantage — dans des conditions sûres et économiques. La maîtrise active du champ thermique et l’extraction de la chaleur géothermique lèvent les limites de température qui interdiraient autrement cette profondeur. Il devient alors possible de construire la géométrie en S optimale, à grands rayons, nécessaire pour remonter progressivement et faire sortir la navette sous un angle de 5 à 6° tout en maintenant les accélérations du fret et de l’équipage autour de 4 g sur 2 050 km. Le système géothermique autonome fonde donc non seulement l’énergie, mais toute l’optimisation balistique de StarRoad. Une flotte entièrement robotisée de microtunneliers creuse l’ensemble.
Puissance et échelle
- Coût d’une centrale de 2,5 GW : 2,0 à 3,0 milliards de dollars.
- Coût de 40 centrales : 80 à 120 milliards de dollars.
Cette estimation est encadrée par le coût bas observé pour des centrales géothermiques russes — environ 650 $/kW d’après les données d’Itouroup — et le coût haut des projets complexes, autour de 1 500 $/kW.
Le calcul retient l’estimation haute de 100 GW pour la puissance totale du système géothermique autonome. La puissance réellement disponible ne pourra être évaluée qu’après la reconnaissance géologique et pourrait être bien moindre, jusqu’à quelques gigawatts seulement. Les fonds libérés seraient alors affectés à d’autres moyens de production.
Fonctions environnementales et régionales
StarRoad adopte un modèle de contribution environnementale active. Le projet devient le plus grand consommateur fixe de CO₂ atmosphérique au monde : sous forme supercritique, ce gaz reste en permanence le fluide de travail du circuit géothermique fermé. Des millions de tonnes sont retirées du cycle atmosphérique et enfermées dans le circuit industriel pendant des siècles. StarRoad devient ainsi un puissant outil d’ingénierie climatique capable de compenser les émissions carbonées de secteurs industriels entiers.
Le canal magistral hydrothermal n’est pas seulement un élément du refroidissement géothermique ; c’est aussi une infrastructure transcontinentale à double usage qui profite à la région :
- irrigation : des vannes de dérivation rendent l’eau disponible pour les terres agricoles voisines et contribuent à former une « ceinture verte » africaine dans les zones sèches ;
- alimentation naturelle : les pluies équatoriales fréquentes remplissent automatiquement le canal ;
- écoulement gravitaire : la pente naturelle, de 3 400 m à l’est à 0 m à l’ouest, fait circuler l’eau sans pompage et assure ainsi une circulation sans dépense d’énergie ;
- microcentrales hydroélectriques : le dénivelé du canal permet une cascade de petites centrales fournissant une énergie renouvelable supplémentaire aux réseaux locaux et au système lui-même.
StarRoad devient ainsi une plate-forme non seulement de transport, mais aussi agroénergétique, intégrée au développement durable régional.
Le système géothermique autonome et son réseau de centrales fournissent un excédent d’énergie « verte » à l’accélérateur, mais aussi aux villes, industries et exploitations agricoles proches.
Réseau de tunnels techniques latéraux perpendiculaires
Pour la construction, la ventilation, la maintenance et l’évacuation, 40 tunnels de transport inclinés sont creusés tous les 50 km. Leur pente est de 30°, leur section elliptique d’environ 17,5 × 12,5 m, et ils peuvent atteindre 8 km de profondeur. Les mêmes tunneliers que pour le tunnel principal relient ainsi la surface à la ligne.
- Logistique : ils offrent au personnel et à l’équipage une voie d’évacuation indépendante lors d’un arrêt d’urgence Alarm-2. Contrairement à un puits vertical, un tunnel incliné permet à des véhicules autonomes d’évacuer plusieurs dizaines de personnes en un seul trajet.
- Sécurité : ils constituent une seconde voie d’évacuation indépendante pour le personnel et l’équipage lors d’un arrêt d’urgence Alarm-2.
- Évolutivité : les tunnels inclinés préparent le raccordement de futures lignes StarRoad parallèles. Des branches horizontales pourront partir de ces accès vers de nouveaux accélérateurs, transformant le réseau en ossature de transport extensible.
- Intégration au système géothermique autonome : sous chaque tunnel incliné, des collecteurs sont creusés 10 à 20 m plus bas pour précongeler et stabiliser la roche pendant le chantier, puis produire de l’énergie.
Complexe terminal de surface
Chaque tunnel incliné aboutit à un terminal multifonction de surface. Chacun des 40 terminaux constitue un nœud indépendant comprenant :
- un ensemble de ventilation et d’épuration des gaz pour maintenir l’air du tunnel et en extraire l’air vicié ;
- une base de chantier avec des zones de dépôt, de transbordement et de stockage temporaire des modules, déblais et matériaux ;
- un bâtiment d’exploitation et de vie pour les équipes postées, avec salles de contrôle, salles de repos, ateliers et magasins ;
- une centrale géothermique et des installations de refroidissement intégrées au réseau géothermique autonome, qui utilisent et pilotent le caloporteur des collecteurs profonds ;
- une station de captage et de traitement du CO₂ par captage direct dans l’air (DAC), qui ferme le cycle : le CO₂ extrait est liquéfié, purifié puis injecté comme caloporteur dans les collecteurs profonds ;
- un raccordement aux réseaux extérieurs d’électricité et de télécommunications, assurant alimentation de secours et liaison à haut débit ;
- des accès routiers ou ferroviaires au réseau régional ;
- un point d’évacuation en surface doté d’un poste médical d’urgence et d’une hélisurface.
Souplesse juridique et environnementale
La géométrie inclinée permet de placer les terminaux hors des espaces protégés — parcs nationaux, réserves et bassins versants — même lorsque StarRoad passe très en dessous. Elle lève le principal obstacle juridique au franchissement souterrain de ces zones, puisqu’aucune infrastructure n’a besoin d’être construite dans leurs limites. Chaque terminal occupe la parcelle non protégée la plus proche et rejoint la ligne par un puits incliné, ce qui simplifie les autorisations, réduit l’empreinte environnementale et supprime tout impact direct sur les écosystèmes protégés.
Alimentation et stockage de l’énergie
Le réseau d’alimentation de l’accélérateur StarRoad possède trois niveaux afin d’assurer :
- une redondance garantie, la panne d’un élément isolé n’entraînant pas l’arrêt ;
- une vitesse de décharge adaptative, de plusieurs secondes au départ à quelques microsecondes en fin de ligne ;
- des câbles de puissance aussi courts que possible, afin de réduire pertes et inductance.
Niveaux de la topologie
Niveau 0 : stockages primaires aux terminaux
- Les 40 terminaux disposent chacun d’un parc de stockages gravitaires, de stations de transfert d’énergie par pompage — microcentrales hydroélectriques sur le canal — et de batteries lithium-ion (BESS).
- Capacité totale par terminal : environ 5–9 GWh, soit environ 360 GWh pour toute la ligne.
- Sortie : courant continu haute tension jusqu’à 100 kV, transmis au tunnel technique par des câbles principaux.
Niveau 1 : contrôleurs des segments de 50 km
- Le tracé est divisé en 41 segments de 50 km, le dernier couvrant les 50 km qui précèdent le portail.
- Chaque segment possède un contrôleur principal de distribution alimenté par deux terminaux voisins, ce qui assure une redondance croisée.
- Ce contrôleur répartit l’énergie entre des blocs énergétiques de 1 km chacun et synchronise leur fonctionnement.
Niveau 2 : blocs énergétiques kilométriques
Chaque bloc kilométrique possède un contrôleur local qui :
- reçoit l’énergie du contrôleur de segment ;
- commande les batteries tampons lithium-ion placées sous les parois du tunnel principal ;
- commande les ensembles d’enroulements commutables raccordés par des volants d’inertie et des supercondensateurs, installés dans des niches derrière les parois.
Deux voies indépendantes relient le contrôleur de segment à chaque bloc kilométrique et assurent la redondance.
Architecture des chemins de câbles
- Câbles principaux, niveau 0→1 : ils sont posés dans le tunnel technique de 3 m qui longe le tunnel principal à 3 m de distance.
- Distribution le long du tracé : depuis chaque terminal, les câbles partent sur 50 km dans chaque direction, soit 100 km au total, et recouvrent les zones des terminaux voisins. Chaque segment reçoit donc l’énergie d’au moins deux terminaux, pour une redondance de 100 %.
- Entrée dans le tunnel principal : tous les kilomètres, les câbles passent du tunnel technique au tunnel principal par des traversées étanches et rejoignent le contrôleur du bloc kilométrique.
- Distribution dans le bloc : après le contrôleur, l’alimentation se divise en deux voies parallèles :
- voie A : batteries tampons lithium-ion d’environ 0,5–1 GWh par bloc, qui lissent les pointes de plusieurs secondes ;
- voie B : ensembles d’enroulements commutables alimentés par des volants d’inertie et des supercondensateurs installés derrière les parois du tunnel.
Adaptation de la vitesse de décharge en trois zones
Le profil d’accélération est optimisé de façon que la puissance de pointe demandée à un ensemble d’enroulements soit maximale au début, où les impulsions très courtes ne sont pas nécessaires, puis diminue vers la fin. Chaque zone peut donc employer un stockage et une commutation adaptés :
| Zone | Section du tracé | Caractère de la décharge | Stockage / commutation | Justification |
|---|---|---|---|---|
| Zone I — basse vitesse | 0–200 km | Secondes à millisecondes | Batteries lithium-ion et onduleurs IGBT standard | La navette est encore lente et met plus de 0,1 s à parcourir un kilomètre. Les batteries BESS peuvent alimenter directement la voie, sans tampon supplémentaire. |
| Zone II — vitesse moyenne | 200–1 000 km | Millisecondes à microsecondes | Batteries lithium-ion tampons, volants d’inertie et onduleurs SiC | La navette accélère ; la commutation doit être plus rapide, mais les volants mécaniques restent utilisables. |
| Zone III — grande vitesse | 1 000–2 000 km | Impulsions de l’ordre de la microseconde | Supercondensateurs et interrupteurs rapides à thyristors GTO/IGCT | Le temps de parcours d’un kilomètre tombe à 0,09 s. Seuls les supercondensateurs à réponse nanoseconde peuvent stabiliser l’impulsion. |
Point important : l’énergie requise par kilomètre est plus faible en zone III qu’en zone I, car l’accélération diminue. La charge sur les composants baisse donc malgré les exigences accrues de vitesse de décharge.
Redondance et tenue aux incidents
- Contrôleurs doublés : chaque contrôleur de segment et de kilomètre possède une réserve chaude, soit deux cartes identiques avec alimentations indépendantes.
- Alimentation croisée : chaque bloc kilométrique peut être alimenté non seulement par son propre contrôleur de segment, mais aussi par les contrôleurs voisins au moyen de câbles de réserve dans le tunnel technique.
- Redondance locale des enroulements : chaque bloc kilométrique possède trois ensembles indépendants utilisés à tour de rôle. Si l’un est endommagé, les deux autres poursuivent l’accélération avec un rendement moindre, mais sans arrêt.
- Coupure d’urgence : en cas de court-circuit ou de surchauffe, le contrôleur kilométrique coupe son bloc et l’isole au moyen de portes inter-sections, sans affecter les blocs voisins.
Réalisation matérielle et synthèse
| Élément | Emplacement | Fonction |
|---|---|---|
| Stockages primaires | En surface, dans les terminaux | Stockage d’énergie de longue durée, 360 GWh. |
| Câbles principaux | Tunnel technique de 3 m | Transport redondant de l’énergie des terminaux vers les segments. |
| Contrôleurs de segment | Niches du tunnel principal tous les 50 km | Répartition de l’énergie entre 10 blocs kilométriques et synchronisation. |
| Batteries tampons lithium-ion | Sous les parois du tunnel principal | Lissage des pointes de plusieurs secondes dans les zones I et II. |
| Volants d’inertie | Derrière les parois du tunnel, en zone II | Tampon pour les impulsions de l’ordre de la milliseconde. |
| Supercondensateurs | Derrière les parois du tunnel, en zone III | Stabilisation à la microseconde et compensation des creux. |
| Contrôleurs locaux kilométriques | Dans des niches tous les kilomètres | Commande de la commutation des enroulements, surveillance de l’état et gestion des tampons. |
| Enroulements de l’accélérateur | Surface intérieure du tunnel | Création du champ magnétique progressif qui accélère la navette. |
Avantages de l’architecture énergétique
- Répartition progressive de la charge. La puissance de pointe n’est jamais demandée simultanément sur toute la longueur : impulsions lentes au début, brèves mais moins puissantes à la fin.
- Redondance à tous les niveaux. La panne d’un terminal, d’un contrôleur ou même d’un segment entier de 50 km n’arrête pas le système : les terminaux et segments voisins compensent l’énergie manquante.
- Souplesse d’extension. Ajouter des lignes StarRoad parallèles ne demande pas de reconstruire le système énergétique ; il suffit de poser des câbles principaux supplémentaires dans le tunnel technique existant.
- Optimisation des coûts. Les supercondensateurs et volants d’inertie coûteux ne sont employés que dans les dernières sections où ils sont nécessaires ; les batteries lithium-ion moins chères suffisent au début du tracé.