Fusée
Dimanche le 13 septembre 2020
"Dans le domaine spatial, le terme fusée est souvent remplacé par lanceur. Son rôle est de transporter une charge au-delà de l'atmosphère et de lui donner une vitesse suffisante pour le mettre soit en orbite autour de la Terre, soit l'envoyer dans les confins de l'espace.
L'unique moyen actuel pour voyager dans l'espace est la propulsion par réaction."
Quitter la Terre? Partir en fusée? (Centre national d'études spatiales, Paris, Fr.)
"D'une manière schématique, les lanceurs spatiaux actuels sont constitués d'un ou de plusieurs systèmes propulsifs, de réservoirs, d'un système de guidage, d'organes de séparation et de sécurités et d'un volume réservé à la charge utile.
Quel que soit le nombre d'étages envisagés, la propulsion est la fonction centrale autour de laquelle se bâtit l'architecture du lanceur et, comme dans l'histoire de l'aéronautique, les progrès de l'astronautique y sont directement liés.
D'un point de vue technique, les contraintes liées au vide conduisent à employer la propulsion fusée.
Pour ce mode de propulsion, les technologies sont soumises à rudes épreuves (températures, pressions, vibrations, accélération). La difficulté et la complexité de la propulsion spatiale des lanceurs constituent dès lors un métier à part entière.
Il n'est ainsi pas étonnant de noter qu'en moyenne plus des deux tiers des problèmes survenant lors des lancements spatiaux dans le monde sont liés à la propulsion, ce qui illustre l'importance des efforts déployés partout pour maîtriser les technologies critiques associées.
Si beaucoup de voies sont explorées pour dépasser la propulsion à ergols chimiques, celle-ci semble devoir encore longtemps subvenir aux besoins de cette activité.
Avec Ariane sont réunis les 3 types principaux de propulsion spatiale: «propulsion solide» ou à poudre avec les deux moteurs P230 de 560 tonnes de poussée pour Ariane 5; propulsion «Stockable» avec les premier et deuxième étage d'Ariane 4 et enfin la propulsion liquide à hydrogène et oxygène liquide pour le troisième étage d'Ariane 4 (moteur HM7), et pour Ariane 5, l'étage principal (moteur Vulcain) et l'étage supérieur haute performance ( moteur Vinci).
À l'heure actuelle tous les lanceurs, consommables ou semi-réutilisables (navette), sont basés exclusivement sur ces moteurs classiques à propergols solides ou liquides. Pour le futur à très long terme, de nouveaux concepts de propulsion sont à l'étude et même en expérimentation, mais la «maturation» des nouvelles technologies nécessaires se traduira par d'importants et longs efforts qui, compte tenu de l'ampleur des moyens à mettre en oeuvre, impliqueront une large coopération internationale.
Les évolutions en cours sont centrées sur la fiabilité et la diminution des coûts de production."
Office parlementaire d'évaluation des choix scientifiques et technologiques, La politique spatiale française: bilan et perspectives. Rapport d'information 293 (2000-2001), 2 mai 2001. Rapporteur: Henri Revol (site du Sénat de la République française)
"À l'heure actuelle tous les systèmes de transport spatial dans le monde reposent sur l'utilisation de la propulsion fusée chimique solide ou liquide.
La propulsion solide
La propulsion solide (...) est caractérisée par une forte densité énergétique ; elle est particulièrement bien adaptée pour délivrer de très fortes poussées pendant des durées de une à deux minutes. Malgré des performances relativement modérées, son coût de production attractif par rapport à la propulsion liquide, en a généralisé l'utilisation pour la propulsion des lanceurs au décollage (moteurs d'appoint ou moteurs principaux). La propulsion solide permet également d'assurer toute la propulsion de petits ou moyens lanceurs multi-étages. Seule la Russie n'a pas développé de lanceurs spatiaux utilisant cette filière (à part un ou deux missiles reconvertis récemment en lanceurs spatiaux), ayant décidé à l'époque de l'URSS, de privilégier la performance au détriment des aspects économiques.
La propulsion solide va encore évoluer en se développant vers des systèmes bas coûts dans lesquels le coût de production sera réduit et la mise en oeuvre simplifiée. Sur Ariane 5 ces évolutions répondront aux enjeux de performances et de baisse des coûts.
La propulsion liquide
La propulsion liquide offre des performances plus élevées, tout particulièrement si on retient le mélange oxygène/hydrogène liquides (dit cryotechnique en raison des basses températures des ergols de -250°C). Ce dernier nécessite de maîtriser des problèmes complexes de mise en oeuvre, de stockage , de matériaux, de thermique, etc,... Seuls les États-Unis, la Russie et l'Europe maîtrisent et mettent en oeuvre régulièrement cette technologie. L'expérience européenne élaborée depuis les années 60, puis la mise en oeuvre sur Ariane 1 à 5, permet aux acteurs de ce continent d'envisager sérieusement une amélioration à la fois des performances et des coûts de développement comme de production.
La propulsion liquide classique, dite "stockable", va probablement s'orienter vers une recherche de propergols non toxiques et bon marché.
Enfin les moteurs à oxygène/hydrocarbure, qui présentent un bon compromis performances/coût, une mise en oeuvre assez aisée, un encombrement des réservoirs inférieur à celui des moteurs oxygène/hydrogène, peuvent continuer à se développer.
Dans ce domaine la Russie et dans une moindre mesure les États-Unis possèdent une avance considérable sur l'Europe qui a volontairement choisi de concentrer ses efforts sur la propulsion cryotechnique.
L'utilisation du méthane fait notamment l'objet de recherches à l'heure actuelle et présente l'avantage d'une performance supérieure à celle du kérosène et d'une mise en oeuvre connue au plan industriel.
Pour la propulsion d'étages supérieurs, divers propergols non toxiques sont expérimentés dans le but de simplifier les opérations de mise en oeuvre. On peut citer l'eau oxygénée, associée à l'alcool méthylique. (...)
La propulsion pour les véhicules réutilisables.
Pour le futur lointain, une idée communément répandue est qu'un accès "routinier" à l'espace, à faible coût, apparaîtra lorsqu'on aura su développer, un système de transport spatial réutilisable. De nombreux programmes ont été proposés et amorcés dans le passé (tout récemment le projet X33/Venture Star) et ont été abandonnés après avoir mesuré l'écart technologique qu'il faudra combler pour parvenir à des projets réalistes. La NASA engage néanmoins actuellement un programme "Space Launch Initiative" de 5 milliards € sur cinq années, pour identifier et développer les technologies nécessaires avant d'engager un programme de développement.
S'agissant des nouveaux systèmes de propulsion, notamment pour le transport spatial réutilisable, une voie prometteuse pour le moyen/long terme est d'associer des moteurs "aérobies" et fusée au sein de systèmes "combinés". L'utilisation de l'air comme oxydant durant la première phase du vol dans des turbo ou statoréacteurs permet de réduire la masse du véhicule au décollage.
Les défis techniques résident dans la réalisation de moteurs très légers, capables d'atteindre de très hautes vitesses dans l'atmosphère et donc soumis à de hautes températures.
La propulsion dans l'espace
Pour la propulsion dans l'espace, qu'il s'agisse de contrôle d'attitude de satellite ou de transfert interplanétaire, de nouveaux types de propulsion sont à l'étude ou en développement. La propulsion plasmique, notamment, qui accélère des ions dans un champ électrostatique généré à partir d'une source d'énergie électrique est actuellement en cours d'application sur des satellites de télécommunication, permettant d'augmenter soit leur masse utile, soit leur durée de vie. Comme on l'a vu c'est une voie très prometteuse.
D'autres systèmes envisagent l'utilisation de l'énergie solaire pour chauffer un fluide et l'éjecter au travers d'un système propulsif.
Pour les missions importantes, habitées ou non vers Mars, il semble que l'énergie nucléaire soit nécessaire pour réaliser des véhicules de tailles réalistes et capables d'effectuer des aller-retour dans des délais acceptables."
Office parlementaire d'évaluation des choix scientifiques et technologiques, La politique spatiale française: bilan et perspectives. Rapport d'information 293 (2000-2001), 2 mai 2001. Rapporteur: Henri Revol (site du Sénat de la République française)
L'unique moyen actuel pour voyager dans l'espace est la propulsion par réaction."
Quitter la Terre? Partir en fusée? (Centre national d'études spatiales, Paris, Fr.)
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"D'une manière schématique, les lanceurs spatiaux actuels sont constitués d'un ou de plusieurs systèmes propulsifs, de réservoirs, d'un système de guidage, d'organes de séparation et de sécurités et d'un volume réservé à la charge utile.
Quel que soit le nombre d'étages envisagés, la propulsion est la fonction centrale autour de laquelle se bâtit l'architecture du lanceur et, comme dans l'histoire de l'aéronautique, les progrès de l'astronautique y sont directement liés.
D'un point de vue technique, les contraintes liées au vide conduisent à employer la propulsion fusée.
Pour ce mode de propulsion, les technologies sont soumises à rudes épreuves (températures, pressions, vibrations, accélération). La difficulté et la complexité de la propulsion spatiale des lanceurs constituent dès lors un métier à part entière.
Il n'est ainsi pas étonnant de noter qu'en moyenne plus des deux tiers des problèmes survenant lors des lancements spatiaux dans le monde sont liés à la propulsion, ce qui illustre l'importance des efforts déployés partout pour maîtriser les technologies critiques associées.
Si beaucoup de voies sont explorées pour dépasser la propulsion à ergols chimiques, celle-ci semble devoir encore longtemps subvenir aux besoins de cette activité.
Avec Ariane sont réunis les 3 types principaux de propulsion spatiale: «propulsion solide» ou à poudre avec les deux moteurs P230 de 560 tonnes de poussée pour Ariane 5; propulsion «Stockable» avec les premier et deuxième étage d'Ariane 4 et enfin la propulsion liquide à hydrogène et oxygène liquide pour le troisième étage d'Ariane 4 (moteur HM7), et pour Ariane 5, l'étage principal (moteur Vulcain) et l'étage supérieur haute performance ( moteur Vinci).
À l'heure actuelle tous les lanceurs, consommables ou semi-réutilisables (navette), sont basés exclusivement sur ces moteurs classiques à propergols solides ou liquides. Pour le futur à très long terme, de nouveaux concepts de propulsion sont à l'étude et même en expérimentation, mais la «maturation» des nouvelles technologies nécessaires se traduira par d'importants et longs efforts qui, compte tenu de l'ampleur des moyens à mettre en oeuvre, impliqueront une large coopération internationale.
Les évolutions en cours sont centrées sur la fiabilité et la diminution des coûts de production."
Office parlementaire d'évaluation des choix scientifiques et technologiques, La politique spatiale française: bilan et perspectives. Rapport d'information 293 (2000-2001), 2 mai 2001. Rapporteur: Henri Revol (site du Sénat de la République française)
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"À l'heure actuelle tous les systèmes de transport spatial dans le monde reposent sur l'utilisation de la propulsion fusée chimique solide ou liquide.
La propulsion solide
La propulsion solide (...) est caractérisée par une forte densité énergétique ; elle est particulièrement bien adaptée pour délivrer de très fortes poussées pendant des durées de une à deux minutes. Malgré des performances relativement modérées, son coût de production attractif par rapport à la propulsion liquide, en a généralisé l'utilisation pour la propulsion des lanceurs au décollage (moteurs d'appoint ou moteurs principaux). La propulsion solide permet également d'assurer toute la propulsion de petits ou moyens lanceurs multi-étages. Seule la Russie n'a pas développé de lanceurs spatiaux utilisant cette filière (à part un ou deux missiles reconvertis récemment en lanceurs spatiaux), ayant décidé à l'époque de l'URSS, de privilégier la performance au détriment des aspects économiques.
La propulsion solide va encore évoluer en se développant vers des systèmes bas coûts dans lesquels le coût de production sera réduit et la mise en oeuvre simplifiée. Sur Ariane 5 ces évolutions répondront aux enjeux de performances et de baisse des coûts.
La propulsion liquide
La propulsion liquide offre des performances plus élevées, tout particulièrement si on retient le mélange oxygène/hydrogène liquides (dit cryotechnique en raison des basses températures des ergols de -250°C). Ce dernier nécessite de maîtriser des problèmes complexes de mise en oeuvre, de stockage , de matériaux, de thermique, etc,... Seuls les États-Unis, la Russie et l'Europe maîtrisent et mettent en oeuvre régulièrement cette technologie. L'expérience européenne élaborée depuis les années 60, puis la mise en oeuvre sur Ariane 1 à 5, permet aux acteurs de ce continent d'envisager sérieusement une amélioration à la fois des performances et des coûts de développement comme de production.
La propulsion liquide classique, dite "stockable", va probablement s'orienter vers une recherche de propergols non toxiques et bon marché.
Enfin les moteurs à oxygène/hydrocarbure, qui présentent un bon compromis performances/coût, une mise en oeuvre assez aisée, un encombrement des réservoirs inférieur à celui des moteurs oxygène/hydrogène, peuvent continuer à se développer.
Dans ce domaine la Russie et dans une moindre mesure les États-Unis possèdent une avance considérable sur l'Europe qui a volontairement choisi de concentrer ses efforts sur la propulsion cryotechnique.
L'utilisation du méthane fait notamment l'objet de recherches à l'heure actuelle et présente l'avantage d'une performance supérieure à celle du kérosène et d'une mise en oeuvre connue au plan industriel.
Pour la propulsion d'étages supérieurs, divers propergols non toxiques sont expérimentés dans le but de simplifier les opérations de mise en oeuvre. On peut citer l'eau oxygénée, associée à l'alcool méthylique. (...)
La propulsion pour les véhicules réutilisables.
Pour le futur lointain, une idée communément répandue est qu'un accès "routinier" à l'espace, à faible coût, apparaîtra lorsqu'on aura su développer, un système de transport spatial réutilisable. De nombreux programmes ont été proposés et amorcés dans le passé (tout récemment le projet X33/Venture Star) et ont été abandonnés après avoir mesuré l'écart technologique qu'il faudra combler pour parvenir à des projets réalistes. La NASA engage néanmoins actuellement un programme "Space Launch Initiative" de 5 milliards € sur cinq années, pour identifier et développer les technologies nécessaires avant d'engager un programme de développement.
S'agissant des nouveaux systèmes de propulsion, notamment pour le transport spatial réutilisable, une voie prometteuse pour le moyen/long terme est d'associer des moteurs "aérobies" et fusée au sein de systèmes "combinés". L'utilisation de l'air comme oxydant durant la première phase du vol dans des turbo ou statoréacteurs permet de réduire la masse du véhicule au décollage.
Les défis techniques résident dans la réalisation de moteurs très légers, capables d'atteindre de très hautes vitesses dans l'atmosphère et donc soumis à de hautes températures.
La propulsion dans l'espace
Pour la propulsion dans l'espace, qu'il s'agisse de contrôle d'attitude de satellite ou de transfert interplanétaire, de nouveaux types de propulsion sont à l'étude ou en développement. La propulsion plasmique, notamment, qui accélère des ions dans un champ électrostatique généré à partir d'une source d'énergie électrique est actuellement en cours d'application sur des satellites de télécommunication, permettant d'augmenter soit leur masse utile, soit leur durée de vie. Comme on l'a vu c'est une voie très prometteuse.
D'autres systèmes envisagent l'utilisation de l'énergie solaire pour chauffer un fluide et l'éjecter au travers d'un système propulsif.
Pour les missions importantes, habitées ou non vers Mars, il semble que l'énergie nucléaire soit nécessaire pour réaliser des véhicules de tailles réalistes et capables d'effectuer des aller-retour dans des délais acceptables."
Office parlementaire d'évaluation des choix scientifiques et technologiques, La politique spatiale française: bilan et perspectives. Rapport d'information 293 (2000-2001), 2 mai 2001. Rapporteur: Henri Revol (site du Sénat de la République française)