La conquête de l’Espace (8)

3 Septembre 2012 , Rédigé par momo Publié dans #Conquête de l'Espace

Les pionniers : 1^ères fusées (6)

Ce qu’il faut savoir, les bases, un minimum de connaissances sur les fusées, comment ça marche, etc…

Savoir notamment ce qu’est l’impulsion spécifique d’un ergol, comment la calculer. Pour les matheux, vous pouvez même, vous-même, calculer avec les équations indiquées, la fusée à construire pour telle masse de charge utile, telle orbite ou telle planète à atteindre et avec quels ergols.

http://www.suntrek.org/solar-spacecraft/satellites-rockets/how-rockets-work.shtml

http://fr.wikipedia.org/wiki/Moteur-fus%C3%A9e_%C3%A0_ergols_liquides

http://fr.wikipedia.org/wiki/Propulsion_%C3%A0_propergol_solide

http://fr.wikipedia.org/wiki/Moteur-fus%C3%A9e

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fus%C3%A9e

http://fr.wikipedia.org/wiki/Propulsion_spatiale

Outre les sources ci-dessus (+ celles que vous trouverez vous-mêmes), voici quelques extraits d’un petit livret édité en 1966 et qui fut pour moi et reste toujours une base de départ plus que valable pour comprendre cette technologie des fusées indispensable pour aller plus loin dans l’astronautique.

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Schéma 1 : coupe d’une fusée à poudre montrant sa disposition à l’intérieur et celle des ≠ poudres utilisées.

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Schéma 2 : plan d’un banc d’essai de moteur-fusée, ici à carburant liquide.

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Schéma 3 : vue d’un moteur à ergols liquides où l’on voit ces derniers utilisés pour le refroidissement de la tuyère.

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Schéma 4 : Très important schéma (ici une fusée Thor militaire) où l’on voit les devis de poids : les ergols ne représentent pas moins de 91.75 % du poids total, ce qui est énorme. On comprend ainsi pourquoi, le poids de la carcasse (+ moteurs et système de guidage) étant une quasi constante, même une économie de 5 % de carburant grâce à l’effet de fronde gravitationnelle que l’on recherche dans les missions interplanétaires est importante puisque dans ce schéma, la charge utile représente 3.67 %. Et il s’agit d’un poids important pour cette fusée moyenne, les 1^ères bombes H n’étant pas ce que l’on puisse dire légère.

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Schéma 5 : Détails d’une fusée à ergols liquides, bien plus complexe que celle à poudre su schéma 1, mais à l’impulsion spécifique bien supérieure, indispensable pour atteindre même notre proche voisine la Lune.

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Schéma 6 : Autre très important schéma qui montre l’autre grande chose importante qu’est l’intérêt de la fusée à étage. Ici, l’on compare 2 fusées, l’une à 1 étage, l’autre à 2 et disposant d’une charge utile et d’ergols de même poids. La carcasse (+ moteurs et système de guidage) est même plus lourde dans le cas de la fusée à étage vu qu’il y a 2 moteurs et 2 systèmes de guidage. Et bien malgré cela, la portée de la fusée à étage est presque… double.

C’est ce que démontrait l’équation de Tsiolkovski : http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89quation_de_Tsiolkowski

On construira ainsi des fusées à 3 et même 4 étages (cas de la Scout américaine par exemple). Plus d’étages par contre avec plus de moteurs et de systèmes de guidage fait repasser l’équation de l’autre côté. La Scout est d’ailleurs une exception due à sa simplicité et donc au poids moindre de sa carcasse (+ moteurs et système de guidage) due au fait que les 4 étages sont tous à poudre.

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Schéma 7 : Altitude comparée atteintes par différentes fusées, elles-mêmes comparées à l’altitude orbitale des 1^ers satellites.

A noter que seule Vanguard, Thor-Able et dans une moindre mesure Jupiter C sont des fusées destinées à des mises en orbite. La trajectoire d’injection en orbite trop inclinée (Jupiter C) ou pas assez (Vanguard) ou Able mal orientée (Thor-Able), entre autres problèmes en sont les causes. Les autres fusées sont ce que l’on appelle des fusées-sondes et n’ont pour objectif qu’un vol suborbital.

En outre, les orbites sont données dans leurs valeurs maximales (apogée). Par exemple, le périgée et l’apogée de Spoutnik I sont 227 x 941 km, Explorer I : 360 x 2.534 km, Vanguard I finira après 3 tentatives par atteindre 650 x 3.968 km. L’injection en orbite se faisant à l’apogée, la fourchette est étroite entre un périgée très bas et une retombée au sol du fait du guidage encore aléatoire de l’époque ; d’où des orbites très elliptiques… ou une retombée au sol. Plus tard, ce sera justement le rôle principal du dernier étage que de pousser suffisamment, même après l’injection en orbite, pour rendre cette dernière plus circulaire (d’où la plupart du temps 3 étages : 2 pour le lancement proprement dit et un 3^ème pour l’injection en orbite).

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