Comment fonctionnent les fusées

Les fusées à propergol solide comprennent toutes les anciennes fusées pyrotechniques, mais il existe désormais des carburants, des conceptions et des fonctions plus avancés avec des propergols solides..

Les fusées à propergol solide ont été inventées avant les fusées à propulsion liquide. Le type de propergol solide a commencé avec les contributions des scientifiques Zasiadko, Constantinov et Congreve. Maintenant dans un état avancé, les fusées à propergol solide restent largement utilisées aujourd'hui, y compris les moteurs à double booster de la navette spatiale et les étages de booster de la série Delta.

Fonctionnement d'un propergol solide

La superficie est la quantité de propulseur exposée aux flammes de combustion intérieures, existant en relation directe avec la poussée. Une augmentation de la surface augmentera la poussée mais réduira le temps de combustion car le propulseur est consommé à un rythme accéléré. La poussée optimale est généralement constante, ce qui peut être obtenu en maintenant une surface constante tout au long de la combustion.

Des exemples de conceptions de grains à surface constante comprennent: la combustion d'extrémité, la combustion interne et externe et la combustion interne en étoile.

Diverses formes sont utilisées pour l'optimisation des relations grain-poussée, car certaines fusées peuvent nécessiter une composante de poussée initialement élevée pour le décollage, tandis qu'une poussée inférieure suffira à ses exigences de poussée régressive après le lancement. Les motifs de noyau de grain compliqués, en contrôlant la surface exposée du carburant de la fusée, ont souvent des pièces recouvertes d'un plastique ininflammable (comme l'acétate de cellulose). Cette couche empêche les flammes de combustion interne d'allumer cette portion de carburant, qui ne s'enflamme que plus tard lorsque la brûlure atteint directement le carburant..

Impulsion spécifique

Lors de la conception de l'impulsion spécifique du grain de propergol de la fusée, il faut tenir compte, car il peut s'agir de la différence de rupture (explosion) et d'une fusée produisant une poussée optimisée avec succès..

Fusées à combustible solide modernes

Avantages désavantages

• Une fois qu'une fusée solide est allumée, elle consommera l'intégralité de son carburant, sans aucune option pour l'arrêt ou le réglage de la poussée. La fusée lunaire Saturn V a utilisé près de 8 millions de livres de poussée, ce qui n'aurait pas été possible avec l'utilisation d'un propulseur solide, nécessitant un propulseur liquide à impulsion spécifique élevée.
• Le danger lié aux carburants prémélangés des fusées monopropellantes, c'est-à-dire que parfois la nitroglycérine est un ingrédient.

Un avantage est la facilité de stockage des fusées à propergol solide. Certaines de ces roquettes sont de petits missiles tels que Honest John et Nike Hercules; d'autres sont de gros missiles balistiques tels que Polaris, Sergeant et Vanguard. Les propulseurs liquides peuvent offrir de meilleures performances, mais les difficultés de stockage et de manipulation des propergols près du zéro absolu (0 degré Kelvin) ont limité leur utilisation, incapable de répondre aux exigences strictes que les militaires exigent de leur puissance de feu..

Les fusées à combustible liquide ont été théorisées pour la première fois par Tsiolkozski dans son "Investigation of Interplanetary Space by Means of Reactive Devices", publié en 1896. Son idée a été réalisée 27 ans plus tard lorsque Robert Goddard a lancé la première fusée à combustible liquide.

Les fusées à carburant liquide ont propulsé les Russes et les Américains au plus profond de l'ère spatiale avec les puissantes fusées Energiya SL-17 et Saturn V. Les capacités de poussée élevées de ces fusées ont permis nos premiers voyages dans l'espace. Le «pas de géant pour l'humanité» qui a eu lieu le 21 juillet 1969, alors qu'Armstrong a marché sur la lune, a été rendu possible par les 8 millions de livres de poussée de la fusée Saturne V.

Fonctionnement d'un propulseur liquide

Deux réservoirs métalliques contiennent respectivement le carburant et l'oxydant. En raison des propriétés de ces deux liquides, ils sont généralement chargés dans leurs réservoirs juste avant le lancement. Les réservoirs séparés sont nécessaires, car de nombreux combustibles liquides brûlent au contact. Lors d'une séquence de lancement définie, deux vannes s'ouvrent, permettant au liquide de s'écouler dans la canalisation. Si ces soupapes s'ouvraient simplement pour permettre aux propergols liquides de s'écouler dans la chambre de combustion, un taux de poussée faible et instable se produirait, donc soit une alimentation en gaz sous pression soit une alimentation de turbopompe est utilisée.

La plus simple des deux, l'alimentation en gaz sous pression, ajoute un réservoir de gaz haute pression au système de propulsion. Le gaz, un gaz non réactif, inerte et léger (comme l'hélium), est maintenu et régulé, sous une pression intense, par une vanne / régulateur.

La deuxième solution, souvent préférée, au problème du transfert de carburant est une turbopompe. Une turbopompe est la même qu'une pompe ordinaire en fonctionnement et contourne un système sous pression de gaz en aspirant les propulseurs et en les accélérant dans la chambre de combustion.

L'oxydant et le carburant sont mélangés et enflammés à l'intérieur de la chambre de combustion et une poussée est créée.