Moteur-fusée
Les moteurs-fusées sont des moteurs à réaction utilisés sur les fusées, dont certains sont prévus pour fonctionner aussi bien dans que hors de l'atmosphère terrestre. Ils embarquent, en plus de leur carburant, un comburant.
Il existe deux grandes catégories de moteurs-fusées :
- moteur-fusées à ergols solides
- moteurs-fusées à ergols liquides
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Carburant/comburant
Différents couples carburant/comburant, peuvent être utilisés dans ces moteurs.
- Poudre+oxygène. Utilisé pour les fusées de feux d'artifice ainsi qu'en appoint de puissance aux décollage des avions très gros porteurs et des fusées de lancement de véhicules spatiaux.
- Hydrogène+oxygène. Extrêmement difficile à utiliser à cause de l'inflammabilité de l'hydrogène, ce couple est particulièrement intéressant parce qu'il produit une réaction très importante avec l'eau comme seul sous produit de combustion. Il est employé par la navette spatiale américaine (avec ses boosters à poudre pour l'ascension primaire). Il est également utilisé par le moteur Snecma HM7-B (Ariane 4) et par les moteurs Vulcain et Vulcain 2 (Ariane 5).
- Kérosène+oxygène. Facile d'emplois mais moins performant que le couple Hydrogène+oxygène. Il est utilisé par les fusées Soyouz et était utilisé par le premier étage de la fusée lunaire Saturne 5.
- Métal+oxygène. Dans certains cas, on utilise l'oxydation rapide de métaux simples comme réaction chimique. Pour cela, il faut pulvériser le métal afin d'augmenter la surface de combustion, certaines poudres sont ainsi faites en utilisant de l'aluminium, du soufre, du magnésium (comme dans certaines anciennes lampes flash photographiques), ou du lithium.
De manière générale, les carburants les plus courants (et les plus simples) sont :
Les comburants les plus simples sont :
Les couples d'ergols les plus courants sont :
- Oxygène liquide / Kérosène ( Soyouz, Saturne 5 (1er étage) )
- Oxygène liquide / Hydrogène liquide Navette Spatiale, Ariane 5, Delta IV, Energya, Saturne 5 (2ème et 3ème étage) )
- Tétraoxyde d'azote (N2O4) / diméthylhydrazine dissymétrique (UDMH) ( Proton, Ariane 1 à 4 (1er et 2ème étage), Vanguard )
Pour donner un exemple de la complexité réelle (au-delà des informations de base données plus haut), dans le cas, très médiatisé, des boosters de la navette spatiale américaine, la mixture d'ergol dans chaque moteur de booster consiste en (% massiques) :
- 69,6 % de perchlorate d'ammonium - le comburant / oxydant
- 16 % d'aluminium - le carburant
- 12,04 % de polymère qui permet de lier les deux composants
- 1,96 % d'un agent de nettoyage époxy
- 0,4 % d'oxyde de fer - catalyseur
Moteurs à ergols liquide
Ces moteurs utilisent des ergols stockés dans des réservoirs séparés, qui sont injectés dans une chambre de combustion puis éjectés par la tuyère, générant la poussée.
Exepmple: Soyouz, booster d'Energya
Moteurs à ergols hypergoliques
Les ergols hypergoliques ont la particularité de s'embraser spontanément lorsqu'ils sont mis en contact, ce qui permet de simplifier le moteur.
Exemple: le moteur de remontée du module lunaire du programme Apollo.
Moteurs à ergols cryogéniques
Ces moteurs utilisent des ergols cryogéniques stockés à très basses températures. Le seul couple d'ergols de ce type utilisé en situation réelle est Oxygène liquide / Hydrogène liquide. Exemple: moteur principal de la navette spatiale américaine, moteur principal d'Ariane 5, moteur principal d'Energia.
Moteurs à ergols solides
Ces moteurs utilisent un mélange de carburant et comburant disposé sur les parois du moteur (qui a une forme de tube) selon un motif en étoile.
Exemple: booster à poudre de la navette spatiale américaine, booster à poudre d'Ariane 5 (les Russes ont aussi utilisés quelquefois ces moteurs).
Sujets proches
On se demande parfois pourquoi la flamme produite à la sortie du moteur de fusée ne remonte pas jusque dans les réservoirs et n'enflamme pas son contenu de manière brutale. En fait, il s'agit simplement du fait que la vitesse d'éjection du produit de combustion est largement plus importante que la vitesse de propagation de la réaction chimique. Il se maintient ainsi une flamme qui ne démarre qu'à une certaine distance de la bouche du réacteur.
À ce sujet, voir aussi : amorçage d'une tuyère.