Qu'est-ce qu'un moteur cryogénique?
Un moteur cryogénique est généralement un moteur de fusée conçu soit pour échapper à la gravité de la Terre, soit pour envoyer des sondes dans des satellites espacés ou pour mettre des satellites en orbite. Ils utilisent des combustibles liquides refroidis à très basse température et qui, autrement, seraient à l'état gazeux à une pression atmosphérique et à une température normales, tels que l'hydrogène et l'oxygène. Ces carburants sont utilisés dans l'une des deux conceptions principales pour produire une force propulsive. Soit l’hydrogène est vaporisé en tant que carburant et allumé par le comburant d’oxygène pour générer la poussée de fusée chaude standard, soit il est mélangé pour créer de la vapeur extrêmement chaude qui sort de la buse du moteur et crée une poussée.
À compter de 2011, cinq pays possèdent actuellement des systèmes de propulsion cryogéniques testés avec succès: les États-Unis, la Russie et la Chine, ainsi que la France et le Japon. Les travaux du Centre aérospatial allemand à Lampoldshausen, en Allemagne, portent sur le développement de la propulsion cryogénique. L’Inde a également testé sur le terrain une conception de fusée cryogénique récemment construite en 2009 à l’Organisation indienne de recherche spatiale (ISRO), qui a entraîné une défaillance catastrophique du véhicule d’essai.
L'ingénierie cryogénique pour les carburants de fusée existe depuis au moins la conception de la fusée Saturn V des années 1960, utilisée par les missions Apollo Moon des États-Unis. Les moteurs principaux de la navette spatiale américaine utilisent également des carburants stockés dans des installations cryogéniques, à l'instar de plusieurs anciens modèles de missiles balistiques intercontinentaux (ICBM) utilisés comme moyens de dissuasion nucléaires par la Russie et la Chine. Les roquettes à combustible liquide ont une plus grande poussée et, par conséquent, une vitesse supérieure à leurs homologues à combustible solide, mais sont stockées avec des réservoirs de carburant vides, car les carburants peuvent être difficiles à entretenir et détériorent les soupapes et les raccords du moteur avec le temps. L'utilisation de carburant cryogénique en tant que propulseur a nécessité des installations de stockage pour le carburant, de sorte qu'il puisse être pompé dans des réservoirs de rétention de moteur de fusée en cas de besoin. Étant donné que le lancement de missiles à moteur cryogénique peut être retardé de plusieurs heures et que le stockage de carburant est risqué, les États-Unis ont été convertis à tous les ICBM à combustible solide dans les années 1980.
L’hydrogène liquide et l’oxygène liquide sont stockés à des niveaux respectifs de -253 ° Celsius (-423 ° Fahrenheit) et de -183 ° Celsius (-297 ° Fahrenheit). Ces éléments sont faciles à obtenir et offrent l'un des taux de conversion d'énergie les plus élevés des carburants liquides pour la propulsion de fusées. Ils sont donc devenus les carburants de choix pour tous les pays travaillant sur la conception de moteurs cryogéniques. Ils produisent également l’un des taux d’impulsion spécifiques les plus élevés pour la propulsion de fusées chimiques jusqu’à 450 secondes. Une impulsion spécifique est une mesure du changement de quantité de mouvement par unité de carburant consommé. Une fusée générant 440 impulsions spécifiques, telle qu'un moteur cryogénique de la navette spatiale dans le vide, atteindrait une vitesse d'environ 15 840 kilomètres à l'heure (9 900 milles à l'heure), ce qui suffit à la maintenir dans une orbite en déclin autour de la Terre période de temps prolongée.
Une nouvelle variante des moteurs cryogéniques est le moteur cryogénique extensible commun (CECE) développé par la NASA (National Aeronautics and Space Administration) aux États-Unis. Il utilise typiquement de l'oxygène liquide et de l'hydrogène, mais l'ensemble du moteur lui-même est également surfondu. Le carburant se mélange pour créer une vapeur surchauffée de 2,760 ° C (5 000 ° F) sous forme de poussée de roquette pouvant être réduite d’un niveau de poussée légèrement supérieur à 100% à 10%, afin de manœuvrer dans les environnements d’atterrissage tels que la lune. Le moteur a déjà été testé avec succès en 2006 et pourrait être utilisé lors de futures missions sur Mars et sur Moon.