Qu'est-ce qu'un moteur de fusée?
Un moteur de fusée est un type de moteur à réaction, ce qui signifie qu'il s'agit d'un moteur à réaction qui crée une poussée en émettant un flux de gaz à grande vitesse dans le sens contraire du sens de déplacement souhaité, se propulsant vers l'avant du fait de la conservation de la quantité de mouvement. La particularité d’une fusée est que son jet propulsif est entièrement fabriqué à partir de la masse propulsive du moteur, sans qu’elle provienne de l’environnement extérieur. Cela diffère des autres types de moteurs à réaction, tels que les turboréacteurs, les turbomachines et les statoréacteurs, qui mélangent leur carburant à l'air comprimé de l'atmosphère pour brûler leur carburant et produire un jet. La technologie des moteurs-fusées est essentielle au vol spatial, car les fusées peuvent fonctionner en dehors de l'atmosphère. Les roquettes sont également utilisées à des fins telles que des feux d'artifice, des armes et des avions à grande vitesse.
Il existe plusieurs formes de moteur de fusée. Le type le plus couramment utilisé est appelé une fusée chimique. Une fusée chimique est propulsée vers l'avant par des réactions chimiques dans son propulseur qui produit de la chaleur, produisant un flux d'échappement à grande vitesse qui est déchargé de l'arrière de la fusée. Chaque fusée chimique est alimentée par une substance propulsive inflammable. Ceci est combiné avec une substance encore plus inflammable, appelée initiateur ou initiateur. L'initiateur est enflammé, généralement par le biais d'une étincelle électrique ou d'une charge pyrotechnique, et la chaleur enflamme à son tour le propulseur, qui brûle pour produire un jet propulsif d'échappement.
Les produits chimiques propulsifs peuvent être des solides, des liquides ou des solides combinés à des liquides ou des gaz. Dans une fusée à combustible solide, le propergol solide, appelé grain, est stocké avec des produits chimiques oxydants qui servent d'initiateur, tandis que les fusées à combustible liquide stockent le propulseur liquide et l'initiateur dans des réservoirs distincts jusqu'à ce qu'il soit temps de les libérer. la chambre de combustion à mélanger. Les fusées à combustible hybrides utilisent un propulseur solide, qui est ensuite mélangé à un initiateur liquide ou gazeux stocké dans un réservoir séparé jusqu'à ce qu'il soit prêt à être utilisé.
Le combustible solide le plus couramment utilisé aujourd'hui est appelé propulseur composite à base de perchlorate d'ammonium (APCP), qui fait référence à un certain nombre de mélanges chimiques différents contenant à la fois le propulseur et l'initiateur. L’APCP comprend généralement l’oxydant perchlorate d’ammonium (NH 4 ClO 4 ), des polymères élastiques appelés élastomères et de l’aluminium en poudre ou d’autres métaux. Les carburants liquides pour fusées sont souvent composés d'oxygène liquide mélangé à du kérosène raffiné, de l'hydrogène liquide ou du tétroxyde de diazote (N 2 O 4 ) mélangé à de l'hydrazine (N 2 H 4 ) ou de l'un de ses dérivés.
Les fusées à combustible solide ont été la première forme de moteur de fusée, mais ont été largement supplantées par des conceptions plus efficaces à combustible liquide et hybride. Cependant, ils sont encore couramment utilisés à des fins de feux d'artifice et de maquettes de fusées, et sont parfois utilisés en vol spatial pour lancer de petites charges utiles en orbite ou comme complément à une fusée à combustible liquide afin d'accroître la capacité de charge utile. Par exemple, la navette spatiale utilise une seule grande fusée à combustible liquide, flanquée de deux plus petites fusées à combustible solide, pour atteindre l’orbite.
Une fusée thermique utilise un propulseur chauffé par une source de chaleur externe plutôt que par des réactions chimiques dans le propulseur lui-même. Les fusées à eau chaude, également appelées fusées à vapeur, utilisent l’eau comme agent propulseur en la chauffant pour produire des jets de vapeur. Celles-ci sont fréquemment utilisées dans les véhicules terrestres à très grande vitesse, tels que les pilotes de dragsters. Les fusées électrothermiques utilisent des champs électriques pour produire du plasma chauffé, qui chauffe ensuite le propulseur pour produire un jet. Les fusées électrothermiques sont utiles pour produire de brèves poussées de poussée et sont généralement utilisées à des fins telles que le contrôle de l’altitude dans les satellites.
Plusieurs autres types de fusées thermiques ont été proposés et pourraient éventuellement être utilisés. Une fusée solaire thermique utiliserait l’énergie solaire comme source de chaleur, soit en exposant le propulseur directement au rayonnement solaire, soit en utilisant l’énergie solaire pour alimenter un échangeur de chaleur qui chaufferait le propulseur. L'énergie solaire serait collectée et concentrée à l'aide de miroirs ou de lentilles afin de fournir suffisamment de chaleur concentrée. Un moteur de fusée thermique pourrait également être alimenté par l'énergie qui lui est transmise par une source externe via des faisceaux laser ou hyperfréquences. Une fusée thermique à propulsion nucléaire pourrait chauffer son propulseur avec l’énergie d’un réacteur nucléaire ou de la désintégration des isotopes radioactifs.