fusée 1 PRÉSENTATION fusée, engin à réaction, propulsé par l'éjection de gaz engendrés dans une chambre à combustion (voir Propulsion à réaction) ; seul engin utilisable pour les vols dans l'espace.
Publié le 26/04/2013
Extrait du document
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légère en direction du navire en détresse.
Ses occupants pouvaient alors être ramenés sur la terre ferme grâce à un système de filins suffisamment solides pour convoyer les hommes à bord de canots de sauvetage ou directement à l’aide de bouées.
Dès 1880, on utilisa des fusées-harpons, lancées à partir de petits bateaux, pour chasser les baleines.
Mais l’utilisation principale des fusées en mer était la production de signaux.
Jusqu’à la fin du XIX e siècle, les fusées furent assez peu employées à
des fins militaires.
Toutefois, quelques scientifiques de l’époque suggérèrent que les fusées seraient bien adaptées à la propulsion de véhicules destinés à des vols interplanétaires : ce fut notamment le cas de Konstantin Tsiolkovski (1857-1935), un
enseignant russe autodidacte qui publia en 1883 l’Espace libre, ouvrage où il affirmait que l’exploration de l’espace se ferait grâce à des engins propulsés par réaction (il évoquera dix ans plus tard la possibilité de placer un satellite artificiel en orbite
autour de la Terre).
Dans un autre livre édité en 1903, Exploration des espaces cosmiques par des engins à réaction, il s’avéra particulièrement inspiré en tant que théoricien, énonçant pour la première fois les lois de mouvement d’une fusée, dont la
formule qui donne la vitesse de la fusée en fonction de la vitesse d’éjection des gaz et de la masse d’ergols consommée.
Plus tard, il rédigera une série de mémoires où il exposera ses propres idées en matière de conception de fusées et traitera des
principales questions posées par les perspectives alors naissantes de conquête spatiale, proposant même une liste d’innovations technologiques qui ont par la suite trouvé leur application (utilisation de propergols liquides, en particulier le couple
hydrogène-oxygène, alimentation de la chambre de combustion au moyen de pompes, forme spéciale des tuyères, stabilisation par gyroscopes, etc.).
Consacré en Union soviétique par son élection à l’Académie des Sciences de l’URSS en 1919,
Tsiolkovski est aujourd’hui considéré comme l’un des pères fondateurs de l’astronautique.
Pendant la Première Guerre mondiale, les fusées furent surtout utilisées pour générer des signaux, mais on les tira aussi (aéroportées par des avions français) sur des ballons d’observation gonflés à l’hydrogène.
Lorsque les États-Unis entrèrent dans le conflit en 1917, l’ingénieur et physicien américain Robert Goddard (1882-1945) offrit ses services à l’armée américaine.
Des essais préliminaires de fusées très rapides furent menés quelques jours avant la fin
de la guerre en novembre 1918.
Goddard avait amélioré le dispositif grâce à l’utilisation de poudre sans fumée en remplacement de la traditionnelle poudre noire ; il avait également ajouté une tuyère en forme de double cône convergent-divergent,
qui augmentait énormément l’efficacité du moteur-fusée.
En 1919, il publiait A Method of Reaching Extreme Altitude, un livre devenu un classique, où il exposait le résultat des études théoriques et des expérimentations qu’il avait menées à propos des fusées.
Goddard a participé à la mise au point de fusées-
sondes capables d’effectuer des mesures dans l’atmosphère à des altitudes trop élevées pour les ballons-sondes.
Une vingtaine d’années plus tard, d’autres travaux ont été effectués à partir du concept de petite fusée par l’un des assistants de Goddard, Clarence Hickman : le résultat en fut le bazooka, ou lance-roquettes antichar.
Sa caractéristique principale était
l’ajout d’une tête à charge creuse, qui le rendait très puissant.
Manœuvré par un seul homme, grâce à un lanceur sans recul que le fantassin porte à l’épaule, le premier bazooka avait une portée efficace de 182 m ; la charge explosive de 220 g
permettait de perforer un blindage de char épais de 17 cm.
Plus tard, les modifications et améliorations apportées à cette arme (de 59,9 mm de diamètre et plus) lui permirent d’atteindre des portées de 640 m.
Après la guerre, le « superbazooka »
devint une arme dont le pouvoir de pénétration avait été doublé, et dont la portée dépassait les 700 m.
Les États-Unis ont également mis au point des fusées de 113 mm pour l’artillerie, qui pouvaient être tirées à partir de lanceurs multiples, ou portées et mises à feu par des fantassins, ou encore aéroportées (fixées sous les ailes des avions, d’où elles
étaient tirées par des lanceurs uniques ou multiples).
Leur longueur variait de 76 cm pour les fusées d’artillerie gyrostabilisées — 4 750 m de portée — à 1,90 m pour les fusées à empennage (stabilisées par des ailettes), tirées par avion et de très
grande précision.
Le modèle le plus utilisé en mode aéroporté était le HVAR (High Velocity Aircraft Rocket), un engin de 120 mm de diamètre qui transportait à la vitesse de 410 m/s une tête explosive de 21 kg, couvrant des portées supérieures à
4 570 m.
Les scientifiques allemands furent à l’origine de deux types de fusées utilisées pour le bombardement : la Nebelwerfer (150 mm) et la Wurfgerät (209 mm).
Malgré son nom qui signifie « lanceur de fumée », la Nebelwerfer contenait une tête explosive
de forte puissance, tandis que la Wurfgerät portait des ogives incendiaires.
La Nebelwerfer fut par la suite transformée en une arme air-air très puissante.
2. 2 Construction
Après la Seconde Guerre mondiale, les fusées à propergol solide ont été utilisées pour différentes applications, et principalement en tant qu’accélérateurs (« boosters ») pour les missiles.
Elles comprennent essentiellement la charge utile (tête militaire
ou instrumentation scientifique), et le moteur (chambre à combustion, ou moteur) contenant le propergol et la ou les tuyère(s) servant à l’éjection des gaz de combustion.
Des ailettes peuvent être utilisées pour stabiliser l’engin pendant son vol.
De nos jours, les fusées à propergol solide se regroupent en deux catégories : celles où la charge assure une combustion totale, quasi instantanée, et celle dont la combustion peut être contrôlée pour durer plus longtemps.
Un exemple typique de la
première catégorie est le HVAR utilisé pendant la Seconde Guerre mondiale, constitué d’un unique barreau de poudre à section cruciforme suspendu au moteur-fusée : cette barre s’enflammait sur toute sa surface, à l’exception de ses deux
extrémités, recouvertes de plastique ininflammable ( voir Plastiques, matières).
La charge de poudre peut aussi prendre la forme d’un tube creux à parois épaisses, qui brûle à la fois sur ses surfaces internes et externes.
Pour obtenir des temps de combustion plus élevés, on emploie des chargements qui brûlent perpendiculairement à leur section, ou bien possèdent un canal central par lequel ils brûlent de l’intérieur jusqu’aux parois.
Cette dernière méthode permet de
réduire l’épaisseur de la paroi métallique externe de la fusée, protégée tout au long de la combustion par le propergol restant.
Les charges à propergol solide des engins modernes sont relativement imposantes : ainsi, par exemple, le poids au décollage du missile Trident-II D5 (lancé depuis un sous-marin) atteint déjà quelque 59 t.
Sur la fusée Ariane 5, chacun des deux
propulseurs auxiliaires à poudre (31 m de hauteur), qui fournissent l’essentiel de la poussée au décollage, a une masse de 270 t — dont 236,5 de poudre ( voir Ariane, programme) : ce sont les plus grands étages à propergol solide jamais construits
en Europe.
Quant aux deux « boosters » de la navette spatiale américaine, de 45 m de hauteur, ils sont constitués de 11 segments en acier, et pèsent chacun plus de 500 t : ce sont les plus grands jamais construits aux États-Unis.
C’est un problème
d’étanchéité des joints de ces segments qui fut à l’origine de l’accident de la navette Challenger survenu le 28 janvier 1986 : les vols de navettes furent ensuite suspendus pendant près de trois ans, de nouvelles procédures d’inspection ayant été
mises en place afin d’éviter qu’un problème similaire ne soit pas décelé à temps.
La fusée à propergol solide présente d’un point de vue militaire des avantages décisifs : le développement d’un missile antibalistique défensif pouvant intercepter des missiles nucléaires impose des temps de réaction très brefs et des accélérations
élevées.
La fusée à propergol solide est celle qui convient le mieux ; c’est pourquoi le système antibalistique Safeguard a utilisé cette technique pour construire entre autres le Sprint, un missile d’interception de basse altitude (de 24 à 40 km), et le
Spartan, un missile antibalistique opérationnel à haute altitude (au-delà de 160 km).
Les propergols solides modernes sont constitués de caoutchoucs synthétiques, auxquels on ajoute au cours du processus de fabrication un comburant comme le perchlorate d’ammonium.
Les caoutchoucs synthétiques sont de bons carburants et
présentent de plus l’avantage d’une certaine flexibilité, qui leur évite de se fissurer s’ils subissent de mauvais traitements.
Le mélange caoutchouc synthétique et perchlorate d’ammonium peut être rendu plus performant encore par l’adjonction de.
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