fusée - astronomie.
Publié le 24/04/2013
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chambre de combustion au moyen de pompes, forme spéciale des tuyères, stabilisation par gyroscopes, etc.).
Consacré en Union soviétique par son élection à l’Académiedes 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 desballons 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 essaispréliminaires 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 depoudre sans fumée en remplacement de la traditionnelle poudre noire ; il avait également ajouté une tuyère en forme de double cône convergent-divergent, qui augmentaiténormément 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 pourles 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 enfut 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 perforerun 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 desportées 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 desfantassins, 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 lesfusées 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 têteexplosive 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 nomqui signifie « lanceur de fumée », la Nebelwerfer contenait une tête explosive de forte puissance, tandis que la Wurfgerät portait des ogives incendiaires.
La Nebelwerfer futpar 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 lacombustion peut être contrôlée pour durer plus longtemps.
Un exemple typique de la première catégorie est le HVAR utilisé pendant la Seconde Guerre mondiale, constituéd’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 parlequel 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 lacombustion 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 unsous-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 pousséeau 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 sontles 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’éviterqu’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 desmissiles 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 lesystème 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 perchlorated’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 demauvais traitements.
Le mélange caoutchouc synthétique et perchlorate d’ammonium peut être rendu plus performant encore par l’adjonction de poudre métallique (del’aluminium par exemple).
3 FUSÉES À PROPERGOLS LIQUIDES
Le développement de fusées à propergols liquides débuta pendant la période 1920-1930.
C’est en effet le 16 mars 1926, à Worcester (dans le Massachusetts), que RobertGoddard lança la première fusée à ergols liquides : elle fonctionna pendant 2,5 s et s’éleva à 12,5 m au-dessus du sol.
La première fusée allemande de ce type, construiteelle aussi sur une initiative privée, fut lancée cinq ans après, suivie, en 1932, par son homologue soviétique.
La première fusée à propergols liquides de grande tailledevenue opérationnelle fut l’engin expérimental allemand V2, une arme conçue pendant la Seconde Guerre mondiale sous la direction de l’expert en fusées Wernher vonBraun.
Le V2 fut lancé pour la première fois le 5 octobre 1942, de la base de Peenemünde sur l’île de Usedom, en Allemagne ; ce redoutable missile, précurseur de seshomologues modernes, était impossible à détruire une fois lancé car, bien que repérable grâce aux radars, il était trop rapide pour être intercepté par les avions et lesbatteries antiaériennes de l’époque ; il infligea de lourds dégâts à l’Angleterre et à la Belgique : le V2 lancé sur Anvers le 28 novembre 1944 tomba sur un cinéma, causantla mort de 567 personnes ( voir Missiles).
3.1 Construction
Dans une fusée à propergols liquides de première génération, la coiffe conique emporte la charge utile, tête militaire ou instruments scientifiques ; la partie qui lui estadjacente contient généralement les instruments de guidage (gyroscope, ou gyrocompas, et accéléromètres, complétés par un ordinateur).
Derrière se trouvent les deux.
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