[Science] Le voyage spatial et ses outils, de la réalité à la Science Fiction...

Voici différentes technologies qui pourront être utiles aux amateurs de science fiction : pour aujourd'hui, les moteurs spatiaux. Pour information, chaque titre renvoie à son image. Les informations sont essentiellement techniques et serviront surtout pour votre background, mais quoiqu'il en soit j'espère qu'elles vous aideront.


Moteur F-1
Il est le plus grand et le plus puissant moteur fusée (cryogénique conventionnel) mis au point (un seul développe environ 680 T de poussée). Simple de conception, il représente un développement incroyable en ordre de grandeur par rapport au moteur développé pour le Navajo, Jupiter, Thor, atlas, Titan I, et Saturn I. Ce modèle a fait face à plusieurs problémes de stabilité de la combustion résolus lors du développement et n'a jamais failli en vol.

Application : Saturn V.
Premier vol : 1967.
Masse à vide : 8390 kg.
Longueur : 5,8 m
Diamètre maximum : 3,7 m.
Comburant : oxygène liquide
Combustible : RP-1 : (Rocket Propellant 1) est une forme fortement raffinée de pétrole semblable au kérosène, utilisé aux Etats-Unis
comme un carburant de fusée.
Rapport de mélange (combustible/ Comburant) : 2,27
Poussée : à ses débuts 6,672 kN, aujourd'hui 7,028 kN
Impulsion spécifique : 265 s
Température de la chambre de combustion : 3 300 c°. Temps de combustion : évalué à 150 s

Moteur J-2
Le J-2 est un moteur cryogénique, c'est à dire employant des propergols hautement énergétique à savoir de l'hydrogène et de l'oxygène liquide (à trés basses températures, hydrogène liquide à -252°C, oxygène liquide à -182°C). Le couple assure un vitesse d'éjection de 3900 m/s contre 2700 pour le couple RP1/oxygène liquide.

Le moteur J-2, installé sur le troisiéme étage du lanceur Saturn 5, était directionnel car monté sur des verins hydraulique (je sais, nom barbare), et surtout réallumable aprés lancement ! Il nescessite en revanche quelques précautions : L'hydrogène liquide a une faible densité ce qui demande des réservoirs de grandes dimensions. De plus, l'hydrogène n'est liquide qu'en dessous -252°C ce qui oblige une isolation spéciale, et d'une rigueur excessive, des réservoirs. Enfin, la cohabitation avec l'oxygène liquide stocké à -182°C dans un réservoir voisin pose d'autres problémes aux ingénieurs

Application : Saturn V
Premier vol: 1967.
Masse à vide: 1578 kg.
Longueur: 3.4 m
Diamètre maximum: 2.0 m
Comburant: oxygène liquide.
Carburant: hydrogène liquide
Rapport de mélange: 5.5.
Poussée: initialement 1001 kN max, aujourd'hui 1023 kN max
Impulsion spécifique: 424 s
Température de la chambre de combustion: 3180°C.
Temps de combustion: évalué à 500 s.

Note : Saturn V est le lanceur utilisé pour l'envoit des vols habités Apollo


Avec des composés solides, on peut atteindre une vitesse de 3 km/s. Le mélange oxygène/hydrogène, utilisé par exemple pour la navette spatiale, permet d'obtenir des vitesses de l'ordre de 4,5 km/s. Enfin, certains couples comme le mélange oxygène/BeH2 ou fluor/LiH2 permettraient d'atteindre 7 km/s, le principale probléme étant que ces composées sont hautement explosifs et que leurs usages est extremmement dangereux ! Une seule solution pour contourner cette limite de vitesse et aller encore plus vite : changer de système.

Moteur Nerva (moteur thermonucléaire)
Ici, l'énergie libérée par une pile atomique sert à chauffer un gaz qui sortira à très haute température de la tuyère. Le choix du gaz est donc d'une importance, car plus il est léger, plus il sortira avec une vitesse importante, et c'est la raison tous les projets de moteurs thermonucléaires utilisent de l'hydrogène. Un autre moyen d'augmenter la vitesse de sortie serait de jouer sur la température fournie par le réacteur, on pourrait ainsi atteindre des vitesses allant de 30 à 70km/s !

La température de sortie du gaz est si élevée que n'importe quel métal utilisé dans la composition de la tuyére ne pourrait résister, c'est d'ailleurs la raison pour laquelle le flux de sortie est confiné à l'aide de champs magnétiques trés puissant.

Bien qu'abandonné en 1972 faute de budjet, le caractaire prometteur de ce projet l'a remis au gout du jour, sa viabilité ayant déjà été épprouvé : Un réacteur expérimental avait fournit pendant une demi heure 33,7 tonnes de poussée.

Moteur Ionique
Dans un moteur ionique, le carburant n'est pas brulé mais ionisé. Les ions alors libérés passent par deux grilles fortement chargé électriquement. Il en résulte ainsi une accélération qui provoque une force de réaction dans le sens opposé, sens de la propulsion du moteur à ions.
Afin de maintenir la neutralité électrique du véhicule et du carburant éjecté, ces ions récupèrent leurs électrons juste avant de sortir du moteur. C'est le Xenon, un gaz noble, qui est employé comme combustible pour ce type de moteur. Le sodium et le mercure ont eux aussi été testé, mais érodent le moteur.

L'énergie électrique nescessaire au fonctionnement du moteur (c'est à dire à l'ionisation du carburant et à l'accélération des ions libérés) est obtenue grâce à des panneaux solaires. On peut cependant supposer que ce systéme est adaptable à l'énergie fournie par un réacteur nucléaire.
Les moteurs ioniques fournissent une propulsion faible, mais constante, et sont particuliérement économes en quantité de carburant, pour un résultat trés supérieur à celui des moteurs à combustion conventionnels, mais au prix d'un temps non négligeable. Enfin, ce genre de moteur est particuliérement léger, ce qui permet une économie supérieure de carburant.

Voile solaire
Les voiles solaires représentent un dispositif élégant et original de propulsion. Le soleil émet en permanence des photons (particules composant la lumière), que l'on peut utiliser pour faire avancer un vaisseau. Pour profiter du vent solaire, il suffit de déployer des voiles sur lesquelles s'exercera la poussée infime des photons solaires. Lentement mais sûrement, le voilier spatial se mettra à accélérer. L'accélération sera minime au départ mais cumulée sur des dizaines d'années, elle pourra atteindre des valeurs phénoménales. Ce dispositif est extrêmement économique, puisqu'il ne nécessite ni moteur ni réservoirs de carburant (bien que l'on puisse aussi pousser artificiellement ces voiles solaires avec de puissants lasers basés au sol ou dans l'espace).

Une telle technologie nescessite cepedant de résoudre encore deux problémes majeurs : trouver un matériaux qui soit à la foisléger et prodigieusement solide afin de bénéficier de la poussée des vents solaire tout en évitant la déchirure de la voile, et mettre au point un systéme permettant de déployer cette même voile... Un casse tête, même à l'heure actuelle !