Le but d'une fusée est de transporter une masse donnée (charge utile) à une altitude donnée (orbite) à une vitesse donnée (7,9 km/s). Pour y parvenir, elle doit s'appuyer sur la puissance dégagée par son système de propulsion. C'est l'un des facteurs essentiel pour déterminer les performances d'une fusée. A ce jour, il s'appuie sur deux types de moteurs ; à savoir les moteurs à ergols liquides et les moteurs à propergols solides.
Pour comprendre comment fonctionne un moteur de fusée, il est important de saisir quelques notions dans la terminologie de la propulsion:
Poussée: Elle correspond à la masse des gaz éjectés (kg/s) par le moteur chaque seconde multipliée par la vitesse d'éjection (m/s). Il s'agit d'une force et l'unité de mesure pour une force est le Newton. Pour être plus parlante, la poussée est souvent exprimée en kg. Un kg est égal à 9,81 Newtons.
Impulsion spécifique: Elle renseigne sur la période de temps pendant laquelle un kilogramme de propergol génère une poussée suffisante pour soulever une masse d'un kilogramme dans le champ gravitationnel terrestre (soit une force d'environ 9,81 N).
Vitesse d'éjection: Lorsque le mélange est brûlé, il crée des gaz. En fonction de la densité des particules, la vitesse d'éjection sera plus ou moins importante. A titre d'exemple, le mélange UDMH + N2O4 donnera une vitesse d'éjection de 2 900 m/s alors que celui d'hydrogène et oxygène liquides sera nettement supérieur avec 4 300 m/s.
Injecteur: Pièce maîtresse d'un moteur permettant la pulvérisation et l'homogénéisation des ergols liquides à l'intérieur de la chambre de combustion.
Instabilité de combustion: Ce sont des fluctuations observées dans les foyers, engendrant des fluctuations de pression. Ces instabilités doivent avoir des causes coordinatrices.
Effet pogo: Couplage entre la combustion dans un système de propulsion et les vibrations de la structure. On rencontre ce type d'instabilité en particulier dans les fusées à propergols liquides. Les oscillations de combustion produisent une oscillation de la poussée qui excite les modes propres de vibration de la structure ce qui a pour conséquence de moduler les débits masse d'ergols. L'amplitude de l'oscillation peut alors augmenter et atteindre des niveaux très élevés et dans certains cas produire une destruction du propulseur, voire le lanceur.
Carburants, comburants, ergols, propergols?
Propergols: Un propergol est un produit de propulsion constitué d'un mélange de comburant et de carburant.
Ergols: Un ergol est une substance homogène employée seule ou en association avec d'autres substances et destinée à fournir de l'énergie.
Carburants: Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique constitué à base de carbone (kérosène, hydrogène liquide).
Comburants : Un comburant est un corps chimique qui a pour propriété de permettre la combustion (oxygène liquide, ...)
Comment une fusée décolle-t-elle ? En éjectant du gaz, comme un ballon de baudruche. Ce gaz est créé par la combustion de carburants solides comme liquides - Vidéo CNES
Sources
« Ariane et la navette spatiale » de Alain Dupas (Editions Hachette)
« Dictionnaire de l'astronomie et de l'espace » de Philippe de La Cortadière et Jean-Pierre Penot (Editions Larousse)
