Fonctionnement d'un lanceur

01-01-2017 Philippe VOLVERT

Dans la théorie, le principe de fonctionnement d'un lanceur est très simple. Des moteurs puisent leurs ergols dans d'énormes réservoirs aux parois ultrafines qui forment la structure principale du lanceur. La puissance dégagée par les moteurs entraîne une force opposée mais égale qui le propulse dans les airs suivant l'équation établie par Newton « action = réaction ». Tout en montant dans le ciel, il va accroître sa vitesse jusqu'à atteindre celle qui permet de rester dans l'espace, soit 7,9 km/s. C'est ce que l'on appelle la vitesse de satellisation. En deçà de cette vitesse, tout objet lancé dans l'espace retombe avant d'avoir accompli un cercle complet autour de notre planète.

Dans la pratique, le principe de fonctionnement d'une fusée est très complexe et de nombreux paramètres sont à prendre en compte pour parvenir à placer sur orbite un satellite. Le plus important est d'imprimer la vitesse nécessaire et pour se faire, il existe des règles incontournables qui s'appliquent à n'importe quelle fusée. L'une d'elle consiste à sortir de l'atmosphère au plus vite et l'autre à s'alléger le plus vite et le plus possible. On sait que la structure même de la fusée est constituée de réservoirs remplis d'ergols. Au fil du vol, ils se vident créant un poids mort pénalisant l'effort fait pour atteindre cette fameuse vitesse. C'est au visionnaire russe Konstantin Tsiolkovski que l'on doit l'idée ingénieuse des fusées étagées. Il explique qu'il est préférable d'étager la phase de propulsion. Pour se faire, la fusée ne sera plus constituée d'un seul étage qui servira du décollage jusqu'à la satellisation, mais de plusieurs étages qui vont se succéder jusqu'à la mise sur orbite. De cette manière, il est possible de se défaire des poids morts tout au long du vol propulsé.

L'atmosphère terrestre est l'un des éléments les plus perturbateurs pour une fusée. Constituée de milliards de particules au m2, elle engendre des forces aérodynamiques qui peuvent la détruire si elle ne suit pas une trajectoire bien précise. Cette même force est à l'origine d'un important échauffement de la structure mais également d'un ralentissement. Il est donc impératif de sortir de cet environnement le plus rapidement possible. Hors atmosphère, la trajectoire d'une fusée épousera en quelque sorte la courbure de la Terre jusqu'à atteindre la vitesse de satellisation. A ce point de rendez-vous, le moteur s'éteint et le satellite est séparé de la fusée. Durant toute la traversée de l'atmosphère, un échauffement se produit sur les parties non protégées du lanceur, principalement la coiffe, là où est logée la charge utile. Elle sert non seulement à protéger les satellites d'une surchauffe irrémédiable, mais aussi à maintenir l'aérodynamisme d'une fusée. Hors atmosphère, elle devient inutile et est larguée. Dans le cas d'Ariane 5, la perte de poids est de 2 tonnes environ.

Maintenir la trajectoire désirée durant tout le vol demande une puissance de calcul importante. Ce travail est confié à la case à équipements. Cette dernière comporte tout un ensemble de calculateurs qui vont déterminer la position réelle du lanceur et la comparer avec la position voulue par le programme de vol. La différence est corrigée instantanément par le programme de vol qui envoie des commandes aux moteurs qui vont jouer sur les mouvements de roulis, de lacet et de tangage. On joue sur la puissance des moteurs mais également sur l'orientation de ceux-ci. Dans la plupart des lanceurs, les moteurs peuvent pivoter sur quelques degrés. En additionnant la puissance et l'orientation de l'un ou l'autre moteur, voire de plusieurs en même temps, il est possible de donner n'importe quelle direction à un lanceur.

Sources

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