Propulsion spatiale - Définition et Explications

Cet article présente le concept de propulsion spatiale, c'est-à-dire tout système permettant de déplacer un véhicule spatial que ce soit du sol vers l'espace ou bien directement dans l'espace pour des changements d'orbite terrestre ou des trajectoires interplanétaires.
Cela inclut les moyens de propulsion (La propulsion est le principe qui permet à un corps de se mouvoir dans son espace environnant. Elle fait appel à un propulseur qui transforme en force motrice l'énergie fournie par le milieu extérieur ou par un...) des véhicules spatiaux (fusées, satellites (Satellite peut faire référence à :), sondes) ou les systèmes de contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) d'orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) et d'altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et biogéographique...).

Principe

Le principe général de la propulsion spatiale (Cet article présente le concept de propulsion spatiale, c'est-à-dire tout système permettant de déplacer un véhicule spatial que ce soit du sol vers l'espace ou bien directement dans l'espace pour des...) s'appuie, à quelques exceptions près, sur l'échange de quantité de mouvement (En physique, la quantité de mouvement est la grandeur physique associée à la vitesse et la masse d'un objet. La quantité de mouvement d'un système fait partie, avec l'énergie, des valeurs qui se conservent lors des interactions entre...) entre la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état...) éjectée et l'engin à propulser. Le bilan de quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe de choses.) de mouvement s'écrit pour l'engin :

dP=dm \cdot v_e

dP est variation de quantité de mouvement et ve la vitesse (On distingue :) d'éjection de la matière.

Cette variation se traduit, en utilisant la deuxième loi de Newton appliquée sur l'engin, par une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les articles...) s'exerçant sur l'engin :

F_p=\frac{dP}{dt} = \dot m \, v_e

Fp est la force appliquée sur l'engin et \dot m le débit (Un débit permet de mesurer le flux d'une quantité relative à une unité de temps au travers d'une surface quelconque.) de matière éjectée.

Performance

Afin de pouvoir classer et comparer les différents types de propulsion, un critère de performance a été établi : l'impulsion spécifique (L'impulsion spécifique (notée généralement Isp), dans le domaine de l'astronautique, est le quotient de deux grandeurs, dont l'une est la poussée d'un propulseur, et l'autre le produit du débit massique de propergol par la valeur normale de...). Il est défini par :

I_{sp}=\frac {F}{\dot m \, g_0}

F est la poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air brassé par un moteur, dans le sens inverse de...) fournie par la propulsion, \dot m le débit de matière éjecté et g0 l'accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique, plus précisément en cinématique, l'accélération est une grandeur...) due au champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.), supposé constant à proximité de la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet...) d'une planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en...).

Structure d'un système propulsif spatial

La structure abstraite suivante peut s'appliquer de façon générale aux différents types de propulseurs :

Structure d'un système propulsif spatial

Classification des différents types de propulsion

La classification des différents types de propulsion peut se faire en trois groupes selon le niveau de technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) nécessaire de développement (se reporter aux notions de TRL et SRL). Cette classification contient néanmoins une part de subjectivité et peut donc être sujette à discussion. Par ailleurs, des combinaisons peuvent intervenir entre les différents types de propulsion.

Propulsion classique

    • gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un...) froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.)
    • liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) propulsion chimique (La propulsion chimique est le mode de propulsion utilisé principalement dans les moteurs fusées. Elle ne fait aucun prélèvement de matière au milieu ambiant, mais consiste à éjecter une fraction de la masse...)
    • solide propulsion chimique

Propulsion avancée

    • propulsion spatiale hybride (En génétique, l'hybride est le croisement de deux individus de deux variétés, sous-espèces (croisement intraspécifique), espèces...)
    • propulsion nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :)
    • propulsion électrique : propulseur magnétoplasmadynamique (Un propulseur magnétoplasmadynamique (MPD ou MPDT pour magnetoplasmadynamic thruster), appelé aussi LFA (Lorentz Force Accelerator), est l'une des...), propulseur ionique à bombardement, SPT, VASIMR..
    • propulsion héliothermique
    • scramjet
    • propulsion à détonation pulsée (Le moteur à détonation pulsée (PDE en anglais : Pulsed Detonation Engine) est un système de propulsion qui peut servir pour l'aéronautique ou l'astronautique. Ce type...) (PDE)
    • propulsion laser (La propulsion par laser est une discipline relativement jeune — remontant aux années 1970 — comparée aux propulsions liquides et solides. D’où la...)
    • voile (photovoile, Voile magnétique,...)

Propulsion exotique

    • MHD
    • anti-matière
    • moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de...) d'Alcubierre
    • ascenseur (Un ascenseur est un dispositif mobile assurant le déplacement des personnes (et des objets) en hauteur sur des niveaux définis d'une construction.) spatial
    • tethers
    • propulsion photonique (« Tendez vos mains au Soleil, que sentez-vous ? La chaleur, bien sûr. Mais il y a aussi la pression. Vous ne vous en rendez même pas compte, tant elle est faible, à peine...)
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