Merlin (moteur-fusée)

Merlin (moteur-fusée) - Définition et Explications

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Introduction

Schéma du moteur Merlin
Merlin 1C en cours d'assemblage
Moteur Merlin 1C : à droite l'ex astronaute (Un astronaute est le nom donné à une personne qui voyage ou ayant voyagé dans...) Ken Bowersox vice président de l'assurance qualité (L'Assurance qualité, ou Quality Assurance (QA) en anglais, couvre toutes les activités de...) à SpaceX (SpaceX (ou Space Exploration Technologies Corporation) est une entreprise américaine...)

Le moteur-fusée (Les moteurs-fusées sont des moteurs à réaction utilisés sur les...) Merlin est le propulseur utilisé par les lanceurs Falcon 1 (Le Falcon 1 est un lanceur léger conçu et fabriqué par la société...) et Falcon 9 (La fusée Falcon 9 est un lanceur réutilisable développé par la...) développés par la société américaine SpaceX. Ce moteur-fusée à ergols liquides brule de l'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...) liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...) et du RP-1 (une variante du kérosène) qui constitue le mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses...) le plus utilisé par les moteurs développés récemment. Le Merlin a une poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air...) au niveau de la mer (Le niveau de la mer est la hauteur moyenne de la surface de la mer, par rapport à un niveau de...) comprise entre 32 et 55,6 tonnes selon les versions.

Historique

Le moteur (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique,...) Merlin 1 est conçu pour les nouveaux lanceurs Falcon 1 et Falcon 9 développés par la société américain SpaceX. Cet établissement est fondé en 2002 par Elon Musk, qui a décidé d'investir dans l'industrie astronautique (L'astronautique ou spationautique ou cosmonautique, est constituée par l'ensemble des sciences...) une partie de la fortune gagnée en vendant les sociétés PayPal (PayPal est un service de paiement en ligne qui permet de payer des achats, de recevoir des...) et Zip2 Corporation dont il était propriétaire. Le moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif...) développé doit être peu coûteux et fiable. Pour atteindre cet objectif, l'architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) est simple et utilise des techniques éprouvées. Le moteur tolère des fluctuations dans sa température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) de fonctionnement et le ratio du mélange d'ergols. La chambre de combustion (Une chambre de combustion est une enceinte capable de résister à des changements de pression et...) utilise un injecteur (Un injecteur est un élément de moteur permettant l'apport du carburant dans la chambre de...) à aiguille simple et robuste reprenant une technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) particulièrement fiable développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de...) pour le moteur du module lunaire Apollo (Le module lunaire ou LEM (pour Lunar Excursion Module) ou LM (pour Lunar Module) est le...). Le Merlin comprend un minimum de pièces : il est alimenté par une unique turbopompe qui met sous pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) à la fois le carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme...) et le comburant (Un comburant est un corps chimique qui a pour propriété de permettre la combustion d'un...). La turbopompe, qui est mise en mouvement par un générateur de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...), alimente également en kérosène (Le kérosène est un mélange d'hydrocarbures contenant des alcanes (CnH2n+2) de...) sous pression le système hydraulique (L'hydraulique désigne la branche de la physique qui étudie les liquides. En tant que telle, les...) qui permet d'orienter la poussée du moteur. En application du principe de simplicité la première version du Merlin utilise un revêtement ablatif (En linguistique, l’ablatif est un cas exprimant le lieu (ouvert) depuis lequel se produit un...) pour son refroidissement. Mais le système, jugé sans doute peu performant, est abandonné à partir du modèle 1C au profit d'un système de refroidissement utilisant le kérosène qui circule dans la paroi de la chambre de combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la...) et de la tuyère (Une tuyère ou tuyère propulsive, dans le domaine de l'astronautique, est un conduit (appelé...). La tuyère qui évacue les gaz produits par le générateur de gaz est orientable et la poussée est utilisée pour orienter en roulis le premier étage de la fusée (Fusée peut faire référence à :) Falcon 1. Sur la version utilisée sur le lanceur ( Lanceur, terme de l'astronautique Lanceur, terme du baseball ) Falcon 9 l'évacuation des gaz n'est pas orientable. La version utilisée sur le deuxième étage du Falcon 9 dispose d'une tuyère allongée..

Versions

Quatre versions du Merlin ont été développées :

Merlin 1A

Le Merlin 1A est une version peu couteuse, utilisant une tuyère en composite à base de fibre (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se...) de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...) avec un revêtement ablatif. Il est développé en 2 ans. Au cours de son développement, sa poussée passe de 322,5 à 345 kN pour permettre au lanceur de décoller plus rapidement mais son impulsion spécifique (L'impulsion spécifique (notée généralement Isp), dans le domaine de l'astronautique, est le...) dans le vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.) tombe de 3040 à 2981 m/s. La pression dans la chambre de combustion n'atteint pas les 54,8 bars visés et la proportion d'imbrulés passe à 6%, une valeur particulièrement mauvaise. Le Merlin 1A n'a été utilisé qu'à 2 reprises sur un lanceur Falcon 1. Le 24 mars 2006 il prend feu (Le feu est la production d'une flamme par une réaction chimique exothermique d'oxydation...) à la suite d'une fuite de carburant peu après le lancement et entraine l'échec de la mission. Le 21 mars 2007 il fonctionne parfaitement.

Merlin 1B

Le Merlin 1B est une version améliorée du 1A capable de produire 38 tonnes de poussée. L'accroissement des performances est obtenu en améliorant l'efficacité de la turbopompe avec une turbine (Une turbine est un dispositif rotatif destiné à utiliser la force d'un fluide (eau, vapeur, air,...) développant une puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) de 1860 kw (au lieu de 1490 kw). Le Merlin 1B doit équiper le lanceur lourd Falcon 9 dont le premier étage doit recevoir 9 moteurs de ce type. Les premiers vols du lanceur Falcon 1 entrainent l'abandon du Merlin 1B et le lancement du Merlin 1C refroidi par par circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles...) d'ergols.

Merlin 1C

Le Merlin 1C possède une tuyère et une chambre de combustion équipées d'un système de refroidissement par circulation d'ergols. Le premier tir effectué avec succès correspondant à la durée de fonctionnement (170 seconds) a été réalisé en novembre 2007. Lorsqu'il équipe le Falcon 1, le Merlin 1C a une poussée au niveau de la mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.) de 35 tonnes et dans le vide de 40 tonnes et une impulsion spécifique de 2 966 m/s. Il consomme 140 kg de carburant par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...). Au cours de plusieurs tests successifs le même moteur Merlin 1C a fonctionné durant 27 minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un...) en durée cumulée correspondant au temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) de 10 vols Falcon 1. Dans la version qui doit être utilisée sur le Falcon 1e (une version améliorée du Falcon 1) et le Falcon 9, le Merlin 1C fournit une poussée de 56 tonnes au niveau de la mer pour une impulsion spécifique de 2 943m/s. La masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) à vide est de 522 kg.

Le Merlin 1C a été utilisé pour la première fois au cours du troisième vol du Falcon 1, qui échoue à la suite d'une défaillance du second étage. Installé sur le premier étage, son fonctionnement est néanmoins irréprochable selon Elon Musk. Cette version est utilisé sur le quatrième vol (réussi) du Falcon 1 le 28 septembre 2008

Merlin Vacuum

Le Merlin Vaccum (vide) est une version du Merlin 1C optimisée pour le fonctionnement dans le vide et qui équipe le deuxième étage du lanceur Falcon 9. La tuyère est allongée pour permettre une meilleure efficacité dans le vide. La chambre de combustion est équipée d'un système de refroidissement par circulation d'ergols tandis que l'extrémité inférieure de la tuyère réalisée en alliage (Un alliage est une combinaison d'un métal avec un ou plusieurs autres éléments...) de niobium (Le niobium est un élément chimique, de symbole Nb et de numéro atomique 41. C'est un...) évacue la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent :...) par rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de...). Cette version peut être redémarrée deux fois et dispose d'un double système d'allumage (Pour s'enflammer, le mélange air-essence, un gaz contenu dans le cylindre doit subir une...) pour réduire les risques. Le moteur délivre une poussée dans le vide de 44,5 tonnes dans le vide modulable de 60 à 100% pour une impulsion spécifique de 3 355 m/s. Le moteur est monté sur cardan pour orienter la poussée en lacet et tangage tandis que le déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles...) en roulis est réalisée par le biais de la sortie du générateur de gaz. Le temps de fonctionnement nominal sur le Falcon 9 est de 354 secondes. Le premier moteur a été testé pour la durée d'utilisation (329 secondes) le 2 janvier 2010.

Synthèse des caractéristiques techniques.
Merlin 1 Merlin 1A Merlin 1B Merlin 1C Merlin 1C amélioré Merlin 1C vide
Poussée au sol 322,5 à 345 kNkN 324 kN 349 kN 422 kN 556 kN
Poussée dans le vide 378 kN 369 kN 394 kN 482 kN - 411 kN
Pression chambre de combustion 54,8 bars 55 bars 58 bars - - -
Impulsion spécifique (vide) 3041 m/s 2829 m/s 2966 m/s 2981 m/s 2981 m/s 3355 m/s
Impulsion spécifique (au sol) - - 2559 m/s 2622 m/s - -
Refroidissement revêtement ablatif revêtement ablatif revêtement ablatif refroidi par le RP-1 refroidi par le RP-1 refroidi par le RP-1
Utilisation - 1er étage du Falcon 1 Falcon 9 1er étage Falcon 1, 1er étage Falcon 5 1er étage Falcon 1, 1er étage Falcon 5 2ème étage Falcon 5
Statut - production arrêtée abandonné en production en cours de mise au point (Graphie) en cours de mise au point
Merlin (moteur-fusée)
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