Moteur-fusée - Définition
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Introduction
Les moteurs-fusées sont des moteurs à réaction utilisés sur les fusées ; presque tous sont prévus pour fonctionner aussi bien hors de l'atmosphère terrestre qu'au niveau du sol ou de la mer. Pour ce faire, ils embarquent leur comburant en plus de leur carburant.
Il existe deux grandes catégories de moteurs-fusées :
- moteurs-fusées à ergols solides ;
- moteurs-fusées à ergols liquides.
Histoire
Si le principe de propulsion par transformation d'énergie chimique en énergie cinétique est connu depuis l'antiquité et les pièces d'artifice propulsées par poudre à canon depuis le IXème siècle av. J.C., les moteurs à ergols liquides ne sont connus que depuis la fin du XIXème siècle. Ce n'est que dans les années qui suivirent la Seconde Guerre mondiale que les moteurs à poudre et à ergols liquides prirent leur énorme importance, pour la propulsion de missiles et de fusées spatiales. Depuis, on n'a cessé de les perfectionner et aujourd'hui leur emploi reste primordial pour la propulsion spatiale. Afin de pallier leur défauts, on recherche actuellement des solutions alternatives, par exemple pour la propulsion de sondes spatiales ou l'accélération atmosphérique par d'autres moteurs, plus ou moins proches : superstato, moteur ionique ou VASIMR.
Moteur à ergols solides
Il s'agit du modèle le plus simple et nécessitant très peu de moyens et de soins, les ergols solides pouvant êtres entreposés plusieurs années, faciles à transporter et peu chers. Pour toutes ces raisons, on le retrouve dans la plupart des missiles tactiques et balistiques et dans les propulseurs d'appoint. On utilise le terme de propergol pour désigner un mélange oxydant/réducteur autonome de ce type de moteur. La combustion se déroule idéalement en couches parallèles. La géométrie initiale du bloc de propergol fixe alors la loi d'évolution de surface du bloc, donc sa loi de débit et de poussée. Les géométries les plus courantes sont :
- à combustion frontale : le bloc brule "en cigarette", c’est-à-dire avec une surface de combustion faible en regard du volume mais constante ;
- avec un canal : un canal est pratiqué dans l'axe du bloc et la combustion évolue radialement. Le canal peut être axisymétrique ou présenter un motif particulier, en étoile, en U ou rond.
Les propergols les plus courants sont:
- poudre noire, très souvent utilisée dans la construction amateur.
- Monergol à base de nitrocellulose, amélioré par l'ajout d'aluminium.
- Nitrate d'ammonium, souvent mélangé avec de la poudre d'aluminium.
- Perchlorate d'ammonium
- Zinc-Soufre
D'autres combinaisons peuvent êtres réalisés, dans la plupart des cas, avec un ou plusieurs des éléments cités ci-dessus.
Pour donner un exemple de la complexité réelle (au-delà des informations de base données plus haut), dans le cas, très médiatisé, des propulseurs d'appoint de la navette spatiale américaine, la mixture d'ergol dans chaque moteur de propulseur consiste en (% massiques) :
- 69,6 % de perchlorate d'ammonium - le comburant / oxydant
- 16 % d'aluminium - le carburant
- 12,04 % de polymère qui permet de lier les deux composants
- 1,96 % d'un agent de nettoyage époxy
- 0,4 % d'oxyde de fer - catalyseur
